Brevet FR2702400A1 — publié le 19940916

PERFECTIONNEMENT POUR OUTILLAGE DESTINE A ETRE UTILISE POUR LE FILAGE PAR CHOC DE PIECES EN ALLIAGE LEGER La présente invention est relative à un perfectionnement pour l'outillage destiné à être utilisé lors du filage par choc. Elle concerne plus particulièrement un poinçon et sa matrice permettant de réaliser une pièce creuse par filage inverse et dont le fond comprend une face d'extrémité en biais par rapport à l'axe général de ladite pièce, ladite face étant plane, convexe ou concave. Le filage par choc est un procédé connu de déformation plastique qui combine en une seule opération, les déformations par forgeage et filage. il est utilisé plus spécialement pour réaliser des pièces en alliage léger, tel qu'en aluminium ou alliage d'aluminium, et permet d'obtenir en une seule opération, des pièces creuses à paroi mince, de forme tubulaire. Le procédé consiste à placer un pion dans une matrice et à venir le frapper par un poinçon, le choc ainsi réalisé obligeant la matière à filer dans l'espace laissé libre entre le poinçon et la matrice. Le filage par choc est une procédé qui n'est actuellement utilisé que pour réaliser des pièces tubulaires dont le fond est perpendiculaire aux parois du tube. I1 est notamment couramment utilisé pour la réalisation des emballages cylindriques en aluminium dont le fond est essentiellement perpendiculaire à l'axe du tube. A ce jour, il n'a pas été possible d'envisager de réaliser d'autres types de pièces, et notamment des pièces du type de celles comprenant un fond d'épaisseur non constante ou dont la face externe d'extrémité est en biais. La présente invention veut donc proposer un nouvel outillage permettant de fabriquer par filage par chocs, des pièces en alliage léger dont la face extérieure du fond est en biais. Ainsi, et selon l'invention, l'outillage destiné au filage par choc est caractérisé en ce que la face inférieure d'appui de la matrice est en biais, et en ce que la face de frappe du poinçon comprend au moins une face inclinée dont le plan général est concourant avec le plan général de la face inférieure de la matrice, lesdits plans étant inclinés de façon inverse par rapport à l'axe longitudinal de lEoutillage et convergeant ainsi vers le bas. Selon une disposition complémentaire, le plan de la face inclinée du poinçon forme avec le plan de la face inférieure d'appui, un angle aigu ouvert vers la partie la plus profonde du logement de la matrice. Selon une autre caractéristique complémentaire, la tête de poinçon comprend une saillie centrale comprenant la face inclinée. Dans une variante, la saillie centrale comprend une deuxième face inclinée dont le plan général est convergent vers le bas avec le plan général de la première face inclinée, tandis que dans une autre variante, elle comprend une face de frappe disposée en retrait. Selon l'invention, la matrice destinée à être utilisée avec le poinçon est constituée par un logement en creux comprenant une face inférieure d'appui disposée en biais. Dans une variante, la face inférieure d'appui comprend une saillie inférieure centrale étendant à l'intérieur du logement. Avec le poinçon de l'invention, il y a autocentrage de celui-ci, ce qui corrige, voire même supprime les effets qui pourraient résulter de l'assymétrie de la pièce à obtenir. Avec lloutillage de l'invention, les pièces obtenues sont donc parfaites et ne présentent ni de défaut de forme, ni d'irrégularité dans les épaisseurs. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention se dégageront de la description qui va suivre en regard des dessins annexés qui ne sont donnés qu'à titre d'exemples non limitatifs. Les figures 1 à 3 illustrent un premier exemple d'une pièce réalisée avec l'outillage de l'invention. La figure 1 est une vue en coupe selon le plan (P) de symétrie générale. La figure 2 est une vue extérieure selon f2. La figure 3 est une vue extérieure selon fl. Les figures 4 à 8 illustrent l'outillage destiné à réaliser la pièce des figures 1 à 3. Les figures 4 et 5 illustrent la matrice de l'outillage. La figure 4 est une vue en coupe longitudinale selon PP. La figure 5 est une vue de dessus. Les figures 6, 7 et 8 représentent le poinçon de l'outillage. La figure 6 est une vue de dessous. La figure 7 est une vue latérale. La figure 8 est une vue de dessous en perspective. Les figures 9 et 10 représentent ltopération de filage par choc proprement dite. La figure 11 est une vue illustrant une étape complémentaire du procédé. Les figures 12 à 14 illustrent un deuxième exemple de pièce réalisée avec l'outillage de l'invention. La figure 12 est une vue en coupe selon le plan (P) de symétrie générale. La figure 13 est une vue extérieure selon f2. La figure 14 est une vue extérieure selon fl. Les figures 15 à 19 illustrent l'outillage destiné à réaliser la pièce des figures 1 à 3. Les figures 15 et 16 illustrent la matrice de Poutillage. La figure 15 est une vue en coupe longitudinale selon PP. La figure 16 est une vue de dessus. Les figures 17, 18 et 19 représentent le poinçon de l'outillage. La figure 17 est une vue de dessous. La figure 18 est une vue latérale. La figure 19 est une vue de dessous en perspective. Les figures 20 et 21 représentent le filage par choc. La figure 22 est une vue illustrant une étape complémentaire du procédé. Les figures 1, 2 et 3 illustrent un premier exemple de pièce réalisée par le procédé de l'invention. Selon ce premier exemple, la pièce (4) est une pièce creuse ayant la forme générale d'un tube dont au moins l'une des extrémités est fermée au moins partiellement par un fond (5). Ainsi, elle est formée par une paroi périphérique (6) et une paroi d'extrémité (7). Ladite pièce, appelée aussi virole, a un plan (P) de symétrie générale ainsi qu'un axe longitudinal (XX'). La paroi périphérique (6) est de faible épaisseur (e) et est constituée par un ensemble de parois s'étendant parallèlement à l'axe (XX), une paroi frontale (6a), une paroi arrière (6b) et deux parois latérales (6c, 6d). La paroi d'extrémité (7) comprend un trou central (70) et est limitée par une face interne (8) et une face externe (9).Ladite face interne (8) s'étend transversalement selon un plan général (P1) perpendiculaire au plan (P) et à l'axe (XX), la face externe (9) formant un plan général (P2) qui n'est pas parallèle au plan (P1), pour s'étendre en biais et former avec la paroi frontale (6a) et la paroi arrière (6b) et notamment les faces extérieures correspondantes, des angles (A1) et (A2) différents de 900. Ainsi, le plan (P2) est concourant avec le plan (PI) pour former avec la paroi frontale (6a), un angle obtus (Al), et avec la paroi arrière (6b), un angle complémentaire aigu (A2). Le plan de la face extérieure (9) étant en biais par rapport à l'axe (xi') pour former une partie en saillie arrière (13) s'étendant vers le bas. L'outillage (1) de filage par choc comprend une matrice (2) fixe et un poinçon mobile (3). Ladite matrice (1) comprend un logement (10) ouvert vers le haut dont les formes et les dimensions des parois intérieures correspondent aux formes et aux dimensions des faces extérieures de la pièce à réaliser. Ainsi, le logement comprend une face périphérique intérieure (11) et une face inférieure d'appui (12).La face périphérique intérieure (11) est constituée par plusieurs faces, une face intérieure frontale (lia), une face intérieure arrière (lob) et deux faces intérieures latérales (lic, lad). Les faces intérieures frontales (lia) étant parallèles à la face intérieure arrière (1 lob). Par ailleurs, la face inférieure d'appui (12) formant le fond du logement en creux (10) est une surface dont le plan général (P3) s'étend en biais pour former avec la face intérieure périphérique frontale (lia) et la face intérieure périphérique arrière (1 lob), des angles respectivement (Al) et (A2) différents de 90". Le plan (P3) étant alors en biais par rapport à l'axe longitudinal (X') pour former avec lui, un angle interne (A2). Le poinçon (2) est une pièce qui s'étend longitudinalement selon le même axe longitudinal (XX) que celui du logement (10) et dont la tête (14) constituant la partie de frappe proprement dite, forme une face de frappe (15) qui comprend selon l'invention, une saillie centrale (16). Par ailleurs, et comme cela est déjà connu, elle comprend un bourrelet périphérique (17). Ladite saillie centrale (16) a une section droite sensiblement carrée et son extrémité comprend au moins une face inclinée (18) dont le plan général (P4) est concourant avec le plan (P3) et qui forme avec celui-ci, un angle aigu (a) ouvert en direction de la partie la plus profonde (100) du logement (10) de la matrice. Par ailleurs, la saillie centrale (16) comprend avantageusement deux faces inclinées convergentes (18, 19), une première face (18) de plan (P4) et une deuxième face (19) dont le plan général (P5) est sensiblement parallèle au plan (P3). Les deux faces (18, 19) convergent vers le bas pour former une arête (20). Les figures 9 et 10 représentent le procédé de filage par choc de la pièce, par utilisation de l'outillage selon l'invention et notamment son poinçon (2) et sa matrice (1). Ledit procédé consiste à placer un pion (21) en aluminium dans un logement en creux (10) de la matrice (1). Les pions destinés à être utilisés sont généralement prélevés dans une bande laminée, par découpage de précision sur une presse spéciale. Sous la pression du poinçon (2), le métal file entre le poinçon et la matrice en sens inverse du sens de déplacement du poinçon. Le métal remonte alors le long des parois périphériques du poinçon, la matrice donnant le contour extérieur de la pièce et le poinçon, son contour intérieur. On constate, et plus particulièrement à la figure 10, que l'action (F2) de la matière du pion sur la face (18) est inclinée vers la gauche (GA) et compense l'action (F1) dirigée vers la droite (DR) qui résulte de l'inclinaison de la face inférieure d'appui (12). L'action (F2) empêche ainsi la flexion du poinçon et permet donc à la matière de fluer correctement vers le haut, de façon à donner une géométrie parfaite aux parois périphériques de la pièce. Par ailleurs, la face (18), du fait de son inclinaison, permet une bonne compression (F3) de la matière dans la partie la plus profonde (100) de la matrice, pour obtenir une pièce complète et homogène.La pièce ainsi formée est retirée de l'outillage, et notamment du poinçon et de la matrice, puis on lui donne (figure 11) sa forme définitive en formant le trou central (70) par poinçonnage (23) et en finissant par découpage (24), le bord supérieur (25). Les figures 12, 13 et 14 illustrent un deuxième exemple de pièce réalisée par le procédé de l'invention. Selon ce deuxième exemple, la pièce (40) est aussi une pièce creuse ayant la forme générale dfun tube dont au moins l'une des extrémités est fermée au moins partiellement par un fond (50). Toutefois, la face extérieure est plus fortement en biais que dans l'exemple précédent; c'est par exemple le cas d'une virole (40) plus spécialement utilisée dans la réalisation d'une poêle. Ainsi, elle est formée par une paroi périphérique (60) et une paroi d'extrémité (70). Ladite pièce, appelée aussi virole, a un plan (P) de symétrie générale ainsi qu'un axe longitudinal (XX'). La paroi périphérique (60) est de faible épaisseur (e) et est constituée par un ensemble de parois s'étendant parallèlement à l'axe (XX'), une paroi frontale (60a), une paroi arrière (60b) et deux parois latérales (60c, 60d). La paroi d'extrémité (70) est limitée par une face interne (80) et une face externe (90).Ladite face interne (80) s'étend transversalement selon un plan général (P1) perpendiculaire au plan (P) et à Paxe (XX'), la face externe (90) formant un plan général (P2) qui n'est pas parallèle au plan (P1), pour s'étendre en biais et former avec la paroi frontale (60a) et la paroi arrière (60b) et notamment les faces extérieures correspondantes, des angles (Al) et (A2) différents de 90". Ainsi, Ie plan (P2) est concourant avec le plan (PI) pour former avec la paroi frontale (60a), un angle obtus (Ai), et avec la paroi arrière (60b), un angle complémentaire aigu (A2).Le plan de la face extérieure (90) étant en biais par rapport à l'axe (XX) pour former une partie en saillie arrière (130) s'étendant vers le bas. L'outillage (1) de filage par choc comprend, comme précédemment, une matrice (2) fixe et un poinçon mobile (3). Ladite matrice (1) comprend un logement (100) ouvert vers le haut dont les formes et les dimensions des parois intérieures correspondent aux formes et aux dimensions des faces extérieures de la pièce à réaliser. Ainsi, le logement comprend une face périphérique intérieure (110) et une face inférieure d'appui (120). La face périphérique intérieure (110) est constituée par plusieurs faces, une face intérieure frontale (llOa), une face intérieure arrière (1 lOb) et deux faces intérieures latérales (110c, 110d). Les faces intérieures frontales (llOa) étant parallèles à la face intérieure arrière (1 lOb). Par ailleurs, la face inférieure d'appui (120) formant le fond du logement en creux (100) est une surface dont le plan général (P3) s'étend en biais pour former avec la face intérieure périphérique frontale (110a) et la face intérieure périphérique arrière (1 lOb), des angles respectivement (Al) et (A2) différents de 900. Le plan (P3) étant alors en biais par rapport à l'axe longitudinal (xi') d'un angle (A2). Selon une disposition avantageuse, la face inférieure d'appui (120) comprend une saillie inférieure centrale (121) s'étendant à l'intérieur du logement (100). Le poinçon (2) est une pièce qui s'étend longitudinalement selon le même axe longitudinal (w) que celui du logement (100) et dont la tête (140) constituant la partie de frappe proprement dite, forme une face de frappe (150) qui comprend selon l'invention, une saillie centrale (160). Par ailleurs, et comme cela est déjà connu, elle comprend un bourrelet périphérique (170). Ladite saillie centrale (160) a une section droite sensiblement rectangulaire et son extrémité comprend au moins une face inclinée (180) dont le plan général (P4) est concourant avec le plan (P3) et qui forme avec celui-ci, un angle aigu (a) ouvert en direction de la partie la plus profonde (101) du logement (100) de la matrice. Par ailleurs, la saillie centrale (160) comprend une deuxième face de frappe (190) disposée en retrait pour former un dégagement (191). Les figures 20 et 21 représentent le procédé de filage par choc de la pièce (40), par utilisation de l'outillage selon l'invention et notamment son poinçon (2) et sa matrice (1). Ledit procédé consiste à placer un pion (21) en aluminium dans un logement en creux (100) de la matrice (1). Les pions destinés à être utilisés sont généralement prélevés dans une bande laminée, par découpage de précision sur une presse spéciale. Sous la pression du poinçon (2), le métal file entre le poinçon et la matrice en sens inverse du sens de déplacement du poinçon. Le métal remonte alors le long des parois périphériques du poinçon, la matrice donnant le contour extérieur de la pièce et le poinçon, son contour intérieur. On constate, et plus particulièrement à la figure 21, que l'action (F2) de la matière du pion sur la face (18) est inclinée vers la gauche (GA) et compense l'action (F1) dirigée vers la droite (DR) qui résulte de l'inclinaison de la face inférieure d'appui (120). L'action (F2) empêche ainsi la flexion du poinçon et permet donc à la matière de fluer correctement vers le haut, de façon à donner une géométrie parfaite aux parois périphériques de la pièce. Par ailleurs, la face (180), du fait de son inclinaison, permet une bonne compression (F3) de la matière dans la partie la plus profonde (101) de la matrice, pour obtenir une pièce complète et homogène. La pièce ainsi formée est retirée de l'outillage, et notamment du poinçon (2) et de la matrice (1), puis on lui donne sa forme définitive (figure 22) en formant le trou central par poinçonnage (23) et en finissant par découpage (24), le bord supérieur (250). Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés à titre d'exemples, mais elle comprend aussi tous les équivalents techniques ainsi que leurs combinaisons. REVENDICATIONS 1. Outillage destiné au filage par choc de pièces tubulaires (4, 40) en alliage léger dont le fond (5) comprend une face extérieure (9, 90) en biais par rapport à l'axe général (XX') de ladite pièce, caractérisé en ce que la face inférieure d'appui (12, 120) de la matrice (3) est en biais, et en ce que la face de frappe (15, 150) du poinçon (2) comprend au moins une face inclinée (18, 180) dont le plan général (P4) est concourant avec le plan général (P3) de la face inférieure (12, 120) de la matrice, lesdits plans (P3, P4) étant inclinés de façon inverse par rapport à l'axe longitudinal (w) de l'outillage et convergeant ainsi vers le bas. Z. Poinçon pour outillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plan (P4) de la face indinée (18, 180) forme avec le plan (P3) de la face inférieure d'appui (12, 120), un angle aigu (a) ouvert vers la partie la plus profonde (100, 101) du logement (10) de la matrice (2). 3. Poinçon pour outillage selon la revendication 2, caractérisé en ce que la tête de poinçon (14, 140) comprend une saillie centrale (16, 160) comprenant la face inclinée (18, 180). 4. Poinçon pour outillage selon la revendication 3, caractérisé en ce que la saillie centrale (16, 160) comprend une deuxième face inclinée (19) dont le plan général (P5) est convergent vers le bas avec le plan général (P4) de la première face inclinée (18). 5. Matrice destinée à être utilisée avec le poinçon selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce qu'elle est constituée par un logement en creux (10, 100) comprenant une face inférieure d'appui (12, 120) disposée en biais. 6. Matrice selon la revendication 5, caractérisée en ce que la face inférieure d'appui (120) comprend une saillie inférieure centrale (121) s'étendant à l'intérieur du logement (100).