Brevet FR2651700A1 — publié le 19910315

L'invention concerne l'emboutissage de tôles ou flans de tôles métalliques, notamment en acier. Le principe bien connu de l'emboutissage consiste à déformer plastiquement un flan de tôle maintenu à sa périphérie entre une matrice et un serre-flan au moyen d'un poinçon, la matrice et le poinçon ayant une configuration déterminée en fonction de la forme désirée du produit embouti. Le poinçon, la matrice et le serre-flan qui sont les organes mis au contact du flan lors de l'opération d'emboutissage, seront appelés dans leur ensemble par la suite outils d'emboutissage. Lors de l'emboutissage, la surface de contact de ces outils avec le flan est lubrifiée, généralement par un lubrifiant liquide ou huile d'emboutissage pour faciliter la déformation du flan, réduire le coefficient de frottement entre flan et outils et limiter ainsi les risques de grippage et de rupture du flan. Toutefois cette lubrification n'est pas toujours suffisante pour éviter le grippage et la rupture du flan de tôle, notamment lorsque la pression d'emboutissage est importante. Pour résoudre ces problèmes, il a déjà été proposé de réaliser un traitement de surface de la tôle à emboutir. On connaît en particulier des procédés de conversion chimique de la surface de la tôle, tels que la phosphatation, qui permettent d'abaisser le coefficient de frottement tôleoutil et favorisent ainsi la mise en forme du flan. Un tel traitement est toutefois coûteux, et ne peut être appliqué à toutes les tôles destinées à être embouties. D'autres tentatives ont été faites pour améliorer les caractéristiques lubrifiantes des huiles d'emboutissage. Cependant, le risque de grippage subsiste, surtout dans les zones soumises à de fortes pressions, telles que les bords des outils, où la lubrification par de telles huiles peut s'avérer insuffisante. Le but de la présente invention est de résoudre ces problèmes, en proposant un procédé d'emboutissage supprimant, ou au moins limitant les risques de grippage et de rupture du flan embouti. Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un nouveau procédé d'emboutissage de flan de tôle métallique au moyen d'outils d'emboutissage comprenant une matrice, un serre-flan et un poinçon. Selon l'invention ce procédé est caractérisé en ce que avant de déformer le flan par lesdits outils, on dépose sur ceux-ci un sel d'un métal alcalin choisi dans le groupe formé par Li, Na, K et d'un anion chimiquement inerte à l'égard du métal constitutif de la tôle, choisi parmi les phosphates. Selon une disposition particulière de l'invention le dépôt est réalisé par application sur les outils d'une solution dudit sel. Selon une variante de l'invention, l'application de ladite solution est faite sur les outils préalablement dégraissés. On peut ensuite procéder au séchage des outils. On peut alors soit huiler les outils par un lubrifiant d'emboutissage, avant de procéder à l'emboutissage du flan, soit emboutir directement le flan de tôle préalablement huilé. Selon une autre variante, l'application du sel ou de la solution est réalisée sur les outils préalablement huilés. L'application de la solution peut être préférentiellement réalisée par dépôt de gouttes de ladite solution, réparties sur les outils ou localisées dans certaines zones de ceux-ci particulièrement susceptibles de grippage, telles que les surfaces en regard de la matrice et du serre-flan, ou les zones les plus anguleuses des outils. Grâce à l'invention, les risques de grippage et de rupture du flan peuvent être considérablement réduits, voire supprimés. De plus la pression du serre-flan peut être augmentée sans accroître ce risque, ce qui améliore le confinement des bords du flan entre la matrice et le serre-flan et évite la formation de plis ou ondulations sur ces bords. De plus encore, l'application dudit sel évite, dans le cas où un grippage se produirait quand même au cours d'une opération d'emboutissage, l'adhésion sur les outils des grippures, c'est-à-dire des traces du métal constitutif de la tôle emboutie et arrachée de celle-ci lors de l'éventuel grippage. En conséquence, la pièce emboutie lors de l'opération suivante ne risque pas d'être détériorée par des grippures adhérentes aux outils. Une explication proposée par les inventeurs à l'amélioration de l'emboutissage observée, est que le sel déposé sur l'outil constitue un agent saponifiant qui provoque par réaction avec l'huile d'emboutissage un savon, cette réaction se produisant notamment grâce aux conditions de pression et de température créées au niveau des surfaces de contact outilflan lors de l'emboutissage. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va être faite à titre d'exemple d'essais mettant en oeuvre un procédé conforme à l'invention. Ces essais ont été réalisés avec un outillage classique d'emboutissage sur des flans de tôle nue et de tôle électrozinguée sur une face. Le dépôt de sel sur les outils a été réalisé par application d'une solution de K3PO4, 2H20 diluée dans de l'eau à des concentrations de 5 à 20 grammes par litre. Plusieurs essais ont été réalisés, consistant à emboutir plusieurs flans avec le même outillage dans des conditions opératoires différentes, le rapport du diamètre du flan au diamètre du poinçon étant dans tous les cas de 2,1. Pour chaque essai, on a recherché la force de serre-flan nécessaire pour obtenir la rupture du flan. Pour chaque nuance de tôle, nue ou revêtue sur une face, les essais suivants ont été réalisés - emboutissage selon le procédé classique, sans application de la solution de K3PO4, - emboutissage selon l'invention, avec application de la solution de K3 PO4 sur le poinçon, la matrice et le serre-flan propres et préalablement dégraissés, et selon deux méthodes, l'une consistant à emboutir le flan sans séchage préalable de l'outil postérieurement à l'application et laissant donc subsister sur les outils un excès d'eau, et l'autre consis tant à emboutir le flan après séchage de l'outil, - emboutissage selon l'invention, avec application de la solution sur les outils préalablement huilés. Les résultats de ces essais sont indiqués dans le tableau ci-dessous, où la force de serre-flan nécessaire pour obtenir la rupture du flan a été indiquée pour chacun des essais précités Conditions K3PO4, 2H2O sur outil K3PO4, 2H O Gain Nuances classiques propre et dégraissé sur outil en en excès d'eau après séchage huilé Tôle nue 180 kN 240 kN 240 kN 240 kN 33 Tôle revêtue 1 face 120 kN 180 kN 180 kN 180 kN 50 Revêtement côté Matrice On peut remarquer que grâce au procédé selon l'invention, la force de serre-flan à la rupture du flan est augmentée de 33 % dans le cas de l'em- boutissage d'un flan de tôle nue, et de 50 % dans le cas de tôle revêtue. Le procédé selon l'invention permet d'augmenter considérablement la force de serre-flan avant rupture, et donc la latitude de réglage de la presse d'emboutissage. Ainsi grâce au procédé selon l'invention, on peut augmenter la force de serre-flan, sans augmenter le risque de grippage et de rupture, et donc par exemple réaliser en une seule passe des pièces embouties plus profondes que dans les procédés d'emboutissage selon l'art antérieur, ou réduire la formation de plis ou ondulations dans ces pièces. D'autres essais ont également été réalisés pour déterminer la quantité de sel à déposer sur les outils, nécessaire pour obtenir une amélioration notable de l'emboutissabilité par rapport aux procédés classiques. Les résultats de ces essais sont consignés dans le tableau ci-dessous, qui indique, pour chaque nuance de tôle et dans les deux cas d'emboutissage selon l'invention, avec application de sel sur les outils préalablement dégraissés, la concentration de potassium en milligramme par m2 de surface des outils. Dans ces essais, on a déposé sur les outils une quantité constante de solution, en changeant la concentration en potassium de cette solution. Concentration en potassium en mg/m2 sur outil Nuances Après séchage/ En excès d'eau évaporation du surplus d'eau Tôle nue | 350 200 Tôle revêtue 150 100 On peut ainsi constater que dans le cas d'un séchage après application de la solution sur les outils, et donc évaporation de l'eau en excès, la quantité de K3PO4, H20 nécessaire est notablement diminuée par rapport au cas où l'emboutissage est réalisé sans séchage préalable des outils. Les inventeurs ont par ailleurs constaté lors de ces essais, que l'emploi d'une solution peu concentrée en potassium et donc, à quantité égale de sel déposé, une plus grande quantité de solution, et donc d'eau, utilisée, retarde l'action du sel et provoque un effet de ventouse entre matrice et serre-flan gênant lors de l'emboutissage. Il est donc préférable de procéder à un séchage au moins partiel des outils après application de la solution, tant pour réduire la quantité de sel nécessaire, que pour améliorer l'emboutissabilité, ce séchage étant préférentiellement réalisé par de l'air chaud pulsé. Les inventeurs ont également constaté que l'amélioration de l'emboutissabilité par la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est pratiquement immédiate lors de l'emboutissage de tôle revêtue, alors qu'avec les flans de tôle nue, cette amélioration n'apparaît qu'après emboutissage, réalisé avec une pression de serre-flan réduite, de quelques flans. D'autres essais encore ont permis de déterminer la durabilité de l'effet de l'application du sel sur l'outil. Pour cela, il a été procédé à une application préalable de la solution, puis plusieurs flans ont été successivement emboutis sans renouvellement de l'application, l'emboutissage étant alors réalisé avec une force de serre-flan correspondant à environ la moitié du gain possible déterminé par la première série d'essais (soit environ 210 kN pour la tôle nue). On a pu ainsi emboutir sans rupture de 5 à 6 flans de tôle nue et de 10 à 12 flans de tôle revêtue. En conséquence de ces essais, il s'est révélé préférable, lors d'une campagne d'emboutissage selon le procédé de l'invention, d'employer une solution de forte concentration pour démarrer plus rapidement le processus conduisant à l'amélioration de l'emboutissabilité, et, notamment dans le cas d'emboutissage de tôle nue, de réduire la pression de serre-flan par rapport à la pression recherchée en cours de cette campagne, sur les deux ou trois premiers flans emboutis après l'application initiale de la solution. Bien entendu, dans le cas de l'application de la solution sur les outils préalablement dégraissés, cette application ne supprime pas la nécessité d'une lubrification, celle-ci pouvant être réalisée soit en lubrifiant l'outil après application de la solution, soit en utilisant des flans de tôle préalablement huilés. REVENDICATIONS 1) Procédé d'emboutissage de flans de tôle métallique au moyen d'outils d'emboutissage, caractérisé en ce que, avant de déformer le flan par lesdits outils, on dépose sur ceux-ci un sel d'un métal alcalin choisi dans le groupe formé par Li, Na, K et d'un anion chimiquement inerte à l'égard du métal constitutif de la tôle, choisi parmi les phosphates. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dépôt dudit sel est réalisé par application sur lesdits outils d'une solution dudit sel. 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'application de la solution est localisée dans certaines zones des outils. 4) Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le dépôt de sel est réalisé sur les outils préalablement dégaissés. 5) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que on sèche au moins partiellement les outils après application de la solution. 6) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que on huile les outils après application de la solution et/ou séchage. 7) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que on emboutit un flan de tôle préalablement huilé. 8) Procédé selon l'un des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'application de la solution est réalisée sur les outils huilés. 9) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que on procède à l'application par dépôt de gouttes de la solution réparties sur les outils. 10) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le sel est du phosphate de potassium. 11) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que après une application de la solution, on emboutit plusieurs flans avant de procéder à une nouvelle application.