Brevet FR2615421A1 — publié le 19881125

La présente invention a pour objet un pro- cédé de découpage d'un matériau en feuille relative- ment mince en une matière quelconque, et notamment d'une tôle mince métallique ou non. Le découpage selon un périmètre ouvert ou fermé de matériaux en feuille est réalisé sur une presse à découper comportant essentiellement un cou- lisseau mobile portant un poinçon de forme correspon- dante au périmètre & découper et une table fixe sur laquelle repose la matrice de découpe ayant la forme conjuguée coopérant avec le poinçon pour obtenir la découpe désirée. Le poinçon et la matrice sont en règle géné- rale métalliques et en particulier réalisés en acier à outil pour découper des tôles métalliques. Un des inconvénients majeurs de cette tech- nique réside dans la nécessité de régler les jeux de fonctionnement entre matrice et poinçon avec une gran- de précision pour éviter les bavures. On considère en effet dans la pratique que le jeu admissible doit au plus être égal au dixième de l'épaisseur de la pièce à découper. Il est donc bien évident que cette tolérance est extrêmement difficile à satisfaire dans des ins- tallations industrielles ou du moins à des coûts acce- ptables, pour des feuilles extra minces dont l'épais- seur est inférieure à 0,5 millimètre. Par ailleurs le coût de maintenance est d'autant plus important que les tolérances admissibles sont faibles. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en fournissant un procédé de découpage qui, tout en évitant les problèmes de formation des bavures, est plus économique. L'invention a ainsi pour objet un procédé de découpage d'un matériau en feuille entre un poinçon et -une matrice à arête tranchante, caractérisé en ce que le poinçon est constitué d'un matériau élastique com- posite hétérogène comportant des zones localisées à dureté relativement plus élevée et des zones complé- mentaires à dureté relativement plus faible. Le matériau élastique composite hétérogène est constitué d'une masse élastique à dureté donnée comportant une structure en un matériau élastique à dureté différente déterminant un maillage permettant d'induire des contraintes différenciées à la surface de la feuille à découper. Selon une variante, le matériau élastique composite hétérogène comporte une alternance de zones constituées par un élastomère contiguës à des zones vides. Selon une autre variante, le matériau élastique composite hétérogène est constitué d'une structure gaufrée en creux ayant une dureté donnée déterminant des alvéoles remplis d'un matériau à dureté différente. La structure gaufrée comporte sur la totalité de sa surface opposée à la surface active de travail une masse de répartition élastique. Selon d'autres variantes: - la dureté de la masse de répartition est relative- ment faible; - la structure gaufrée est à alvéoles fermés; - la structure gaufrée est à alvéoles ouverts commu- niquant avec la masse de répartition; - les parois des alvéoles sont dures et le reste mou. Selon une autre variante, la structure est noyée dans la masse élastique et elle est constituée d'un matériau à dureté donnée déterminant un réseau croisé ayant un maillage approprié. Cette structure peut notamment être en forme de grille. L'invention concerne également un matériau élastique composite hétérogène utilisable pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini ci-dessus. Ce matériau se présente notamment sous forme d'un coussin élastique. Le matériau constitutif de ce coussin peut être notamment un élastomère tel qu'un polymère de silicone ou un pylomère élastomérique tel qu'un po- lyuréthane. On peut envelopper le matériau élastomère composite hétérogène dans une peau extérieure servant de protection. Le procédé selon l'invention est basé sur le fait que l'hétérogénéité de la masse du matériau élas- tique permet de concentrer les contraintes le long de lignes localisées correspondant à la coincidence des zones à dureté élevée avec l'arête tranchante de la matrice. Cette concentration initie la découpe par fissuration au point d'origine, rupture et propagation de la découpe initiée par une autre zone d'hétérogé- néité. Le coussin élastomère est constitué d'une masse d'un matériau ayant une dureté donnée dans laquelle est noyé un matériau à plus grande dureté, par exemple sous forme d'un réseau de veines croisées déterminant un maillage analogue à une grille ou un grillage. Dans ce cas les zones à dureté relativement plus élevée sont incluses dans la masse du matériau à dureté relativement plus faible. Selon une variante exposée ci-dessus (struc- ture gaufrée), le coussin élastomère peut être analo- gue à une structure en nid d'abeille dont les vides sont remplis par le matériau à dureté relativement faible. La structure en nid d'abeille, c'est-à-dire alvéolaire, peut être réalisée de façon telle que les zones à dureté relativement plus élevée débouchent ou non sur la surface. La structure hétérogène peut comporter une masse de répartition élastique, c'est-à-dire une sous couche d'élastomère de répartition sur la face en re- gard du poinçon, transmettant la charge de ce dernier à la totalité de la structure hétérogène qui est pla- cée sur la tôle, elle-même en contact avec les arêtes tranchantes de la matrice métallique délimitant les zones à découper. La caractéristique essentielle de l'inven- tion résidant dans l'alternance de zones à duretés différentes, on peut inverser symétriquement les zones dures pour des zones molles. La description suivante, en regard des dessins annexés, permettra de mieux comprendre la réa- lisation de l'invention. Sur ces dessins: - la Fig. 1 est une vue schématique en élé- vation d'un dispositif de découpage de feuilles clas- siques, - la Fig. 2 est une vue schématique en élé- vation d'un dispositif de découpage de feuilles selon l'invention, - la Fig. 3 est une vue de dessous partielle du poinçon en matériau élastomère composite hétérogène selon l'invention, - la Fig. 4 est une vue en coupe selon la ligne 4-4 de la Fig. 3, - la, Fig. 5 est une vue en perspective partielle du poinçon selon l'invention, - les Fig. 6 et 7 sont respectivement des vues en coupe partielle de deux variantes de structure alvéolaire du poinçon, - les Fig. 8 et 9 sont respectivement des vues en perspective schématique de deux variantes du poinçon en matériau élastomère composite hétérogène selon l'invention, - les Fig. 10 à 13 illustrent schématique-ment la pression induite par la presse sur une tôle et la répartition des forces en fonction du poinçon selon l'invention, les Figs. 14 et 15 sont respectivement une coupe du poinçon sur une tôle, et un diagramme corres- pondant de la répartition des contraintes. Le dispositif de découpage de feuilles clas- sique représenté sur la Fig. 1 est constitué par une presse utilisable pour la découpe d'une tôle 1. Cette presse comporte, d'une part, un coulisseau mobile 2 portant des serre-flans 3 et un poinçon 4 de forme correspondant au périmètre à découper et, d'autre part, une table fixe 5 sur laquelle repose une matrice 6 à arêtes tranchantes 7 ayant la forme conjuguée coopérant avec le poinçon 4 pour obtenir une tôle découpée 8. Le dispositif de découpage de feuilles selon l'invention, représenté sur la Fig. 2, est de même une presse utilisable pour la découpe d'une tôle 1 et comportant essentiellement, outre la matrice 6 à arè- tes tranchantes 7, un coulisseau mobile 2 portant un poinçon 4. Le poinçon 4 est constitué d'un matériau élastique hétérogène comportant des zones localisées 4a à dureté relativement plus élevée et des zones complémentaires 4b à dureté relativement plus faible. Cette structure hétérogène formant poinçon comporte, sur la face opposée à sa surface active, une masse 9 de répartition élastique, qui est une sous-couche d'élastomère et qui transmet la charge du poinçon à la totalité de la structure hétérogène qui est placée sur la tôle, elle-même en contact avec les arêtes tran- chantes 7 de la matrice métallique délimitant les zones à découper. Les matières constituant la struc-ture hétérogène 4 et la masse de répartition 9 peuvent être notamment un élastomère tel qu'un polymère de silicone ou un polymère élastomérique tel qu'un polyuréthane. Comme représenté sur les Fig. 3 à 5, le matériau élastique composite hétérogène constituant le poinçon 4 est analogue à une structure gaufrée en nid d'abeilles déterminant un maillage et comportant une masse 4a en un matériau à dureté plus élevée, dans laquelle sont ménagés des alvéoles 4c remplis par le matériau à dureté relativement plus faible 4b. Par conséquent, les parois des alvéoles 4c sont dures et l'intérieur desdits alvéoles est mou. Pour montrer la forme des alvéoles 4c, on a représenté sur les Figs. 3 à 5 des alvéoles vides et des alvéoles remplis, dans ce mode de réalisation la totalité des alvéoles est remplie par le matériau à dureté relativement plus faible. Sur ces figures, les alvéoles 4c ont la forme d'un -tronc de pyramide à six faces, mais ils peuvent avoir une autre forme, par exemple cylindrique ou en forme de tronc de cône. Cette structure en nid d'abeilles, c'est-à- dire alvéolaire, peut être réalisée de façon telle que les zones 4b à dureté relativement plus faible débou- chent ou non sur la surface active, comme représenté respectivement sur les Fig. 4 et 6. Les zones 4b à dureté relativement plus faible peuvent aussi être incluses au milieu de la masse du matériau 4a à dureté relativement plus dure (Fig. 7). Par ailleurs, la structure gaufrée du poinçon 4 peut être & alvéoles 4c fermés ou à alvéoles 4c ouverts communiquant avec la masse de répartition 9. Ces alvéoles peuvent également être vides de façon à former un matériau élastique composite hétéro- gène comportant une alternace de zones constituées par un élastomère contiguës à des zones vides. Selon une variante représentée sur la Fig. 8, le matériau élastique composite hétérogène cons-tituant le poinçon 4 a une structure gaufrée en creux comportant également des zones à dureté plus élevée 10a et des zones à dureté plus faible 10b, qui déterminent un réseau croisé ayant un maillage appro- prié. Dans ce cas, la zone lOb peuvent être vides. Selon une autre variante représentée sur la Fig. 9, le matériau élastique composite héterogène constituant le poinçon 4 est constitué par une masse 11b en un matériau à dureté plus faible, dans lequel sont noyées des zones 11a à dureté plus élevée, déter- minant un maillage analogue à une grille ou un gril- lage. L'hétérogénéité de la masse du matériau élastique formant le poinçon 4 permet de concentrer les contraintes le long de lignes localisées 12, comme représenté schématiquement sur la Fig. 10, correspon- dant à la coincidence de zones à dureté élevée avec l'arête tranchante 7 de la matrice 6. Sur les Fig. 11 à 13, on voit que cette concentration initie la découpe par fissuration au point d'origine, rupture et propagation de la découpe par cisaillage jusqu'à la rencontre avec une autre ligne de progression de la découpe initiée par une 2 615421 autre zone d'hétérogénéité. Plus précisément, la Fig. 11 montre la fissuration par concentration de con- trainte de la tôle 1 contre l'arête tranchante 7 de la matrice 6, la Fig. 12 la découpe sur l'arête tran- chante 7 et la Fig. 13 la progression de la découpe par cisaillement. La Fig. 14 représente le matériau élastique composite hétérogène formant le poinçon 4 et compor- tant des zones 4a de dureté plus élevée et des zones 4b de dureté moins elevée sur une tôle 1, tandis que la Fig. 15 correspondante montre schématiquement la répartition des contraintes exercées sur la tôle 1 en fonction des zones 4a de dureté plus élevée, sous forme d'un diagramme représentant leurs variations. La caractéristique essentielle de l'inven- tion résidant dans l'alternance des zones à duretés différentes, on peut inverser les zones dures pour les zones molles. REVENDICATIONS 1. Procédé de découpage d'un matériau en feuille (1) entre un poinçon (4) et une matrice (6) à aréte tranchante (7), caractérisé en ce que le poinçon (4) est constitué d'un matériau élastique composite hétérogène comportant des zones localisées (4a-10a- 11a) à dureté relativement plus élevée et des zones complémentaires (4blOb-lib) à dureté relativement plus faible. 2. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le matériau élastique composite hété- rogène est constitué d'une masse élastique à dureté donnée comportant une structure en un matériau élas- tique à dureté différente déterminant un maillage. 3. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le matériau élastique composite hé- térogène comporte une alternance de zones constituées par un élastomère contiguës à des zones vides. 4. Procédé selon la revendication 2, carac- térisé en ce que le matériau élastique composite hété- rogène est constitué d'une structure gaufrée en creux ayant une dureté donnée déterminant des alvéoles (4c) remplis d'un matériau à dureté différente. 5. Procédé selon la revendication 4, carac- térisé en ce que la structure gaufrée comporte sur la totalité de sa surface opposée à la surface active de travail une masse de répartition élastique (9). 6. Procédé selon la revendication 5, carac- térisé en ce que la dureté de la masse de répartition (9) est relativement faible. 7. Procédé selon les revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la structure gaufrée est à al- véoles (4c) fermés. 8. Procédé selon les revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la structure gaufrée est à al- véoles (4c) ouverts communiquant avec la masse de répartition (9). 9. procédé selon l'une quelconque des reven- dications 4 à 8, caractérisé en ce que les parois des alvéoles (4c) sont dures et le reste mou. 10. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la structure est noyée dans la masse élastique et constituée d'un matériau à dureté donnée déterminant un réseau croisé ayant un maillage approprié. 11. Procédé selon la revendication 10, ca- ractérisé en ce que la structure est en forme de grille. 12. Matériau élastomère composite hétérogène pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 11. 13. Matériau selon la revendication 11, ca- ractérisé en ce qu'il est constitué par un élastomère tel qu'un polymère de silicone ou un polymère élasto- mérique tel qu'un polyuréthane. 14. Matériau selon la revendication 12 ou la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comporte une peau extérieure. 15. Matériau selon la revendication 11, ca- ractérisé en ce qu'il est constitué par une alternance de zones en élastomère contiguës à des zones vides.