Brevet FR2669842A1 — publié le 19920605

La présente invention concerne un nouveau procédé de fabrication d'outils pour l'exécution d'opérations d'emboutissage, de formage de pièces diverses en tôle ou matières similaires devant être mises en forme dans une presse. Pour les fabrications en grandes séries, on utilise des outils en fonte et/ou en acier qui sont usinés a partir d'un modèle. Ces outils sont très coûteux car longs à élaborer. Il a été recherché, en particulier pour des fabrications en petite ou moyenne série, de réaliser des outils de façon plus économique en supprimant les opérations d'usinage ou en les réduisant au minimum. C'est ainsi, pour des fabrications de prototype ou de petites séries de pièces, que des outils ont été réalisés en matière moulable et en particulier à base de matière plastique du type epoxyde ou analogue pouvant être chargée, A base de métaux moulables à basse ou moyenne température, notamment s base d'alliages eutectiques de bismuth étain ou autres métaux ou d'alliages zinc et aluminium. Mais il est bien connu que toutes ces matières présentent des caractéristiques mécaniques insuffisantes pour permettre des fabrications de pièces en séries importantes et présente des phénomènes de retrait aprs coulée. Pour pallier l'insuffisance rappelée ci-dessus, il a été proposé de disposer des inserts métalliques résistants, noyés dans les corps d'outils moulés. Cela permet de prolonger la durée de vie de outils, mais la mise en place des inserts est délicate au moment du moulage de l'outil et leur présence entraîne toujours des risques de marquage des pièces embouties. La présente invention permet de concilier les avantages des outils traditionnels pour grandes séries et ceux des outils moulés, tout en permettant, le cas échéant, d'effectuer des modifications sur la partie travaillante des outils obtenus comme cela se pratique au moment de la mise au point des outils de fabrication traditionnels. Conformément à l'invention, le procédé de fabrication d'outils d'emboutissage et de formage de piNces en tôle et analogue est caractérisé en ce qu'on prépare un modle présentant une peau constituant une surface de référence pour l'outil, en ce qu'on projette sur ladite peau des particules métalliques pour former sur ladite peau une couche de métal constituant lapartie travaillante de l'outil, en ce qu'on recouvre l'intérieur de ladite partie travaillante d'une résine de liaison et, en ce qu'on met en place, par coulée ou moyen analogue, une matière de remplissage liée à la partie travaillante de l'outil par la résine de liaison et constituant le corps dudit outil. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, a titre d'exemple non limitatif, au dessin annexé. La fig. unique est une coupe-él,vation schématique illustrant le procédé de fabrication d'outil d'emboutissage, objet de l'invention. Selon le procédé de l'invention, on valise tout d'abord un modèle 1 rigide correspondant prcisment h la forme de l'outil i réaliser. Le modèle 1 peut, à titre d'exemple, être constitué d'un corps 2 en une matière solide. Cette matière peut, par exemple être une résine synthétique armée, du bois, un béton ou même du plâtre. Une peau 3 est réalisée pour constituer la surface active ou de référence du modèle. Elle peut, par exemple, être constituée en résine époxyde ou une autre résine connue dans la technique pour réaliser un "gelcoat", c'est-#-dire une couche de surface. La peau 3 peut aussi être constituée par un simple polissage de la surface active ou de référence du corps du modèle 1. Dans la plupart des cas, ce qui dépend notamment de la nature de la matière constitutive de la peau 3, sa surface libre 4 est enduite d'une matière de démoulage qui peut être une cire éventuellement chargée d'une matière réfractaire, par exemple d'une poudre de céramique. La matière de démoulage peut aussi, dans certains cas, être constituée par une solution saline. D'une manière générale, la matière de démoulage est choisie par l'homme du métier en dépendance, à la fois de la nature de la matière constituant la peau 3, et de la nature de la matière constituant au moins la surface de l'outil à réaliser de manière cl protéger la peau 3. Une première opération de réalisation de l'outil proprement dit consiste à projeter sur la surface libre 4 du modèle 1, des particules métalliques devant être retenues sur la peau 3 par la matière de démoulage. La projection des particules métalliques est réalisée au moyen de pistolets de métallisation dans lesquels des fils ou barreaux métalliques sont fondus et projetés dans une veine de transport, par exemple une veine de gaz comprimé. Il est possible aussi de projeter des poudres métalliques dans une veine de plasma au moyen d'un laser, au moins pour la production d'une première couche superficielle métallique sur la surface libre, puis, ensuite, de continuer la projection par un ou plusieurs pistolets de métallisation du type de ceux utilisés dans les techniques dites de Schoopage. L'opération de métallisation se fait manuellement ou peut être automatisée à l'aide d'une machine constituée, à titre d'exemple, comme illustré sur le dessin, par une tête pivotante 6, elle-même montée sur un chariot 7 pouvant être déplacé le long d'un guide 8. La couche de métal 9 déposée peut ne pas être d'épaisseur uniforme, comme représenté au dessin. En effet, certaines parties, par exemple les zones 9a, 9b, peuvent être d'épaisseur plus importante que l'épaisseur moyenne de la couche pour réaliser des renforts au niveau des parties soumises aux contraintes les plus fortes ou encore des zones susceptibles d'être reprises en mise au point. Il est apparu, au cours d'essais, que des épaisseurs de métal allant jusqu'S 5 mm, pouvaient être projetées en obtenant une partie travaillante d'outil homogène a très faible retrait et sans contraintes internes susceptibles de conduire à un fissurage en cours d'usage. Après la formation de la partie travaillante d'outil que constitue la couche de métal 9, une résine de liaison 10, par exemple une résine époxyde, est appliquée sur toute la surface libre de l'intérieur de la partie travaillante d'outil et, une matière de remplissage Il, est coulée sur la résine de liaison 10 pour constituer le corps de l'outil. Des accessoires divers 12, par exemple des brides de levage et de fixation, sont mis en place dans le corps 11 avant son durcissement. Ainsi que cela est évident pour l'homme du métier, la nature de la matière de remplissage 11 doit être compatible avec celle de la résine de liaison 10 et la mise en place, par coulée ou autre moyen, de la matière de remplissage 11 est effectuée avant le durcissement de la résine de liaison 10. En réalisant un modèle 1 comportant une peau 3 en résine époxyde, des outils pour l'emboutissage de pièces en tôles métalliques furent réalisées en projetant, sur la surface libre 4 de la peau 3, un agent de démoulage constitué par une cire à base d'alcool polyvinylique et de silicones, sur lequel fut ensuite projeté un alliage de zinc, d'une épaisseur allant jusqu'à 5 mm. La partie travaillante d'outil ainsi réalisée fut recouverte par une couche de liaison 10 en résine époxyde, elle-même recouverte par un béton de résine époxyde, chargé de grains de silice. L'outil obtenu est susceptible de réaliser jusqu'S plusieurs dizaines de milliers d'emboutissages. Dans d'autres essais, l'alliage projeté, pour constituer la partie travaillante d'outil, était un alliage d'acier au chrome et de zinc. L'outil obtenu présentait une dureté sensiblement plus grande, permettant de réaliser plusieurs centaines de milliers d'emboutissages. Cette opération pouvant varier suivant la complexité de la pièce à emboutir. Dans d'autres essais, on réalisa des outils comportant une partie travaillante composite, c'est-a-dire qu'on projeta tout d'abord sur la surface libre 4, un alliage zinc d'une épaisseur de quelques dizaines de mm, puis, on procéda à la projection d'acier pour constituer un outil à haute résistance à l'usure. Dans d'autres essais l'alliage projeté pour constituer la partie travaillante de l'outil était un acier au chrome directement projeté sur la surface libre 4 préalablement enduite d'une matière de démoulage résistant à la température des grains métalliques atteignant la surface libre 4 de la peau 3. Les parties travaillantes des outils obtenus dans les différents essais, conformément aux procédés décrits dans ce qui précède, sont susceptibles de subir des usinages en mise au point, des polissages et analogue, de la même manière que les outils fabriqués de façon conventionnelle en fonte et acier. De même, l'utilisation des outils, qu'il s'agisse de poinçons, de serre-flancs ou matrices, s r effectue suivant les techniques habituelles aux outillages de presse. L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation, représenté et décrit en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'outils d'emboutissage et de formage de pièces en tôle et analogue caractérisé en ce qu'on prépare un modèle présentant une peau constituant une surface de référence pour l'outil, en ce qu'on projette sur ladite peau des particules métalliques pour former sur ladite peau une couche de métal (9) constituant la partie travaillante de l'outil, en ce qu'on recouvre l'intérieur de ladite partie travaillante d'une résine de liaison (10) et, en ce qu'on met en place, par coulée ou moyen analogue, une matière de remplissage (11) liée à la partie travaillante (9) de l'outil par la résine de liaison et constituant le corps dudit outil. 2. Procédé de fabrication suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on met en place des accessoires divers (12), du type bride de levage et de fixation, dans la matière de remplissage pendant sa mise en place et avant son durcissement. 3. Procédé de fabrication suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la couche de métal (9), formant la partie travaillante, est déposée suivant des épaisseurs variables adaptées à la pièce à former de O à 5 mm. 4. Procédé de fabrication suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le métal est déposé sur la peau (3) formant la surface de référence du modèle (1) par projection au pistolet de métallisation, par plasma ou laser ou moyens analogues. 5. Procédé de fabrication suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une première couche superficielle métallique est déposée sur la pièce (3) puis est recouverte par une seconde couche métallique. 6. Procédé de fabrication suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la peau (3) formant la surface de référence du modèle (1) est enduite d'une matière de démoulage. 7. Procédé de fabrication suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la matière de démoulage est une cire, une solution saline ou une autre composition, empêchant l'adhérence du métal projeté, tout en retenant celui-ci sur la surface de la pièce de référence (3). 8. Procédé de fabrication suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le métal projeté est pris parmi des métaux ou alliages zinc, acier, acier au chrome ou autres susceptibles d'être projetés. 9. Procédé de fabrication suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la résine de liaison est une résine époxyde, la matière de remplissage étant également constituée par une résine époxyde mais contenant des charges et est mise en place sur la résine de liaison recouvrant la tête d'usure d'outils avant leur durcissement. 10. Procédé de fabrication suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la matière de remplissage est constituée par des métaux moulables à basse ou moyenne température, notamment à base d'alliages eutectiques de bismuth étain ou autres métaux. 11. Procédé de fabrication suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le modèle comporte un corps (2) en une matière rigide quelconque, du genre résine armée, béton, bois ou plâtre et analogue. 12. Procédé de fabrication suivant l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la peau délimitant la surface de référence est constituée indifféremment par une résine, notamment une résine époxyde, ou directement par la surface polie du corps (2) du modèle. 13. Outil d'emboutissage et de formage obtenu par le procédé de l'une des revendications 1 à 12.