Brevet FR2641216A1 — publié le 19900706

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif d'emboutissage de matériaux en feuille, notamment de flans de tôle extraminces de grandes dimensions utilisables par exemple dans l'industrie automobile, et/ou comportant des formes complexes, avec poinçon déformable sous plongeur. L'emboutissage des pièces de grandes dimen- sions et de formes complexes se fait généralement avec des presses à double effet. Ces machines comportent essentiellement une table fixe qui reçoit une matrice et deux coulisseaux indépendants: un coulisseau exté- rieur portant un serre-flan et un coulisseau central dit plongeur portant un poinçon. Tout d'abord, le coulisseau extérieur et le serre-flan descendent et maintiennent un serrage du flan de tôle, ensuite le poinçon, sous l'action du coulisseau central, descend rapidement jusqu'à sa mise en contact avec le flan de tôle et continue sa descente pendant la phase d'emboutissage, et enfin le coulisseau central et le coulisseau extérieur remontent pratiquement en même temps. Ce procédé classique ne permet pas l'embou- tissage de tôles extra-minces, par exemple d'une épaisseur inférieure à 45/100 mm, car la rigidité de la matrice et du poinçon ainsi que le serrage de la tôle par le serre-flan génèrent des déformations non homogènes se traduisant dans certaines zones par des allongements susceptibles de provoquer un amincisse- ment excessif compte-tenu de la faible épaisseur ini- tiale de la tôle et dans d'autres zones par des ré- treints tendant à provoquer un épaississement du flan de tôle, qui conduisent à la formation de plis. De. plus, pour des aciers à haute limite élastique, cette technique classique d'emboutissage nécessite, pour éviter la formation de plis sous le serre-flan, que celui-ci exerce sur le flan de tôle une pression très élevée que la plupart des machines ne peuvent fournir. On connait également un procédé dit "procédé Guerin" selon lequel on forme au moyen d'un poinçon une feuille de tôle reposant sur une masse d'élastomè- re. Le poinçon est forcé dans l'élastomère formant ma- trice qui plaque le flan de tôle contre le poinçon. Le rôle fonctionnel de l'élastomère est donc celui d'une matrice. Ce procédé a pour principal inconvénient de consommer une énergie importante et, de plus, ce pro- cédé n'évite pas la formation de plis. En effet, les gradients de pression entrainés par la déformation de l'élastomère diminuent au fur et à mesure que l'on approche de la surface supérieure de la masse d'élas- tomère, surtout pour la réalisation de formes anguleu- ses, le flan de tôle étant insuffisamment tenue à sa périphérie. On connait également un procédé de formage utilisant un fluide sous pression pour former des formes simples du type hémisphérique et/ou de révolu- tion. Cependant cette technique n'est utilisable que pour des pièces de forme de révolution ou axisymétri- ques. Enfin, on connait, dans les FR-A-2.564.339 et FR-A-2.590.814, un procédé d'emboutissage sur cous- sin élastique. Selon ce procédé, on dispose le flan-de tôle à former sur un coussin élastique, on applique un coulisseau extérieur supportant un serre-flan sur la partie périphérique du flan de tôle de façon à provo- quer le fluage de la masse du coussin élastique pour déformer la partie centrale du flan de tôle en lui conférant en fin d'étape de préformage une surface sensiblement égale à la surface de la pièce finie à obtenir, puis on applique à l'aide d'un coulisseau central un poinçon sur la partie centrale du flan de tôle pour conformer définitivement la pièce. Ce procédé présente toutefois des contrain- tes qui peuvent être résolues d'une manière originale par le procédé selon la présente invention. En effet, il se produit au moment du retour à l'état d'équilibre du coussin élastique, c'est-à- dire au moment de la remontée du plongeur et du serre- flan, un effet de succion dudit coussin élastique sur la pièce formée ce qui peut provoquer l'effondrement de la pièce, notamment dans le cas des pièces de gran- des dimensions. De plus, il est à noter que le retour à l'état initial du coussin élastique s'effectue du centre vers la périphérie ce qui accroit l'effet de succion. On connaiît également dans le US-A-2.859.719, un procédé d'emboutissage qui met en oeuvre simultané- ment un emboutissage sur élastomère et un emboutissage sous pression de fluide. L'élément à base d'élastomè- re, disposé au-dessus du flan de tôle, n'est pas seu- lement constitué d'une masse d'élastomère, mais com- porte en outre une vessie gonflable par un fluide, qui l'apparente à une technique d'hydroformage. De plus, ce procédé ne comporte pas une première étape de pré- forme dans laquelle le flan de tôle préformé acquiert une surface sensiblement égale à la surface de la pièce finie à obtenir. La présente invention vise à présenter un nouveau procédé qui, tout en préservant l'efficacité et la longévité du coussin en matériau élastique, per- met d'obtenir des pièces embouties de moyenne profon- deur, mais de grande surface, telles que des pièces automobiles dont les parties centrales ne sont prati- quement jamais des formes de révolution, mais repré- sentent des formes complexes non développables, sans problème de succion et incorporant d'autres avantages qui seront développés ci-après. L'invention a donc pour objet un procédé d'emboutissage de matériaux en feuille, notamment de tôles, sur une presse à l'aide d'un coussin en un matériau élastique, selon lequel on dispose un flan de tôle à former sur un support dont la partie périphéri- que forme un serre-flan inférieur et dont la partie centrale constitue une matrice, on applique, sous l'action d'un coulisseau extérieur, un serre-flan supérieur sur la partie périphérique du flan de tôle, puis on applique un poinçon sous l'effet d'un plon- geur, caractérisé en ce que, au cours d'une première étape, on applique, sous l'action du plongeur, le coussin élastique formant poinçon déformable sur le flan de tôle pour effectuer le préformage dudit flan de façon à lui donner une surface sensiblement égale à la surface de la pièce finie à obtenir, puis, au cours d'une deuxième étape, on poursuit, toujours sous l'action du plongeur, la descente du coussin élastique et simultanément on déplace tout ou partie du fond de matrice pour effectuer la conformation définitive de la pièce. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, lors de l'action du serre-flan périphérique su- périeur sur le flan de tôle, on effectue dans des zo- nes localisées un tombage de bord dudit flan de tôle. L'invention a également pour objet un dispo- sitif d'emboutissage de matériaux en feuille, notam- ment de flans de tôle, comprenant un coussin en un ma- tériau élastique, un support du flan de tôle à former, dont la partie périphérique forme un serre-flan infé- 2641216' rieur et dont la partie centrale constitue une matri- ce, des moyens de préformage du flan de tôle consti- tués par un coulisseau extérieur portant un serre-flan supérieur et des moyens de formage définitif dudit flan de tôle constitués par un plongeur agissant sur un poinçon, caractérisé en ce que le coussin en un matériau élastique est disposé au-dessus du flan de tôle et solidaire du poinçon mobile verticalement. Selon d'autres caractéristiques de l'inven- tion: - le coussin élastique a un volume constant et est constitué par un matériau déformable et incom- pressible placé dans une enveloppe, - la matrice comporte une partie fixe et un noyau mobile verticalement coopérant avec un organe de régulation du déplacement dudit noyau pour réaliser la conformation définitive de la pièce, - la matrice comporte un noyau fixe et une partie mobile verticalement coopérant avec un organe de régulation du déplacement de ladite partie mobile pour réaliser la conformation définitive de la pièce, - l'ensemble de la matrice est mobile ver- ticalement et coopère avec un organe de régulation du déplacement de ladite matrice pour réaliser la confor- mation définitive de la pièce. L invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - La figure 1 est une vue en perspective éclatée montrant les différents éléments constituant le dispositif d'emboutissage selon l'invention; 2 6 4 1 2 1 6 - la figure 2 est une vue schématique en perspective de la matrice, montrant le positionnement du flan de tôle sur cette matrice avant emboutissage; - les figures 3 à 6 sont des vues schémati- ques en coupe selon la ligne 3-3 de la figure 1, au cours des étapes successives de formage d'une pièce; - la figure 7 est une vue en perspective éclatée d'une première variante du dispositif d'embou- tissage selon l'invention; - les figures 8 à 10 sont des vues schéma- tiques en coupe selon la ligne 8-8 de la figure 7, au cours des étapes successives de formage d'une pièce; - la figure 11 est une vue en coupe d'une seconde variante du dispositif d'emboutissage selon l'invention; la figure 12 est une vue en coupe d'une troisième variante du dispositif d'emboutissage selon l'invention; - la figure 13 est un diagramme montrant un cycle du dispositif selon l'invention, pendant le préformage et la conformation de la pièce. Le dispositif d'emboutissage représenté à la figure 1 comporte un socle 1 dont la partie centrale constitue un logement pour une matrice 3 éventuelle- ment venue de matière avec le socle 1 et qui comporte sur sa partie supérieure une empreinte correspondant au profil de la pièce finie à obtenir. Le socle 1 comporte d'une part une partie interne formant un serre-flan 2 situé à un niveau supérieur à l'empreinte de la matrice 3 et d'autre part une partie supérieure constituant une zone 2a de tombage du bord du flan de tole 20. Par ailleurs, la matrice 3 comporte une cavité 4 dans laquelle pénètre un noyau 5 coulissant 2 6 4 1 2 1 6 dans cette dernière et dont la face supérieure complète l'empreinte de la matrice 3 pour obtenir le profil de la pièce finie. Selon le premier mode de réalisation repré- senté à la figure 1. le noyau 5 est mobile et coopère avec un organe 6 de régulation du déplacement dudit noyau qui peut être constitué par exemple par un frein multilames, un ressort ou encore un vérin, ou tout autre système approprié. Au-dessus du socle 1, le dispositif d'embou- tissage comporte un corps 7 dont la partie inférieure constitue un serre-flan périphérique supérieur 9. Le serre-flan périphérique supérieur 9 a des dimensions extérieures inférieures à celles pratiquées sur le socle 1, de sorte que ledit serre-flan supé- rieur 9 peut pénétrer dans ledit socle pour atteindre le serre-flan inférieur 2. Le corps 7 comporte un puits 10 dans lequel pénètre un poinçon 11. Ce poinçon 11 comporte un coussin 12 en matériau élastique et comporte à sa par- tie supérieure une plaque 13. Par ailleurs, le corps 7 est muni sur sa périphérie de deux collerettes super- posées, respectivement 14 et 15. La première collerette 14 supporte des vé- rins 16 dont chaque tige traverse la seconde colleret- te 15 par des orifices 17 et coopère avec la plaque 13 du poinçon 11 pour constituer un système de remontée du poinçon en fin d-'étape de conformation et éventuel- lement de réglage de la pression du serre-flan supérieur 9. Le flan de t6le 20 comporte dans des zones localisées des découpes formant des cornes 20a qui, lorsque le flan est positionné sur la face supérieure du socle 1. reposent sur les zones déterminées 2a de tombage du bord, comme représenté à la figure 2. Le tombage du bord est donc réalisé dans des zones limi- tées du bord périphérique du flan de tôle correspon- dant aux zones 2a de la partie supérieure du socle 1 comme on le verra ultérieurement. Le formage du flan de tôle 20 est réalisé de la manière suivante. Tout d'abord, on pose le flan de tôle 20 sur la face supérieure du socle 1 qui repose par l'inter- médiaire des cornes 20a uniquement sur les zones 2a (figure 3). Le noyau 5 est en saillie au-dessus de l'empreinte de la matrice 3 et l'organe 6 de régula- tion de déplacement dudit noyau est verrouillé par un dispositif approprié non représenté. Dans un premier temps, un coulisseau exté- rieur 21 de la presse (figure 4), supportant par l'in- termédiaire de la collerette 15 le corps 7, descend progressivement de telle sorte que le serre-flan supé- rieur 9 provoque dans les zones o le flan de tôle 20 est en appui sur les zones 2a, le tombage du bord du flan de tôle qui se replie. Par conséquent, au cours de cette première étape, les zones localisées de la partie périphérique du flan de tôle 20, qui, seraient soumises à un fort rétreint, dans des conditions autres que celles de la présente invention, sont maintenues entre les zones déterminées 2a et le serreflan 9, afin de réaliser dans ces zones le tombage du bord du flan de tôle, permettant ainsi de retenir le métal à rétreindre. Ensuite, un plongeur 22 de la presse vient en contact avec la plaque 13 du poinçon 11 et provoque la descente du coussin élastique 12 dont la face de travail entre en contact avec le flan de tôle 20. Au cours de cette descente, le noyau 5 étant en saillie (figure 5), le coussin élastique 12 se comprime et, sous l'effet de cette action de compres- sion, provoque la déformation du flan de tôle 20 de façon à réaliser le préformage dudit flan et à lui donner une surface sensiblement égale à celle de la pièce finie à obtenir. La figure 6 représente l'étape de conforma- tion finale de la pièce. Le plongeur 22 descend à sa position basse et provoque par l'intermédiaire du coussin élastique 12 le formage final de la pièce, préformée au cours de la première partie de la descente. Simultanément à la descente du plongeur central 22 et du poinçon 11, l'organe 6 est déver- rouillé si bien que le noyau mobile 5 se rétracte de façon a libérer les surfaces développées de tôle nécessaires à la conformation de la pièce finie. Les contraintes de compression dues à l'ap- pui du flan de tôle 20 sur la matrice 3 par le coussin élastique 12 se transforment par l'action dudit cous- sin élastique. en contraintes de traction exercées sur toute la surface du flan de tôle, et provoquent le dé- placement de ce flan dans tout le volume disponsible. Au fur et à mesure de la descente du coussin élastique, au cours des étapes de préformage et de conformation, les bords du flan de tôle 20 sont tenus tout en glissant entre le serre-flan inférieur 2 et le serre- flan supérieur 9. et la hauteur des bords tombés dudit flan dans les zones localisées 2a diminue. D'autre part, au cours de ces étapes, la plaque 13 du poinçon 11 comprime les vérins 16 ce qui a également pour effet de régler l'effort du serre- flan supérieur 9 sur le bord périphérique du flan de tôle 20. 2 6 4 1 2 1 6 1 0 L'étape de libération de la pièce formée s'effectue tout d'abord par la remontée du plongeur 22 ce qui libère le poinçon 11. Sous l'effet des vérins 16, le poinçon 11 remonte en entraînant le coussin élastique 12. Le décollement du coussin élas- tique 12 de la pièce formée s'effectue de la périphé- rie vers le centre, si bien que l'air pénètre entre la pièce et la face extérieure du coussin évitant ainsi les effets de succion. Ensuite, le coulisseau extérieur 21 remonte et entraine le corps 7 en libérant définitivement la pièce formée qui peut avoir une forme telle que représentée à la figure 1. Selon une variante illustrée aux figures 7 à 10, le socle 1 portant la matrice 3 est mobile verti- calement et, à cet effet, repose sur une semelle 30 qui coopère avec un organe 31 de régulation du déplacement dudit socle, constitué par exemple d'un frein multi-lames, un ressort, un vérin ou tout autre système approprié. Comme dans la variante précédente, la matrice 3 comporte une cavité 4 dans laquelle pénètre un noyau 32 dont la face supérieure complète l'em- preinte de la matrice 3 pour obtenir la pièce finie. Dans cette variante, le noyau 32 est fixe. La descente et le réglage de l'effort du corps 7 sous l'effet du coulisseau extérieur 21 s'effectue par l'intermédiaire de ressorts 33 guidés par des colonnes 34 interposées entre le coulisseau extérieur et le corps. Les opérations de tombage du bord périphé- rique du flan de tôle dans des zones localisées (fi- gure 8) et de préformage dudit flan (figure 9) s'ef- fectuent de manière identique à la variante précéden- *1t te, par descentes successives du serre-flan supérieur 9 et du poinçon 11, l'organe de régulation du dépla- cement du socle 1 étant verrouillé. Par contre, simultanément à l'opération de conformation (figure 10), l'organe 31 de régulation du déplacement du socle 1 est déverrouillé de façon à libérer les surfaces développées de tôle, par descente de la matrice 3 pendant cette opération de conforma- tion. Selon une seconde variante illustrée à la figure 11, le socle 1 est fixe et c'est l'ensemble de la matrice 3 qui est mobile verticalement. La matrice 3 coopère avec un organe 31 de régulation du déplace- ment de ladite matrice, constitué par exemple d'un frein multi-lames, un ressort, un vérin ou tout autre système approprié. Le formage de la pièce s'effectue de manière identique aux variantes précédentes. Selon encore une autre variante illustrée à la figure 12, le dispositif d'emboutissage comporte des moyens d'absorption du volume excédentaire du coussin élastique 12 par rapport à celui déterminé par la surface de la pièce finie à obtenir. En effet, au cours de l'étape de préformage, la descente du coussin élastique 12 déforme la partie centrale du flan de tôle, tout en lui conférant, en fin d'étape de préfor- mage, une surface sensiblement égale à la surface de la pièce finie à obtenir. La poursuite de la descente du coussin élastique 12 pour la conformation finale du flan de tôle entraine une élévation de pression dans le coussin et, en fonction de la pièce à réaliser, éventuellement une différence de volume dudit coussin entre l'étape de préformage et l'étape de conforma- tion. 2 6 4 1 2 1 6 Pour cela, le poinçon 11 (figure 12) compor- te une partie supérieure 11a et une partie inférieure 11b entre lesquelles sont intercalés des ressorts 40 ou tout autre système équivalent. Ces ressorts 40 se compriment au-dessus d'une certaine pression pour absorber le volume excédentaire du coussin élastique. Les moyens d'absorption du volume excéden- taire du coussin élastique peuvent être également dis- posés au voisinage dudit coussin, comme par exemple dans les parois latérales du corps 7. Sur le diagramme de la figure 13, la courbe I représente le cycle du coulisseau extérieur 21 et la courbe II représente le cycle du plongeur 22. La course du coulisseau extérieur 21 s'effectue sur une distance A et la course du plongeur 22 sur une distance B. Sur ce diagramme, on retrouve pour chaque cycle, en C le tombage du bord du flan de tôle sur des zones localisées, en D la tenue du flan de tôle en D, la tenue du bord périphérique du flan de tôle, en E l'opération de préformage et en F l'opération de conformation de la pièce. La combinaison du tombage de bord dans des zones localisées et de l'emploi du coussin élastique permettent d'obtenir des pièces de formes complexes non développables avec des tôles à faible capacité de déformation et de faible épaisseur. Le coussin élastique a un volume constant et peut être constitué par un matériau déformable et in- compressible éventuellement placé dans une enveloppe. Ce matériau peut être un élastomère ou tout produit répondant à ces conditions. Bien que la description ait été faite en ré- férence au formage de flans de tôle, c'est-à-dire de 2641216 J plaques minces généralement métalliques, il doit être entendu cependant que le procédé selon la présente invention n'est nullement limité à cette application. Le procédé selon la présente invention peut être mis en oeuvre avec des plaques minces notamment en matière plastique. Ainsi dans la présente description, il faut donner au terme "tÈle" un sens général de plaque mince en matériau en feuille sans vouloir en limiter la por- tée aux produits métalliques. Un avantage du procédé et du dispositif de la présente invention réside dans l'accroissement, sur une même presse double effet, des dimensions possibles de la pièce emboutie finie, par rapport à la solution d'emboutissage sur coussin élastique développée dans les FR-A-2.564.339 et FR-A-2.590.814. On peut également noter que le volume du coussin élastique est plus réduit que dans les solu- tions mentionnées précédemment. Par ailleurs, la présentation spatiale de la pièce finie est analogue à celle rencontrée dans l'em- boutissage classique et permet une mécanisation des opérations ultérieures ne nécessitant aucun changement de matériel. REVENDICATIONS 1.- Procédé d'emboutissage de matériaux en feuille, notamment de tôles, sur une presse à l'aide d'un coussin (12) en un matériau élastique, selon lequel on dispose un flan de tôle (20) à former sur un support dont la partie périphérique forme un serre-flan inférieur (2) et dont la partie centrale constitue une matrice (3), on applique, sous l'action d'un coulisseau extérieur (21), un serre-flan supérieur (9) sur la partie périphérique du flan de tôle (20), puis on applique un poinçon (11) sous l'effet d'un plongeur (22), caractérisé en ce que, au cours d une première étape, on applique, sous l'action du plongeur (22), le coussin élastique (12) formant poinçon déformable sur le flan de tôle (20) pour effectuer le préformage dudit flan de façon à lui donner une surface sensiblement égale à la surface de la pièce finie à obtenir, puis, au cours d'une deuxième étape, on poursuit, toujours sous l'action du plongeur (22), la descente du coussin élastique (12) et simultanément on déplace tout ou partie du fond de matrice (3) pour effectuer la conformation définitive de la pièce. 2.- Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que, lors de l'action du serre-flan supé- rieur (9) sur le flan de tôle (20), on effectue dans des zones localisées (2a) un tombage de bord dudit flan de tôle. 3.- Dispositif d'emboutissage de matériaux en feuille notamment de flans de tôle, comprenant un coussin (12) en un matériau élastique, un support du flan de tôle à former, dont la partie périphérique forme un serre-flan inférieur (2) et dont la partie centrale constitue une matrice (3), des moyens de pré- formage du flan de tôle (20) constitués par un coulis- 2 6 4 1 2 1 6 seau extérieur (21) portanrt unr serre-flan supl 3 ur- (9) et des moyens de formage définitif dudit flan Or- tôle constitués par un plongeur (22) agissant sur un poinçon 4.- Dispositif selon la revendication 3. ca- ractérisé en ce que le coussin élastique (12) a un volume constant et est constitué par un matériau dé- furmable et incompressible placé dans une enveloppe. 5.- Dispositif selon la revendication 3, ca- ractérisé en ce que la matrice (3) comporte une partie fixe et un noyau (5) mobile verticalement cnpérant avec un organe (6) de régulation du déplaceminrit dudit noyau pour réaliser la conformation d4finitive de la pièce. 6.- Dispositif selon la revendication 3. ca- ractérisé en ce que la matrice (3) comporte un noyau fixe (32) et une partie mobile verticalement coopérant avec un organe (31) de régulation du déplacemernt de ladite partie mobile pour réaliser la conformation dé- finitive de la pièce. 7.- Dispositif selon la revenldication 3, ca- ractérisé en ce que l'ensemble de la matrice- (3) est mobile verticalement et coopère avec un organe (31) de régulation du déplacement de ladite matrice pour réaliser la conformation définitive de la pièce. 8.- Dispositif selon l'une des revendica- tions 3 à 7. caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (16, 33) de réglage du serrage du serre- flan supérieur (9) sur la zone périphérique du flan de tôle (20). 264 1 2 1 6 9.- Dispositif selon l'une dps reverindica- tions 3 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (40) d'absorption du volume excédentaire du coussin élastique (12) par rapport à celui déterminé par la surface de la pièce finie à obtenir. 10.- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens (40) d'absorption du volume excédentaire du coussin élastique sont disposés dans le poinçon (11). 11.- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les rnoyrrns (4U) d'absorption du volume excédentaire du coussin élastique sont disposés au voisinage dudit coussin élastique (12).