Brevet FR2647373A1 — publié le 19901130

La présente invention concerne d'une façon générale la fabrication d'éléments métalliques par déformation par pression de fluide, notamment par déformation superplastique et soudage par diffusion, et elle est plus particulièrement relative à un procèdé de formage de tôles destiné à être utilisé dans cette fabrication. Il est bien connu de fabriquer des pièces par déformation par pression de fluide, c1 est à dire par un procèdé selon lequel on place un flan sensiblement plan dans un moule, on serre les bords du flan entre les bords du moule et les bords d'un couvercle, on amène le flan à une température où il est déformable plastiquement, puis on injecte un fluide sous pression entre le flan et le couvercle de façon à déformer le flan en l'amenant à s'appliquer contre le moule. Dans certains cas, on maintient, entre le flan et le moule, une contre-pression appréciable, moins élevée cependant que la pression créée entre le flan et le couvercle, c'est ce qu'on appelle le formage hydrostatique. Il est également bien connu de fabriquer des éléments métalliques alvéolés par déformation superplastique et soudage par diffusion d'un empilage de tôles dont certaines ont préalablement reçu un motif prédéterminé d'une matière stopposant au soudage par diffusion, dite ci-après pour simplifier: matière anti-diffusion. On serre les bords de cet empilage de façon étanche entre deux demi-moules, on l'amène à l'état superplastique dans lequel certaines des tôles se soudent entre elles par diffusion dans les régions dépourvues de matière anti-diffusion et on insuffle un fluide sous pression entre les tôles pour amener leurs régions non soudées en contact avec les parois du moule. Ces régions non soudées sont délimitées par les parties soudées et sont ainsi gonflées pour former les alvéoles désirés. On a constaté que lorsqu'une tale est déformée par le fluide sous pression, elle tend à s'amincir dans les parties qui correspondent aux angles, aux plis ou autres changements de direction et que pour cette raison les éléments ainsi formés présentent une résistance affaiblie dans ces parties, qui peuvent être cependant des parties fortement sollicitées à l'usage. Il est connu de remédier à cet inconvénient en prévoyant des renforts constitués de pièces de la même nature que le flan, qui sont découpées à la forme voulue et placées aux endroits que l'on veut renforcer. Ces pièces peuvent être soudées au préalable, ou bien disposées de façon à venir se souder au flan par diffusion si on emploie cette technique. Cette manière d'opèrer convient dans des cas simples, mais, pour des pièces complexes, elle impose de découper avec précision, et de fixer aux endroits convenables, un nombre important de renforts. Une étude plus précise des sollicitations impose souvent que les renforts soient d'épaisseurs différentes les uns des autres, ce qui complique encore le travail. La présente invention a pour but de remèdier à ces inconvénients et de fournir un procèdé qui assure la maîtrise des épaisseurs aux différents points de la pièce obtenue, sans complication exagèrée. Elle fournit à cet effet un procèdé de formage par déformation par pression de fluide, dans lequel on serre les bords d'un flan de façon étanche entre deux demi-moules, on amène ledit flan à une température permettant sa déformation plastique et on applique entre les deux faces de ce flan une différence de pression de fluide suffisante pour le déformer et l'amener à la forme voulue, caractérisé en ce qu'au préalable on donne au flan une épaisseur non constante, de façon appropriée pour que la pièce obtenue après formage présente en tous ses points une épaisseur désirée. On comprend que les régions du flan présentant, avant sa déformation, une épaisseur plus grande que le reste du flan constituent des "réserves" de matière qui, lors de la déformation, compensent l'amincissement du flan dans toutes les régions dans lesquelles on l'observait jusqu'à présent. Suivant un mode de mise en oeuvre du procèdé de l'invention, on donne au flan ladite épaisseur non constante par usinage. De préférence ledit usinage est effectué par voie chimique. En complément on peut donner au flan ladite épaisseur non constante par adjonction de pièces de renfort dans les régions appropriées. On a dit plus haut que l'utilisation de renforts compliquait la mise en oeuvre du procèdé de formage. Cependant, lorsque la pièce finie doit présenter, en un petit nombre d'endroits, une forte surépaisseur, on peut avoir avantage à placer -des renforts aux emplacements correspondants, de façon, notamment, à réduire la quantité de matière à enlever par usinage, ou bien à faciliter l'obtention du flan d'épaisseur non uniforme. D'une façon avantageuse, lesdites pièces de renfort sont soudées au flan par diffusion lors de l'opération de formage. L'invention a également pour objet un flan pour la mise en oeuvre du procède défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'il présente une épaisseur non uniforme, plus épaisse dans les régions prévues pour correspondre aux parties qui doivent être renforcées au terme du formage. Suivant encore une autre caractéristique de l'invention, dans le cas où le procédé est adapté au formage par déformation superplastique et soudage par diffusion d'au moins deux flans, on donne à au moins un flan une forme avec une face plane et une face en relief, et on applique une matière anti-diffusion sur la face plane pour empêcher le soudage de deux flans voisins dans des zones choisies. La description qui va suivre en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La Fig.# est une vue schématique montrant la première phase d'une opération de formage par déformation par pression de fluide suivant le procédé classique; la Fig.2 montre la forme finale de la pièce obtenue, avec les amincissements qui en résultent; la Fig.3 est une vue en coupe -d'un flan d'épaisseur non constante pour la mise en oeuvre du procèdé suivant l'invention dans l'exemple des Fig.1 et 2; la Fig.4 est une vue schématique en coupe d'un moule pour formage d'un élément alvéolé par déformation superplastique et soudage par diffusion, avec des flans dont deux sont d'épaisseur non constante, conformément à l'invention, avant l'insufflation de fluide sous pression; la Fig.5 est une vue du moule de la Fig.4, avec l'élément après insufflation de fluide sous pression. En se référant à la Fig.1, on a représenté schématiquement un moule 1 fermé par une plaque d'appui 2 formant couvercle, un flan de tôle 3 étant serré de façon étanche entre les bords du moule 1 et la plaque 2. Le flan étant amené à l'état superplastique, un fluide sous pression est insufflé entre la plaque 2 et le flan 3 afin de déformer celui-ci et de l'appliquer contre la paroi interne du moule 1. Comme on l'a représenté à la Fig.2, le flan 3 après le formage s'est aminci dans les régions d'angles A et B, de sorte que la pièce obtenue ne présente qu'une résistance affaiblie dans ces régions. On a représenté à la Fig.3 un flan 4 suivant l'invention destiné à être utilisé dans l'exemple des Fig.1 et 2. Le flan de tôle 4 présente une épaisseur non uniforme, en ce qu'il comporte à chaque extrémité en considèrant le dessin, c'est à dire sur ses bords, une région épaisse 5 destinée à être serrée entre les bords du moule 1 et la plaque d'appui 2 pour former les régions d'angles désignées par A à la Fig.2. Entre les régions épaisses 5 sont prévues deux autres régions épaisses identiques 6 séparées l'une de l'autre et des régions 5 par des régions plus minces 7 identiques entre elles . Les régions 6-sont situées de manière à venir s'appliquer dans les régions d'angles désignées par B à la Fig.2. On comprend que les régions 5 et 6 constituent des "réserves de matière qui compensent les amincissements qui se forment habituellement dans les parties d'angles, de plis, ou autres changements de direction de la tale du flan lors de l'opération de formage. On décrira maintenant la fabrication d'un élément alvéolé par déformation superplastique et soudage par diffusion suivant le procédé de l'invention en se référant aux Fig.4 et 5. On a représenté à la Fig.4 un empilage de tôles désigné dans son ensemble par la référence 8 et serré par ses bords entre deux demi-moules M1,M2, avant l'insufflation de fluide. L'empilage 8 est constitué par deux flans 9a,9b, identiques dans 11 exemple décrit, d'épaisseur non constante conformément à 11 invention, avec leurs faces planes l'une contre l'autre, entre deux flans plats classiques 1Oa,1Ob. Les flans 9a,9b sont identiques à celui représenté à la Fig.3 et sont agencés de manière que leurs parties épaisses -5,6 soient dirigées en sens opposé symètriquement de part et d'autre du plan de contact des flans, ainsi que les parties plus minces 7 les séparant. Un motif de matière anti-diffusion a été préalablement déposé par sérigraphie sur les faces planes des flans 9a,9b d'épaisseur non constante afin de constituer une couche Il continue entre les parties plus minces 7 qui correspondent aux alvéoles désirés, mais interrompue entre les parties épaisses 6 destinées à former les cloisons séparant les alvéoles. Après avoir amené l'empilage 8 à une température voulue permettant leur déformation superplastique et leur soudage par diffusion, on insuffle un fluide sous pression entre les flans 9a,9b tout en appliquant éventuellement une dépression entre les flans 10a,10b et les demi-moules M1,M2, respectivement, comme connu en soi. La Fig.5 montre l'élément obtenu, dans lequel les faces non planes des flans 9a,9b se sont soudées par diffusion aux flans 10a,IOb, et dans lequel des alvéoles 12 se sont formés par gonflage des régions comprises entre les parties plus minces 7, délimités par des cloisons 13 formées par étirage superplastique des parties épaisses 6, soudées ensemble dans les régions dépourvues de matière anti-diffusion. On remarquera que cet élément ainsi obtenu est dépourvu de zones amincies, aussi bien dans les angles des demi-moules que dans les angles formés par les cloisons des alvéoles. L'exemple illustré par les Fig.4 et 5 correspond à une pièce symètrique. On doit cependant noter que le procèdé convient parfaitement à l'élaboration de pièces non symétriques. Dans le cas où l'élément alvéolé désiré doit subir des contraintes plus fortes dans une zone particulière, on peut appliquer une, ou plusieurs pièces de renforcement dans la zone voulue: on a représenté une telle pièce de renforcement en traits interrompus à la Fig.4, désignée par la référence 14, appliquée sur la face externe du flan lOa et située de manière à venir renforcer la paroi supérieure (en considèrant le dessin) de l'alvéole de droite. La Fig.5 montre ;Le renforcement obtenu dans l'élément fini: l'excèdent de matière constitué par la pièce 14 se retrouve sous la forme d'une surépaisseur interne 15 par un effet de fluage superplastique. La façon la plus simple pour préparer les flans d'épaisseur non uniforme suivant l'invention consiste à les usiner. Cet usinage peut être, bien entendu, un usinage mécanique mais il sera plus avantageusement effectué par un procèdé chimique approprié connu en soi. Dans la pratique, on recouvre d'abord le flan d'une couche de matière protectrice, qu'on découpe par exemple au rayon laser, suivant des lignes de découpe correspondant aux limites des zones d'épaisseur différente. On enlève par pelage la matière protectrice correspondant à la zone d'épaisseur la plus faible, et on plonge le flan dans un bain d'attaque. Après avoir enlevé, dans les zones non protégées, une épaisseur de matière égale à la différence entre l'épaisseur de la zone la moins épaisse et celle de la zone qui la suit immédiatement dans l'ordre des épaisseurs croissantes, on enlève la matière protectrice pour cette seconde zone, et on replonge le flan dans le bain d'attaque. On répète la suite de ces opérations jusqu'à obtention de l'épaisseur désirée dans chacune des zones. La matière anti-diffusion est appliquée sur la face plane du flan, après enlèvement de la couche de matière protectrice s'il y en a une. L'application se fait usuellement par sérigraphie. Ce procèdé permet une grande précision pour le dépôt de matière sur une surface plane, mais son emploi dans le cas d'une surface présentant un relief donne de moins bons résultats, c'est pourquoi les variations d'épaisseur sont faites en traitant une seule face, l'autre restant plane pour le dépôt de la matière anti-diffusion. REVENDICATIONS 1- Procèdé de formage par déformation par pression de fluide, dans lequel on serre les bords d'un flan de façon étanche entre deux demi-moules, on amène ledit flan à une température permettant sa déformation plastique et on applique entre les deux faces de ce flan une différence de pression de fluide suffisante pour le déformer et l'amener à la forme voulue, caractérisé en ce qu'au préalable on donne au flan une épaisseur non constante, de façon appropriée pour que la pièce obtenue après formage présente en tous ses points une épaisseur désirée. 2- Procèdé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on donne au flan ladite épaisseur non constante par usinage. 3- Procèdé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ledit usinage est effectué par voie chimique comprenant les phases consistant à: a) recouvrir le flan d'une couche de matière protectrice, qu'on découpe par exemple au rayon laser, suivant des lignes de découpe correspondant aux limites des zones d'épaisseur différente; b) enlever par pelage la matière protectrice correspondant à la zone d'épaisseur la plus faible; c) plonger le flan dans un bain d'attaque pour enlever l'épaisseur désirée de matière; d) enlever la matière protectrice correspondant à la zone d'épaisseur immédiatement supérieure à la précédente, et on plonge de nouveau le flan dans le bain d'attaque pour enlever une épaisseur désirée de matière; e) répèter la phase d) jusqu'a obtention de l'épaisseur désirée dans chacune des zones. 4- Procèdé suivant l'une quelconque des revendications i à 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'adjonction de pièces de renfort dans les régions appropriées. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'on soude lesdites pièces de renfort au flan par diffusion lors de l'opération de formage. 6- Procèdé suivant l'une quelconque des revendications i à 3, adapté au formage par déformation superplastique et au soudage par diffusion d'au moins deux flans, caractérisé en ce qu'on donne à au moins l'un desdits flans une forme avec une face plane et une face ayant des zones en relief, et en ce qu'on applique un motif d'une matière anti-diffusion sur ladite face plane pour empêcher le soudage de deux flans voisins dans des zones choisies. 7- Procèdé suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'après enlèvement du reste de matière protectrice, s'il y en a, on applique la matière anti-diffusion par sérigraphie. 8- Flan pour la mise en oeuvre du procèdé défini suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente une épaisseur non uniforme, plus épaisse dans des régions (5,9) prévues pour correspondre aux parties qui doivent être renforcées au terme du formage, lesdites régions plus épaisses (5,9) étant séparées par des régions plus minces (7,10).