Brevet FR2629103A1 — publié le 19890929

TOLE METALLIQUE POUR EMBOUTISSAGE ; PROCEDE ET DISPOSITIF POUR SA FABRICATION La présente invention concerne une tôle métallique particulièrement adaptée à sa mise e oeuvre par déformation plastique, notamment par emboutissage, ainsi qu'un procédé et un dispositif de réalisation de cette tôle par traitement de sa surface. Les procédés connus de mise en forme par déformation plastique d'un flan métallique mettent en oeuvre des# outils de forme appliqués avec un certain effort sur le flan pour lui donner la conformation requise. Dans ces procédés, le coefficient de frottement tôle-outil joue un rôle important. Il peut limiter la capacité de déformation de la tôle, et conduire à des ruptures du flan s'il est trop élevé. La lubrification, l'état de surface et la nature des outils sont des paramètres sur lesquels on peut agir pour diminuer le frottement. On connait des moyens destinés à réduire ce coefficient de frottement et consistant à effectuer un traitement de surface de la tôle avant déformaticn. On connait en particulier des procédés de conversion chimique de la surface, tels que la phosphatation, qui permettent d'abaisser le coefficient de frottement tôle-outil et favorisent ainsi la mise en forme du flan. Un inconvénient de ces procédés réside dans le fait qu'ils provoquent une modification des caractéristiques chimiques d'une couche de métal à la surface de la tôle. Aussi minime soit-elle, cette couche persistant e surface après mise en forme de la pièce peut s'avérer gênante pour l'utilisation de la pièce obtenue. Il peut notamment y avoir incompatibilité entre les caractéristiques de surface obtenues et des traitements chimiques souhaités après mise en forme. D'autres inconvénients quant à l'utilisation des pièces après mise en forme, peuvent aussi être rédhibitoires. Par exemple, la phosphatation des tôles constitue une gêne importante lors du soudage des pièces qui y ont été soumises. Un autre inconvénient de ces procédés réside dans la lourdeur et le coût des installations industrielles nécessaires pour ces traitements de surface. Une installation de phosphatation de tôles est coûteuse autant par l'importance du matériel constitutif, que par ses forts besoins énergétiques. De plus, les procédés de conversion chimique impliquent une durée minimale de traitement et donc, pour un traitement sur une ligne de fabrication continue, une longueur et un encombrement importants de l'installation de traitement. La présente invention a pour but la suppression des inconvénients précités, et l'obtention des tôles particulièrement adaptées à la mise en forme par déformation plastique, notamment par emboutissage. Avec ces objectifs en vue, un objet de la présente invention est une tôle métallique caractérisée en ce qu'elle comporte sur au moins une face un film d'un produit saponifiant provoquant la formation d'un savon par réaction avec une huile, cette huile étant du type de celles utilisées communément lors des opérations d'emboutissage. On notera qu'ici et dans la suite de ce mémoire, le terme "emboutissage" sera utilisé pour désigner de manière générale tous les procédés de mise en forme par déformation plastique des tôles. Préférentiellement, ledit produit est un sel d'un métal alcalin on alcalino-terreux, déposé à la surface de la tôle à raison de plus de 10 milligrammes par m2 de surface. Préférentiellement encore, la quantité de sel déposé est de 20 mg à quelques centaines de mg par m2. Selon une autre disposition particulière de l'invention, le sel de métal alcalin est un sel d'un métal choisi dans le groupe formé par Na, K, Li. Préférentiellement encore, ledit sel est un sel d'un anion chimiquement inerte à l'égard du métal constitutif de la tôle,choisi parmi les phosphates. Un autre objet de l'invention est un procédé de réalisation de la tôle ci-dessus, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on dépose le sel de métal alcalin par application sur la surface de la tôle d'une solution dudit sel puis on sèche la tôle ainsi traitée, pour évaporer le solvant. L'application de la solution sur la tôle pourra notamment être réalisée par aspersion, immersion ou enduction. Un autre objet encore de l'invention est un dispositif pour traiter une tôle en défilement conformément au procédé selon l'une des formes indiquées ci-dessous, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'application pour répandre uniformément sur la surface de la tôle une solution d'un sel de métal alcalin, et des moyens de séchage placés en aval, selon le sens de défilement de la tôle, desdits moyens d'application. Lesdits moyens d'application peuvent notamment consister en des dispositifs assurant l'application de ladite solution par aspersion, immersion ou préférentiellement par enduction. La présente invention, prise dans l'une de ses différentes dispositions exposées ci-dessus, permet de réduire considérablement la valeur du coefficient de frottement tôle-outil lors de l'emboutissage, et ceci que les tôles soient, préalablement au traitement, nues ou revêtues par exemple zinguées. Par rapport aux tôles précédemment citées, traitées par conversion chimique de leurs surfaces, les tôles selon l'invention se révèlent très économiques. Leur procédé de fabrication permet de réaliser un gain de place appréciable quant à i'.instal- lation nécessaire à sa mise e oeuvre D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront lors de la description qui va être faite à titre d'exemple, d'un procédé et d'un dispositif conformes à l'invention et des résultats d'essais comparatifs de tôles traitées selon l'invention et soumises à un emboutissage. On se reportera aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique partielle d'une installation équipée pour la mise en oeuvre du procédé - la figure 2 est un graphique montrant deux courbes représentatives du coefficient de frottement en fonction de la pression, ces courbes étant établies dans les mêmes conditions opératoires pour des tôles respectivement traitées et non traitées - la figure 3 est une vue de détail partielle d'un second mode de mise en oeuvre du procédé. La figure 1 représente une partie d'une ligne de fabri cation d'une tôle destinée à l'emboutissage, l'installation représentée pouvant notamment se situer e aval des cages finisseuses d'un train de laminoir, ou d'une installation de traitement thermique de la tôle dans le cas du traitement de tôles nues ou, par exemple, en aval d'une installation de galvanisation ou d'électrozingage dans le cas du traitement de tôles revêtues. D'autres traitements de la tôle peuvent bien évidemment être effectués en amont de l'installation représentée. La tôle 1, en défilement selon la flèche F1, passe sur un rouleau de renvoi 2 qui lui fait prendre une direction verticale. Ensuite, la tôle 1 passe entre deux rouleaux d'enduction caoutchoutés 3 pressés sur chacune de ses faces. Les rouleaux 3 tournent selon le sens des flèches F2 et sont partiellement immergés dans une solution d'un sel de métal alcalin contenu dans les encriers 4. Chaque encrier est alimenté par une pompe 5 et les tuyau- teries ; à partir d'un réservoir 6 de ladite solution. Une tuyau- terie 8 de trop plein relie chaque encrier au réservoir. Bien que sur la figure 1 on n'ait représenté, par souci de clarté, que les tuyauteries relatives à un seul encrier, il est évident que le second encrier est alimenté de la même façon. Lors de son passage entre les rouleaux enducteurs 3, la tôle 1 est recouverte sensiblement uniformément d'une pellicule de la solution de sel. Immédiatement après son passage entre les rouleaux 3, la tôle est séchée par air chaud pour accélérer l'évaporation du solvant, par exemple dans un four 9. La tôle doit être sèche en sortie du four. Ensuite, la tôle est bobinée ou découpée et huilée en vue de son utilisation ultérieure par emboutissage. La figure 3 montre un autre agencement des rouleaux pour réaliser l'enduction de la tôle, agencement connu par ailleurs pour d'autres types d'utilisation. Dans ce cas, un ensemble de trois rouleaux est disposé de chaque côté de la tôle 1. Chaque ensemble comporte un premier rouleau "preneur" 11 qui est partiellement immergé dans l'encrier 4'. Le rouleau preneur 11 est en contact avec un rouleau répartiteur 12 auquel il transmet une partie de la solution #impregnant sa surface. Le rouleau répartiteur 12 est de manière similaire en contact avec le rouleau enducteur 13 maintenu en appui sur la tôle. Cette disposition bien que nécessitant plus de place, permet en revanche d'obtenir une meilleure régularité du revêtement Il est précisé que, quel que soit l'agencement de rouleaux, le débit de fuite des rouleaux enducteurs est maintenu constant, et pour régler la quantité de sel déposé, on jouera avantageusement sur la concentration en sel dissous de la solution aqueuse contenue dans le réservoir. Cette solution contient de 10 à 100 g de sel par litre d'eau, et, de préférence, est neutralisée. Le procédé selon l'invention a été expérimenté sur des tôles nues et sur des tôles revêtues (zinguées). Les inventeurs ont observé une amélioration plus sensible des caractéristiques d'emboutissage pour les tôles revêtues. Les expériences menées par les inventeurs en laboratoire et sur installations industrielles ont montré que des tôles non traitées sollicitées en emboutissage cassent à une faible pression de serre-flan (40 bars) alors que ces mêmes tôles traitées selon l'invention permettent d'atteindre des pressions de serre-flan de 140 bars avant rupture. Il en résulte non seulemer.t la possibilité de réaliser des emboutis sous forte pression, mais encore un accroissement important de la latitude d'emboutissage, c'est-à-dire de la fourchette de pression du serre-flan, limitée vers les pressions basses par l'apparition de plis de la forme emboutie, et vers les pressions hautes par la déchirure. du flan. Le tableau ci-dessous illustre les résultats obtenus lors d'essais d'emboutissage d'échantillons obtenus par cinq prélèvements. La moitié des échantillons (A) des prélèvements 1, 2 et 3 ayant été traitée au laboratoire, et les échantillons (E) des prélèvements 4 et 5 traités sur lignes de fabrication industrielle. Pression de serre-flan pour laquelle il y a casse (bars) Repère Repère Sanstraitement I Avec traitement 1 40 0 > 100 1 40 > 140 40 A > 140 2 40 120 3 40 120 4 60 0 160 4 60 160 4 60 E 180 5 40 140 5 40 1 140 5 - 40 160 D'autres essais ont permis d'obtenir les courbes du graphique de la figure 2 représentant la variation du coefficient de frottement en fonction de la pression. Ces courbes ont été obtenues par mesure sur un tribomètre classique à surfaces parallèles, avec des tôles électrozinguées double face dont le revêtement a une épaisseur de 10 pm. On constate facilement que dans le cas de la tôle traitée, le coefficient de frottement est globalement nettement plus faible que dans le cas de la tôle non traitée. Il est rappelé que le traitement conforme à l'invention ne supprime bien évidemment pas l'obligation de huiler, les tôles avant emboutissage, puisque l'amélioration de l'emboutissabilité obtenue grâce à l'invention résulte de la combinaison des produits déposés conformément à l'invention et de l'huile utilisée communément lors de l'opération d'emboutissage. Bien que dans l'exemple précédemment décrit, le traitement de la tôle soit réalisé en ligne de fabrication, il est clair que ce traitement pourrait également être effectué à tout moment avant emboutissage. REVENDICATIONS 1) Tôle métallique particulièrement adaptée à sa mise en oeuvre par déformation plastique caractérisée en ce qu'elle comporte sur au moins une de ses faces un film d'un agent saponifiant. 2) Tôle selon la revendication 1 caractérisée en ce que ledit agent saponifiant est un sel d'un métal alcalin ou alcalino-terreux, déposé à raison de plus de 10 milligrammes par mètre carré de surface de tôle. 3) Tôle selon la revendication 2 caractérisée en ce que la quantité de sel déposé est comprise entre 20 mg/m2 et quelques centaines de mg/m2. 4) Tôle selon la revendication 2 caractérisée en ce que ledit sel est un sel d'un métal alcalin choisi dans le groupe formé par : Li, Na, K. 5) Tôle selon la revendication 2 caractérisée en ce que ledit sel est un sel d'un anion chimiquement inerte à l'égard du métal constitutif de la tôle, choisi parmi les phosphates. 6) Procédé de traitement de la surface d'une tôle métallique pour fabriquer la tôle selon l'une des revendications 1 à j, caractérisé er. ce qu'on forme le film d'agent saponifiant par application à la surface de la tôle d'une solution aqueuse dudit agent, qu'on laisse ensuite sécher. 7) Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que la solution contient de 10 à 100 g/I dudit agent. 8) Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'on sèche la tôle immédiatement après application de la solution. 9) Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'on applique la solution par enduction. 10) Dispositif pour traiter une tôle en défilement conformément au procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'application (3) pour répandre uniformément sur la surface de la tôle (i) une solution d'un sel de métal alcalin, et des moyens de séchage (9) placés en aval desdits moyens d'application (3).