Brevet FR2744380A1 — publié le 19970808

L'invention est relative à l'hydroflambage qui est un procédé de fabrication de pièces métalliques à partir d'ébauches creuses réalisées par emboutissage d'une feuille métallique, procédé consistant à combiner une action mécanique axiale de flambage avec une déformation radiale réalisée dans un moule et au moyen d'une action hydraulique s'exerçant dans l'ébauche, cette action hydraulique étant définie, tant en valeur qu'en synchronisme, par la variation du volume de la pièce, avec maintien de son épaisseur, en rapport avec le raccourcissement de l'ébauche par l'action de flambage. En pratique, I'hydroflambage est mis en oeuvre par des installations comprenant: - un vérin de flambage, solidaire de l'une des tables du bâti d'une presse et portant un poussoir recevant l'ébauche et apte à conformer le fond de la pièce finale, - au moins un moule en plusieurs parties mobiles, définissant la forme extérieure de la pièce finale, - une tête de bouchage, obturant avec force et de manière étanche l'ouverture de l'ébauche, - un circuit hydraulique de régulation de la déformation de l'ébauche, circuit dont la branche traversant la tête de bouchage et débouchant dans l'ébauche est raccordée à un piston de régulation, - et des moyens coordonnant la régulation du volume de l'ébauche avec le flambage, en fonction de la réduction de longueur de cette ébauche. En général, les moyens de coordination sont composés d'une came sur le profil de laquelle repose un galet monté à l'extrémité inférieure du piston de régulation, commandant la variation du volume de fluide dans l'ébauche. Cette came est liée en translation à un vérin de commande alimentant le vérin de flambage. Ainsi, tout déplacement du vérin de commande, donc du vérin de flambage provoquant le raccourcissement longitudinal de la pièce, entraîne le déplacement de la came et, en conséquence, un déplacement du piston du vérin de régulation en appui sur cette came. I1 en résulte que la variation de volume du fluide dans l'ébauche est synchronisée avec le raccourcissement de cette ébauche, et a une valeur, positive ou négative, qui dépend du profil de la came, lui-même déterminé en fonction des conditions de déformation de la pièce. Cette technique de fabrication permet d'obtenir des pièces régulières, aussi bien dans leur géométrie que dans leurs dimensions. Toutefois, elle présente des inconvénients, pendant le réglage et en fonctionnement. Le profil de chaque came étant défini à partir de la courbe de variation du volume de la pièce par rapport à son raccourcissement, et de manière que la surface interne de l'ébauche soit constante, quelles que soient les déformations de cette ébauche, il est nécessaire, pour chaque nouvelle fabrication, de définir, par calcul, quelques points précis de la courbe de la came, puis de relier ces points par des tronçons de courbe et, enfin, d'ajuster la courbe finale en procédant à des essais de formage sur la presse, jusqu'à obtention du résultat attendu. Cette procédure est bien maîtrisée mais est longue et fastidieuse. En fonctionnement, et en raison des pressions élevées s'exerçant par réaction sur le piston de régulation, le galet coopérant avec le profil de la came est soumis à des contraintes élevées favorisant son usure et sa détérioration, ce qui conduit à des remplacements fréquents. Un autre inconvénient de cette installation résulte de la présence de la came. En effet, en raison de sa disposition hors des éléments mobiles de la presse, et par exemple hors des genouillères de plaquage de la tête de bouchage sur l'ébauche, cette came oblige d'éloigner le vérin de régulation de l'ébauche et nécessite d'allonger la branche correspondante du circuit hydraulique. Cela a pour conséquence d'augmenter les imprécisions dues au gonflement des tuyaux et conduits de ce circuit sous la très haute pression qui les parcourt. Par ailleurs, les nombreux composants mécaniques dans les moyens de coordination ajoutent des inerties mécaniques qui influent sur la reproductivité des pièces, de sorte que, pour obtenir des pièces régulières, il est nécessaire à la fin de l'opération d'hydroflambage régulé, de soumettre la pièce à une surpression la plaquant contre l'empreinte. Cette opération, qui est réalisée par un cylindre dit de calibrage, raccordé au circuit de régulation, augmente le temps de fabrication. La présente invention a pour objet de fournir une installation d'hydroflambage qui remédie à ces inconvénients, tout en étant de fonctionnement sûr et fiable et très facilement adaptable à un changement de fabrication. A cet effet, dans l'installation selon l'invention, les moyens coordonnant la régulation du volume intérieur de l'ébauche comprennent: - un capteur mesurant les déplacements linéaires du vérin de flambage et les convertissant en signaux électriques, - une commande numérique pilotant la vanne d'alimentation du vérin de régulation en fonction des informations du capteur de déplacement du vérin de flambage, et selon une relation prédéterminée entre la hauteur instantanée de l'ébauche et le volume intérieur instantané de cette ébauche, - et un capteur de rétroaction mesurant les déplacements linéaires du vérin de régulation et les convertissant en signaux électriques, ce capteur étant relié par un circuit électrique à la commande numérique. Avec cet agencement, la synchronisation de la régulation du volume de fluide dans l'ébauche par rapport au raccourcissement de cette ébauche est assurée par des moyens électroniques réagissant à une loi de régulation pouvant être très aisément modifiée à chaque changement de fabrication, par simple réglage des valeurs introduites dans le programmateur de la commande numérique. Cet avantage est particulièrement important car il permet de réduire le temps de réglage de chaque nouvelle fabrication, non seulement par suppression des opérations d'usinage du profil de la came, mais aussi par diminution du temps nécessaire à la modification de la loi de régulation lors des essais nécessaires pour vérifier la cohérence entre cette loi et la déformation réelle de la pièce. De plus, la suppression de tout moyen mécanique intermédiaire élimine les risques de panne et les interruptions involontaires de fabrication et permet de réduire la longueur du circuit hydraulique, donc les inerties et imprécisions. La fiabilité et la reproductivité ainsi obtenue permettent de supprimer l'opération finale de calibrage, et le cylindre correspondant, ce qui a pour effet de réduire le temps de fabrication et parallèlement de réduire le coût de la presse tout en la simplifiant. Le capteur de rétroaction vérifie la position instantanée réelle du piston de calibrage et permet, si besoin est, de l'ajuster pour que la loi de régulation soit respectée. Dans une forme d'exécution de l'invention, le corps du vérin de régulation est fixé contre la traverse supérieure du bâti de la presse et la chambre, ménagée dans le corps pour le piston de régulation, communique par un canal interne à ce corps, avec un canal ménagé dans la traverse, tandis que ce dernier canal est raccordé à la branche du circuit qui débouche dans la tête de bouchage, par une colonne tubulaire télescopique, interposée entre cette tête et la traverse. Avec cette construction, le circuit hydraulique de régulation est particulièrement court et surtout est constitué par des canaux qui, ménagés dans des pièces massives et résistantes, sont peu sensibles au gonflement sous l'action de la haute pression les parcourant lors de l'opération d'hydroflambage. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'installation selon l'invention. Figure 1 est une vue partielle en coupe transversale montrant les éléments essentiels de l'installation, Figures 2 à 7 sont des vues partielles de côté en coupe transversale montrant quelques unes des différentes phases de la déformation d'une ébauche, Figure 8 est un graphique représentant la courbe de la variation de volume intérieur de la pièce des figures 2 à 7 en fonction de son raccourcissement. A la figure 1, la référence numérique 2 désigne le bâti d'une presse comportant une table 3 et une traverse supérieure 4. La table 3 est solidaire du cylindre 5 d'un vérin de flambage 6. Le piston 6a du vérin vient en appui sur un poussoir 8 monté coulissant dans le cylindre 5 et dont la face supérieure est usinée et conformée en 8a pour former le fond de la pièce. Le cylindre 5 est alimenté par un circuit 9 par un cylindre de commande 10. Des éléments de moule 12 sont associés au poussoir 8. Dans la forme d'exécution représentée, ces éléments sont en deux parties et sont destinés à servir de surface d'appui au bord évasé 13a de l'ébauche 13, lorsque ce bord est pincé par un bouchon 14, faisant partie d'une tête de bouchage 15. La tête de bouchage est reliée à la traverse supérieure 4 par un ensemble de genouillères 16 permettant de plaquer avec force le bouchon 14 sur le bord évasé 13a de l'ébauche. Le bouchon 14 est traversé par un canal axial 17 communiquant avec le canal 18 d'un circuit hydraulique. Ce circuit comprend une branche A d'alimentation comprenant un clapet anti retour 19, disposé dans la tête 15, et un conduit 20 d'alimentation en fluide et notamment en eau doté d'une vanne 22 à commande électrique, et d'une branche B de liaison avec vérin de régulation 28. Cette branche comprend une colonne télescopique en deux parties, respectivement 23a, 23b, reliant le canal 18 à la traverse supérieure 4. L'élément supérieur 23b de la colonne débouche dans un logement 24 qui communique par un canal 25 ménagé dans la traverse supérieure 4 avec un canal 26 ménagé dans le corps 27 du vérin de régulation 28. Ce vérin de régulation est un vérin multiplicateur de pression et comporte donc un piston dont la tête 29 est montée libre en translation dans un cylindre 30, pouvant être alimenté de chaque côté par des circuits hydrauliques 32 et 33, et une tige 34 guidée en translation par le corps 27 et mobile dans une chambre de mise en pression 35. Dans cette chambre, débouche le conduit 26 précité et un conduit 36 faisant partie d'un circuit de trop plein et de dégazage comportant un clapet piloté 37 et un circuit d'évacuation 38. Les circuits 32 et 33 d'alimentation du vérin de régulation sont connectés à un distributeur 39 à commande électrique, tandis que le circuit 40 de pilotage du clapet 37 est équipé d'un distributeur 42 à commande électrique. Selon l'invention, la coordination de l'opération d'hydroflambage, c'est-à-dire de l'action mécanique axiale de raccourcissement de l'ébauche 13 avec l'action hydraulique assurant une expansion radiale de cette ébauche avec contrôle de sa déformation, est assurée par un ensemble comprenant une commande numérique 50, un capteur 52 de déplacement du vérin de flambage 6 et un capteur 53 de déplacement du vérin de régulation 28. Les capteurs 52 et 53 sont raccordés à la commande numérique par des circuits respectivement 54 et 55. De même, la vanne 22 et les distributeurs 39 et 42 sont raccordés à cette commande numérique par des circuits respectivement 56, 57 et 58. Dans la forme d'exécution représentée, chacun des capteurs 52, 53 est constitué par une roue de codage, non représentée, liée en rotation à un pignon 60, 62 engrenant avec une crémaillère 63, 64, solidaire des mouvements du piston 6a du vérin de flambage 6 du piston 29 du vérin de régulation 28. Ces liaisons sont représentées comme étant assurées par des tiges respectivement 7 et 65 liées aux pistons respectivement, 6a et 29, mais tout autre mode de liaison peut être utilisé, pourvu que tous déplacements d'un piston se communique à la crémaillère correspondante. Il est rappelé que les moyens de coordination, constitués ici par la commande numérique, ont pour fonction d'assurer la parfaite simultanéité entre l'action de raccourcissement assurée par le vérin de flambage, et l'action de déformation en largeur assurée par le fluide hydraulique dans l'ébauche, et, en conséquence, de réguler la pression et le volume du fluide dans l'ébauche, de manière que la surface interne de celle-ci, donc son épaisseur, reste constante. En pratique, cette régulation qui prend en compte les variations de volume de l'ébauche au cours de sa déformation, comme montré aux figures 2 à 7 pour la fabrication d'une poulie à une gorge à partir d'une ébauche en forme de godet, est régie par une relation prédéterminée, ou loi de régulation correspondant à la courbe C de la figure 8. Cette courbe, qui représente la variation du volume de l'ébauche indiquée en ordonnées par rapport à son raccourcissement porté en abscisses, est propre à chaque pièce et est en général définie par extrapolation, à partir de quelques points P1 à P6, pour chacun desquels la hauteur Hl à H6 est connue et le volume V1 à V6 est calculé. Dans l'installation selon la présente invention, les valeurs P 1 à Pn sont introduites dans le programmateur de la commande numérique qui est doté d'un logiciel déterminant les valeurs intermédiaires. Ces valeurs intermédiaires sont ajustées lors des essais effectués sur la presse. On notera que, par rapport aux installations actuelles nécessitant de modifier le profil d'une came, la définition exacte de la loi de programmation n'exige aucune manipulation ou usinage, autre que l'exécution des tests sur la presse. Il en résulte un gain de temps considérable lors de chaque changement de fabrication. Pour réaliser une pièce au moyen de cette installation, l'ébauche 13 de la pièce est d'abord mise en place sur les éléments de moule 12, puis les moyens de fermeture de la tête de bouchage sont actionnés de manière que le bouchon 14 vienne presser fortement sur le bord tronconique 13a de l'ébauche sur les éléments de moule 12. A ce stade, la commande numérique 50 intervient sur la vanne 22 du circuit d'alimentation 20 afin qu'il soit procédé au remplissage de l'ébauche 13, mais aussi de l'ensemble du circuit hydraulique. Pendant cette phase, le clapet 37 est amené en position d'ouverture par le distributeur 42, afin de procéder à la vidange de l'air, puis à l'évacuation du trop plein. A la fin du remplissage, la vanne 22 et le clapet 37 sont amenés en position de fermeture de manière que le circuit hydraulique soit fermé à chacune de ses extrémités. A ce stade, la commande numérique 50 déclenche le fonctionnement du vérin de commande 10 qui, par le circuit 9, alimente la chambre du vérin de flambage 6, afin de provoquer le déplacement de celui-ci vers le haut dans le sens de la flèche 11 de figure 1. Grâce au capteur 52, les déplacements du vérin de flambage 6 sont détectés, à tout instant, transformés en signaux électriques et amenés à la commande numérique 50 qui, parallèlement, par le circuit 57, actionne le distributeur 39 commandant l'alimentation du vérin de régulation 28, se déplaçant dans le sens de la flèche 31 de figure 1. La tige 34 de ce vérin, pénétrant dans la chambre 35, génère un débit de fluide qui est envoyé sous pression dans l'ébauche 13 à une pression déterminée. On notera que, pour certaines pièces ayant instantanément des variations positives de leur volume, le vérin de régulation 28 peut être déplacé en sens inverse de la flèche 31. Tous les déplacements du vérin de régulation 28 sont mesurés par le capteur de rétroaction 53 et transmis, sous forme de signaux électriques, par le circuit 55 jusqu'à la commande numérique 50 qui peut ainsi réagir instantanément par le distributeur 39 pour ajuster la position du vérin de régulation 28 par rapport à la loi de régulation et ceci afin que la déformation de l'ébauche 13 s'effectue toujours sans amincissement de son épaisseur et avec maintien de sa surface interne. A la fin de cette opération de déformation, la pièce est terminée et n'a pas à subir une opération de calibrage. A la fin du cycle de fabrication, le circuit hydraulique est vidangé, au moins partiellement, par actionnement du clapet piloté 37, puis la tête de bouchage est relevée pour pouvoir accéder à la pièce. Il ressort de ce qui précède que les moyens de coordination des actions mécaniques et hydrauliques de l'opération d'hydroflambage, moyens qui selon l'invention sont électroniques, permettent d'obtenir la simultanéité recherchée, et cela grâce à la combinaison de la commande numérique avec les deux capteurs 52, 53 mesurant exclusivement les déplacements linéaires des vérins de flambage et de régulation. Par ailleurs et indépendamment des facilités de réglage lors de chaque changement de pièce, ces moyens de coordination dégagent la structure de toute partie mécanique, telle que came et ses moyens de déplacement, et permettent, en rapprochant le vérin de régulation 28 de la traverse supérieure 4, de réaliser les éléments du circuit hydraulique dans des pièces massives et indéformables 15, 23a, 23b, 4 et 47, et de réduire la longueur de ce circuit, ce qui supprime tous les inconvénients dus au gonflement des canalisations et aux inerties hydrauliques. Avec ces moyens la presse est moins onéreuse, les changements de moules sont facilités, tandis que les pièces obtenues sont plus précises et moins onéreuses. REVENDICATIONS 1. Installation pour la fabrication de pièces par hydroflambage comprenant: - un vérin de flambage (6), solidaire de l'une des tables du bâti d'une presse et portant un poussoir recevant l'ébauche (13) et apte à conformer le fond de la pièce finale, - au moins un moule (12), en plusieurs parties, fixe ou mobile, définissant la forme extérieure de la pièce finale, - une tête de bouchage (14, 15), obturant avec force et de manière étanche l'ouverture de l'ébauche (13), - un circuit hydraulique de régulation de la déformation de l'ébauche, circuit dont la branche traversant la tête de bouchage (15) et débouchant dans l'ébauche (13) est raccordée à un vérin de régulation (18), - et des moyens coordonnant la régulation du volume de l'ébauche avec le flambage, en fonction de la réduction de longueur de cette ébauche, caractérisée en ce que les moyens coordonnant la régulation du volume intérieur de l'ébauche comprennent: - un capteur (52) mesurant les déplacements linéaires du vérin de flambage (6) et les convertissant en signaux électriques, - une commande numérique (50) pilotant le distributeur (39) d'alimentation du vérin de régulation (28) en fonction des informations du capteur (52) de déplacement du vérin de flambage (16), et selon une relation prédéterminée entre la hauteur instantanée de l'ébauche (13) et le volume intérieur instantané de cette ébauche, - et un capteur (53) mesurant les déplacements linéaires du vérin de régulation (28) et les convertissant en signaux électriques, ce capteur étant relié par un circuit électrique (57) à la commande numérique (50). 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque capteur (52, 53) est constitué par une roue de codage liée en rotation à un pignon (60, 62), ce pignon engrenant avec une crémaillère (63, 64) liée en translation au piston du vérin correspondant (6, 28). 3. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisée en ce que le corps (27) du vérin de régulation (28) est fixé contre la traverse supérieure (4) du bâti de la presse et la chambre (35), ménagée dans le corps pour le piston de régulation (34), communique par un canal (26), interne à ce corps, avec un canal (25) ménagé dans la traverse, tandis que ce dernier canal (25) est raccordé au circuit de la tête de bouchage (15), par une colonne tubulaire télescopique (23a, 23b) interposée entre cette tête (15) et la traverse (4). 4. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que le circuit hydraulique ménagée dans la tête de bouchage (15) est raccordée, à l'intérieur de cette tête, au circuit de remplissage en fluide (A). 5. Installation selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que la chambre (35) du vérin de régulation (28) communique par un canal (36) avec un clapet piloté (37), entièrement logé dans le corps (27) du vérin.