Brevet FR2755041A1 — publié le 19980430

La présente invention a pour objet un poinçon de relevage du bord d'un trou pour la réalisation d'un collet, notamment d'un collet de grande hauteur. La présente invention a également pour objet un procédé de réalisation d'un tel collet. Dans certaines applications industrielles, on réalise à partir d'un flan métallique des collets qui sont destinés à recevoir des pièces mécaniques. C'est le cas par exemple des bras de suspension de véhicules automobiles qui comportent des collets de grande hauteur pour la fixation des articulations. Des collets de grande hauteur sont des collets dont la hauteur de la paroi verticale est supérieure à 0,15 fois son diamètre. Les collets par exemple pour des bras de suspension de véhicules automobiles doivent satisfaire à des tolérances dimensionnelles étroites et sévères. A titre d'exemple, pour ce genre de collet, les variations de diamètre ne doivent pas dépasser 0,12mm sur une hauteur de 14mm, pour des diamètres compris entre 55 et 58mm ou les variations de hauteur ne doivent pas dépasser 0,25mm sur une hauteur totale supérieure à 17,5mm. Jusqu'à présent, pour réaliser ce type de collets, on perce tout d'abord un avant-trou dans un flan métallique, puis on relève le bord de cet avant-trou à la hauteur souhaitée pour former un cylindre débouchant perpendiculairement au plan dudit flan métallique. L'opération de perçage de l'avant-trou est effectuée par poinçonnage à l'aide d'une matrice et d'un poinçon de découpe. Mais, cette opération génère deux types de défauts, à savoir un état de surface irrégulier et un écrouissage important de la matière au bord de l'avanttrou. Pour limiter l'apparition de ces défauts, il est connu de percer l'avant-trou en maintenant, entre la matrice et le poinçon, un jeu mécanique prédéterminé qui est fonction des caractéristiques mécaniques de la matière constituant le flan métallique, de l'épaisseur de ce flan métallique et des dimensions de l'avant-trou à effectuer. Mais, cette disposition ne s'avère pas toujours suffisante. L'opération de relevage du bord de l'avanttrou est effectuée en plusieurs passes successives de différents poinçons de diamètres croissants. Lejeu entre la matrice et le poinçon de relevage est inférieur à l'épaisseur du flan métallique. Le nombre d'opérations pour la réalisation du collet est un facteur contraignant et nécessite différentes manipulations ce qui augmente sensiblement le coût, pour la réalisation de ce type de collets. L'invention a pour but d'éviter ces inconvénients en proposant un poinçon de relevage et un procédé de fabrication du collet permettant de simplifier la fabrication des collets de grande hauteur, tout en obtenant un écrouissage au niveau du bord de l'avant-trou faible et un aspect de ce bord amélioré. L'invention a donc pour objet un poinçon de relevage du bord d'un avant-trou pour la réalisation d'un collet et notamment d'un collet de grande hauteur, caractérisé en ce qu'il est formé par une succession de portées cylindriques de diamètres croissants séparées chacune par une gorge. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - la hauteur de chaque gorge est supérieure ou égale à la hauteur du collet réalisé lors du passage de la portée du poinçon située en amont de ladite gorge par rapport au sens de déplacement dudit poinçon, - la profondeur de chaque gorge est supérieure ou égale à la réduction d'épaisseur du collet générée lors du passage de la portée du poinçon située en aval de ladite gorge par rapport au sens de déplacement dudit poinçon, - le bord inférieur de chaque gorge présente un profil conique ou un profil sphérique ou encore un profil ogival. L'invention a également pour objet un procédé de réalisation d'un collet, notamment d'un collet de grande hauteur, dans lequel on perce un avant-trou dans un flan métallique à l'aide d'un poinçon et d'une matrice et on relève le bord de l'avant-trou par poinçonnage à l'aide du poinçon de relevage mentionné ci-dessus, caractérisé en ce que le relevage du bord de l'avant-trou est réalisé en une seule étape à l'aide dudit poinçon de relevage. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, - le perçage de l'avant-trou est réalisé à l'aide d'au moins un poinçon en au moins deux étapes de poinçonnage successives, - le jeu entre ledit poinçon de perçage de l'avant-trou et la matrice de la première étape est compris entre 8 et 20% de l'épaisseur du flan métallique, - le jeu entre ledit poinçon de perçage de l'avant-trou et la matrice de la dernière étape est quasiment nul, - le jeu entre ledit poinçon de perçage de l'avant-trou et la matrice de la dernière étape est inférieur à 1% de l'épaisseur du flan métallique, - le sens de passage dudit poinçon de perçage de l'avant-trou est identique pour toutes les étapes, - le sens de passage dudit poinçon de perçage de l'avant-trou est inversé entre chaque étape. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la Fig. 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un collet réalisé par le procédé selon l'invention, - la Fig. 2A à 2F sont des vues schématiques en coupe axiale montrant les différentes phases de réalisation de l'avant-trou du collet, par le procédé selon l'invention, - la Fig. 3 est une vue en élévation d'un poinçon de relevage conforme à l'invention, - les Figs. 4A et 4B sont deux vues schématiques montrant les différentes phases de relevage du bord de l'avant-trou par le procédé selon l'invention. Sur la Fig. 1, on a représenté un collet 10 de grande hauteur réalisé par poinçonnage à partir d'un flan métallique. Ce collet 10 comporte une paroi 11 qui s'étend perpendiculairement an flan métallique 1. Les collets de grande hauteur sont des collets dont la hauteur H de la paroi 11 est supérieure à 0,15 fois son diamètre D. Ces collets réalisés par exemple sur des bras de suspension de véhicules automobiles sont destinés à la fixation des articulations et doivent satisfaire à des tolérances dimensionnelles étroites et sévères. Pour réaliser le collet 10, l'opération consiste, en un premier temps, à effectuer un perçage du flan métallique 1, puis à relever le bord de l'avant-trou 2 ainsi réalisé, perpendiculairement au plan de ce flan métallique 1. Parmi les déformations subies par la matière constituant le flan métallique 1, la plus critique est la modification importante du diamètre de l'avant-trou 2 qui deviendra le diamètre du collet 10. Cette déformation d'expansion de l'avant-trou 2 est d'autant plus importante que la hauteur H du collet 10 est importante et est conditionnée par plusieurs paramètres dont la qualité de la matière et la qualité de la préparation de cet avant-trou 2. Le procédé de réalisation du collet 10 consiste, tout d'abord, à percer l'avant-trou 2 par poinçonnage en au moins deux étapes successives (Figs. 2A à 2F), puis à relever le bord de cet avant-trou 2 également par poinçonnage en une seule étape (Figs. 4A et 4B). En se reportant aux figures 2A à 2F, on va décrire les étapes de perçage de l'avant-trou 2 dans le flan métallique 1. Comme représenté à la Fig. 2A, le flan métallique 1 est serré entre un serre-flan 20 et une matrice 21 qui comportent chacun un puits, respectivement 20a et 21a, pour le passage d'un premier poinçon 23. Le jeu entre le poinçon 23 et la matrice 21, pour cette première étape de poinçonnage, dépend du matériau constituant le flan métallique 1 et est généralement compris entre 8 et 20% de l'épaisseur de ce flan métallique 1. Ensuite, le poinçon 23 descend et pénètre progressivement dans le flan métallique 1, pour former, par découpage et arrachement de la matière, un premier avant-trou 2a, ainsi que représenté sur les Figs. 2B et 2C. Ce premier avant-trou 2a présente une première zone A découpée, suivie d'une seconde zone B dans laquelle la matière a été arrachée lors du passage du poinçon 23 et le bord de ce premier avant-trou 2a subit un écrouissage important. Après cette première étape de poinçonnage, au moins une seconde étape de poinçonnage est effectuée à l'aide d'un poinçon 24. Le jeu entre le poinçon de perçage de l'avant-trou 2 et la matrice 21 pour cette seconde étape de poinçonnage est quasiment nul, comme représenté à la Fig. 2D. Ce jeu est inférieur aux normes préconisées et est fonction du matériau constituant le flan métallique 1 et l'épaisseur de ce flan métallique. De préférence, ce jeu est inférieur à 1% de l'épaisseur du flan métallique 1. Ce poinçon 24 descend et pénètre progressivement dans l'avant-trou 2a réalisé lors de la première étape et permet de supprimer la zone écrouie par enlèvement de copaux par cisaillage (Fig. 2E) et non par arrachement, comme lors de la première étape de poinçonnage. L'avant-trou 2 ainsi réalisé présente un bon état de surface ainsi qu'un très faible écrouissage permettant d'obtenir un relevage du bord de cet avanttrou 2 de très bonne qualité pour former le collet 10. Selon une variante, le perçage de l'avanttrou peut être effectué par un poinçon étagé. L'opération de relevage du bord de l'avanttrou 2 est réalisée en une seule étape par un poinçon de relevage 30 représenté à la Fig. 3. Ce poinçon de relevage 30 comporte,dans le sens de son introduction dans l'avant-trou 2, un nez 31 et une succession de portées cylindriques respectivement 32, 33..., séparées chacune par une gorge 35. Le nez 31 du poinçon de relevage 30 peut avoir différentes configurations, comme par exemple avoir la forme d'une calotte sphérique, une forme conique ou une forme ogivale. Dans l'exemple de réalisation représenté à la Fig.3, le nez 31 a une forme conique. Par ailleurs, les portées 32, 33... ont un diamètre croissant, c'est à dire que la portée 33 a un diamètre d2 supérieur au diamètre d1 de la portée 32 située au-dessous du nez 31. Dans l'exemple représenté à la Fig. 3, le poinçon de relevage 30 comporte deux portées cylindriques, respectivement 32 et 33. Ce poinçon de relevage 30 peut comporter plus de deux portées cylindriques de diamètres croissants séparées chacune par une gorge 35. Le bord supérieur 35a de chaque gorge 35 possède un profil sans angle vif dit à congé de raccordement" pour éviter les concentrations de contraintes lors du passage du poinçon de relevage 30 dans l'avanttrou 2 préalablement réalisé dans le flan métallique 1. Le bord inférieur 35b de chaque gorge 35 possède un profil qui est fonction du type du matériau constituant le flan métallique 1 et ce profil est de préférence identique au profil du nez 31. Ainsi, le bord inférieur 35b de chaque gorge 35 présente un profil conique comme représenté à la Fig. 3 ou un profil sphérique ou un profil ogival. D'une manière générale, chaque gorge 35 a une hauteur adaptée pour permettre le relâchement élastique des contraintes générées lors du passage de la première portée 32 dans l'avant-trou 2 et une profondeur permettant le transfert du bourrelet généré par la réduction d'épaisseur de la paroi 11 constituant le collet 10. Plus précisément, la hauteur de chaque gorge 35 est supérieure ou égale à la hauteur du collet 10 réalisé lors du passage dans l'avant-trou 2 de la portée 32 située en amont de la gorge 35 correspondante par rapport au sens de déplacement du poinçon 30 et la profondeur de chaque gorge 35 est supérieure ou égale à la réduction d'épaisseur du collet 10 générée lors du passage dans l'avant-trou 2 de la portée 33 située en aval de la gorge 35 correspondante par rapport au sens de déplacement dudit poinçon 30. Ainsi que représenté sur les Figs. 4A et 4B, le relevage du bord de l'avant-trou 2 pour former le collet 10 est réalisé en une seule étape par le poinçon de relevage 30 dans cet avant-trou 2. Le passage successif des portées cylindriques 32, 33... de diamètres croissants relève progressivement le bord de l'avant-trou 2 perpendiculairement au flan métallique 1 pour amener la paroi 11 du collet 10 à la hauteur désirée, comme représenté sur les Figs. 4A et 4B. Chaque gorge 35 permet le relâchement élastique des contraintes engendrées dans la paroi 11 du collet lors du passage des portées cylindriques 32,33... et le transfert du bourrelet généré par la réduction progressive d'épaisseur de cette paroi 11 du collet 10. Le fait de réaliser l'avant-trou par poinçonnage en au moins deux étapes successives avec au moins un poinçon présentant un jeu avec la matrice adapté à chaque étape permet d'éviter un état de surface irrégulier du bord de cet avant-trou et de ce fait l'amorce de criques lors de l'opération ultérieure de relevage de ce bord ainsi qu'un écrouissage important de la matière au niveau du bord de cet avant-trou. Le sens de passage du poinçon de perçage de l'avant-trou peut être identique pour toutes les étapes ou inversé entre chaque étape. De préférence, le sens de passage du poinçon de perçage de l'avant-trou est identique pour les deux étapes afin de favoriser l'évacuation des chutes. Le fait de relever le bord de l'avant-trou en une seule étape avec un poinçon comportant une succession de portées cylindriques de diamètres croissants séparées chacune par une gorge permet de réduire le nombre d'opérations pour former le collet ainsi que le nombre d'outils et de ce fait de diminuer le coût par la réduction du nombre d'outils. De préférence, le sens de passage du poinçon de relevage est opposé au sens de passage du poinçon de perçage de l'avant-trou. Enfin, le procédé selon l'invention permet d'améliorer la tenue en fatigue du bord de l'avant-trou lors de la formation du collet. REVENDICATIONS 1. Poinçon de relevage (30) du bord d'un avant-trou (2) pour la réalisation d'un collet (10) et notamment d'un collet de grande hauteur, caractérisé en ce qu'il est formé par une succession de portées cylindriques (32, 33...) de diamètres croissants séparées chacune par une gorge (35). 2. Poinçon selon la revendication 1, caractérisé en ce que la hauteur de chaque gorge (35) est supérieure ou égale à la hauteur du collet réalisé lors du passage de la portée (32) du poinçon (30) située en amont de ladite gorge (35) par rapport au sens de déplacement dudit poinçon (30). 3. Poinçon selon la revendication 1, caractérisé en ce que la profondeur de chaque gorge (35) est supérieure ou égale à la réduction d'épaisseur du collet générée lors du passage de la portée (33) du poinçon (30) située en aval de ladite gorge (35) par rapport au sens de déplacement dudit poinçon (30).. 4. Poinçon selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le bord inférieur (35b) de chaque gorge (35) présente un profil conique. 5. Poinçon selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le bord inférieur (35b) de chaque gorge (35) présente un profil sphérique. 6. Poinçon selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le bord inférieur (35b) de chaque gorge (35) présente un profil ogival. 7. Procédé de réalisation d'un collet (10), notamment d'un collet de grande hauteur, dans lequel on perce un avant-trou (2) dans un flan métallique (1) à l'aide d'un poinçon (23, 24) et d'une matrice (21) et on relève le bord de l'avant-trou (2) par poinçonnage à l'aide d'un poinçon de relevage (30) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le relevage du bord de l'avant-trou (2) est réalisé une seule étape à l'aide dudit poinçon de relevage (30). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le perçage de l'avant-trou (2) est réalisé à l'aide d'au moins un poinçon (23, 24) en au moins deux étapes de poinçonnage successives. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le jeu entre ledit poinçon de perçage de l'avant-trou (2) et la matrice (21) de la première étape est compris entre 8 et 20% de l'épaisseur du flan métallique (1). io. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le jeu entre ledit poinçon de perçage de l'avant-trou (2) et la matrice (21) de la dernière étape est quasiment nul. 11. Procédé selon les revendications 8 et 10, caractérisé en ce que le jeu entre ledit poinçon de perçage de l'avant-trou (2) et la matrice (21) de la dernière étape est inférieur à 1% de l'épaisseur du flan métallique (1). 12. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le sens du passage dudit poinçon de perçage (23,24) de l'avant-trou (2) est identique pour toutes les étape. 13. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le sens de passage dudit poinçon de perçage (23, 24) de l'avant-trou (2) est inversé entre chaque étape.