Brevet FR2865949A1 — publié le 20050812

ll 1Z- ,._ PRESSE HYBRIDE POUR LE FORMAGE DE PIECES DE FORTES DIMENSIONS DESCRIPTION L'invention se rapporte au formage ou au forgeage de pièces de fortes dimensions, en particulier de fortes épaisseurs. Plus particulièrement elle concerne une presse pour le formage de pièces de fortes dimensions comprenant deux matrices et des moyens d'actionnement pour serrer la pièce à former entre ces deux matrices. Elle concerne également un procédé de formage d'une pièce de forte dimension au moyen d'une telle presse. Une technique actuellement connue pour mettre une pièce en forme consiste à l'insérer entre deux matrices puis à la déformer de manière que la pièce épouse la forme de cette matrice pour obtenir une géométrie souhaitée. Cette technique éprouvée a pour effet de générer des contraintes dans la pièce, voire des micro-fissures, ce qui peut engendrer un vieillissement accéléré. De plus, les possibilités de déformation sont limitées par les caractéristiques du matériau puisqu'il faut se placer dans le domaine plastique de celui-ci, sans atteindre la rupture. La géométrie obtenue est difficile à maîtriser et nécessite une grande expérience. Une autre technique actuellement connue consiste à envoyer des chocs générés par un laser à la surface de la pièce. Des impulsions très brèves et de forte énergie viennent frapper la surface de la pièce. L'énergie du laser est absorbée par le matériau sur une épaisseur très faible. La zone affectée est alors transformée en un plasma dont la détente génère une onde de choc dans le matériau. Cette onde peut être utilisée pour durcir la surface du matériau ou la déformer si l'énergie est suffisante. La brièveté de l'impulsion fait qu'il n'y a pas de transfert thermique. Ce procédé est plus flexible que le précédent dans la mesure où il n'est pas nécessaire de fabriquer un gabarit pour chaque pièce à former. Il est plus précis dans la mesure où chaque impulsion ne génère qu'une déformation minime. En revanche, il est moins rapide. On connaît par ailleurs (WO 03/053607) un procédé d'hydroformage dans lequel certaines zones de la pièce à former, par exemple des zones qui subissent une déformation importante, sont chauffées localement au moyen d'un faisceau laser. On connaît également (US 6,515,253) un procédé pour usiner en continu une bande de tôle dans lequel un faisceau laser est utilisé pour restaurer partiellement les propriétés mécaniques du métal ou pour effectuer certaines opérations telles que la découpe d'orifices. Le premier procédé permet d'accroître les possibilités de déformation de la pièce mais n'est pas adapté au formage de pièces de forte épaisseur. Le second procédé n'est pas non plus adapté à cette utilisation. L'invention a pour objet une presse et un procédé qui remédient aux inconvénients de l'art antérieur. Elle se résulte à être atteinte par le fait que la presse comporte au moins un laser pour générer des impulsions de forte énergie sur la surface de la pièce. Le procédé de formage se caractérise par les étapes suivantes: - on insère la pièce à former entre les deux matrices; - on rapproche les deux matrices l'une de l'autre de manière à déformer la pièce; - on frappe la surface de la pièce par des 15 impulsions de laser de forte énergie. Ainsi, le formage sous presse permet d'approcher très rapidement la forme souhaitée tandis que le laser permet d'assurer sa finition de manière très précise. La presse et le laser peuvent être utilisés de manière consécutive ou, de préférence, simultanément. Dans ce cas la presse doit comporter au moins un passage formé dans l'une des matrices pour permettre le passage des impulsions de forte énergie du laser à travers la matrice. L'utilisation simultanée du laser et de la presse permet d'utiliser une presse de dimension plus réduite, à capacité égale ou encore, à dimension égale, augmente les capacités de la presse. En outre, l'outillage utilisé peut être simplifié. Les matrices peuvent être remplacées par de simples outils de mise en forme placés au bout de vérins qui viennent appuyer sur la pièce à mettre en forme. D'autre caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif en référence aux figures annexées. Sur ces figures: - la figure 1 illustre un procédé de 10 formage classique sous presse; - la figure 2 illustre un procédé de formage laser conforme à l'art antérieur; - la figure 3 illustre une presse hybride conforme à l'invention. Sur la figure 1, une pièce à former 2 de forte épaisseur est placée entre une matrice inférieure 4 et une matrice supérieure 6. Les matrices 4 et 6 sont rapprochées l'une de l'autre par des moyens d'actionnement tels que des vérins hydrauliques schématisés par les flèches 8. La pièce 2 se déforme de manière à épouser la forme des matrices 4 et 6. Toutefois, comme on l'a expliqué précédemment, cette technique a pour effet de générer des contraintes dans la pièce, lesquelles peuvent se traduire par l'apparition de micro-fissures. De plus, les possibilités de déformation sont limitées et la géométrie obtenue est difficile à maîtriser. Sur la figure 2, une pièce à former, désignée dans son état initial par la référence 2a, comporte une surface supérieure 10 et une surface inférieure 12 (selon la figure 2) dont la surface 10 reçoit des impulsions, schématisées par les flèches 14, émises par un laser 16. Ces impulsions sont très brèves et de forte énergie. Typiquement leur durée est de quelques dizaines de nanosecondes, et leur énergie de quelque GW/cm2. L'énergie du laser 16 est absorbée par le matériau sur une épaisseur très faible. La zone impliquée est transformée en un plasma dont la détente génère une onde de choc dans le matériau. Cette onde peut être utilisée pour durcir la surface du matériau ou la déformer si l'énergie est suffisante. La brièveté de l'impulsion fait qu'il n'y a pas de transfert thermique. On a désigné par la référence "indice b" la pièce dans son état final. La surface 10, dirigée vers le faisceau laser 14, présente une forme concave tandis que la surface 12, située à l'opposé du faisceau laser présente une forme convexe. Naturellement, des formes complexes peuvent également être obtenues. Ce procédé de formage par laser est décrit, notamment, dans les articles "Convex laser forming with high certainty" (Wenchuan I and Y. Lawrence Yao, Department of Mechanical Engineering, Columbia University, New-York, NY 10 027) et Optimal and robust design of laser forming process" (Chao Liu and Y. Lawrence Yao, Department of Mechanical Engineering Columbia University New-york, NY 10 027). Cette technique est plus flexible que le procédé de déformation mécanique décrit en référence à la figure 1 dans la mesure où il n'est pas nécessaire de fabriquer un gabarit pour chaque pièce ou chaque type de pièce à traiter. Elle est également plus précise dans la mesure où chaque impulsion ne génère qu'une déformation minime. En revanche elle est moins rapide. Par suite, elle n'est pas adaptée à une fabrication de pièce en série. La technique de l'invention représentée sur la figure 3 utilise à la fois le procédé de pressage classique décrit en référence à la figure 1 et le procédé de formage par laser décrit en référence à la figure 2. A cet effet, elle comprend une matrice inférieure 4 et une matrice supérieure 6 et un laser 16 émettant un faisceau 14. Les deux techniques peuvent être utilisées consécutivement. Dans ce cas, le procédé de formage par déformation mécanique est utilisé en premier pour obtenir rapidement une ébauche de la pièce. Puis la finition permettant d'obtenir des dimensions précises est réalisée par le procédé de formage par laser. Dans une variante préférée du procédé, les deux techniques sont utilisées simultanément. Dans ce cas, l'une au moins des matrices 4 et 6 comporte une ouverture de passage 18 pour le faisceau laser 14. Ce passage a été symbolisé sur la figure 3 par une ouverture dans la matrice supérieure 4. Toutefois, le passage du faisceau laser peut être obtenu par tout procédé, par exemple par des fibres optiques ou par des miroirs permettant de diriger les impulsions vers des zones choisies précisément de la pièce à former 2. En complément du formage par laser, la pièce 2 peut subir un chauffage de manière à réduire les contraintes induites par la mise en forme. La pièce ainsi formée peut alors gagner en durée de vie. Ce chauffage peut être induit par un moyen classique ou par laser si l'on souhaite un chauffage très localisé. Le laser qui travaille en régime thermique, désigné par la référence 20, n'est pas le même que celui qui génère les chocs. Les caractéristiques de ces lasers sont différentes. L'association des deux techniques permet, grâce au laser 16, de diminuer la capacité de la presse à utiliser. De même, l'outillage utilisé peut être simplifié. Les matrices 4 et 6 peuvent être remplacées par de simples outils de mise en forme placés au bout de vérins qui viennent appuyer sur la pièce 2. REVENDICATIONS 1) Presse pour le formage de pièces de fortes dimensions, comprenant deux matrices (4,6) et des moyens d'actionnement (8) pour serrer la pièce (2) à former entre ces deux matrices, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un laser (16) pour générer des impulsions (14) de forte énergie sur la surface (10) de la pièce (2). 2) Presse selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un passage (18) formé dans l'une des matrices (6) pour permettre le passage des impulsions de forte énergie (14) à travers la matrice (6). 3) Procédé de formage d'une pièce de fortes dimensions, caractérisé par étapes successives suivantes: - on insère la pièce à former (2) entre deux matrices (4,6) ; - on rapproche les deux matrices (4,6) l'une de l'autre de manière à mettre en forme la pièce à former (2) ; - on frappe la surface (10) de la pièce par des impulsions de laser de forte énergie. 4) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on frappe la surface (10) de la pièce (2) par des impulsions de laser de forte énergie en même temps que l'on rapproche les deux matrices 25 l'une de l'autre de manière à mettre en forme la pièce à former. 5) Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce l'on rapproche d'abord les deux matrices (4,6) l'une de l'autre de manière à mettre en forme la pièce (2) à former puis en ce que l'on frappe la surface (10) de la pièce par des impulsions laser (14) de forte énergie. 6) Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'on chauffe la pièce à former durant l'étape de mise en forme. 7) Procédé selon la revendication (6) caractérisé en ce que l'on chauffe la pièce à former (2) au moyen d'un second laser (20).