Brevet FR2566293A1 — publié le 19851227

La présente invention se rapporte à un outil de poinçonnage, en particulier pour des opérations de soyage, qui comprend au moins un poinçon monté déplaçable axialement à l'intérieur d'un organe de support et positionné e face de l'empreinte d'une matrice vers laquelle il peut être propulsé sous la commande d'un organe d'actionnement. Dans les machines à poinçonner actuelles, le poinçon est propulsé de haut en bas en direction d'une tôle maintenue à plat sur la matrice, sous l'actif d'un vérin monté à demeure sur la machine. Grâce à une configuration et un dimensionnement particuliers du poinçon et de l'empreinte de la matrice, on peut réaliser à l'aide de ces machines des opérations de soyage produisant des trous dont le bord se relève sur une face de la tôle. Mais, au cours d'une telle opération, le bord du trou ainsi formé, est repoussé à l'intérieur de l'empreinte de la matrice, si bien que la tôle ne peut plus ensuite être déplacée au contact du porte-matrice par son chariot de suppor comme cela est la plupart du temps nécessaire dans les machines à poinçonner industrielles qui sont appelées à soyer une même tôle de grandes dimensions en différents endroits. Dès lors, pour remédier à ce problème, on a dû mettre au point, tout spécialement en vue de ces opérations de soyage, des machines complexes et donc coûteuses, produisant des trous à bord relevé vers le haut et requérant des moyens d'actionnement relativement puissants dans la mesure où ils doivent agir de bas en haut pour propulser le poinçon. La présente invention se propose d'apporter une solution plus simple et économique au problème susmentionné inhérent aux opérations de soyage des tôles et, pour ce faire, elle a pour objet un outil de poinçonnage du type spécifié en préambule qui se caractérise en ce que son poinçon est porté par un piston apte à coulisser, parallèlement à l'axe de ce dernier, dans une cavité ménagée à l'intérieur de l'organe de support, cette cavité s'élargissant du côté de la face du piston opposée au poinçon, pour définir une chambre hydraulique étanche entièrement remplie d'un fluide incompressible et soumise à l'influence d'un moyen de réduction de son volume agissant sous la commande de l'organe d'actionnement, la paroi de l'organe de support située en regard de la matrice étant en outre percée d'une ouverture de passage pour le poinçon. Avantageusement, l'organe de support est constitué de deux corps creux emboités en sens opposés l'un dans l'autre de manière à définir ladite cavité de réception du piston, le corps creux extérieur étant fixe et s'ouvrant en face de la matrice tandis que le corps creux intérieur qui reçoit le piston et s'ouvre vers le fond du corps creux extérieur, est monté coulissant dans ce dernier pour constituer ledit moyen de réduction de volume. Ainsi, si conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention, le poinçon est positionné au-dessous de la matrice, en alignement vertical avec l'empreinte de cette dernière et que, selon une autre caractéristique de l'invention, la matrice est montée à coulissement, dans une direction parallèle à l'axe du poinçon, pour être déplacée vers ce dernier par l'organe d'actionnement, on comprendra que l'on dispose, grâce à l'invention, d'un outil de soyage peu coûteux, qui peut être monté, d'une manière simple, sur une machine à poinçonner traditionnelle, pour réaliser sur une tôle des trous de soyage à bord relevé vers le haut, non susceptibles d'entraver un éventuel déplacement ultérieur de la tôle sur sa surface d'appui. En effet, avec un dimensionnement approprié, la matrice peut être insérée à coulissement dans le logement qui, dans une machine à poinçonner tra ditionnelle, reçoit normalement le porte-poinçon, afin d'être soumise directement à l'action du vérin de propulsion de ce dernier. A l'inverse, l'organe de support du poinçon peut être mis en place dans le logement normalement prévu dans la plate-forme de la machine à poinçonner pour le positionnement du porte-matrice. Si, une fois que ce montage simple est réalisé, on actionne le vérin, celui-ci propulse la matrice contre la face supérieure de l'organe de support du poinçon, sur laquelle la tôle à soyer a été préalablement posée et provoque ainsi une réduction de volume de la chambre hydraulique par l'intermédiaire du corps creux intérieur coulissant vers le fond du corps creux extérieur. Selon le principe de Pascal, le piston est dès lors automatiquement relevé par le déplacement du fluide incompressible confiné dans cette chambre et si l'on choisit un rapport convenable entre le diamètre intérieur du logement dans lequel le piston coulisse étroitement et celui du corps creux extérieur, le poinçon est propulsé vers le haut à travers son ouverture de passage avec une force suffisante pour transpercer la tôle retenue par serrage entre la matrice et l'organe de support. Selon une autre caractéristique importante de l'invention, le piston est sollicité en permanence vers le fond du corps creux extérieur par des moyens élastiques agissant, à l'intérieur de la chambre hydraulique, entre un prolongement radial du piston et le corps creux intérieur, dont la course en direction de la matrice est limitée par un épaulement formé sur le corps creux extérieur. De préférence, le prolongement radial est constitué par une collerette annulaire et les moyens élastiques eomprennent plusieurs ressorts hélicoïdaux comprimés et positionnés à intervalles égaux entre cette collerette et le corps creux intérieur. Cette disposition a pour effet, dès que la matrice est relevée, de replacer automatiquement l'ensemble de poinçonnage constitué par le piston porte-poinçon et l'organe de support, dans sa position de repos en vue d'une nouvelle opération de soyage, le piston étant alors appliqué contre le fond du corps creux extérieur. Avantageusement, l'épaulement de limitation de la course du corps creux intérieur est positionné de telle façon qu'en position de repos, la face supérieure de ce dernier soit légèrement surélevée par rapport au plan de la face ouverte du corps creux extérieur et que sa face ouverte inférieure soit placée à même distance du fond de ce dernier. De cette façon, la face supérieure du corps creux intérieur et celle de la plate-forme de la machine à poinçonner forment, au cours de l'opération de soyage, une surface d'appui plane et continue pour la tôle, ce qui élimine tout risque de cintrage de cette dernière. Il est à noter encore que, pour que la tôle soyée soit maintenue contre cette surface d'appui au cours du relevage de la matrice, celle-ci porte, sur sa face en regard du poinçon, des plots-décolleurs élastiques. En outre, pour favoriser la propagation du fluide incompressible autour du piston, la collerette annulaire de ce dernier est percée de canaux qui la traversent axialement de part en part et pour amorcer l'infiltration de ce fluide en mouvement entre le piston et le fond du corps creux extérieur, ce dernier présente en son centre un socle en léger relief contre lequel le piston s'applique en position de repos tout en ayant sa collerette radiale en saillie latérale par rapport au socle. Un mode de réalisation de la présente invention, réalisé sous la forme d'un outil de soyage, va maintenant être décrit uniquement à titre d'exemple non-limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale de cet outil de soyage en position de repos ; et - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale du même outil de soyage en position de travail. L'outil de soyage représenté sur les figures, est utilisé pour produire dans une tôle métallique T un trou circulaire dont le bord est relevé sur l'une des faces de la tôle, en vue d'etre taraudé pour constituer un siège de réception d'une vis. De manière connue en soi cet outil de soyage comprend un poinçon cylindrique 1 qui, par son extrémité active en forme d'ogive ?, se trouve positionné en face de l'empreinte 3 de section circulaire d'une matrice 4 tout en étant en alignement vertical avec celle-ci. Le poinçon 1 est en outre monté déplaçable axialement à l'intérieur d'un organe de support 5, pour pouvoir être propulsé à l'intérieur de l'empreinte 3 de la matrice , d'une manière qui sera décrite plus loin, et en vue de l'opération de soyage, l'empreinte 3 de la matrice 4 présente une arête libre arrondie 6 et un diamètre égal à celui du poinçon augmenté du double de l'épaisseur de la tôle. Selon l'invention, l'organe de support 5 vient se placer dans un logement 7 ménagé dans la plate-forme de travail 8 d'une machine à poinçonner traditionnelle, tandis que la matrice 4 est montée au-dessus de l'organe de support, dans un bâti 9 fixe de cette derniere. Plus précisément, l'organe de support se compose de deux corps creux cylindriques 10 et 11 ouverts sur une face et s'emboitant l'un dans l'autre en sens inverses. Le corps creux extérieur 10 est mis en place par le bas dans le logement 7 de telle manière que sa face ouverte se trouve en regard de la matrice 4,puis est immobilisé,de façon connue en soi,dans cette position par des tiroirs escamotables 12 dont un seul est visible sur les figures. Le corps creux intérieur 11 est quant à lui monté sens dessus-dessous dans le corps creux extérieur de façon à pouvoir coulisser entre le fond 13 de ce dernier et un épaulement circulaire 14 ménagé sur la face intérieure de sa paroi cylindrique 15. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le corps creux intérieur 11 présente une cavité en forme de T renversé 16, qui s'ouvre vers le fond 13 du corps creux extérieur Cette cavité 16 définit à sa partie haute un logement cylindrique 17 dans lequel coulisse étroitement un piston 18 qui porte le poinçon 1, la direction de coulissement du piston étant parallèle à l'axe du poinçon. Le poinçon 1 est plus précisément enchâssé dans une bague filetée 19 vissée dans un alésage du piston et peut être propulsé en direction de la matrice 4 à travers une ouverture 20 d'un diamètre supérieur à celui de la bague 19, ménagée dans la paroi supérieure 21 du corps creux intérieur 11. Selon une autre caractéristique essentielle de l'invention, la cavité 16 s'élargit, du côté de la face inférieure du piston 18 opposée au poinçon 1, pour former une chambre hydraulique 23 fermée par le fond 13 du corps creux extérieur 10 et entièrement remplie d'un fluide incompressible qui est ici de l'huile. Un joint annulaire 24, placé sur la paroi du logement 17, assure une étanchéité entre ce dernier et la chambre hydraulique 23. De même, un deuxième joint annulaire d'étanchéité 25 est prévu entre les deux corps creux 10 et 11. A l'intérieur de la chambre hydraulique 23, le piston 18 présente une collerette annulaire 26 qui s'étend radialement en délimitant avec la paroi latérale de la chambre 23 un léger interstice annulaire 27, cette collerette 26 étant en outre traversée de part en part par un certain nombre de canaux 28. En outre, trois ressorts 29, dont deux seulement sont visibles sur les figures, sont insérés, à intervalles égaux, entre cette collerette 26 et le fond 30 d'un évidement prévu à cet effet pour chaque ressort dans la partie haute du corps creux intérieur 11. Les ressorts 29 travaillent en extension pour, dans la position de repos de l'outil de soyage représentée sur la figure 1, pousser le piston 18 contre le fond 13 du corps creux extérieur 10 et amener simultanément le corps creux intérieur 11 en butée contre l'épaulement 14 de ce dernier. Dans cette position, la face supérieure 31 du corps creux intérieur 11 se trouve légèremen surélevée d'une hauteur h par rapport au plan de la face ouverte du corps creux extérieur 10,tandis que sa face inférieure ouverte 32 est sensiblement à même distance du fond 13 du corps creux extérieur 10. Dans cette même position de repos, la base du piston 18 repose sur un socle 13a formé en léger relief au centre de ce fond 13, de sorte qu'il subsiste entre ce dernier et la collerette 26 du piston 18, un espace annulaire 13b rempli par l'huile de la chambre hydra lique 23. On notera encore la présence dans le corps creux intérieur 11, d'une vis de purge 33 de la chambre hydraulique 23, accessible depuis le dessus de l'organe de support 5. Enfin, pour des raisons évidentes d'assemblage des deux corps creux 10 et 11, le corps creux extérieur 10 est réalisé en deux éléments réunis l'un à l'autre par des vis 34, au niveau d'un plan horizontal situé en-dessous de l'épaulement 14. La matrice est quant à elle étroitement logée dans une cavité 35 d'un porte-matrice 36 lui-même monté coulissant dans le bâti fixe 9, selon une direction parallèle à l'axe du poinçon 1. Le porte-matrice 36 est plus précisément vissé sur une tige 37 qui fait saillie à l'intérieur de la cavité 35 pour recevoir, également par vissage, la matrice 4. Cette tige 37 se termine à son extrémité supérieure par une pièce de raccordement 38 qui permet de la solidariser à la tige du vérin (non représenté) présent sur la machine à poinçonner. Cette pièce de raccordement 38 peut éventuellement être remplacée par un butoir que viendrait percuter la tige du vérin. On observera encore que le porte-matrice 36 comporte plusieurs plots-décolleurs 39 en caoutchouc qui font légèrement saillie sur sa face inférieure 40 située dans le même plan que celle de la matrice 4. On va maintenant décrire le fonctionnement de l'outil de soyage qui vient d'être décrit. L'outil étant dans sa position de repos représentée sur la figure 1, on place la tôle T à soyer sur la face supérieure 31 légèrement surélevée du corps creux intérieur 11. On actionne alors le vérin qui déplace vers le bas le porte-matrice 36. Au cours de ce mouvement, la tôle T est dans un premier temps serrée entre le porte-matrice 36 et le corps creux intérieur 11, lequel est ensuite enfoncé dans le corps creux extérieur 10 jusqu'à ce que sa face inférieure ouverte 32 vienne au contact du fond 13 de ce dernier, comme représenté sur la figure 2. Dans cette position enfoncée, la face supérieure 31 du corps creux intérieur 11 se trouve dans le même plan que la face ouverte du corps creux extérieur 10, définissant ainsi une surface d'appui plane continue pour la tôle. Lors de son coulissement dans le corps creux extérieur 10, le corps creux intérieur 11 agit comme un réducteur du volume de la chambre hydraulique 23 et chasse ainsi une fraction de l'huile qu'elle contient vers le fond 13 du corps creux extérieur 10. Cette fraction d'huile s'infiltre alors entre le socle 13a et la base du piston 18, si bien que ce dernier est propulsé vers le haut à l'encontre de l'action des ressorts 29 et que le poinçon 1 transperce la tôle T toujours en prise entre la matrice 4 et le corps creux intérieur 10, pour produire le trou de soyage souhaité. il est à noter ici qu'au cours de cette opération, le fluide se déplace sans entrave vers le fond 13 du corps creux extérieur à travers l'interstice annulaire 27 et les canaux 28 de la collerette 26 du piston 18 et que sa pénétration entre ce dernier et le socle 13a est favorisée par le passage forcé du fluide à travers l'espace annulaire 13b, cet effet pouvant en outre être renforcé par un rainurage radial du socle 13a. Une fois l'opération de soyage réalisée, le porte-matrice 36 est rappelé en position haute par le vérin et, au cours de ce mouvement, les plots élastiques 39 interviennent pour décoller la tôle T de l'arête arrondie 6 de la matrice et la maintenir au contact de sa surface d'appui. Le porte-matrice 36 étant relevé, les ressorts 29 ramènent instantanément le corps creux intérieur 11 et le piston 18 dans leur position de repos représentée sur la figure 1, en vue d'une autre opération de soyage. On précisera ici que si les composants de l'ensemble de poinçonnage, c'est-à-dire les deux corps creux 10 et 11 et le piston 18, sont dimensionnés selon les proportions représentées sur les figures, un enfoncement de 2mm du corps creux intérieur 11 dans le corps creux extérieur 10, provoque un déplacement d'environ 12 mm du poinçon avec une force de montée-de 4500 daN. On ajoutera encore qu'en association avec l'outil de soyage selon l'invention, on dispose d'un jeu de poinçons 1 de différents calibres enchâssés dans des bagues 19 de même diamètre extérieur pour pouvoir, de façon simple, remplacer un poinçon par un autre dans le piston 18 suivant la dimension à donner au trou de soyage. Dans le même but, le remplacement de la matrice 4 peut être effectué sans difficulté grâce au fait qu'elle est simplement vissée sur la tige 37. il va de soi que l'outil de soyage décrit ci-dessus peut être utilisé pour des poinçonnages classiques. On comprendra aussi qu'il peut être équipé, le cas échéant, de plusieurs poinçons portés par un même piston et de plusieurs matrices complémentaires montées dans un même porte-matrice. Enfin, l'outil de soyage selon l'invention sera de préférence associé à une commande numérique assurant un actionnement automatique du vérin, selon des ales de travail programmés. REVENDICATIONS 1. Outil de poinçonnage,en particulier pour des opérations de soyage, qui comprend au moins un poinçon (1) monté déplaçable axialement à l'intérieur d'un organe de support (5) et positionné en face de l'empreinte (3) d'une matrice (4) vers laquelle il peut être propulsé sous la commande d'un organe d'actionnement, caractérisé en ce que le poinçon (1) est porté par un piston (18) apte à coulisser, parallèlement à l'axe de ce dernier, dans une cavité (16) ménagée à l'intérieur de l'organe de support (5), cette cavité s'élargissant du côté de la face du piston (18) opposée au poinçon, pour définir une chambre hydraulique étanche (23) entièrement remplie d'un fluide incompressible et soumise à l'influence d'un moyen de réduction de son volume (11) agissant sous la commande de l'organe d'actionnement, la paroi (21) de l'organe de support (5) située en regard de la matrice (4) étant en outre percée d'une ouverture de passage (20) pour le poinçon (1). 2. Outil de poinçonnage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le poinçon (1) est positionné au-dessous de la matrice (4), en alignement vertical avec l'empreinte (3) de cette dernière. 3. Outil de poinçonnage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la matrice (4) est montée à coulissement, dans une direction parallèle à l'axe du poinçon (1), pour être déplacée vers ce dernier par l'organe d'actionnement. 4. Outil de poinçonnage selon la revendication 3, caractérisé en ce que la matrice (4) est montée dans un porte-matrice (36) dont la face (40) en regard du poinçon (1) est pourvue de plots-décolleurs élastiques (39). 5. Outil de poinçonnage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'organe de support (5) est constitué de deux corps creux (10, 11) emboîtés en sens opposés l'un à l'autre de manière à définir ladite cavité de réception (16) du piston (18), le corps creux extérieur (10) étant fixe et s'ouvrant en face de la matrice (4 > tandis que le corps creux intérieur (11),qui reçoit le piston (18) et s'ouvre vers le fond (13) du corps creux extérieur, est monté coulissant dans ce dernier pour constituer ledit moyen de réduction de volume. 6. Outil de poinçonnage selon la revendication 5, caractérisé en ce que le piston (18) est sollicité en permanence vers le fond (13) du corps creux extérieur (10) par des moyens élastiques (29) agissant, à l'intérieur de chambre hydraulique (23), entre un prolongement radial (26) du piston et le corps creux intérieur (11) dont la course en direction de la matrice (4) est limitée par un épaulement (14) formé sur le corps creux extérieur (10). 7. Outil de poinçonnage selon la revendication 6, caractérisé en ce que le prolongement radial est constitué par une collerette annulaire (26) et les moyens élastiques comprennent plusieurs ressorts hélioeidaux (29) comprimés et positionnés à intervalles égaux entre cette collerette (26) et le corps creux intérieur (11). 8. Outil de poinçonnage selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite collerette annulaire (26) est percée de canaux qui la traversent axialement de part en part. 9. Outil de poinçonnage selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que l'épaulement (14) de limitation de la course du corps creux intérieur (11) est positionné de telle façon qu'en position de repos, la face (31) de ce dernier située en regard de la matrice (4), soit légè- rement surélevée par rapport au plan de la face ouverte du corps creux extérieur (113 et que sa face ouverte inférieure(32) soit placée à même distance du fond (13) de ce dernier. 10. Outil de poinçonnage selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que le fond (13) du corps creux extérieur (10) présente en son centre, un socle central en léger relief (13a). 11. Outil de poinçonnage selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le poinçon (1) est enchâssé dans une bague (19) retenue dans un alésage fileté du piston (18), le diamètre de cette bague étant inférieur à celui de l'ouverture (20) ménagée dans l'organe de support (5) pour le passage du poinçon (1).