Brevet FR2675408A1 — publié le 19921023

La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un outil de mise en forme à chaud de tôles épaisses, ainsi que l'outil correspondant. On sait que des pièces métalliques, notamment en acier, de grandes dimensions et de formes complexes, par exemple des tôles, ayant une épaisseur de 50mm environ à quelques centaines de mm, sont habituellement mises en forme par déformation plastique à chaud au moyen d'outils en acier ou en fonte. Ces outils sont réalisés soit par moulage, soit par assemblage et ajustage d'éléments en tôle. Le coût des outils en acier est très élevé et leur fabrication nécessite un long délai, notamment en raison des travaux de finition de surface nécessaires. L'invention a donc pour but de réaliser un outil du type précité, dont le prix de revient et le délai de fabrication soient considérablement abaissés. Suivant le procédé de fabrication d'un outil de mise en forme à chaud conforme à l'invention a) on découpe des couples métalliques qu'on emboîte les uns dans les autres pour former une structure alvéolaire, b) on fixe ensemble ces couples, notamment par soudage, c) on fixe la structure alvéolaire sur une semelle métallique, d) on coule dans les alvéoles un béton réfractaire dont la consistance est choisie pour permettre son modelage sous la forme voulue, de manière que la surface du béton affleure le bord des couples, e) on lisse la surface du béton pour réaliser la surface d'ensemble recherchée et éviter un marquage de la tôle à mettre en forme. L'outil de mise en forme obtenu par ce procédé comprend a) une semelle métallique, b) un ensemble de couples métalliques découpés au profil voulu pour la surface active de l'outil, emboîtés les uns dans les autres pour former une structure alvéolaire fixée à la semelle métallique et dont les couples sont fixés les uns aux autres et à la semelle, c) un béton réfractaire remplissant les alvéoles de ladite structure alvéolaire et dont la surface est modelée et lissée avec les bords affleurants des couples afin de former la surface active de l'outil. La structure mixte alvéolaire, constituée par les couples métalliques par exemple en acier, et le béton réfractaire, est beaucoup moins onéreuse à réaliser que les outils classiques en acier massif, en raison de l'utilisation de béton au lieu d'acier pour constituer une grande partie de la masse de l'outil. De plus cette structure mixte présente une résistance suffisante aux efforts de mise en forme à chaud, notamment par emboutissage de tôles. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés qui en illustrent une forme de réalisation à titre d'exemples non limitatifs. La figure 1 est une vue en élévation schématique d'un outillage de mise en forme par déformation plastique à chaud de tôles épaisses, comprenant un outil réalisé conformément à l'invention. La figure 2 est une vue en perspective, à échelle agrandie par rapport à la figure 1, de l'outil supérieur de mise en forme visible à la Fig.1. La figure 3 est une vue en élévation de l'un des couples de la structure de l'outil des Fig.1 et 2. La figure 4 est une vue en élévation similaire à la Fig.3, d'un autre couple de la structure de l'outil, découpé pour pouvoir s'emboîter dans le couple de la Fig.3. L'outillage de mise en forme par déformation plastique à chaud d'une tôle épaisse telle que 1, représentée schématiquement à la Fig.1, comprend un outil supérieur 2 disposé au-dessus de la tôle 1 et formant poinçon d'emboutissage de celle-ci, et un outil inférieur 3 formant matrice et supportant la tôle 1. L'ensemble de cet outillage (2,3) constitue une presse à former, réalisée de manière connue en soi, et qui ne nécessite donc pas de description détaillée, sauf la partie active 4 de l'outil supérieur 2, qui fait l'objet de la présente invention. Cette partie active 4 appelée ci-après pour la commodité de l'exposé "outil 4", présente une surface active convexe 5 complémentaire de la surface concave 6 de l'outil inférieur 3. L'outil 4 comprend - une semelle métallique 7, par exemple en acier, fixée par des moyens connus à un support 8 de l'outil supérieur 2, - un ensemble de couples métalliques 9a...9i découpés au profil voulu pour délimiter la surface active 5 de l'ou- til 4, et emboîtés perpendiculairement les uns aux autres pour former une structure alvéolaire fixée à la semelle 7, ces couples étant de plus fixés les uns aux autres, - du béton réfractaire 11 remplissant les alvéoles 12, 13... de cette structure, et dont la surface est modelée et lissée avec les bords affleurants 14, 15 des couples 9a. . - 9i, afin de former la surface active de l'outil 4. La structure alvéolaire comprend une première série de couples 9a, 9b, 9c, 9d, parallèles entre eux, de surface croissante puis décroissante de 9a à 9d, ayant chacun un bord rectiligne 16 et un bord curviligne opposé 14. Dans chaque bord 14 sont usinées des entailles radiales : ainsi le couple 9a, dont la surface est la plus faible, en comporte quatre : 17, 18, 19, 20, qui ont toutes leur fond 17a, 18a, 19a, 20a, à la même distance d du bord rectiligne 16. Ces entailles ont donc des profondeurs correspondantes variables, en raison de la courbure du bord opposé 14. Les couples suivants 9b, 9c, de surface supérieure à celle du couple 9a, présentent chacun également quatre entailles et le dernier couple 9d est identique au dernier couple 9a. La structure alvéolaire est complétée par une seconde série de couples 9e, 9f, 9g, 9h, parallèles entre eux, perpendiculaires aux couples 9a-9d, également de surface croissante puis décroissante, et ayant chacun un bord rectiligne 21 et un bord curviligne 15 (Fig.4). Dans les bords rectilignes 21 sont formées des entailles orientées perpendiculairement à ces bords 21 et ayant toutes la même profondeur d, égale à la distance entre les fonds 17a, ... des entailles 17.. et les bords rectilignes 16 des couples 9a... 9d. Chaque couple 9e... 9h comporte ainsi quatre entailles 22, 23, 24, 25 dimensionnées, de même que les entailles 17, 18, 19... des autres couples, pour que les couples 9e-9h puissent venir s'emboîter, par leurs encoches 22-25, dans les entailles correspondantes telles que 17-20 des couples 9a-9d en se plaçant perpendiculairement à ces derniers. Les bords 14 et 15, usinés avec précision, étant par exemple circulaires avec un rayon décroissant du centre de l'outil 4 vers sa périphérie, définissent ensemble la surface active de l'outil 4, par exemple sphérique, et un ensemble d'alvéoles 12, 13... Les couples de cette structure alvéolaire sont solidarisés avec la semelle 7 et entre elles par des points de soudure 26, 27, 28 judicieusement disposés (Fig.2). Le béton réfractaire 11 remplissant les alvéoles 12, 13, ... est choisi de manière à pouvoir résister à la température des tôles 1 à mettre en forme, par exemple 11000C environ pour des tôles d'acier. La consistance de ce béton doit permettre son modelage dans la forme voulue, et il ne doit donc pas couler à l'exté- rieur du périmètre de l'outil 4, à partir des alvéoles périphériques.En fin de garnissage des alvéoles par le béton 11, qui affleure les bords 14, 15 des couples, la surface active 5 de l'outil 4 est lissée avec soin, pour respecter la continuité de la forme entre les couples 9a..9i, et ainsi éviter le marquage des pièces 1 à former par des croisillons correspondant au contour des alvéoles 12, 13.... Le procédé de fabrication de l'outil 4 est le suivant a) on découpe les couples 9a.. 9h aux dimensions voulues et avec les profils 14, 15 appropriés à la géométrie de la surface active recherchée, et on y usine les entailles 17, 18,.. au nombre et à la dimension appropriés; b) on dispose les couples 9a, 9d parallèles les uns aux autres et on emboîte dans leurs entailles les couples 9e, 9h disposés perpendiculairement aux couples 9a-9d afin de réaliser la structure alvéolaire, dont l'ensem- ble des bords rectilignes 16 et 21 est en appui sur la semelle 7. Puis on fixe ensemble tous ces couples, par soudage aux points 28. c) on fixe la structure alvéolaire sur la semelle 7, par les points de soudure 26, 27... d) on coule dans les alvéoles 12, 13... le béton réfractaire 11, dont la surface est ensuite modelée et lissée avec les bords circulaires 14, 15. Dans une forme de réalisation perfectionnée, l'outil 4 peut être complété par un réseau de tubes dont quatre, référencés 29, 31, 32 ont été représentés. Ces tubes traversent le béton 11 des alvéoles périphériques, et en outre certains couples pour pouvoir pénétrer dans des alvéoles intérieurs. Ils comportent chacun un premier tronçon tel que 29a, parallèle à la semelle 7 et un tronçon terminal coudé tel que 29b, qui débouche à la surface du béton 11. Ces tubes peuvent être alimentés par un liquide de refroidissement par des moyens non représentés, afin de réaliser une aspersion de la surface active de l'outil 4 pour en assurer le refroidissement. En plus des avantages déjà mentionnés, l'outil 4 selon l'invention peut être réalisé avec des formes géométriques très précises grâce à la précision de découpe des tôles constituant ses couples, en particulier de ses bords curvilignes actifs 14, 15. L'invention est susceptible de recevoir de nombreuses variantes d'exécution. Ainsi il est évident que le nombre et la géométrie des couples 9a. - - 9h peuvent largement varier, de même que les dimensions et le nombre des entailles 17...25 et la géométrie générale de la structure alvéolaire. Les entailles 17 ... 25 peuvent être au moins en partie, inclinées sur les bords rectilignes 16, 21, et leur découpe peut être exécutée par tout moyen adéquat, notamment par laser. Enfin les angles que forment entre eux les couples peuvent largement varier. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un outil (4) de mise en forme à chaud de tôles épaisses (1), caractérisé en ce que a) on découpe des couples métalliques (9a...9i) qu'on emboîte les uns dans les autres pour former une structure alvéolaire, b) on fixe ensemble ces couples, notamment par soudage, c) on fixe la structure alvéolaire sur une semelle métallique (7), d) on coule dans les alvéoles (12, 13...) un béton réfractaire (11) dont la consistance est choisie pour permettre son modelage sous la forme voulue, de manière que la surface du béton affleure le bord (14, 15) des couples, e) on lisse la surface du béton (11) pour réaliser la surface d'ensemble recherchée et éviter un marquage de la tôle (1) à mettre en forme. 2. Outil (4) de mise en forme à chaud de tôles épaisses (1), caractérisé en ce qu'il comprend a) une semelle métallique (7), b) un ensemble de couples métalliques (9a... 9h) découpés au profil (14, 15) voulu pour la surface active de l'outil, et emboîtés les uns dans les autres pour former une structure alvéolaire fixée à la semelle métallique et dont les couples sont fixés les uns aux autres et à la semelle (7), c) un béton réfractaire (11) remplissant les alvéoles (12, 13...) de ladite structure alvéolaire et dont la surface est modelée et lissée avec les bords (14, 15) affleurants des couples afin de former la surface active (5) de l'outil. 3. Outil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la structure alvéolaire comprend une première série de couples (9a.. 9d) ayant chacun un bord rectiligne (16), assemblé à la surface de la semelle (7), et un bord curviligne opposé (14) dans lequel sont usinées des entailles (17-20...), et une seconde série de couples (9f... 9h) ayant également chacun un bord rectiligne (21) et un bord curviligne (15), leurs bords rectilignes présentant des entailles (22-25) dimensionnées, ainsi que celles de la première série de couples, pour permettre l'emboîtement des couples (9e-9h) de cette seconde série dans les entailles (17, 20...) des couples de la première série pour former ladite structure délimitant les alvéoles (12, 13...), ces couples étant dimensionnés pour que leurs bords curvilignes (14, 15) définissent, avec le béton (11), la surface active (5) de l'outil (4). 4. Outil selon la revendication 3, caractérisé en ce que les couples (9a...) sont fixés entre eux et à la semelle (7) par soudage (26, 27, 28...). 5. Outil selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un réseau de tubes (29, 31, 32...), noyés dans le béton (11), et débouchant à la surface de celui-ci, ces tubes permettant une aspersion de la surface active de l'outil (4) par un liquide de refroidissement. 6. Outil selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les entailles (17...25) sont inclinées, au moins en partie, sur les bords rectilignes (16, 21) des couples (9a...).