Brevet FR2692504A1 — publié le 19931224

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de formage à tiède d'un flan de tôle en acier, notamment pour réaliser des pièces à emboutissage profond. L'emboutissage à tiède d'un flan de tôle en acier, c'est à dire entre 150 et 400"C, permet de réaliser des pièces de forme plus complexe que par un emboutissage à froid. Jusqu'à présent, l'emboutissage à tiède est réalisé par des presses classiques composées d'un outil d'emboutissage comprenant une matrice, un poinçon, un serre-flan périphérique pour le maintien du flan de tôle en appui sur la périphérie de la matrice et des moyens de chauffage d'un flan de tôle. Les moyens de chauffage sont formés par des éléments chauffants qui sont constitués par des résistances électriques intégrées dans les différents organes composant l'outil d'emboutissage. Mais, l'emboutissage réalisé de cet manière présente des inconvénients. En effet, le chauffage du flan de tôle à une température comprise entre 150 et 400"C est obtenu par conduction de la chaleur, vers la surface du flan de tôle en contact avec le poinçon, par le poinçon lui-même et par le serre-flan et/ou la matrice. Or, il s'avère que cette conduction est aléatoire si bien qu'il est difficile de maîtriser la température et la surface chauffée avec précision ce qui entraine des problèmes de reproductivité lors des emboutissages successifs. De plus, le chauffage du flan de tôle est relativement long et pénalise la durée du cycle d'emboutissage. Cet inconvénient provient du fait que l'on ne chauffe, dans la zone à déformer du flan de tôle, qu'une seule face du flan, avec une pression de contact entre ledit flan de tôle et ledit outil d'emboutissage relativement faible. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénient en proposant un procédé et un dispositif de formage à tiède permettant d'obtenir un chauffage rapide et localisé, tout en utilisant avantageusement lors de la déformation à tiède, le vieillisement dynamique de l'acier par l'effet d'un élèvement de la température. On entend par vieillissement dynamique l'interaction entre les mouvements des dislocations des réseaux cristallins d'une part et des éléments en solution solide d'insertion d'autre part. La présente invention a donc pour objet un procédé de formage à tiède d'un flan de tôle en acier, notamment pour réaliser des pièces à emboutissage profond, procédé selon lesquel on serre la partie périphérique du flan de tôle , on chauffe le flan de tôle et on déforme la partie centrale du flan de tôle pour l'obtention de la pièce à emboutissage profond, caractérisé en ce que - on chauffe le flan de tôle au moins dans des zones localisées susceptibles de fortes déformations plastiques, - on contrôle la température du flan de tôle, - et on déforme ledit flan de tôle après la mise à la température désirée desdites zones localisées. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - au cours d'une première étape, on déforme partiellement le flan de tôle sur une première profondeur d'emboutissage, on chauffe lesdites zones localisées jusqu'à la température désirée, et au cours d'au moins une seconde étape, an déforme ledit flan de tôle sur au moins, une seconde profondeur d'emboutissage jusqu'à l'obtention de la pièce finale, - on chauffe, dans lesdites zones localisée, la face du flan de tôle où s'appliquent les plus grandes contraintes d'extension, - on chauffe dans lesdites zones localisées les deux faces du flan de tôle, - on chauffe lesdites zones localisées et la partie périphérique du flan de tôle. La présente invention a également pour objet un dispositif de formage à tiède d'un flan de tôle en acier, notamment pour réaliser des pièces à emboutissage profond, sur une presse composée d'un outil d'emboutissage comprenant une matrice, un poinçon, un serre-flan périphérique pour le maintien du flan de tôle en appui sur la périphérie de la matrice et des moyens de chauffage de ce flan de tôle, caractérisé en ce que les moyens de chauffage comprennent au moins un élément chauffant intégré dans un contre-poinçon disposé en vis-à-vis du poinçon pour chauffer au moins des zones localisées dudit flan de tôle, susceptibles de fortes déformations plastiques. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - le poinçon comporte également au moins un élément chauffant, - les moyens de chauffage comprennent au moins un élément chauffant intégré dans le serre-flan et/ou la matrice, - le dispositif comprend des moyens de maintien de la pression mécanique exercée par le contrepoinçon sur le flan de tôle. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la Fig. 1 est une vue schématique en coupe d'un premier mode de réalisation du dispositif de formage à tiède selon l'invention, - la Fig. 2 est une vue schématique en coupe d'un second mode de réalisation du dispositif de formage à tiède selon l'invention, - les Figs 3 à 5 sont des vues schématiques montrant les étapes successives de formage à tiède d'un flan de tôle, - la Fig. 6 représente une courbe de la caractéristique de résistance à la rupture en traction en fonction de la température pour différentes zones du flan de tôle. Sur les Fig. 1 et 2, on a représenté un dispositif de formage à tiède d'un flan de tôle 1, c'est à dire à une température comprise entre 150 et 400"C, sur une presse constituée d'un outil d'emboutissage désigné dans son ensemble par la référence 10 et qui comprend une matrice 11 et un serre-flan périphérique 12 disposé en vis à vis de ladite matrice pour serrer la partie périphérique du flan de tôle 1 sur cette matrice 10. Le serre-flan 12 est pourvu d'un puits central 13 dans lequel pénètre un poinçon 14 mobile verticalement et destiné à venir s'appliquer sur la partie centrale du flan de tôle 1. La matrice 11 est également pourvue d'un puits central 15 dans lequel pénètre un contre-poinçon 16 mobile verticalement, disposé en vis-à-vis du poinçon 14. L'outil d'emboutissage 10 comprend des moyens de maintien de la pression mécanique exercée par le contre-poinçon 16 sur le flan de tôle 1. Ces moyens sont constitués par exemple par un ressort 17 venant en appui sur la face supérieure du contre-poinçon 16 ou un vérin hydraulique ou pneumatique, ou un amortisseur hydraulique ou pneumatique, ou encore un système de freinage à patin ou électromagnétique. L'outil d'emboutissage 10 comporte des moyens de chauffage du flan de tôle 1 au moins dans des zones localisées susceptibles de fortes déformations plastiques, comme par exemple la zone 2. Selon un premier mode de réalisation representé à la Fig. 1, ces moyens de chauffage sont constitués par au moins un élément chauffant 161 intégré dans le contre-poinçon 16 et au moins un élément chauffant 141 intégré dans le poinçon 14 ce qui permet de chauffer les deux faces du flan de tôle 1 dans la zone 2. L'élément chauffant 161 du contre-poinçon 16 est constitué par exemple par une résistance électrique disposée à proximité de la partie travaillante 162 de ce contre-poinçon et isolée du corps 163 par un matériau isolant 164. Des entretoises 165 sont interposées entre la partie travaillante 162 et le corps 163. De même l'élément chauffant 141 du poinçon 14 est constitué par exemple par une résistance électrique disposée à proximité de la partie travaillante 142 de ce poinçon et isolée du corps 143 par un matériau isolant 144. Des entretoises 145 sont interposées entre la partie travaillante 142 et le corps 143. Cette disposition préférentielle permet de chauffer les deux faces du flan de tôle 1 dans la zone 2, c'est à dire dans la zone susceptible de fortes déformations plastiques ce qui permet d'obtenir une conduction de la chaleur rapide, constante et homogène. Selon une variante, les moyens de chauffage sont constitués uniquement par au moins un élément chauffant 161 intégré dans le contre-poinçon 16 de façon à chauffer dans les zones localisées, la face du flan de tôle 1 où s'appliquent les plus grandes contraintes d'extension. Selon un second mode de réalisation représenté à la Fig. 2, les moyens de chauffage sont constitués, d'une part, par au moins un élément chauffant 161 intégré dans le contre-poinçon 16 et au moins un élément chauffant 141 intégré dans le poinçon 14 comme dans le précédent mode de réalisation et, d'autre part, par au moins un élément chauffant 111 intégré dans la matrice 11 et au moins un élément chauffant 121 intégré dans le serre-flan 12. L'élément chauffant 111 de la matrice 11 est constitué par exemple par une résistance électrique disposée à proximité de la partie travaillante 112 de cette matrice et isolée du corps 113 par un matériau isolant 114. Des entretoises 115 sont interposées entre la partie travaillante 112 et le corps 113. De manière identique, l'élément chauffant 121 du serre-flan 12 est constitué par exemple par une résistance électrique disposée à proximité de la partie travaillante 122 de ce serre-flan et isolée du corps 123 par un matériau isolant 124. Des entretoises 125 sont interposées entre la partie travaillante 122 et le corps 123. Selon une variante, les moyens de chauffage peuvent être constitués par les éléments chauffants 141 et 161 intégrés respectivement dans le poinçon 14 et le contre-poinçon 16 et par un élément chauffant 111 et 121 intégré soit dans la matrice 11, soit dans le serre-flan 12, ou dans les deux à la fois. Avec des éléments chauffants intégrés dans la matrice 11 et/ou dans le serre-flan 12, le chauffage du flan de tôle 1 est contrôlé et réglé de façon optimale pour la déformation. Le contrôle de la température du flan de tôle est réalisé par des moyens de mesure, comme par exemple des thermocouples intégrés dans les éléments de l'outil. L'usage de la matrice chauffante 11 et/ou du serre-flan chauffant 12 est utilisé de préférence, pour des tôles de forte épaisseur d'environ 5mm, afin de compenser une déperdition thermique trop importante dans la zone sous la matrice et le serre-flan. Le procédé pour la mise en oeuvre de ce dispositif consiste - à serrer la partie périphérique du flan de tôle 1, - à chauffer le flan de tôle 1 au moins dans des zones localisées 2 susceptibles de fortes déformations plastiques, - à contrôler la température du flan de tôle 1, - et à déformer ledit flan de tôle après la mise à la température désirée de ces zones localisées. En se reportant aux Fig. 3 à 5, on va maintenant décrire les différentes étapes du procédé. Tout d'abord on pose le flan de tôle 1 sur le serre-flan 12 et on applique la matrice 11 sur ce flan de tôle de façon à serrer la partie périphérique dudit flan de tôle (Fig. 3). Ensuite, on applique le poinçon 14 sur la face inférieure de la partie centrale du flan de tôle 1 et on descend le contre-poinçon 16 de façon à l'amener en contact de la face supérieure dudit flan de tôle 1 (Fig.4). Par l'intermédiaire d'au moins l'élément chauffant 161 du contre-poinçon 16 et éventuellement de l'un ou de l'ensemble des éléments chauffants 141, 111, 121, on chauffe au moins les zones 2 susceptibles de fortes déformations plastiques ou toute la surface du flan de tôle. On attend quelques secondes et on contrôle la température du flan de tôle 1. Lorsque la température désirée du flan de tôle est atteinte, cette température dépendant de la nuance de l'acier et de l'épaisseur de ce flan de tôle, on déforme ledit flan de tôle 1 par déplacement du poinçon 14 en direction du contre-poinçon 16 (Fig. 5). Le contre-poinçon 16 est maintenu appliqué sur le flan de tôle 1 par le ressort 17. L'emboutissage du flan de tôle 1 peut être réalisé en deux étapes. Au cours d'une première étape, on déforme partiellement le flan de tôle 1 par l'intermédiaire du poinçon 14 sur une première profondeur d'emboutissage d'environ îOmm, on chauffe au moins les zones susceptibles de fortes déformations plastiques et, au cours d'une seconde étape, on déforme totalement le flan de tôle 1 sur une deuxième profondeur d'emboutissage correspondant à la profondeur d'emboutissage final que l'on désire obtenir. On peut également concevoir un dispositif dans lequel la matrice 11 et le serre-flan 12 se déplacent par rapport au poinçon 14 et au contre-poinçon 16 pour déformer le flan de tôle 1. Dans une forme classique d'emboutissage, on peut également régler la vitesse de descente de l'ensemble contre-poinçon 16 - poinçon 14 pour permettre une cinématique continue, sans géner les échanges thermiques et avant que le flan de tôle soit sollicité en extension. La Fig. 6 représente une courbe caractéristique de la résistance à la rupture Rm en fonction de la température de l'acier composant le flan de tôle 1. Cette courbe est également représentative des températures communiquées radialement aux différentes zones du flan de tôle. Par exemple, il est avantageux d'assurer une température périphérique du flan de tôle et du serre-flan et/ou de la matrice, comprise environ entre 0 et 1500C correspondant à un minimum de résistance à la rupture Rm sensiblement égale à 300 MPa, et une température de la partie centrale du flan de tôle et du poinçon et du contre-poinçon à environ entre 250 et 400"C correspondant à un maximum de résistance à la rupture Rm environ égal à 500 MPa pour la nuance d'acier considérée. Ce type d'emboutissage est particulièrement favorable à l'avalement de certaine partie de pièces et permet dans des zones localisées de la pièce une déformation importante utilisable notamment dans le domaine de l'emboutissage profond. Le procédé et le dispositif de formage à tiède selon la présente invention présentent trois avantages majeurs - un échange thermique très rapide entre les éléments de l'outil d'emboutissage et le flan de tôle ce qui améliore la productivité, - un gradient de température radial dans le flan de tôle très favorable pour son emboutissage, - et une précision dans la localisation de l'échange thermique sur la partie la plus sollicitée du flan de tôle ce qui permet d'obtenir une bonne reproductibilité d'emboutissage des pièces REVENDICATIONS 1. Procédé de formage à tiède d'un flan de tôle (1) en acier, notamment pour réaliser des pièces à emboutissage profond, procédé selon lequel on serre la partie périphérique du flan de tôle (1), on chauffe le flan de tôle (1) et on déforme la partie centrale du flan de tôle (1) pour l'obtention de la pièce à emboutissage profond, caractérisé en ce que - on chauffe le flan de tôle (1) au moins dans des zones localisées susceptibles de fortes déformations plastiques, - on contrôle la température du flan de tôle (1), - et on déforme ledit flan de tôle (1) après la mise à la température désirée des zones localisées (2). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au cours d'une première étape, on déforme partiellement le flan de tôle (1) sur une première profondeur d'emboutissage, on chauffe lesdites zones localisées (2) jusqu'à la température désirée et, au cours d'au moins une seconde étape, on déforme ledit flan de tôle (1) sur au moins une seconde profondeur d'emboutissage jusqu'à l'obtention de la pièce finale. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on chauffe, dans lesdites zones localisées (2), la face du flan de tôle (1) où s'appliquent les plus grandes contraintes d'extension. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on chauffe dans lesdites zones localisées (2) les deux faces du flan de tôle (1). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on chauffe lesdites zones localisées (2) et la partie périphérique du flan de tôle (1). 6. Dispositif de formage à tiède d'un flan de tôle (1) en acier, notamment pour réaliser les pièces à emboutissage profond, sur une presse composée d'un outil d'emboutissage (10) du type comprenant une matrice (11), un poinçon (14), un serre-flan périphérique (12) pour le maintien du flan de tôle (1), en appui sur la périphérie de la matrice (11) et des moyens (111, 121, 141, 161) de chauffage de ce flan de tôle (1), caractérisé en ce que les moyens de chauffage comprennent au moins un élément chauffant (161) intégré dans un contre-poinçon (16) disposé en vis-à-vis du poinçon (14) pour chauffer au moins dans des zones localisées (2) dudit flan de tôle (1), susceptibles de fortes déformations plastiques. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le poinçon (14) comporte également au moins un élément chauffant (141). 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de chauffage comprennent au moins un élément chauffant (111, 121) intégré dans la matrice (11) et/ou le serre-flan (12). 9. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (17) de maintien de la pression mécanique exercée par le contrepoinçon (16) sur le flan de tôle (1).