Brevet FR2542224A1 — publié le 19840914

La orésente invention concerne de manière générale le domaine d'opérations d'usinage de pièces et a trait notam- ment à des poinçonneuses ou presses à découper. "L'entraînement d'ébauches" constitue un problème constant vis-à-vis des poinçonneuses fonctionnant à vitesse élevée. "Les ébauches" sont les morceaux de métal qui sont obtenus à partir de la pièce à poinçonner lors d'une opération de poinçonnage;"l'entraînement des ébauches" désigne la tendance qu'ont les ébauches de suivre la tête du poinçon lors de sa course de retour, l'ébauche aboutissant dans le plan de la pièce ou à proximité de ce plan et provoquant des problèmes lorsque la pièce est déplacée rapidement entre le poinçon et la matrice lors des opérations de poinçonnage ultérieures Ce problème d'entraînement des ébauches s'avère particulièrement grave lorqu'il s'agit de poinçons et de matrices de petites dimensions, et peut entraîner des temps d'arrêt considérables et une perte de production importante Cette dernière se manifeste de manière particulièrement marquée si on considère que les poinçonneuses modernes fonctionnent souvent à des vitesses allant de 200 à environ 400 coups par minute. Dans le passé, les dimensions de l'ouverture de la matrice sont réglées à des valeurs dépassant les dimensions du trou à réaliser dans la pièce d'environ 8 % de l'épaisseur de la pièce à poinçonner On constate que le diamètre du trou ainsi réalisé augmente du côté poinçon vers le côté matrice de la pièce, le côté poinçon du trou ayant les dimensions du poinçon tandis que le côté matrice du trou a les mêmes dimensions que le trou de la matrice Les ébauches qui sont réalisées présentent donc des dimensions globales supérieures aux dimensions du côté poinçon du trou découpé et, lorsqu'une ébauche suit le poinçon lors de la course de retour de celui- ci, il n'est pas rare que l'ébauche se coince ou se bloque dans le trou dans lequel elle a été découpée, gênant de ce fait le mouvement ultérieur de la pièce à poinçonner Il est souvent nécessaire de procéder à un réaffûtage des pointes des poinçons et on a constaté que la tendance des pointes des poinçons de s'émousser diminue si les dimensions de l'ouverture de la matrice sont augmentées de façon à dépasser les dimensions du trou à réaliser dans la pièce à poinçonner jusqu'à 20 % de l'épaisseur de la pièce. L'augmentation qui en résulte des dimensions de l'ouverture de la matrice sert également à accentuer les différences de dimensions entre le côté poinçon et le côté matrice du trou découpé, rendant de ce fait le problème d'entraînement des ébauches plus aigu. Divers moyens ont été proposés pour diminuer ou éliminer le problème d'entraînement des ébauches Les poinçons eux- mêmes peuvent être munis de tiges d'éjection d'ébauches, positionnées centralement, afin de séparer l'ébauche de la face de la tête du poinçon et d'éjecter l'ébauche de la mat- rice lors de chaque cycle de poinçonnage Vu le coût qu' implique la fabrication de têtes de poinçons munies de goupilles d'éjection séparément déplaçables et en raison des résultats plutôt mauvais obtenus à l'aide de ces dispositifs, cette solution du problème d'entraînement des ébauches n'a pas trouvé une popularité très étendue. Une autre solution fait appel à une graisse lourde ou analogue, disposée à l'intérieur de la matrice pour faire adhérer l'ébauche à la matrice et pour l'empêcher de suivre la tête du poinçon lors de la course de retour de celle-ci. Cette solution du problème d'entraînement d'ébauches n'a pas trouvé, elle non plus, une popularité très étendue. L'invention concerne une matrice de retenue d'ébauches pour poinçonneuse comprenant une ouverture destinée à recevoir un poinçon pendant l'opération de poinçonnage et les étapes de retrait lors d'une opération de poinçonnage de matériau La matrice comprend au moins une saillie s'étendant vers l'intérieur et allongée dans le sens de déplacement de la tête de poinçon, saillie apte à rencontrer et à serrer le bord d'une ébauche découpée dans le matériau d'une pièce-à poinçonner lors de l'étape de poinçonnage et à empêcher celle-ci de suivre le poinçon lors de l'étape de retrait. ú 542224 Dans un mode de réalisation préféré, la matrice comprend une pluralité de ces saillies réparties sur son intérieur à une certaine distance au-dessous de la surface de la mat- rice qui fait face au poinçon De préférence, les saillies de serrage s'étendent vers l'intérieur de la matrice jusqu' à un point o ces saillies n'entrent en contact qu'avec la périphérie dilatée de l'ébauche L'expression "périphérie dilatée" de l'ébauche désigne la portion de la périphérie de l'ébauche qui s'étend au-delà des dimensions connexes du poinçon, étant entendu que les dimensions de l'ébauche sur sa surface en regard du poinçon seront légèrement inférieures à ses dimensions sur son autre face. Une forme d'exécution de la présente invention est décrite ci-après, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue de dessus d'une matrice conforme à l'invention; La figure 2 est une vue schématique en coupe, avec arrachement, d'un poinçon et d'une matrice conformes à l'invention La figure 3 est une vue schématique avec arrachement d'un poinçon et d'une matrice conformes à l'invention et représente le poinçon au moment o il entre dans une pièce à poinçonner lors d'une opération de poinçonnage; La figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 3 mais représentant le poinçon enfoncé davantage dans la matrice; La figure 5 est une vue analogue à celles des figures 3 et 4 mais représentant le poinçon enfoncé encore plus loin dans la matrice; La figure 6 est une vue en coupe à plus grande échelle, avec arrachement, d'une ébauche, La figure 7 est une vue en plan avec arrachement d'une variante de réalisation de la matrice conforme à l'invention; La figure 8 est une vue en coupe avec arrachement selon la ligne 8-8 de la figure 7; La figure 9 est une vue en plan avec arrachement d'une autre variante de réalisation de la matrice conforme à l'invention; La figure 10 est une vue en coupe avec arrachement suivant la ligne 10-10 de la figure 9; et La figure 11 est une vue en plan d'une autre variante de réalisation de la matrice conforme à l'invention. Sur les figures 2 à 5 on voit une matrice et un poinçon désignés respectivement en 12 et 14, la matrice étant percée d'une ouverture sensiblement circulaire 12 1 Pour faciliter la compréhension, les modes de réalisation de l'invention représentés sur les figures 1 à 10 sont décrits en rapport avec des matrices et des poinçons circulaires; il va de soi, toutefois, que les matrices et les poinçons peuvent avoir diverses formes du type connu dans la technique. Comme on le voit sur la figure 1, l'ouverture 12 1 de la matrice a un diamètre "D" légèrement supérieur au diamètre "d" du poinçon, la différence de diamètre étant fonction de l'épaisseur de la pièce à poinçonner et se situant typiquement entre 8 % environ et 20 % environ de l'épaisseur de la pièce Le trou circulaire 12 2 qui traverse la matrice a de préférence le même diamètre que celui-de l'ouverture 12.1 de la matrice, et on conçoit aisément que la matrice et le poinçon sont ordinairement en acier durci ou en alliages d'acier, l'ouverture 12 1 de la matrice et le bord 14 1 du poinçon possédant des bords tranchants. Sur les figures 2 à 5 on voit, en 16, des petites saillies s'étendant vers l'intérieur du trou 12 2 de la matrice, ces saillies étant réalisées sur des côtés opposés du trou. Selon le mode de réalisation des figures 1 à 5, les saillies ont en général une forme triangulaire, vue de dessus (fig. 1), et se terminent intérieurement par des bords tranchants 16.1 Les saillies 16 sont de préférence allongées dans le trou 12 2 de la matrice, c'est-à-dire selon la direction de déplacement du poinçon, et sont espacés d'une petite distance vers le bas par rapport à l'ouverture de la mat- rice, c'est-à-dire d'environ l'épaisseur de la pièce à poin- çonner au-dessous de l'ouverture 12 1 de la matrice Les 25422 a 4 saillies se terminent de préférence également vers le bas à des points situés à une certaine distance au-dessus de la surface inférieure 12 3 de la matrice, la longueur des saillies 16 étant de préférence comprise entre 1/2 et 1-1/2 fois l'épaisseur de la pièce à poinçonner La distance diamétrale entre les bords tranchants 16 1 des saillies n'est de préférence pas inférieure au diamètre "d" du poinçon. Le contour du poinçon, lorsqu'il est centré dans la matrice, est représenté par des traits interrompus en 14 2 sur la figure 1. On rappelle ici qu'une poinçonneuse comprend de manière générale un mouton (non représenté) qui descend pour venir frapper le poinçon 14, ce dernier étant centré au-dessus d'une matrice 12 afin de découper une ébauche 18 dans un pièce La matrice est en général immobilisée et le poinçon est en général monté pour être animé d'un mouvement alternatif dans un manchon Le poinçon peut être muni d'une plaque de dégagement (non représentée) et un ressort de dégagement permettant de faciliter le retrait vers le haut du poinçon par rapport à la pièce pendant l'étape de retrait du cycle de poinçonnage Pendant une opération de poinçonnage typique, une pièce à poinçonner avance au-dessus de la matrice et au-dessous du poinçon Un mouton vient frapper le poinçon d'une force importante repoussant d'abord le poinçon et le guide-poinçon vers le bas contre la pièce et, toujours dans la même course, continue à enfoncer le poinçon vers le bas dans la pièce A mesure que le mouton se retire vers le haut, le ressort de dégagement tire le poinçon vers le haut et vers l'extérieur à travers le trou découpé dans la pièce, la plaque de dégagement ayant pour fonction d'empêcher les bords de la pièce de suivre le poinçon vers le haut, et le poinçon et le guide-poinçon se retirent ensuite légèrement vers le haut pour permettre de placer un nouveau tronçon de la pièce entre lui et la matrice Les opérations de poinçonnage de ce type général sont connues dans la technique et décrites par exemple dans le brevet américain N 04 248 111 au nom de Wilson et Rosene. Du fait que les dimensions de la matrice sont en général légèrement supérieures aux dimensions du poinçon, comme on l'a déjà signalé, les dimensions du trou réalisé dans la pièce du côté poinçon seront légèrement inférieures aux dimensions du trou du côté matrice de la pièce Une pièce est représentée en W sur la figure 3, le côté poinçon étant désigné "PI' tandis que le côté matrice est désigné "D" La figure 3 représente le poinçon 14 se déplaçant dans l'épaisseur de la pièce lors d'un cycle de poinçonnage Pour la position du poinçon représentée sur la figure 3, l'ébauche 18 a été complètement découpée dans la pièce, même si le poinçon n'a pas entièrement traversé toute l'épaisseur de la pièce, et les bords coniques de la pièce et de l'ébauche dûs à la différence de dimensions entre le bord 14 1 du poinçon et l'ouverture 12 1 de la matrice sont clairement visibles. Il va de soi que, pour la clarté, les différences de dimensions entre le poinçon et la matrice ont été exagérées sur les figures 1 à 6 pour montrer les bords coniques de l'ébauche et du trou de 1 pièce. Sur la figure 4, le poinçon occupe une posiition o il a traversé toute l'épaisseur de la pièce et l'ébauche 18 a été complètement séparée de la pièce A mesure que le poinçon se déplace vers le bas, la périphérie annulaire dilatée (désignée en "E" sur le dessin) de l'ébauche entre en contact avec les saillies 16 de la matrice 12 sur lesquelles elle s'empale Comme on peut le comprendre maintenant, les saillies 16 ne s'étendent de préférence que dans la portion périphérique annulaire dilatée "E" de l'ébauche qui s'étend au-delà des dimensions respectives du bord 14 1 du poinçon. Il en résulte une légère déformation de la périphérie "E" de l'ébauche 18 et celle-ci est maintenue par conséquent dans la matrice dans la poisition représentée sur la figure Le poinçon se retire maintenant vers le haut, comme on l'a déjà expliqué, et un nouveau tronçon de la pièce à poinçonner peut être introduit entre le poinçon et la mat- rice On fait remarquer que, lors d'une opération de poin- çonnage ultérieure, l'ébauche 18 sera repoussée vers le bas entre les saillies 16, la périphérie "E" de l'ébauche s'approchant de l'extrémité inférieure des saillies et - étant poussée au-delà de cette extrémité, sur quoi, n'étant plus retenue par les saillies, l'ébauche peut tomber libre- mlent de la matrice La longueur verticale des saillies 16 peut varier mais, pour assurer leur efficacité, cette longueur doit être de préférence telle que, au maximum, deux éba hes peuvent être stockées à la fois dans la matrice et maintenues par les saillies A mesure que chaque nouvelle ébauche est découpée et empalée vers le bas sur les saillies,, une ébauche provenant d'une opération de poinçonnage précédente se dégage des saillies et tombe vers le bas en dehors de la matrice. On conçoit aisément que le poinçon; lors de sa course vers le bas, doit aller assez loin pour empaler l'ébauche 18 sur les saillies 16 La longueur de la course du poinçon et l'écart des saillies au-dessus de l'ouverture 12 2 de la matrice peuvent être ajustés selon le besoin pour arriver à cette fin. Le mode de réalisation des figures 1 et 3-5 montre une paire de saillies diamétralement opposées à l'intérieur de la périphérie d'un trou circulaire de la matrice On comprend aisément qu'une seule saillie est suffisante, notamment lorsqu'il s'agit de petites ouvertures de matrice, l'ébauche en se déplaçant vers la bas étant empalée sur la saillie d'un côté et étant maintenu serrée contre le trou de la matrice de l'autre côté On peut utiliser une pluralité de saillies notamment lorsqu'il s'agit de grandes dimensions de la matrice, ces saillies étant réparties de manière appropriée (equiangulairement dans le cas d'une ouverture circulaire) sur la périphérie du trou de la matrice. En se référant à nouveau à la figure 2, on a expliqué ci-dessus que les saillies 16 s'étendent vers le bas mais sont de préférence séparées d'une certaine distance au-dessus de la surface inférieure 12 3 de la matrice Dans un mode de réalisation préféré, les dimensions de la section du trou 12 4 de-la matrice s'étendant au-dessous des saillies 16 peuvent être légèrement supérieures à celles du trou 12 2 de la matrice situé à proximité de l'ouverture 12 1 de la matrice afin de réaliser un relief, tournant de préférence sa conicité vers l'extérieur, permettant aux ébauches de se séparer en tombant de la matrice une fois dégagées des saillies 16. La distance sur laquelle une saillie s'étend vers l'intérieur d'un trou de matrice est fonction essentiellement de l'écart entre le poinçon et l'ouverture de la matrice, c'est-à-dire la différence des dimensions relatives du. poinçon et de l'ouverture de la matrice L'écart entre le poinçon et la matrice de la figure 2, par exemple, serait la différence entre "D" et "d" Bien qu'une ou plusieurs saillies puissent s'étendre intérieurement du trou de matrice afin de venir en contact avec et déformer le bord d'une ébauche dans toute son épaisseur, les saillies rencontrent et déforment de préférence seulement la périphérie dilatée de l'ébauche De manière générale, les matrices et les poin- çons conformes à l'invention peuvent accepter un grand éven- tail d'épaisseurs de la pièce à poinçonner, bien que des épaisseurs de la pièce comprises entre 0,7 mm environ et 7 mm environ soient à préférer Les saillies utilisées s'étendent vers l'intérieur à partir des trous de matrice sur des distances comprises entre 0,02 mm environ et 0,9 mm environ Pour ces épaisseurs de la pièce à poinçonner, la distance sur laquelle les saillies doivent s'étendre vers l'intérieur du trou de matrice ("extension de saillie") peut être calculée approximativement à l'aide de la formule Extension de saillie = 1/2 xécart 0,025 mm. Dans une opération de poinçonnage typique, le diamètre d'un poinçon circulaire peut être de 2 cm et l'épaisseur de la pièce à poinçonner de lmm Si le diamètre de la matrice doit dépasser le diamètre du poinçon de 20 % de l'épaisseur de la pièce, le diamètre de la matrice serait alors d'environ 2,02 cm, l'écart serait de 0,2 mm et la largeur radiale de la périphérie dilatée "E" de l'ébauche (figure 6) serait d'environ 0,lmm En supposant (figure 2) que le diamètre du trou 12 2 est le même quelle diamètre de l'ouverture 12.1 de la matrice, les saillies 16 1 s'étendraient radiale- ment vers l'intérieur du trou d'une distance d'environ 1/2 ( 0,2 mm) 0, 025 mm = 0,075 mm Il en résulte que les rainures réalisées par cette matrice sur le bord de l'ébauche seraient très fines et s'étendraient vers le haut le long du bord de l'ébauche seulement intérieurement à sa péri- phérie dilatée, c'est-à-dire que la surface supérieure de l'ébauche, ayant les mêmes dimensions que le poinçon, ne serait pas touchée par les saillies De préférence, les saillies s'étendent intérieurement de la matrice de façon à pénétrer dans la périphérie dilatée de l'ébauche sur une distance-comprise entre 40 % environ et 80 % environ de la largeur de la périphérie dilatée. En se référant aux figures 7 et 8, une matrice 20 analogue à celle représentée sur les figures 1 et 2 a été représentée mais les saillies 20 1 s'étendant intérieurement du trou 20 2 de la matrice ont une forme sensiblement rectangulaire, vue de dessus et par conséquent présentent des paires de bords tranchants dont un est représenté en 20 3 pour serrer la portion annulaire "E" d'une ébauche. Le mode de réalisation représenté sur les figures 9 et 10 est analogue à celui des figures 7 et 8, la matrice 22 selon ce mode de réalisation comprenant une saillie sensiblement arrondie ou circulaire 22 1 s'étendant intér- ieurement de son trou 22 2 En se référant maintenant particulièrement à la figure 10, la saillie peut éventuelle- ment avoir une portion supérieure conique désignée en 22 3 pour lui permettre de recevoir l'ébauche plus facilement. Comme on l'a déjà signalé, les matrices conformes à l'invention peuvent avoir des ouvertures d'une variété de formes et de dimensions, et peuvent faire appel à plusieurs saillies de diverses formes faisant saillie vers l'intérieur du trou traversant la matrice La figure 11 représente une matrice 24 percée d'un trou sensiblement rectangulaire 24 1, réalisé dans son épaisseur, les parois latérales 24 2 du trou au-dessous de l'ouverture supérieure de la matrice étant dotée de six saillies équilibrée espacées sensible- 25422 a 4 -10 uniformément 24 3 ayant une forme sensiblement triangulaire, vue de dessus. Bien que les saillies Duissent être ajoutées, par exemple par soudage, sur des matrices-existantes, les mat- rices conformes à l'invention, y compris les saillies, sont réalisées d'une seule pièce à partir de flans individuels en acier ou un autre métal selon le orocédé connu d'usinage par décharge électrique selon lequel les décharges électriques émises par les électrodes profilées effectuent l'érosion des flans pour réaliser les ouvertures, trous et saillies dans les matrices. Lorsqu'une ouverture de matrice telle que celle représentée en 12 1 sur la figure 2 s'est émoussée par suite d'opérations répétées, l'opération de réaffûtage fait appel en général au meulage ou au fraisage de la surface supérieure de la matrice afin de réaliser un nouveau bord tranchant de l'ouverture de la matrice L'épaisseur de la matrice est par conséquent légèrement diminuée Du fait que les saillies 16 sont espacées d'une certaine distance au-dessous de la surface supérieure 12 5 de la matrice, les matrices peuvent être ordinairement réaffûtées plusieurs fois avant d'arriver au niveau du bord supérieur des saillies 16.1 Lorsque cette situation se présente, les extrémités supérieures des saillies peuvent être elles-mêmes passées à la meule pour réaliser l'écart vertical désiré entre les sailies et la surface supérieure 12 5 de la matrice. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Poinçonneuse comprenant un poinçon et une matrice percée d'une ouverture destinée à recevoir le poinçon lors des étapes de poinçonnage et de retrait d'une opération de poinçonnage d'un matériau, caractérisée en ce que la matrice ( 12) comprend au moins une saillie ( 16) s'étendant vers l'intérieur et allongée dans le sens de déplacement du poinçon, saillie apte à rencontrer et serrer le bord d'une ébauche ( 18) découpée dans le matériau d'une pièce à poinçonner lors de l'étape de poinçonnage et à empêcher l'ébauche ( 18) de suivre le poinçon ( 14) pendant l'étape de retrait. 2 Poinçonneuse selon la revendication 1, caractérisée en outre en ce que ladite saillie ( 16) s'étendant vers l'intérieur est espacée dans le sens de déplacement du poinçon d'une certaine distance de la face de la matrice ( 12) normalement en regard du poinçon ( 14). 3 Poinçonneuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que la matrice ( 12) comprend au moins deux de ces saillies ( 16). 4 Poinçonneuse selon la revendication 3, caractérisée en ce que les saillies ( 16) sont réparties sur la péri- phérie intérieure du trou ( 12 1) de la matrice ( 12). Poinçonneuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite saillie ( 20 1) est dotée d'une surface arrondie ( 22 1) destinée à venir en contact avec l'ébauche ( 18). 6 Poinçonneuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite saillie est dotée d'un bord tranchant ( 20 3) destiné à venir en contact avec l'ébauche ( 18). 7 Poinçonneuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que la saillie comprend au moins deux bords tranchants ( 20 3) destinés à venir en contact avec l'ébauche ( 18). 8 Poinçonneuse selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins une saillie ( 16) est réalisée comme partie intégrante de l'adite matrice ( 12). 9 Poinçonneuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que la matrice ( 12) comprend une second face normale- ment éloignée du poinçon ( 14), ladite saillie s'étendant vers l'intérieur ( 16) étant espacée dans le sens de déplacement du poinçon ( 14) d'une certaine distance de la- dite second face de la matrice ( 12). 10 Poinçonneuse selon la revendication 9, caractérisée en ce que les dimensions de l'ouverture de la seconde face de la matrice ( 12) sont supérieures aux dimensions corres- pondantes de l'ouverture de la face de la matrice ( 12) normalement en regard du poinçon ( 14). 11 Poinçonneuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que la matrice ( 12) comprend une seule saillie ( 16). 12 Poinçonneuse comprenant un poinçon et une matrice dotée d'une ouverture destinée à recevoir le poinçon lors des étapes de poinçonnage et de retrait d'une opération de poinçonnage, l'ouverture de la matrice ayant des dimensions supérieures aux dimension du poinçon pour dé- couper dans le matériau de la pièce à poinçonner des ébauches présentant des périphéries annulaires dilatées correspondant à la différence entre les dimensions de l'ouverture de la matrice et du poinçon, caractérisée en ce que la matrice ( 12) comprend au moins une saillie s'étendant vers l'intérieur ( 16) orientée de façon à entrer en contact avec et serrer seulement la périphérie annulaire dilatée (E) de l'ébauche ( 18) découpée lors d'une étape de poinçonnage et pour empêcher l'ébauche de suivre le poinçon ( 14) lors de l'étape de retrait. 13 Poinçonneuse selon la revendication 12, caractérisée en ce que ladite saillie ( 16) est espacée dans le sens de déplacement du poinçon d'une certaine distance de la face de la matrice ( 12) normalement en regard du poinçon ( 14). 14 Poinçonneuse selon la revendication 12, caractérisée en ce que ladite saillie ( 16) s'étend intérieurement de l'ouverture du poinçon d'une distance inférieure à la moitié de la différence des dimensions du poinçon ( 14) et de l'ouverture de la matrice ( 12) prises dans le sens d'extension vers l'intérieur de ladite saillie ( 16).