Brevet FR2749198A1 — publié le 19971205

L'invention concerne un procédé de fabrication de pièces façonnées dotées d'une structure fine et desti- nées à un véhicule automobile, selon lequel on déforme une pièce en tôle plane par enfoncement suivant un motif régulier ou trame en vue de la création de la structure fine, et selon lequel on transforme la pièce en tôle en une pièce façonnée. Elle concerne en outre un dispositif de fabrication de pièces façonnées dotées d'une structure fine et destinées à un véhicule automobile, notamment pour la mise en oeuvre de ce procédé. Un procédé du type générique indiqué ci-dessus peut être trouvé dans le document DE 94 09 126.9 Ul. Ce- lui-ci décrit une pièce façonnée fabriquée à partir d'une tôle métallique structurée. La structure est tridimensionnelle, ce qui veut dire qu'elle s'étend au travers de la tôle et ne concerne pas seulement la surface. Pour commencer, selon ce procédé connu, on forme de façon ré- gulière des moulures ou des boutons dans ou sur la tôle. Cette structuration procure une meilleure rigidification de la tôle, laquelle peut avoir une plus faible épaisseur tout en respectant le degré de rigidité prévu jus- qu'alors. A la suite de la structuration, la tôle est transformée, sans enlèvement de copeaux, dans un outil- lage de transformation, en une pièce façonnée, la trans- formation pouvant être facilitée par la structuration. Le but de l'invention est de perfectionner un procédé du type générique indiqué, en ce sens que la fa- brication de la pièce façonnée soit simplifiée. L'inven- tion vise également à prévoir un dispositif approprié pour la mise en oeuvre de ce procédé. Conformément à l'invention, on obtient ce ré- sultat, pour ce qui concerne le procédé, par le fait que, pour la formation de la pièce façonnée, on soumet la pièce en tôle à un emboutissage profond et que, dans la dernière phase de l'opération d'emboutissage, on dote la pièce en tôle transformée d'une structure fine à des endroits qui sont orientés entre 45 et 90 par rapport à la direction d'emboutissage. Pour ce qui concerne le dispositif, le résultat recherché est obtenu par le fait que le dispositif com- prend un outillage d'emboutissage profond, produisant la pièce façonnée, dont le poinçon d'emboutissage et la matrice, constituant des parties de l'outillage, présen- tent, à des endroits orientés entre 45 et 90 par rap- port à la direction d'emboutissage, des moyens conférant une structure fine. Grâce à l'invention, il devient possible d'ef- fectuer aussi bien la structuration que la transformation de la pièce en tôle en pièce façonnée par une seule opé- ration et dans un seul outillage. Il en résulte une opti- misation considérable des coûts puisqu'un changement d'outillage est supprimé, de sorte que le temps de pro- duction est raccourci considérablement, et parce que, en raison de cette suppression, il ne faut qu'un seul outil- lage pour toute la transformation de la pièce en tôle. Une autre caractéristique prévoit que les moyens sont des saillies et des évidements agencés sur les parties de l'outillage, les saillies d'une partie de l'outillage étant situées à l'opposé et ayant une forme complémentaire à celle des évidements de l'autre partie de l'outillage. Les moyens peuvent être formés aussi de saillies et d'intercalaires élastiques agencés sur les parties d'outillage, auquel cas les saillies d'une partie d'outillage sont situées à l'opposé des intercalaires élastiques de l'autre partie d'outillage. La partie d'outillage disposée fixe peut pré- senter les évidements ou les intercalaires élastiques à des endroits auxquels règne une forte traction lors de l'opération d'emboutissage. Encore une autre caractéris- tique prévoit que la partie d'outillage disposée fixe présente les saillies à des endroits auxquels règne une faible traction lors de l'opération d'emboutissage. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale du dispositif selon l'invention avant le processus de trans- formation; - la figure 2a montre une partie d'une pièce en tôle structurée et transformée selon l'invention, ayant une structure grillagée; - la figure 2b montre une partie d'une pièce en tôle structurée et transformée selon l'invention ayant une structure à lignes; - la figure 2c montre une partie d'une pièce en tôle structurée et transformée selon l'invention ayant une structure à nid d'abeilles; - la figure 3a est une coupe de la partie de la pièce en tôle montrée par la figure 2b, la coupe étant prise suivant la ligne IIIa-IIIa et les empreintes étant formées d'un seul côté; et - la figure 3b représente une variante par rap- port à la figure 3a de la pièce en tôle selon la figure 2b avec des empreintes formées alternativement d'un côté et de l'autre. La figure 1 représente un outillage 1 d'un dis- positif pour l'emboutissage profond d'une pièce en tôle 2, outillage qui se compose d'un poinçon d'emboutissage 3 relevable et abaissable suivant la double flèche, ainsi que d'une matrice 4 disposée fixe; ce poinçon et cette matrice constituent les parties essentielles de l'outil- lage. Le poinçon 3 présente, dans sa face frontale 5 qui est généralement plane et dirigée vers la matrice 4, une cavité ou gravure 6 dont le pendant de forme complémen- taire est constitué par une bosse 7 formée sur la face frontale 8, également de forme générale plane, de la ma- trice 4, bosse qui fait saillie en direction du poinçon 3 par rapport à la partie restante de la face frontale de la matrice. La gravure 6 et la bosse 7, de forme complémentaire par rapport à elle, constituent ensemble la forme d'emboutissage profond de l'outillage 1 pour la pièce façonnée obtenue par l'emboutissage. Des protubérances sous la forme de nervures ou de boutons 10 sont formées à l'intérieur de la gravure 6 à des endroits 9 qui sont essentiellement plans, mais sont tout au plus orientés sous un angle de 45 par rap- port à l'horizontale. Dans la face frontale 5 en dehors de la gravure 6, sont formés des creux correspondant à des rainures ou des cuvettes 11. Dans la bosse 7 sont formées des rainures ou des cuvettes 12 dont les emplacements correspondent aux nervures ou aux boutons 10 et dont les formes sont complémentaires, tandis que la face frontale 8 de la matrice 4 possède des nervures ou des boutons 13 situés en regard des rainures ou des cuvettes 11 du poinçon 3. Selon une variante, on peut concevoir aussi, à la place des évidements ou creux, des interca- laires élastiques sur les faces frontales 5, 8 des par- ties 3 et 4 de l'outillage. Ce profilage fin du poinçon d'emboutissage 3 et de la matrice 4 peut être obtenu par érosion et notamment par électroérosion de la face frontale 5, 8 concernée après l'usinage de finition de celle-ci. Selon un mode de mise en oeuvre particulièrement avantageux, une électrode peut être formée par exemple par un treillis de fil mé- tallique fixé à l'une des parties d'outillage 3, 4. La forme ainsi créée par érosion de la partie d'outillage 3 ou 4, peut être utilisée ensuite pour la conformation selon les contours voulus de l'autre partie d'outillage par érosion en plongée, sans treillis de fil. En variante, le treillis de fil peut aussi être enfoncé par pression dans la partie d'outillage 3 ou 4 concernée, auquel cas il constitue en quelque sorte le profil d'empreinte de la partie d'outillage. Le profil d'empreinte est réalisable également par fraisage à commande numérique. A des fins d'expérimentation pour l'essai de différentes pièces constituant des prototypes, les parties d'outillage 3, 4 peuvent être pourvues aussi d'une plaque interchangeable en polyuréthanne dans laquelle est enfoncé par pression le moyen conférant la structure fine (un treillis de fil métallique par exemple). Les structures fines de raidis- sement peuvent ainsi être adaptées de façon optimale aux besoins de chaque application d'une manière simple et économique. Après que la position et la conformation op- timales de la structure pour l'application concernée ont été trouvées, par exemple pour la tôle du dessous de caisse d'un véhicule automobile, la partie d'outillage ou les parties d'outillage 3, 4 peuvent être réalisées sous leur forme définitive d'emboutissage et de structuration fine. Pour fabriquer la pièce façonnée en tôle, on fixe la pièce en tôle 2, semblable à un flan, et on pro- duit son emboutissage profond de manière habituelle par abaissement du poinçon 3 sur la matrice 4. Dans la der- nière phase de l'opération d'emboutissage, la structure fine est formée dans la pièce en tôle 2 par enfoncement au moyen des nervures ou boutons 10, 3 en combinaison avec les rainures ou cuvettes 11, 12 des parties d'outil- lage 3, 4, ce qui correspond à une sorte de déformation par bossellement par fléchissement. Les empreintes ainsi produites pour la structuration fine, sont seulement réa- lisables à des endroits plans ou tout au plus inclinés de 45 de la forme d'emboutissage de la matrice 4. Il faut veiller en outre à ce que les endroits de la matrice 4 o règne une forte traction pendant presque tout le proces- sus d'emboutissage, ne présentent pas de boutons, ner- vures 13 ou autres protubérances semblables conférant une structure fine, mais des cuvettes, des rainures 12 ou des intercalaires élastiques, de manière que la matrice ne présente pas d'arêtes vives susceptibles de provoquer l'endommagement ou même la destruction par fissuration de la pièce en tôle 2 à transformer. Dans les zones ou aux endroits 14 de faible traction, par exemple en dehors de la forme d'emboutissage profond, il est possible en re- vanche de prévoir des nervures ou des boutons 13. Les figures 2a-c montrent des variantes de structures fines formées par enfoncement suivant un motif régulier ou trame dans une pièce en tôle emboutie 2; ces structures sont réalisables à l'aide du dispositif selon l'invention pourvu pour chaque cas des modifications ap- propriées. Les possibilités de variation des structures fines ne sont cependant pas limitées à ces trois formes de réalisation et les détails de leur mise en oeuvre sont à accorder chaque fois, notamment pour ce qui concerne l'allure et l'emplacement des structures, à l'application en question et à la position de la pièce en tôle 2 dans le véhicule assemblé. La figure 2a montre un motif en forme de grille dans lequel les angles d'intersection des empreintes li- néaires croisées 15 sont d'environ 30 . Les empreintes en forme de lignes peuvent cependant se croiser également à angle droit. La figure 2b montre des lignes 16 paral- lèles, tandis que la figure 2c montre un exemple particu- lièrement favorable pour accroître la rigidité de la pièce en tôle 2, comprenant des empreintes 17 sous la forme d'une structure à nid d'abeilles. Les figures 3a et b montrent des empreintes 18 et 19 en section droite. La figure 3a se rapporte plutôt à des zones ou endroits de forte traction puisque les em- preintes 18 partent uniformément d'un côté de la tôle. La figure 3b montre un exemple de réalisation d'empreintes 19 dans des zones ou à des endroits 14 de faible trac- tion. Comme représenté, les empreintes 19 peuvent alter- ner pour ce qui concerne le côté de la pièce en tôle 2 d'o elles partent et constituer en partie des cuvettes ou des rainures et en partie des boutons ou des nervures. On obtient ainsi une pièce façonnée de grande rigidité. Pour la même rigidité, on peut réduire l'épais- seur des pièces façonnées obtenues par emboutissage et tructuration fine, comparativement à des pièces embou- ties non structurées, ce qui permet de réduire le poids global de la carrosserie. Pour la même épaisseur de tôle, la rigidité de la pièce 2 ou de la pièce façonnée aug- mente considérablement par suite de la structuration, les empreintes produisant un accroissement du degré de défor- mation du matériau et également des moments résistants, ce qui procure un effet d'élévation de la rigidité et de la résistance. En raison de la rigidification produite à l'intérieur de la tôle par la déformation, on peut se dispenser de mesures supplémentaires prévues jusqu'à pré- sent pour renforcer des parties de la carrosserie, comme par exemple la mise en place de pièces de renfort séparées. De plus, en raison de la diminution de surfaces susceptibles de résonner sur la pièce 2, on évite des vi- brations de résonance indésirées. Des moyens supplémen- taires d'insonorisation peuvent ainsi être évités. Il s'y ajoute que la conformation de la struc- ture fine telle qu'illustrée par les figures 2a-c permet d'obtenir un comportement en déformation ciblé dans le cas d'une collision. On supprime ainsi les pièces supplé- mentaires permettant également l'obtention d'un tel résultat. De plus, il n'est pas nécessaire d'adapter davantage la forme de base des parties de la carrosserie au compor- tement en déformation, de sorte qu'elles peuvent être fa- briquées plus simplement. En outre, des pièces visibles pour les occupants à l'intérieur de l'habitacle, peuvent être dotées de structures particulières adaptées en fonc- tion de l'aspect visuel. On peut envisager par exemple des imitations du cuir, de tissu ou de madrures du bois. Bien que l'invention soit axée sur le déroule- ment de deux processus de déformation dans un seul outillage et au cours d'une même opération, il est concevable aussi de structurer les pièces en tôle 2 préalablement et de les emboutir ensuite seulement dans l'outillage. Dans ce cas, la pièce 2 doit être structurée seulement à des endroits neutres, donc à des endroits auxquels un allongement n'a pas lieu, de sorte que l'opération d'emboutissage procure la forme désirée de la pièce en tôle 2 à transformer. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de pièces façonnées dotées d'une structure fine et destinées à un véhicule automobile, selon lequel on déforme une pièce en tôle plane par enfoncement suivant un motif régulier ou trame en vue de la création de la structure fine, et selon le- quel on transforme la pièce en tôle en une pièce façon- née, caractérisé en ce que, pour la formation de la pièce façonnée, on soumet la pièce en tôle (2) à un emboutis- sage profond et que, dans la dernière phase de l'opéra- tion d'emboutissage, on dote la pièce en tôle (2) trans- formée d'une structure fine à des endroits (9, 14) qui sont orientés entre 45 et 90 par rapport à la direction d'emboutissage. 2. Dispositif de fabrication de pièces façon- nées dotées d'une structure fine et destinées à un veéhi- cule automobile, en particulier pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif comprend un outillage d'emboutissage pro- fond (1), produisant la pièce façonnée, dont le poinçon d'emboutissage (3) et la matrice (4), constituant des parties de l'outillage, présentent, à des endroits (9, 14) orientés entre 45 et 90 par rapport à la direction d'emboutissage, des moyens (10, 11, 12, 13) conférant une 25 structure fine. 3. Dispositif selon la revendication 2, carac- térisé en ce que les moyens conférant une structure fine sont des saillies (10, 13) et des évidements (11, 12) agencés sur les parties (3, 4) de l'outillage, les sail- lies (10, 13) d'une partie de l'outillage étant situées à l'opposé et ayant une forme complémentaire à celle des évidements (11, 12) de l'autre partie de l'outillage. 4. Dispositif selon la revendication 2, carac- térisé en ce que les moyens conférant une structure fine sont des saillies (10, 13) et des intercalaires élas- tiques agencés sur les parties (3, 4) de l'outillage, les saillies (10, 13) d'une partie de l'outillage étant si- tuées à l'opposé des intercalaires élastiques de l'autre partie de l'outillage. 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la partie d'outillage (4) disposée fixe présente les évidements (11, 12) ou les interca- laires élastiques à des endroits (9) auxquels règne une forte traction lors de l'opération d'emboutissage. 6. Dispositif selon la revendication 3, carac- térisé en ce que la partie d'outillage (4) disposée fixe présente les saillies (10, 13) à des endroits (14) aux- quels règne une faible traction lors de l'opération d'em- boutissage.