Brevet FR2698812A1 — publié le 19940610

PROCEDE DE FABRICATION DE PIECES COMPORTANT DES ESPACES CREUX, ET APPLICATIONS DU PROCEDE. L'invention concerne un procédé de fabrication de pièces comportant des espaces creux, selon lequel un empilage de tôles plat ou préformé, constitué d'au moins une tôle supérieure, d'une tôle inférieure, d'un plan de joint, et d'une couche partielle d'agent de séparation sur le plan de joint, est tout d'abord soudé par diffusion dans des zones du plan de joint exemptes d'agent de séparation, et subit un formage par soufflage en étant sollicité par une pression de gaz entre la tôle supérieure et la tôle inférieure, dans un moule fermé et chauffé. Le formage par soufflage est une technologie de formage connue de par le document US-PS 4 184 000, selon laquelle le matériau à mettre en forme, de préférence de la tôle, est amené à la configuration souhaitée, par la pression d'un agent fluide, de préférence du gaz A cet effet, la tôle à mettre en forme est appliquée contre un moule chauffé, présentant la forme négative de la pièce à obtenir Dans une machine de formage par soufflage, l'étanchéité de la chambre de pression est, à cette occasion, réalisée par la force d'application d'une presse, exercée sur le bord de la tôle L'inconvénient de ceci réside dans le fait qu'il est nécessaire, notamment dans le cas de pièces de grande surface, d'appliquer des forces de fermeture élevées, de sorte qu'il n'est possible d'utiliser que des machines de formage par soufflage lourdes et onéreuses. Pour des pièces de faible surface, le document US-PS 4 526 312 divulgue un procédé de formage par soufflage conforme à celui mentionné en introduction, selon lequel, grâce à des forces élevées de fermeture d'une presse et au chauffage simultané d'une tôle inférieure, d'une tôle supérieure et d'une tôle intermédiaire comportant des zones partielles d'agent de séparation, un empilage de tôle est soudé par diffusion. L'inconvénient de ce procédé réside dans le fait que pour un empilage présentant une grande surface, la presse, les outils de presse et le dispositif de chauffage pour un soudage par diffusion, ne peuvent trouver une solution technique qu'avec des coûts d'investissements considérables Il s'ajoute à cela que le parallélisme des faces et l'ajustage des outils de presse, nécessaires au soudage par diffusion, ne peuvent pratiquement plus être maîtrisés. Le but de l'invention consiste à fournir un procédé conforme à celui mentionné en introduction, qui remédie aux inconvénients de l'état de la technique et permet un soudage par diffusion de pièces de grande surface comportant des espaces creux, sans nécessiter d'outils de presse mécaniques. Conformément à l'invention ce but est atteint pour un procédé du type de celui mentionné en introduction, grâce aux étapes de procédé suivantes: a) après application d'agent de séparation dans des zones partielles du plan de joint entre la tôle supérieure et la tôle inférieure, celles-ci sont reliées de manière étanche aux gaz, le long de leurs bords extérieurs, pour former un empilage de tôles, un raccord d'alimentation en gaz du plan de joint étant intégré entre les tôles de l'empilage de tôle, lors du soudage des bords extérieurs, et b) ensuite, par l'intermédiaire de ce raccord d'alimentation en gaz, l'on réalise le vide dans le plan de joint et l'étanchéité de celui-ci, l'empilage de tôles étant alors soudé dans les zones exemptes d'agent de séparation, à la température de soudage par diffusion des tôles, au cours d'une opération de compression isostatique à chaud ou une opération de compression par explosion. Le procédé présente l'avantage de permettre de fabriquer des pièces par formage par soufflage, en mettant en oeuvre une énergie moindre que jusqu'à présent En outre, il est possible de souder par diffusion des empilages de tôles ne pouvant plus être maîtrisés à l'aide d'outils de presse mécaniques, classiques Pour le formage par soufflage proprement dit, un simple moule en châssis comportant un plan de joint pour le serrage de l'empilage de tôles, est suffisant, puisque de manière avantageuse, le soudage par diffusion s'effectue de manière distincte de l'étape de formage par soufflage, dans une presse de compression isostatique à chaud ou dans une installation d'assemblage par explosion L'assemblage par explosion présente, en outre, l'avantage supplémentaire par rapport à la compression isostatique à chaud, de ne pas nécessiter de restrictions quant à l'espace de travail, les empilages de tôles à assembler n'étant donc pas limités quant à leur étendue en surface. Comme le moule en châssis n'a plus qu'à absorber l'énergie de déformation pour le formage par soufflage, des moyens d'assemblage simples entre les parties de moule sont suffisants, et il est possible d'économiser les coûts de développement d'installations de presse volumineuses La forme du châssis et sa taille, et ainsi également la forme de la pièce et sa taille, sont de ce fait indépendantes de la taille d'une presse mécanique. La productivité peut être multipliée par rapport à une machine de formage par soufflage classique, parce qu'il n'est pas nécessaire d'atteindre la température de soudage par diffusion dans la machine de formage par soufflage. Par ailleurs, il est ainsi possible de fabriquer en grande série, des pièces à paroi double, telles que celles utilisées dans la construction de groupes motopropulseurs pour des carters, des volets ou des parois de chambre de combustion, ou bien dans la construction aéronautique pour des gouvernes d'empennage ou des gouvernes, ou bien encore dans la construction automobile pour des structures porteuses, des portières et des capots. Selon une autre mise en oeuvre du procédé, on utilise une installation de laminage à chaud pour le soudage par diffusion L'avantage supplémentaire de ceci réside dans le fait qu'il est possible de souder par diffusion des zones partielles, qui sont enfermées de manière étanche aux gaz entre une bande de tôle supérieure et une bande de tôle inférieure, et qui se répètent Les zones qui se répètent peuvent ensuite être séparées, et être traitées sous forme de pièces individuelles, dans des installations de formage par soufflage Il est ainsi possible de souder par diffusion de grandes quantités, de manière économique. Selon une autre mise en oeuvre préférée du procédé, après l'établissement du vide et avant la compression isostatique à chaud, en vue d'une meilleure exploitation de l'espace de travail, l'empilage de tôles est enroulé et est soudé par diffusion dans l'état enroulé A l'inverse du procédé classique, il n'est pas nécessaire que l'empilage de tôles présente déjà l'état de forme adapté à une machine de formage par soufflage, mais peut avantageusement être adapté, en tant qu'empilage de tôles, aux dimensions d'une presse de compression isostatique à chaud ou d'une installation d'assemblage par explosion, ou bien encore à la cage d'un laminoir à chaud. Avant le formage par soufflage, l'empilage de tôles en tant qu'ensemble compact, peut être transformé, si nécessaire, avantageusement en un anneau, un cône, un dôme ou une autre forme de départ Lors de l'établissement du vide dans le plan de joint, il se produit avantageusement un nettoyage du plan de joint et l'étanchéité est testée. Un moule de la forme négative de la pièce est de préférence réalisé sous forme de moule supérieur et de moule inférieur, dans un moule en châssis, pour le formage par soufflage de l'empilage de tôles, -et la surface du plan de joint entre le moule supérieur et le moule inférieur, est adaptée à la base de formage de la pièce Cela présente l'avantage de permettre une séparation sûre du moule supérieur et du moule inférieur, après le formage par soufflage. Le moule en châssis est maintenu assemblé lors du formage par soufflage, de préférence par assemblage du moule supérieur et du moule inférieur, par vissage, agrafage ou soudage, de sorte qu'il ne peut être ouvert par des forces de gonflement Entre le moule supérieur et le moule inférieur, le moule en châssis présente un interstice adapté à l'empilage de tôles, qui maintient en position l'empilage de tôles pendant le formage par soufflage, grâce à une contrainte de serrage s'appliquant lors de l'assemblage du moule supérieur et du moule inférieur. Le moule supérieur et le moule inférieur du moule en châssis sont de préférence réalisés en éléments de moule dissociables, en céramique, ce qui est particulièrement avantageux pour le chauffage du moule supérieur et du moule inférieur jusqu'à la température de fluage de l'empilage de tôles Des éléments chauffants sont prévus dans le moule en châssis, pour chauffer le moule supérieur et le moule inférieur. Un chauffage du moule en châssis, à savoir des moules de forme négative et/ou de l'empilage de tôles après le serrage dans le moule en châssis, au plus jusque dans la zone de la température de fluage des tôles de l'empilage de tôles, facilite avantageusement l'application des tôles à l'intérieur du moule supérieur et du moule inférieur. Pour réaliser la liaison des bords de l'empilage de tôles, on utilise de préférence des techniques de soudage, ce qui conduit avantageusement à une liaison étanche aux gaz. Avant de réaliser la liaison des tôles pour former un empilage de tôles, un agent de séparation est appliqué sur les surfaces de contact des tôles, selon des zones partielles; on appliquera en surface, à titre d'agent séparateur, de préférence des couches d'oxyde, des couches de céramique ou des vernis inorganiques réfractaires Lors du formage par soufflage, ces couches favorisent la séparation des tôles individuelles, et empêchent un soudage par friction, un soudage à froid ou un soudage par diffusion non souhaité, de certaines zones partielles. A l'aide de ce procédé on fabriquera, de préférence, des pièces de carter de groupes motopropulseurs à turbine à gaz, ou des pièces à paroi double de groupes motopropulseurs d'avions ou de véhicules automobiles Ainsi, il est possible de fabriquer en une seule opération de formage par soufflage, la paroi de carter extérieure et intérieure, ou des segments de ces parois, pour la circulation d'air de refroidissement entre les parois de carter Pour des gouvernes d'empennage ou des gouvernes, ou bien des segments de ces pièces, il est possible de former en même temps l'intrados et l'extrados Il est possible d'inclure dans la fabrication, des renforcements d'épaisseur de matière ou des renforts de structure; ainsi par exemple dans le cas d'une pièce à double paroi, avant le soudage des bords extérieurs de la tôle supérieure et de la tôle inférieure, une ou plusieurs tôles intermédiaires revêtues partiellement d'agent de séparation, sont insérées dans le plan de joint, et forment avec leurs zones non soudées par diffusion, après la compression isostatique à chaud, lors du formage par soufflage de l'empilage de tôles, de préférence une structure de renfort entre la tôle supérieure et la tôle inférieure Pour ce qui est des renforcements extérieurs d'épaisseur de matière, il est possible de rapporter de l'extérieur, sur l'empilage de tôles, des tôles supplémentaires Il est ainsi possible de fabriquer de manière économique, pour des véhicules automobiles, des structures porteuses, des portières ou des capots. Le procédé conforme à l'invention va être explicité plus en détail dans la suite, au regard du dessin annexé, qui montre: Fig 1 un exemple de réalisation d'un moule en châssis, pour la mise en oeuvre du procédé. La figure 1 montre un exemple de réalisation d'un moule en châssis 1 pour la mise en oeuvre du procédé de formage par soufflage A cet effet, deux tôles 2, 3, plates ou préformées, sont tout d'abord revêtues en surface, d'un agent de séparation, dans les zones 5 et 6, puis sont reliées l'une à l'autre de manière étanche aux gaz, le long de leurs bords extérieurs 4, au moyen d'un cordon de soudure 11, pour former un empilage de tôles 10 A cette occasion deux raccords d'alimentation en gaz 7 et 8 sont insérés dans le plan de joint 9 entre la tôle supérieure 2 et la tôle inférieure 3 de l'empilage de tôles 10 On établit ensuite le vide dans l'empilage de tôles 10, plat ou préformé, par l'intermédiaire des raccords d'alimentation en gaz 7 et 8, et l'empilage de tôles est alors tout d'abord soumis à une compression isostatique à chaud-dans une presse correspondante, en vue de souder par diffusion les zones exemptes d'agent de séparation dans le plan de joint Ensuite, l'empilage de tôles 10, plat ou préformé, et soudé par diffusion, est serré, le long de ses bords 4 ayant été soudés, entre le moule inférieur 12 et le moule supérieur 13 du moule en châssis 1, lorsque le moule inférieur 12 et le moule supérieur 13 sont serrés l'un contre l'autre au moyen des vis 14. Ensuite, le moule en châssis 1 est chauffé par les cartouches chauffantes 15, à 3 % au-dessous de la température de fluage de l'empilage de tôle 10, et une pression de gaz est appliquée aux raccord d'alimentation en gaz 7 et 8 Suite à cela, il se forme par gonflement dans les zones de séparation 5 et 6, des protubérances 16 et 17 qui peuvent, par exemple, former des canaux de refroidissement pour un carter de turbine à paroi double, ou constituer des moulures de renfort pour deux pièces en tôles 2, 3 disposées de manière symétrique inverse. Le moule inférieur 12 et le moule supérieur 13, sont réalisés en éléments de céramique, qui sont maintenus assemblés par des enveloppes en acier 18, 19, au moyen de liaisons par vis. REVENDICATIONS. 1 Procédé de fabrication de pièces comportant des espaces creux, selon lequel un empilage de tôles ( 10) plat ou préformé, constitué d'au moins une tôle supérieure ( 2), d'une tôle inférieure ( 3), d'un plan de joint ( 9), et d'une couche partielle d'agent de séparation sur le plan joint ( 9), est tout d'abord soudé par diffusion dans des zones du plan de joint exemptes d'agent de séparation, et subit un formage par soufflage en étant sollicité par une pression de gaz entre la tôle supérieure ( 2) et la tôle inférieure ( 3), dans un moule ( 1) fermé et chauffé, caractérisé a) en ce qu'après application d'agent de séparation dans des zones partielles du plan de joint entre la tôle supérieure ( 2) et la tôle inférieure ( 3), celles-ci sont reliées de manière étanche aux gaz, le long de leurs bords extérieurs, pour former un empilage de tôles ( 10), -un raccord d'alimentation en gaz ( 7, 8) du plan de joint ( 9) étant intégré entre les tôles ( 2, 3) de l'empilage de tôle ( 10) lors du soudage des bords extérieurs, et b) en ce qu'ensuite, par l'intermédiaire de ce raccord d'alimentation en gaz ( 7, 8), l'on réalise le vide dans le plan de joint ( 9) et l'étanchéité de celui-ci, l'empilage de tôles ( 10) étant alors soudé dans les zones exemptes d'agent de séparation, à la température de soudage par diffusion des tôles, au cours d'une opération de compression isostatique à chaud ou une opération de compression par explosion. 2 Procédé de fabrication de pièces comportant des espaces creux, selon lequel un empilage de tôles ( 10) plat ou préformé, constitué d'au moins une tôle supérieure ( 2), d'une tôle inférieure ( 3), d'un plan de joint ( 9), et d'une couche partielle d'agent de séparation sur le plan joint ( 9), est tout d'abord soudé par diffusion dans des zones dépourvues d'agent de séparation, et subit un formage par soufflage en étant sollicité par une pression de gaz entre la tôle supérieure ( 2) et la tôle inférieure ( 3), dans un moule ( 1) fermé et chauffé, caractérisé en ce que le soudage par diffusion est réalisé de la manière suivante: a) après application d'agent de séparation dans des zones partielles du plan de joint entre la tôle supérieure ( 2) et la tôle inférieure ( 3), celles-ci sont reliées de manière étanche aux gaz, le long de leurs bords extérieurs, pour former un empilage de tôles ( 10), un raccord d'alimentation en gaz ( 7, 8) du plan de joint ( 9) étant intégré entre les tôles ( 2, 3) de l'empilage de tôle ( 10) lors du soudage des bords extérieurs, et b) ensuite, par l'intermédiaire de ce raccord d'alimentation en gaz ( 7, 8), l'on réalise le vide dans le plan de joint ( 9) et l'étanchéité de celui-ci, l'empilage de tôles ( 10) étant alors soudé dans les zones exemptes d'agent de séparation, à la température de soudage par diffusion des tôles, dans une installation de laminage à chaud. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'après l'établissement du vide et avant la compression isostatique à chaud, en vue d'une meilleure exploitation de l'espace de travail, l'empilage de tôles ( 10) est enroulé et est soudé par diffusion dans l'état enroulé. 4 Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un moule de la forme négative de la pièce est réalisé sous forme de moule supérieur ( 13) et de moule inférieur ( 12), dans un moule en châssis ( 1), pour le formage par soufflage de l'empilage de tôles ( 10), et en ce que la surface du plan de joint entre le moule supérieur ( 13) et le moule inférieur ( 12), est adaptée à la base de formage de la pièce. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le moule en châssis ( 1) est maintenu assemblé lors du formage par soufflage, par assemblage du moule supérieur ( 13) et du moule inférieur ( 12) par vissage, agrafage ou soudage. 6 Procédé selon l'une des revendications 1 à , caractérisé en ce que les moules de forme négative et/ou l'empilage de tôles ( 10) après le serrage dans le moule en châssis ( 1), sont chauffés au plus jusque dans la zone de la température de fluage de l'empilage de tôles. 7 Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'à titre de couche partielle de séparation, on applique en surface sur les tôles, avant de réaliser la liaison de leurs bords pour former un empilage de tôles, des couches d'oxydes, des couches de céramiques ou des vernis inorganiques réfractaires. 8 Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'avant le soudage des bords extérieurs de la tôle supérieure et de la tôle inférieure, une ou plusieurs tôles intermédiaires revêtues partiellement d'agent de séparation, sont insérées dans le plan de joint, et forment avec leurs zones non soudées par diffusion, après la compression isostatique à chaud, lors du formage par soufflage de l'empilage de tôles, de préférence une structure de renfort entre la tôle supérieure et la tôle inférieure. 9 Application du procédé selon l'une des revendications 1 à 8, à la fabrication de pièces à paroi double, de grande surface et de préférence porteuses, pour des groupes motopropulseurs, des avions ou des5 véhicules automobiles.