Brevet FR2893269A1 — publié le 20070518

Description L'invention concerne un procédé pour fabriquer une pièce formée en tôle à partir 5 d'un flan en acier, par formage à chaud et découpage de zones de coupe. Le document DE 24 52 486 C2 divulgue un procédé pour former par pressage et tremper une tôle d'acier ayant une faible épaisseur de matière et une bonne stabilité dimensionnelle, dans lequel la tôle d'acier est chauffée à une température supérieure à 10 AC3, puis pressée en moins de 5 secondes en subissant une déformation substantielle entre deux outils refroidis de façon indirecte pour obtenir sa forme définitive, et soumise à un refroidissement rapide tout en restant dans la presse de manière à obtenir une structure martensitique et/ou bainitique à grains fins. Une pièce formée à chaud fabriquée de cette manière est utilisée dans la construction automobile par exemple pour des pièces 15 de structure et de sécurité telles que pare-chocs et montants B. Par la suite, le formage et le trempage décrits précédemment d'une pièce chauffée au-dessus de AC3 en restant dans la presse sont définis comme formage à chaud. À cet effet, il est possible de former à chaud non seulement un flan, mais également une ébauche de pièce préformée déjà refroidie. 20 Cependant, la coupe en respectant exactement les cotes d'une pièce fabriquée de cette manière nécessite un appareillage particulièrement compliqué, en particulier des forces de coupe très élevées sont nécessaires pour découper à froid des matériaux trempés (découpe dure), d'où une usure rapide des outils et des coûts d'entretien élevés. 25 Par ailleurs, le découpage à froid de pièces de haute résistance pose problème, car à froid les bords découpés des pièces présentent des bavures plus ou mois importantes, ce qui peut provoquer l'apparition rapide de fissures dans la pièce due à l'importante sensibilité à l'entaille des matériaux à haute résistance. Déjà à partir d'une épaisseur de matière relativement faible, la découpe dure d'une pièce à haute résistance n'est plus 30 possible ou seulement sous certaines conditions. Pour éviter les difficultés lors du découpage mécanique des pièces à haute résistance, de nombreux procédés de découpage alternatifs sont utilisés, tels que par exemple le découpage au laser ou par jet d'eau. Ces procédés permettent certes 35 d'obtenir une découpe de haute qualité du bord de pièce, mais ces procédés de 2 découpage sont comparativement lents, car les temps de cycle dépendent directement de la longueur du bord de coupe et des tolérances à respecter. Le brevet DE 102 54 695 B3 propose donc de découper les zones de bord d'une ébauche de pièce déjà à l'état non trempé correspondant déjà à peu près au contour final. De cette manière, un découpage de la pièce après le trempage associé à la phase de formage à chaud doit être évité. Toutefois, ceci n'est possible que si les tolérances de la pièce le permettent. Le brevet DE 10 2004 005 568 Al propose de réduire l'épaisseur de matière à certains endroits d'une pièce de structure en tôle en faisant subir à la pièce un estampage limité localement pendant la déformation à chaud. Ce procédé ne sert toutefois qu'à faire coïncider entre elles les épaisseurs de matériau de deux ou plusieurs pièces, de sorte que les pièces puissent être assemblées sans gêner le processus. Ce procédé ne tient donc pas compte de la problématique évoquée précédemment du découpage des pièces à haute résistance. Aussi l'objectif de l'invention est-il de simplifier le découpage d'une pièce à haute résistance pendant un procédé de fabrication d'une pièce formée en tôle. Cet objectif est atteint conformément à l'invention du fait qu'avant ou durant le formage à chaud au moins un estampage est réalisé dans une zone de coupe du flan ou de la pièce préformée en tôle. Grâce à cet estampage, l'épaisseur de paroi de la pièce est diminuée dans la zone de coupe. Après le formage à chaud, la pièce trempée est découpée au niveau de l'estampage. Ceci doit faciliter, voire même rendre possible, une découpe dure dans la zone de coupe. Plus l'épaisseur de matière est faible dans la zone de coupe, plus les forces à apporter pour la découpe dure doivent être faibles. Les forces de coupe dans la zone de coupe avec estampage diminuent nettement par rapport aux forces de coupe pour l'épaisseur de matière avant l'estampage. La force de coupe diminuant, l'usure de l'outil diminue également. Ceci aboutit globalement à une conception plus économique de l'outil de coupe et à des coûts d'entretien plus faibles. Si l'épaisseur de tôle critique pour la découpe dure est atteinte ou dépassée par le bas, des procédés de découpage coûteux, tels que le découpage au laser ou par jet d'eau cités précédemment, peuvent être évités. Mais même si avec l'estampage, l'épaisseur de tôle ne peut être ramenée pour des raisons techniques liées à la fabrication ou inhérentes au produit en deçà de l'épaisseur de tôle critique, l'épaisseur de coupe diminue aussi pour 3 les procédés à jet chers, si bien que la vitesse de coupe peut être augmentée pour une meilleure rentabilité. Il est préférable que la zone de coupe se trouve dans une zone de bord du flan ou de la pièce préformée en tôle. L'invention est par ailleurs avantageuse lorsqu'un flan ayant diverses épaisseurs de paroi réparties sur le flan est utilisé à la place d'un flan ayant une épaisseur de paroi constante et lorsque seules des zones partielles du flan excèdent l'épaisseur de paroi critique pour la découpe dure. Dans ce cas, il suffit de ne réaliser un estampage que dans les zones critiques pour la découpe dure afin que la pièce complète puisse subir la découpe dure après le formage à chaud. Faute de quoi, la pièce complète nécessiterait un autre procédé de découpage coûteux tel que le découpage au laser puisqu'il n'est pas, pour des raisons d'économie de processus, avantageux d'utiliser l'un après l'autre deux procédés de découpage différents, à savoir la découpe dure dans les zones non critiques et le découpage au laser dans les zones critiques, sur la pièce à haute résistance. L'estampage peut, dans un mode de réalisation de l'invention, déjà être réalisé dans le flan de départ encore froid. L'avantage est ici que lors de l'estampage du flan de départ froid, il n'y a pas de contact avec le flan chauffé à plus de AC3 ou avec une pièce préformée si besoin à froid, contact pouvant conduire à un refroidissement plus rapide des zones de bord de la pièce par rapport aux autres zones de celle-ci encore à former à chaud. L'estampage est facilement praticable à froid et sans risque pour le processus dans les zones de bord du flan ou de la pièce à découper plus tard, si tant est que la géométrie de la pièce permet une diminution économique de l'épaisseur de tôle sans étape coûteuse avec outil. Ceci dépend de la complexité de la forme de la pièce. Dans un autre mode de réalisation, l'estampage peut être réalisé conformément à l'invention pendant le formage à chaud. Ceci peut être exécuté par des surfaces d'estampage ou une bague d'estampage dans le poinçon de l'outil de formage à chaud. L'estampage s'étend soit d'un bout à l'autre le long du bord de coupe ou s'étend seulement sur les zones de bord de coupe qui excèdent une épaisseur de tôle prescrite. Toutefois, le problème avec l'estampage réalisé pendant le formage à chaud est qu'une vitesse de refroidissement nécessaire dépend avant tout du contact de la surface refroidie de l'outil avec le matériau lors du trempage de la pièce dans l'outil pendant le formage à chaud. Précisément dans la zone de bord du flan ou de la pièce préformée, le matériau refroidit déjà fortement pendant le mouvement de fermeture de l'outil en raison du contact inévitable du flan ou de la pièce avec un support de tôle et d'autres éléments d'outil, au 35 4 point que l'estampage de la zone de bord nécessite des forces relativement importantes. Ces forces doivent être appliquées pendant tout le temps où la pièce est maintenue dans l'outil. Par ailleurs, le jeu de formage dans la zone d'estampage doit, pendant le formage à chaud, être plus petit à hauteur de la diminution de l'épaisseur de tôle voulue, rendant ainsi difficile le contact de l'outil dans les autres zones. Ces difficultés peuvent cependant être éliminées par un réglage fin du processus pour ce qui est de la température et de la vitesse de déformation. Dans un troisième mode de réalisation du procédé conforme à l'invention, l'estampage est réalisé avant la phase de formage à chaud proprement dite au moyen d'une presse rapide après un chauffage du flan ou de la pièce préformée à une température supérieure à AC3. La presse rapide exécute l'estampage du flan ou de la pièce à la manière d'un marteau de forge, grâce à quoi les temps d'arrêt de pression sont minimisés au point que le flan ou la pièce préformée reste au-dessus d'un niveau de température critique pour la phase de formage à chaud qui suit immédiatement après. Ainsi, les forces de pressage nécessaires à l'estampage et au temps de maintien pendant le formage à chaud peuvent être diminuées dans la zone d'estampage, grâce à quoi il reste en même temps assez de chaleur dans la pièce pour l'exécution du formage à chaud. Étant donné que dans la plupart des pièces, les brides situées dans la zone de bord, et ici en particulier la zone des bords de coupe, font partie des zones les plus fortement sollicitées d'où partent souvent des fissures conduisant à la défection de la pièce, une diminution de l'épaisseur de paroi dans la zone de bord sensible par estampage conforme à l'invention peut favoriser la formation de fissures. Aussi l'invention prévoit-elle de minimiser un débordement de l'estampage dans la zone de coupe le long du bord découpé de la pièce. Ainsi, un affaiblissement supplémentaire de la pièce est évité dans la bride et en particulier le long du bord de coupe. L'invention est décrite ci-dessous plus en détail au moyen des figures qui montrent : Figure 1 un montant B avec une épaisseur de tôle constante ; Figure 2 une coupe A-A à travers le montant B de la figure 1 ; et Figure 3 un montant B avec une épaisseur de paroi variable. La figure 1 est une représentation à titre d'exemple et schématique d'un montant B (1) fabriqué avec le procédé conforme à l'invention, destiné à être monté sur un véhicule automobile. Le montant B (1) est une pièce emboutie relativement complexe qui, en tant que pièce de structure et de sécurité, est soumise en cas d'accident à de fortes sollicitations et ne doit pas faillir. Le montant B (1) est donc formé à chaud pour des raisons de légèreté à partir d'un flan en acier à tremper relativement mince. Le montant B (1) présente une épaisseur de paroi constante de 1,8 mm et une dureté d'environ 5 1 400 N/mm2. On retrouve ces mêmes valeurs dans la bride (2) du montant B (1). La bride périphérique (2) subit un estampage (3) également périphérique avant ou pendant le formage à chaud. La figure 2 représente une coupe selon la ligne A-A à travers le montant B (1). L'estampage (3) a une épaisseur de paroi plus fine que la bride (2). Le montant B (1) trempé est découpé à tolérance dans l'estampage (3). À cet effet, la découpe est réalisée aussi près que possible le long du bord de coupe (4) pour éviter la formation de fissures. L'estampage (3) est exécuté ici à titre d'exemple sur une largeur de 10 mm. II est décisif pour la largeur que l'estampage (3) soit à coup sûr lors de la découpe qui suit et qu'il soit possible de découper à l'intérieur de l'estampage (3) sans risque pour le processus. Lors de l'exécution de l'estampage (3), il faut veiller en particulier à ce que le côté (5) opposé à l'estampage (3) ne subisse autant que possible aucune déformation telle qu'une bosse, car le côté (5) opposé à l'estampage (3) constitue dans la plupart des cas une surface de contact pour les pièces à monter et doit donc être de bonne qualité. La figure 3 représente un montant B (6) formé à chaud par exemple à partir d'un flan laminé d'épaisseur variable. Un flan laminé d'épaisseur variable est un flan prélevé dans une bobine sur lequel différentes épaisseurs de tôle ont déjà été laminées dans des zones définies pendant un processus de laminage. Le montant B (6) présente donc plusieurs segments (A à E) d'épaisseurs de tôle différentes. Ainsi, l'épaisseur de tôle est par exemple de 1,4 mm sur le segment (A), de 1,75 mm dans la zone (B), de 2,4 mm dans la zone (C), de 1,9 mm dans la zone (D) et à nouveau de 1,4 mm au pied du montant B (6). Le montant B (6) est pourvu d'une bride périphérique (7). Dans cet exemple de réalisation, la zone (C) excède la valeur critique pour une découpe dure. Un estampage de la bride (7) avec diminution de l'épaisseur de tôle n'est donc réalisé que dans la zone (C). Revendications 1. Précédé pour fabriquer une pièce formée en tôle (1, 6) à partir d'un flan en acier, par formage à chaud et découpage de zones de coupe (2, 7), caractérisé en ce qu'avant ou durant le formage à chaud, au moins un estampage (3) est réalisé dans une zone de coupe (2, 7) du flan ou de la pièce préformée en tôle, et en ce qu'un découpage est réalisé au niveau de l'estampage (3) après le formage à chaud. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone de coupe (2, 7) se trouve dans une zone de bord (2, 7) du flan ou de la pièce préformée en tôle (1, 6). 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le débordement de l'estampage (3) dans la zone de coupe est minimisé le long du bord 15 coupé de la pièce (4). 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'estampage (3) est réalisé dans le flan ou dans une pièce en tôle préformée (1, 6) par un processus de formage à froid avant un chauffage du flan ou de la pièce en tôle préformée 20 (1, 6) à une température supérieure à AC3. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'estampage (3) est réalisé après un chauffage du flan ou de la pièce en tôle préformée (1, 6) à une température supérieure à AC3 au moyen d'une presse rapide avant l'étape de 25 formage à chaud proprement dite. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'estampage (3) est réalisé par une surface d'estampage et/ou par une bague d'estampage durant l'étape de formage à chaud dans les zones de bord (2, 7).