Brevet FR2715335A1 — publié le 19950728

La présente invention a pour objet un dispositif d'emboutissage d'un flan de tôle sur une matrice de formage en matériau élastique. On connaît dans les FR-A-2 641 215 et FR-A-2 641 217, des dispositifs d'emboutissage de flans de tôle, du type comprenant un coussin en un matériau élastique logé dans un bac de rétention et sur lequel repose un serre-flan inférieur, des moyens de préformage du flan de tôle, constitués par un coulisseau extérieur portant un serre-flan supérieur et des moyens de formage défini- tif dudit flan de tôle, constitués par un coulisseau central agissant sur un plongeur. Le coussin en matériau élastique peut être un support composite d'une masse sensiblement parallélépipè- dique à base d'un élastomère de silicone de faible dureté Shore, éventuellement recouvert sur sa face supérieure, et sur la totalité ou une partie de ses faces latérales d'une enveloppe relativement mince en matériau plus résistant et plus dur. Au cours de 1 'étape de préformage, le serre- flan supérieur appliqué sur la partie périphérique du flan de tôle provoque le fluage de la masse du coussin élastique pour déformer la partie centrale dudit flan de tôle, tout en lui conférant, en fin d'étape de préforma- ge, une surface sensiblement égale à la surface de la pièce à obtenir. La descente du plongeur pour la conformation finale du flan de tôle entraîne une élévation de pression dans le coussin et une différence de volume dans ledit coussin entre l'étape de préformage et l'étape de conformation, qu'il est nécessaire de compenser afin d'éviter une augmentation de pression dans le coussin. En effet, cette augmentation de pression est incompatible avec une tenue mécanique des presses utilisées. Pour cela, le dispositif selon le FR-A- 2 641 217 comporte des moyens d'absorption du volume excéden- taire du coussin par rapport à celui déterminé par la surface de la pièce finie à obtenir. Ces moyens d'absorption sont déplaçables au cours du formage définitif de la pièce et ce déplacement est réglé par un organe de régulation constitué par exemple par un frein multilames ou un ressort, ou encore un vérin. Ce dispositif connu permet d'absorber les différences de volume importantes, constantes et définies lors du premier cycle de la presse pour une géométrie de pièces à former et à une température donnée. Mais, ce dispositif présente l'inconvénient de ne pas répondre au problème d'une augmentation de volume progressif, même faible du coussin. Cette augmentation peut être due à des variations des caractéristiques physiques du matériau constituant le coussin, comme par exemple un échauffement continu de plusieurs dizaines de degrés, généré par la déformation du coussin sous l'action du serre-flan supérieur dont la course peut représenter 20% de la hauteur à vide du coussin pendant la réalisation de pièces à cadence de presse élevée, c'est à dire supé- rieure à une dizaine de cycles par minute. Ces variations des caractéristiques physiques du matériau constituant le coussin entrainent des réglages successifs de la presse ce qui diminue les cadences. On connaît dans la demande de brevet français n 92 06 502 au nom de la Demanderesse, un dispositif d'emboutissage de matériaux en feuille sur une matrice de formage en matériau élastique qui comporte un second moyen de compensation du volume excédentaire du coussin dû à des variations des caractéristiques physiques du matériau constituant ledit coussin au cours du préformage et du formage de la pièce. Ce second moyen de compensation du volume excédentaire du coussin comporte, d'une part, au moins un organe coulissant logé dans une chambre débouchant dans le bac de rétention du coussin et destiné à coopérer avec ledit coussin et, d'autre part, un organe de régulation du déplacement de l'organe coulissant inter- posé entre ledit organe coulissant et le fond de ladite chambre. Bien que ce dispositif permette une compensa- tion fine du volume excédentaire du coussin, il nécessite un réglage précis et ne satisfait pas entièrement à la loi de variation de la pression du coussin due à la variation de la température en fonction du nombre de cycles de la presse. Un ajustement reste indispensable au cours du formage en grande série de flans de tôle. Le but de l'invention est la fabrication de pièces avec une presse fonctionnant à une cadence élevée sans nécessiter une modification du réglage de ladite presse pendant les opérations de formage. L'invention a donc pour objet un dispositif d'emboutissage d'un flan de tôle, du type comprenant une matrice formée par un coussin en un matériau élastique comme par exemple un élastomère, logé dans un bac de rétention, un serre-flan inférieur en appui sur la partie supérieure dudit bac et sur lequel repose le flan de tôle, des moyens de préformage du flan de tôle, consti- tués par un coulisseau extérieur portant un serre-flan supérieur, des moyens de formage du flan de tôle, constitués par un coulisseau central agissant sur un plongeur, caractérisé en ce qu'il comprend, au niveau des zones d'échauffement du coussin élastique, des moyens de régulation de la température dudit coussin au cours de l'emboutissage du flan de tôle. Selon d'autres caractéristiques de l'inven- tion: - les moyens de régulation de la température du coussin élastique sont disposés dans le serre-flan inférieur, - les moyens de régulation de la température du coussin élastique sont disposés dans une couronne prévue sur la partie intérieure du serre- flan inférieur en contact avec le coussin élastique, - la couronne est réalisée en un matériau possédant, d'une part, une conductibilité thermique supérieure à la conductibilité thermique de l'autre partie du serre-flan inférieur et, d'autre part, un faible coefficient de frottement, - le matériau de la couronne est choisi parmi l'acier, l'aluminium, le cuivre, un alliage d'aluminium ou un alliage de cuivre, - les moyens de régulation de la température du coussin élastique sont disposés au-dessous du serre- flan inférieur dans une enveloppe placée entre le coussin élastique et un tapis de travail recouvrant la face supérieure dudit coussin élastique, les moyens de régulation de température du coussin élastique sont disposés dans le serre-flan inférieur et au-dessous dudit serre-flan dans une enve- loppe placée entre le coussin et un tapis de travail recouvrant la face supérieure dudit coussin élastique, - les moyens de régulation de la température du coussin élastique sont disposés dans un tapis de travail recouvrant la face supérieure dudit coussin élastique, - les moyens de régulation de la température du coussin élastique sont formés par des conduites de circulation d'un fluide caloporteur. - le coussin est formé par plusieurs couches superposées en matériau élastique ménageant entre elles des passages formant lesdites conduites de circulation du fluide caloporteur. 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: - les Figs. 1 à 3 sont des vues schématiques en coupe d'un dispositif de d'emboutissage selon l'inven- tion, au cours des étapes successives de formage d'une pièce, - la Fig. 4 est une vue schématique en coupe d'un second mode de réalisation du dispositif d'embou- tissage selon l'invention, - la Fig. 5 est une vue schématique en coupe d'un troisième mode de réalisation du dispositif d'embou- tissage selon l'invention. Le dispositif d'emboutissage représenté sur les figures comprend un bac de rétention 1 dont la partie centrale constitue un logement pour une matrice formée par un coussin 2 en un matériau élastique, comme par exemple un élastomère. Sur la face supérieure du coussin 2 et du bac 1 est disposé un serre-flan périphérique inférieur 3. Le bac 1 est monté coulissant verticalement et coopère avec un organe 4 de régulation du déplacement dudit bac 1 et du serre-flan inférieur 3. Cet organe de régulation 4 est formé par exemple par un système à ressorts ou un vérin. Un flan de tôle 5 est posé sur le serre-flan inférieur 3. Au dessus du bac 1, le dispositif d'emboutis- sage comporte un corps 6 porté par un coulisseau exté- rieur, non représenté, et dont la partie inférieure constitue un serre-flan périphérique supérieur 6a. Le serre-flan périphérique supérieur 6a coopère avec le serre-flan inférieur 3 pour serrer, dans des zones localisées, le flan de tôle 5. Le corps 6 comporte un puits central à l'intérieur duquel pénètre un plongeur 7 dont la face inférieure constitue une empreinte correspondant au profil de la pièce finie à obtenir. Le dispositif comporte également un moyen 10 d'absorption du volume excédentaire du coussin élastique 2 engendré par l'application du plongeur 7 par rapport à celui déterminé par la surface de la pièce finie à obtenir au cours du formage définitif de ladite pièce. Ce moyen 10 est constitué, dans cet exemple de réalisation, par un piston 11 mobile verticalement constituant le fond du bac de rétention 1 qui comporte à cet effet une ouverture centrale. Le piston 11 a sa surface supérieure appli- quée contre le coussin 2 et coopère avec un organe de régulation 12 du déplacement du piston. Cet organe de régulation 12 schématisé sur les figures, est constitué par exemple par un frein multilames ou un ressort ou encore un vérin. Au cours de l'étape de préformage illustrée à la figure 2, on fait descendre par l'intermédiaire du coulisseau extérieur, non représenté, de la presse, le corps 6 de telle manière que le serre-flan supérieur 6a entre en contact avec le flan de tôle 5 dont la zone périphérique est progressivement serrée entre le serre- flan inférieur 3 et le serre-flan supérieur 6a. Au cours de la descente, le serre-flan supérieur 6a comprime par réaction le coussin élastique 2. Ce dernier, sous l'effet de cette action périphérique, agit par fluage sur la zone centrale du flan de tôle 5 et provoque sa déformation. Le gonflement de la partie centrale du flan de tôle 5 est limité par le fond du plongeur 7 afin d'éviter des déformations incontrôlées. Dès le début de la descente du serre-flan supérieur 6a, le bac de rétention 1 descend et comprime l'organe de régulation 4 tandis que l'organe de régula- tion 12 empêche le déplacement du piston mobile 11 sous l'effet de la pression exercée par le coussin élastique 2 et, par conséquent, empêche ledit coussin élastique 2 de fluer vers le bas. Pendant l'étape de conformation finale du flan de tôle 5 représentée à la figure 3, le plongeur 7 descend à sa position basse et contrôle le formage final de la partie centrale du flan de tôle 5 préformé au cours de l'opération précédente. Les contraintes dues à l'appui du plongeur 7 sur le sommet du flan de tôle 5 provoquent le déplacement du flan de tôle dans tout le volume disponible et permettent ainsi la réalisation finale de la pièce avec un minimum de variation d'épaisseur. L'organe de régulation 12 assure le réglage du déplacement du piston 11 et, de ce fait, permet d'absorber le volume excédentaire du coussin élastique 2 engendré par l'application du plongeur 7. Un tel dispositif permet d'absorber des différences de volume importantes constantes et définies dès le premier cycle de presse calculé en fonction de la pièce à former. Or, il a été constaté que le matériau élastique constituant le coussin 2 subit des variations dans ces caractéristiques physiques, essentiellement dues à des variations de température, au cours d'une série d'opérations de mise en forme de flans de tôle 5. Ces variations de température génèrent des variations de pression difficilement contrôlables et prohibitives dans le cadre d'une fabrication de pièces en grande série. Par exemple, on enregistre un échauffement continu de plusieurs dizaine de degrés à cause d'un travail de la presse à cadence élevée généralement supérieure ou égale à dix cycles par minute et un taux de compression en partie latérale pouvant atteindre 20%. Sur les presses de transfert de carrosserie, plusieurs outils sont juxtaposés sur le même coulisseau et un réglage approprié du seul outil d'emboutissage sur le coussin élastique en cours de fabrication des pièces en grande série n'est pas envisageable. Les variations de température du coussin sont pour une grande part liées aux grandes déformations dudit coussin, aux frottements particulièrement localisés dans les zones avoisinant le serre-flan inférieur 3 et non à la déformation globale du volume total du coussin élastique 2. Pour remédier à ces inconvénients, le dispositif d'emboutissage selon l'invention comprend, au niveau des zones d'échauffement du coussin élastique 2, des moyens 20 de régulation de la température dudit coussin élastique 2 au cours de l'emboutissage du flan de tôle 5. Les zones avoisinant le serre-flan inférieur 3 sont soumises à un refroidissement localisé par les moyens 20 de régulation qui sont, selon un premier mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 3, formés par des conduites 21 de circulation d'un fluide calopor- teur, comme par exemple de l'eau. Les conduites 21 sont incorporées dans le serre-flan inférieur 3 au niveau de la partie intérieure dudit serre-flan inférieur 3 destinée à être en contact avec le coussin élastique 2. Ces conduites 21 sont reliées à une tubulure 22 d'alimentation du fluide caloporteur et à une tubulure 23 de retour dudit fluide caloporteur. La face 3a du serre-flan inférieur 3 destinée à être en contact avec le coussin élastique 2 est arrondie de façon à réduire l'échauffement par frottement et peut comporter un revêtement anti-friction. Selon un second mode de réalisation repré- senté à la figure 4, les conduites 21 de circulation du fluide caloporteur sont disposées dans une couronne 25 prévue sur la partie intérieure du serre-flan inférieur 3, destinée à être en contact avec le coussin élastique 2. La couronne 25 est réalisée en un matériau possédant, d'une part, une conductibilité thermique supérieure à la conductibilité thermique de l'autre partie du serre-flan 3 et, d'autre part, un faible coefficient de frottement. La face 25a de la couronne 25 destinée à être en contact avec le coussin élastique 2 est arrondie de façon à réduire l'échauffement par frottement et peut comporter un revêtement anti-friction. Le matériau de la couronne 25 peut être choisi parmi l'acier, l'aluminium, le cuivre, un alliage d'aluminium ou un alliage de cuivre. Selon un troisième mode de réalisation représenté à la figure 5, les moyens 20 de régulation de la température du coussin élastique 2 peuvent être formés par des conduites 21 de circulation d'un fluide caloporteur, incorporées dans le serre-flan inférieur 3 comme précédemment et par des conduites 30 de circulation d'un fluide caloporteur, disposées au-dessous du serre- flan inférieur 3 dans une enveloppe 8 placée entre le coussin élastique 2 et un tapis de travail 9 recouvrant la face supérieure dudit coussin élastique 2. Les conduites 31 sont par exemple constituées par des tuyaux souples. Selon une autre variante, les moyens 20 de régulation de la température du coussin élastique 2 peuvent être formés uniquement par les conduites 30 incorporées dans l'enveloppe 8. Selon encore une autre variante, les moyens de régulation de la température du coussin élastique 2 peuvent être disposés dans un tapis de travail 9 recouvrant la face supérieure dudit coussin élastique 2. Le coussin 2 peut être formé par plusieurs couches superposées en matériau élastique ménageant entre elles des passages formant les conduites de circulation du fluide caloporteur. Les moyens de régulation de la température du coussin élastique 2 peuvent également être utilisés dans un dispositif d'emboutissage de flans de tôle dans lequel les étapes de préformage et de conformation sont réali- sées en une seule étape. Les moyens de régulation de la température du coussin élastique évitent un échauffement et une dilata- tion importante de ce coussin et par voie de conséquence toute augmentation de pression dans ledit coussin ce qui permet d'utiliser le dispositif d'emboutissage selon l'invention dans la fabrication de pièces en grande série. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'emboutissage d'un flan de tôle (5), du type comprenant une matrice formée par un coussin (2) en un matériau élastique comme par exemple un élastomère, logé dans un bac de rétention (1), un serre-flan inférieur (3) en appui sur la partie supé- rieure dudit bac (1) et sur lequel repose le flan de tôle (5), des moyens de préformage du flan de tôle (5), constitués par un coulisseau extérieur (6) portant un serre-flan supérieur (6a), des moyens de formage du flan de tôle (5), constitués par un coulisseau central agissant sur un plongeur (7), caractérisé en ce qu'il comprend, au niveau des zones d'échauffement du coussin élastique (2), des moyens (20) de régulation de la température dudit coussin (2) au cours de l'emboutissage du flan de tôle (5). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (20) de régulation de la température du coussin élastique (2) sont disposés dans le serre-flan inférieur (3). 3. Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens (20) de régulation de la température du coussin élastique (2) sont disposés dans une couronne (25) prévue sur la partie intérieure du serre-flan inférieur (3) en contact avec le coussin élastique (2). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couronne (25) est réalisée en un matériau possédant, d'une part, une conductibilité thermique supérieure à la conductibilité thermique de l'autre partie du serre-flan inférieur (3) et, d'autre part, un faible coefficient de frottement. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le matériau de la couronne (25) est choisi parmi l'acier, l'aluminium, le cuivre, un alliage d'aluminium ou un alliage de cuivre. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (20) de régulation de la température du coussin élastique (2) sont disposés au- dessous du serre-flan inférieur (3) dans une enveloppe (8) placée entre le coussin élastique (2) et un tapis de travail (9) recouvrant la face supérieure dudit coussin élastique (2). 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (20) de régulation de la température du coussin élastique (2) sont disposés dans le serre-flan inférieur (3) et, au-dessous dudit serre-flan inférieur (3), dans une enveloppe (8) placée entre le coussin élastique (2) et un tapis de travail (9) recouvrant la face supérieure dudit coussin élastique (2). 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (20) de régulation de la température du coussin élastique (2) sont disposés dans un tapis de travail (9) recouvrant la face supérieue dudit coussin élastique (2). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (20) de régulation de la température du coussin élastique (2) sont formés par des conduites (21, 30) de circulation d'un fluide caloporteur. 10. Dispositif selon les revendications 8 et 9, caractérisé en ce que le coussin (2) est formé par plusieurs couches superposées en matériau élastique ménageant entre elles des passages formant lesdites conduites de circulation du fluide caloporteur.