Brevet FR2693670A1 — publié le 19940121

"Procédé de fabrication d'un outillage d'emboutissage et de calibrage à partir d'un maître-modèle" La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un outillage, essentiellement un poinçon et une matrice à base de béton de résine époxy, à utiliser pour l'emboutissage et le calibrage de pièces en tôle, la fabrication de l'outillage s'effectuant à partir d'un maître-modèle. L'emboutissage est un procédé connu de mise en forme de tôle, dont on peut citer un exemple courant, à savoir les tôles de carrosseries de véhicules automobiles. Après l'emboutissage de la pièce en tôle, il est connu de procéder à diverses opérations complémentaires de découpes, perçages, etc., après lesquelles il est nécessaire d'effectuer un calibrage ; ce calibrage s'effectue avec un outillage similaire à l'outillage d'emboutissage. La construction de pièces de carrosseries en métaux en feuilles nécessite des investissements d'outillage d'emboutissage très importants que l'on ne peut justifier que pour les très grandes séries ; par contre, pour les petites et moyennes séries, il est quasiment impossible d'amortir le coût des outillages classiques, de plus, le délai de fabrication de ces outillages est pratiquement incompatible avec les dé lais de lancement des nouvelles séries étant donné l'urgence de plus en plus pressante des constructeurs et de leur clientèle.Dans le but de raccourcir les délais entre la réalisation des prototypes et le lancement des grandes séries, on sait aujourd'hui fabriquer des outillages transitoires immédiatement opérationnels réalisés à partir des prototypes, ou pour être plus précis, à partir de ce qu'il est convenu d'appeler, pour chaque pièce à réaliser, un maltremodèle, en l'occurrence un maître-modèle intérieurtôle. Les outils en béton de résine traditionnels sont constitués de la façon suivante : 1) maître-modèle de la pièce à produire, 2) tirage d'un négatif et d'un positif référencés, 3) coulée de la matrice, 4) habillage de la matrice en cire calibrée figurant l'épaisseur de la tôle, 5) coulée du serre-flan et du poin çon.Classiquement, ces éléments d'outillage, matrice, poinçon et serre-flan, sont maintenus dans des cuvelages métalliques assurant la rigidité de l'outil et son montage sous presse ; avec ce type d'outillage, on peut fabriquer entre 500 et 1000 pièces avant que les tolérances mécaniques ne soient dépassées du fait de l'usure de l'outillage. La présente invention a pour but de procurer un outillage fabriqué de manière simple à partir du maître-modèle, mais procurant une longévité bien supérieure à celle des outils connus ; pour atteindre ce but, il est prévu d'envelopper les pièces d'usure avec une carapace laquelle, d'une part, protège l'outil de l'usure puisque c'est elle qui est au contact de la tôle à emboutir, d'autre part, est interchangeable ce qui permet de la remplacer par une enveloppe neuve au fur et à mesure de sa propre usure ; chaque enveloppe étant elle-même métallique, il est clair qu'une enveloppe s'usera moins vite qu'une résine, et, du fait qu'il est prévu plusieurs enveloppes de rechange, la longévité de l'outil selon l'invention sera bien supérieure à celle des outillages connus. Selon la présente invention, un procédé de fabrication d'un outillage conforme au préambule, est particulièrement remarquable en ce qu'il comporte les étapes suivantes a) habillage du maître-modèle intérieur-tôle avec une cire calibrée dont l'épaisseur est le double de l'épaisseur de la tôle, b) coulée, à l'aide du maître-modèle ainsi habillé, d'une sous-matrice en béton de résine époxy à loger dans un caisson métallique, c) habillage de la sous-matrice avec une cire calibrée dont l'épaisseur est le triple de l'épaisseur de la tôle, d) coulée, à l'aide de la sous-matrice ainsi habillée, d'un sous-poinçon en béton de résine époxy à loger dans un caisson métallique, e) déshabillage de la sous-matrice par enlèvement de la cire calibrée, f) emboutissage d'au moins une enveloppe-poinçon en métal au moyen de la sous-matrice et du sous poinçon, g) détourage de l'enveloppe-poinçon, h) soudure de l'enveloppe-poinçon détourée sur le caisson métallique du sous-poinçon pour constituer ainsi le poinçon, i) emboutissage d'au moins deux enveloppes matrices en métal au moyen de la sous-matrice et du poinçon, j) détourage des deux enveloppes matrices pour consti tuer, d'une part, une enveloppe matrice périphéri que, et, d'autre part, une enveloppe matrice cen trale, les deux détourages étant distants, en se recouvrant, l'un l'autre d'une largeur constante prédéterminée (#h), k) soudure bord à bord et sur le caisson métallique de la sous-matrice, de l'enveloppe matrice périphéri que et de l'enveloppe matrice cadastrale pour cons tituer ainsi la matrice. Ainsi, à l'aide de moulages successifs réalisés à partir du maître-modèle, et en utilisant des enveloppes obtenues par emboutissage de tôle au moyen de ces moules, on obtient d'une manière simple et relativement peu coûteuse, surtout en comparaison avec les outillages de grandes séries, un outillage d'emboutissage muni d'une carapace qui lui assure une grande longévité ; avantageusement, la largeur constante prédéterminée Ah de l'étape j, est sensiblement égale à l'épaisseur de la tôle, et en ce que la zone de détourage est choisie dans le secteur le plus pentu du maître-modèle. Bien entendu, le poinçon et la matrice ainsi fabriqués munis de leurs enveloppes, ne sont pas dans tous les cas exactement à la forme désirée, tout au moins en ce qui concerne l'enveloppe en tôle, mais il est clair que après l'étape k, lors de l'emboutissage de la première pièce, s'effectue la mise en place définitive de chaque enveloppe par plaquage respectif contre le béton en résine époxy. Ainsi, les premières utilisations de l'outil d'emboutissage vont permettre, par la force des choses, que chaque enveloppe devienne bien solidaire, par plaquage, avec le béton en résine époxy qui la soutient. Avantageusement, au cours de l'étape f on procède à l'emboutissage d'un nombre N d'enveloppes poinçons, au cours de l'étape i on procède à l'embou- tissage d'un nombre 2N d'enveloppes matrices, ceci en vue de la maintenance de l'outillage par interchangea bilité des enveloppes qui sont des pièces d'usure. Ainsi, par la simple répétition de deux étapes d'emboutissage, ce qui est évidemment très économique, on obtient un stock d'enveloppes déjà mises en forme et prêtes à venir remplacer l'enveloppe précédente en cas d'usure. Il est clair que en vue de la fabrication des serres flans de l'outillage, on procède similairement et en synchronisme avec les étapes prédéfinies, notamment les étapes f et g, et en prévoyant en outre une étape h' pour la soudure d'une enveloppe serreflan sur le caisson métallique du serre-flan. Bien entendu, lorsque l'on sait fabriquer le poinçon et la matrice, il suffit de procéder de manière similaire pour obtenir le serre-flan adéquat, c'est-à-dire le serre-flan qui aura des mêmes caractéristiques d'usure ; similairement, un stock de serresflans de rechange pourra aussi être constitué. Pour le métal des enveloppes on pourra par exemple choisir, en fonction notamment de la longévité désirée et/ou de la forme de la pièce à obtenir, un acier doux, du laiton, ou encore de l'aluminium. On peut encore prévoir que avant l'étape a on procède, par moulage et contre-moulage, à la fabrication d'une réplique du maître-modèle destinée à être utilisée à l'étape a, de sorte que le maître-modèle est conservé intact. La présente invention sera maintenant décrite plus en détail à l'aide d'un exemple non limitatif de réalisation illustré par les dessins annexés. - La figure 1 représente un outillage connu, - la figure 2 représente un détail significatif d'un outillage conforme à la présente invention, - les figures 3, 3a et 3b explicitent le mode de fabrication de l'enveloppe matrice conforme à la présente invention. La figure 1 représente un outillage connu pour l'emboutissage de petites séries de pièces en tôle 90 ; cet outillage comporte une matrice 1, un poinçon 2, et un serre-flan 3, 3' ; ces éléments sont chacun logés dans un caisson métallique 11, 21, 31, agencé pour être logé dans la presse d'emboutissage, les formes d'emboutissage sont obtenues de manière classique par moulage sur le maître-modèle d'un béton de résine époxy, lequel étant en contact direct de la tôle lors de l'emboutissage. La figure 2 représente un détail significatif de la figure 1, repère 50 de la figure 1, à la différence que la figure 2 représente un outillage conforme à la présente invention alors que la figure 1 représente un outillage connu ; comme on peut le voir, la différence essentielle entre les deux outillages réside dans le fait que sur la figure 2 tous les éléments de l'outillage sont enveloppés, 15, 25, 35 d'une enveloppe métallique destinée à protéger le béton de résine époxy de l'usure ; d'une manière plus détaillée, on voit par exemple la matrice 10 avec son caisson métallique 11, constituée essentiellement de béton de résine époxy 12 et d'une enveloppe métallique 15 laquelle épouse évidemment la forme de la tôle 90 et est maintenue en place par une soudure 19 sur le caisson métallique 11 ; similairement, le poinçon 20 avec son caisson métallique 21 est constitué de béton résine époxy 22 enveloppé par une enveloppe 25 maintenue en place par la soudure 29 avec le caisson 21 ; de même, le serre-flan 30 est constitué de résine époxy 32 logée dans un caisson métallique 31 et enveloppée d'une enveloppe métallique 35 maintenue par la soudure 39 sur le caisson métallique 31. Il est clair qu'avec un tel outillage, l'u sure sera bien moindre qu'avec l'outillage de la figure 1 puisque la résistance de l'enveloppe métallique à l'usure est bien supérieure à la résistance de la résine époxy nue de la figure 1 ; le problème consiste à réaliser cet outillage à partir d'un maître-modèle dont les dimensions conviennent bien pour mouler directement la résine époxy des outils de la figure 1 mais ne conviennent pas pour les éléments de l'outillage de la figure 2. Selon la présente invention, pour réaliser l'outil d'emboutissage de la figure 2, on procède selon les étapes suivantes Etape a : habillage du maître-modèle intérieur-tôle avec une cire calibrée dont l'épaisseur est le double de l'épaisseur de la tôle, ainsi l'on obtient une forme généralement convexe délimitée par la ligne repérée (+2) sur la figure 2 ; cette forme qui correspond donc au maître-modèle habillé d'une cire calibrée dont l'épaisseur est le double de l'épaisseur de la tôle, en combinaison avec le caisson métallique 11 permet la coulée, étape b, de la sous-matrice 12 en béton de résine époxy ; à ce moment, bien entendu, la sous-matrice 12 n'est pas encore enveloppée avec l'enveloppe 15 ; au cours de l'étape suivante, étape c, la sous-matrice est habillée avec une cire calibrée dont l'épaisseur est le triple de l'épaisseur de la tôle, ce qui permet d'obtenir une forme repérée par la ligne (+3) ; à l'aide de cette forme (+3), on peut maintenant procéder à la coulée, étape d, d'un sous-poinçon 22 en béton de résine époxy à loger dans un caisson métallique 21 ; en procédant maintenant au déshabilla- ge, étape e de la sous-matrice par enlèvement de la cire calibrée ayant une épaisseur triple de l'épais- seur de la tôle, on dispose alors du sous-poinçon 22 et de la sous-matrice 12 dont la constitution est si milaire à la matrice 1 et au poinçon 2 de la figure 1 à ceci près que l'écart entre les deux formes correspond à trois épaisseurs de tôle et non pas à une épaisseur de tôle ; toutefois, si l'on procède à l'emboutissage, étape f, à l'aide de ce sous-poinçon et de cette sous-matrice, on va obtenir une tôle emboutie dont la forme générale est similaire à la forme générale de la tôle 90 ; il est clair en effet que lors de la coulée du sous-poinçon, il a été possible de couler simultanément un "sous serre-flan" 32 à loger de manière connue dans un caisson métallique 31 ; à partir de la pièce de tôle obtenue par l'emboutissage de l'étape f, on peut procéder au détourage, étape g, de cette pièce de tôle avec une dimension de détourage telle qu'elle comporte une jupe suffisante pour procéder à la soudure 29, étape h, de cette pièce sur le caisson métallique 21 de sorte que cette pièce de tôle va jouer le rôle d'enveloppe poinçon 25 ; la soudure de l'enveloppe-poinçon 25 détourée sur le caisson métallique 21 du sous-poinçon 22 va ainsi constituer le poinçon 20 ; en procédant maintenant à l'emboutissage, étape i, de deux tôles en métal au moyen de la sousmatrice 12 et du poinçon 20, on obtient deux tôles dont la forme générale est similaire à celle de la tôle 90 ; ces deux tôles sont identiques évidemment et elles sont représentées, l'une sur la figure 3a, l'autre sur la figure 3b pour y montrer l'étape de détourage suivante, étape j ; la tôle de la figure 3a est coupée à une hauteur H, selon la ligne L1, à partir du plan du serre-flan pour ne conserver que la partie haute 151 ; la tôle de la figure 3b est découpée à une distance H + AH, ligne L2, à partir du plan du serreflan, pour ne conserver que la partie basse 152 ; sur la figure 3 est représenté dans son ensemble l'enveloppe matrice 15 constituée de la partie haute 151 de la figure 3 que l'on peut aussi appeler enveloppe matrice centrale, et de la partie basse 152 de la figure 3b que l'on peut aussi appeler enveloppe matrice périphérique ; comme on peut le voir, au moment du découpage, il y a une zone de recouvrement d'une distance AH entre les deux éléments 151, 152 ; préférentiellement, cette zone AH a une dimension similaire à celle de l'épaisseur de la tôle et la dimension H est choisie de telle sorte que le découpage s'effectue dans une zone de plus grande pente par rapport au plan du serre-flan ; ceci étant, on peut procéder à la soudure, étape k, bord à bord 159 et sur 19 le caisson métallique 11 de la sous-matrice 12 de l'enveloppe matrice périphérique et de l'enveloppe matrice centrale pour constituer ainsi la matrice 10. On dispose donc maintenant d'un poinçon 20 et d'une matrice 10, tous les deux constitués de béton de résine époxy habillé d'une enveloppe métallique dont le seul défaut éventuel est que peut-être l'enveloppe métallique n'est pas parfaitement plaquée contre le béton de résine époxy ; toutefois, il est clair que lors de l'emboutissage de la première pièce, par la force des choses, les enveloppes métalliques vont se trouver complètement plaquées sur le béton de résine époxy et l'expérience prouve qu'il n'y a aucune raison pour qu'elle ne reste pas en place. Bien entendu, un tel outillage muni d'une enveloppe métallique est bien plus résistant à l'usure que l'outillage connu, toutefois il est préférable que tant à l'étape f que à l'étape i, on procède à l'emboutissage respectivement d'un nombre N et 2N de pièces pour disposer d'enveloppes de rechange ; ainsi, en cas d'usure de l'outillage, il sera possible de dessouder une enveloppe usée et de la remplacer par une enveloppe neuve ; la description qui a été faite a surtout insisté sur le poinçon et la matrice dont les formes sont bien plus complexes que la forme du serreflan mais il est clair que pour le serre-flan on peut, si nécessaire, procéder de la même manière, notamment au cours des étapes f et g, en prévoyant le détourage de l'enveloppe serre-flan 35, étape h', et sa soudure 39 sur le caisson métallique 31 du serre-flan. Pour le métal de l'enveloppe, on peut choisir de l'acier doux, du laiton, de l'aluminium ou tout autre métal convenable pour se prêter, d'une part aux emboutissages du procédé de fabrication revendiqué, d'autre part à l'emboutissage des pièces de tôle à fabriquer. On peut encore prévoir, pour conserver intact le maître-modèle, de procéder à un moulage et un contre-moulage d'une réplique d'une maître-modèle pour éviter l'habillage direct du maître-modèle avec la cire calibrée de double épaisseur ; dans les moules connus tel que celui représenté à la figure 1, il est classique d'utiliser des inserts métalliques, non représentés, disposés aux endroits de forte usure, c'est-à-dire aux endroits où la tôle à obtenir a une forme particulière, ces inserts métalliques ne sont évidemment pas incompatibles avec le procédé selon l'invention. REVENDICATIONS 1") Procédé de fabrication d'un outillage, essentiellement un poinçon et une matrice à base de béton de résine époxy, à utiliser pour l'emboutissage et le calibrage de pièces en tôle, la fabrication de l'outillage s'effectuant à partir d'un maître-modèle intérieur-tôle, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes a) habillage du maître-modèle intérieur-tôle avec une cire calibrée dont l'épaisseur est le double de l'épaisseur de la tôle, b) coulée, à l'aide du maître-modèle ainsi habillé, d'une sous-matrice en béton de résine époxy à loger dans un caisson métallique, c) habillage de la sous-matrice avec une cire calibrée dont l'épaisseur est le triple de l'épaisseur de la tôle, d) coulée, à l'aide de la sous-matrice ainsi habillée, d'un sous-poinçon en béton de résine époxy à loger dans un caisson métallique, e) déshabillage de la sous-matrice par enlèvement de la cire calibrée, f) emboutissage d'au moins une enveloppe-poinçon en métal au moyen de la sous-matrice et du sous poinçon, g) détourage de l'enveloppe-poinçon, h) soudure de l'enveloppe-poinçon détourée sur le caisson métallique du sous-poinçon pour constituer ainsi le poinçon, i) emboutissage d'au moins deux enveloppes matrices en métal au moyen de la sous-matrice et du poinçon, j) détourage des deux enveloppes matrices pour consti tuer, d'une part, une enveloppe matrice périphéri que, et, d'autre part, une enveloppe matrice cen trale, les deux détourages étant distants, en se recouvrant, l'un l'autre d'une largeur constante prédéterminée (#h), k) soudure bord à bord et sur le caisson métallique de la sous-matrice, de l'enveloppe matrice périphéri que et de l'enveloppe matrice cadastrale pour cons tituer ainsi la matrice. 2 ) Procédé de fabrication d'un outillage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la largeur constante prédéterminée (#h) est sensiblement égale à l'épaisseur de la tôle, et en ce que la zone de détourage est choisie dans le secteur le plus pentu du maître-modèle. 3 ) Procédé de fabrication d'un outillage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, après l'étape (k), lors de l'emboutissage de la première pièce, s'effectue la mise en place définitive de chaque enveloppe par plaquage respectif contre le béton en résine époxy. 4 ) Procédé de fabrication d'un outillage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au cours de l'étape (f) on procède à l'emboutissage d'un nombre (N) d'enveloppes poin çons, au cours de l'étape (i) on procède à l'emboutissage d'un nombre (2N) d'enveloppes matrices, ceci en vue de la maintenance de l'outillage par interchangeabilité des enveloppes qui sont des pièces d'usure. 5 ) Procédé de fabrication d'un outillage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, en vue de la fabrication des serres flans de l'outillage, on procède similairement et en synchronisme avec les étapes prédéfinies, notamment les étapes (f et g), et en prévoyant en outre une étape (h') pour la soudure d'une enveloppe serre-flan sur le caisson métallique du serre-flan. 6 ) Procédé de fabrication d'un outillage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le métal des enveloppes est de l'acier doux, ou du laiton, ou de l'aluminium. 7 ) Procédé de fabrication d'un outillage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'avant l'étape (a) on procède, par moulage et contre-moulage, à la fabrication d'une réplique du maître-modèle destinée à être utilisée à l'étape (a), de sorte que le maître-modèle est conservé intact.