Brevet FR2905291A1 — publié le 20080307

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE PIECE STRUCTURELLE EN TOLE POUR VEHICULES AUTOMOBILES La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'une pièce structurelle en tôle pour véhicules automobiles, à partir d'une platine, laquelle platine est déformée dans un outil de formage, pour obtenir ladite pièce structurelle en tôle. Au stadé actuel, lors de la production en série de pièces structurelles en tôle destinées à des véhicules automobiles, des pièces à profils relativement réguliers et à courbures faibles sont également mises en forme par matriçage ou étirées, avec ou sans supports de tôles. Ces conditions s'appliquent aussi bien à la mise en forme normale à froid ; qu'à la trempe par pressage desdites pièces, au cours de laquelle ces dernières sont mises en forme à chaud dans un outil réfrigéré, à des températures initiales excédant 900 C, et sont ensuite refroidies dans ledit outil, en étant ainsi trempées. La position des bords de découpe fluctue de manière relativement accentuée, du fait de la pénétration différente de la platine dans l'outil de formage, tributaire de nombreux paramètres, si bien qu'un découpage desdits bords est requis, après coup, pour la plupart des pièces structurelles. La position et la forme de trous déjà pratiqués dans ladite platine accusent elles aussi, de temps à autre, une fluctuation d'une ampleur telle qu'un perçage ultérieur devient nécessaire dans la plupart des cas. Un découpage et un perçage ultérieurs sont toutefois désavantageux, notamment en présence de pièces structurelles mises en forme à chaud et trempées par pressage. En premier lieu, cela exige une intervention supplémentaire qui, cependant, ne peut pas être aisément intégrée dans le processus de fabrication, en particulier dans le cas de pièces trempées mises en forme à chaud. Le découpage mécanique des tôles trempées est, par ailleurs, synonyme d'exigences très sévères imposées aux outils et aux machines, et se solde par une forte usure de l'outillage. En outre, la découpe réclame toujours un ajout de matière. De surcroît, les potentialités techniques et économiques du découpage mécanique sont restreintes par l'épaisseur des tôles et par le tracé des bords de découpe. Au-delà de telles limites, la séparation doit être effectuée thermiquement en recourant, par exemple, à la découpe au laser. Enfin, suite aux microfissures, entailles et consolidations découlant des opérations de 2905291 2 sectionnement, des bords découpés tant mécaniquement, que thermiquement, présentent de moins bonnes propriétés de robustesse et sont sujets à la rupture. En conséquence, la présente invention a pour objet de fournir un procédé de fabrication d'une pièce structurelle en tôle pour véhicules automobiles, à partir 5 d'une platine, dans lequel un découpage et/ou un perçage ultérieur(s) ne s'avère(nt) plus nécessaire(s). Conformément à l'invention, pour produire une pièce structurelle en tôle, une platine en tôle est tout d'abord engagée dans un outil de formage, par des côtés longitudinaux mutuellement opposés, entre des mâchoires de formage inférieures 10 extérieures. Dans l'enchaînement, lesdites mâchoires inférieures extérieures sont déplacées les unes vers les autres, et ladite platine est enserrée. A cette fin, lesdites mâchoires inférieures extérieures sont animées d'un mouvement uniforme vers l'intérieur, par l'intermédiaire de coulisseaux ou de servo-entraînements respectivement hydrauliques ou électriques, de telle sorte que la platine soit 15 consignée à demeure entre lesdites mâchoires inférieures extérieures. L'outil de formage comprend, en outre, des mâchoires de formage supérieures extérieures. Ces dernières sont amenées dans leur position de fermeture, et les côtés longitudinaux de la platine sont verrouillés à demeure entre lesdites mâchoires de formage supérieures extérieures et les mâchoires de formage 20 inférieures extérieures. Lesdites mâchoires supérieures extérieures coincent respectivement la platine ou les côtés longitudinaux de cette dernière, entre elles-mêmes et lesdites mâchoires inférieures extérieures, avec positionnement précis et avec fermeté, de manière que ladite platine soit immobilisée au cours de la mise en forme. 25 Les mâchoires de formage extérieures, ainsi qu'un outil de pressage interposé entre celles-ci, sont ensuite animés d'un mouvement relatif de rapprochement, puis la pièce structurelle en tôle est mise définitivement en forme. La platine est alors déformée tout autour du poinçon de l'outil de pressage. Il est tenu compte de l'apparition entre les éléments de formage, au cours du processus de mise 30 en forme, d'un excédent de matière éliminé au stade de l'usinage définitif de la pièce. L'on obtient une pièce structurelle en tôle à régions marginales longitudinales bien définies, de haute qualité. Un sectionnement après coup de ladite pièce le long des côtés longitudinaux, voire également un perçage après coup, ne 35 sont plus requis. Qui plus est, le mode opératoire conforme à l'invention n'implique qu'un très faible mouvement relatif entre la platine et les éléments opérants de l'outil 2905291 de formage. Cela permet de réduire fortement l'usure de l'outillage, la striation, l'abrasion d'un revêtement, ainsi que l'accumulation et le dépôt de ce dernier dans l'outil. Le procédé conforme à l'invention supprime pareillement l'interstice de formage qui, sinon, est nécessaire au cours de l'étirage et de la mise en forme par 5 matriçage. Cela permet également d'éviter les inconvénients qui en découlent, tels que la présence d'air entre le poinçon et la matrice, de même que le moins bon contact que cela implique entre la tôle et un outil se refroidissant. Lors de la mise en forme à froid d'aciers de haute résistance, il est particulièrement avantageux qu'il ne se produise aucune "cambrure" et que le retour élastique du profilé puisse être Io compensé, de manière relativement simple, par flexion additionnelle. Le procédé conforme à l'invention permet concrètement d'obtenir de très petits rayons de pièces structurelles, au premier chef lors de la mise en forme à chaud. En conséquence, cela autorise une meilleure exploitation de l'espace disponible, ainsi qu'une économie de matière, et donc une diminution du poids du 15 véhicule. En outre, à l'inverse de l'étirage et de la mise en forme par matriçage de type habituel, le procédé conforme à l'invention permet également de fabriquer en une intervention, sans complexité supplémentaire, des pièces structurelles en tôle contre-dépouillées pouvant être déchaussées, par le poinçon, dans les limites de leur 20 élasticité. L'extraction définitive de pièces faiblement contre-dépouillées a lieu par simple flexion dans la plage d'élasticité. En présence de contre-dépouilles plus accentuées, il suffit d'équiper le poinçon d'un mécanisme d'extraction, par exemple d'un "coulisseau de débourrage". Au stade de l'enserrement de la platine dans les mâchoires de formage 25 inférieures extérieures, ladite platine peut venir se plaquer contre des butées situées dans lesdites mâchoires inférieures. Dans le cas où une plus grande importance est accordée à la position de trous pratiqués dans la platine, ces trous sont engagés en premier et ladite platine est consignée à demeure, par lesdits trous, sur des broches réceptrices implantées dans lesdites mâchoires inférieures. 30 Avant ou pendant la première phase de la mise en forme proprement dite, (étape d) du procédé) une région centrale de la platine peut être enserrée dans l'outil de pressage. Lors du processus de mise en forme, les mâchoires de formage extérieures, c'est-à-dire les mâchoires inférieures et supérieures, sont de préférence 35 animées d'un mouvement conjoint en direction de l'outil de pressage, et verticalement par rapport à celui-ci. Lesdites mâchoires inférieures et supérieures 2905291 sont ainsi mutuellement verrouillées. Le mouvement desdites mâchoires extérieures peut avoir lieu sur au moins une piste curviligne. En outre, il est possible que le mouvement de fermeture desdites mâchoires de formage extérieures soit engendré au moyen de coulisses de coincement, et s'opère le long d'une ligne droite. En outre, la 5 pièce structurelle en tôle peut être étirée au stade du formage définitif. Dans le procédé conforme à l'invention, la pièce structurelle en tôle peut être mise en forme tant à chaud, qu'à froid. Lors de la mise en forme à chaud, il est avantageusement procédé à une trempe au moins partielle de ladite pièce dans l'outil de formage. 10 L'invention va à présent être décrite plus en détail, à titre d'exemples nullement limitatifs, en regard des dessins annexés sur lesquels : les figures 1 à 7 montrent le processus de mise en forme d'une platine en tôle d'acier dans un moule de formage, à différents stades opératoires ; et la figure 8 permet de commenter une variante du procédé conforme à 15 l'invention. Le processus de mise en forme est exécuté dans un outil de formage 1, dont seule la moitié de droite est respectivement illustrée sur les figures 1 à 7. Ledit outil 1 peut se présenter aussi bien comme un outil de formage à froid, que comme un outil de formage à chaud à refroidissement intégré. 20 L'outil de formage 1 comprend un outil de pressage 2 englobant un poinçon inférieur 3 et un presse-tôle supérieur 4, ainsi que des mâchoires de formage 5 inférieures extérieures et des mâchoires de formage 6 supérieures extérieures. En position initiale, lorsque l'outil 1 est ouvert, lesdites mâchoires 5 et 6 sont espacées d'une distance a vis-à-vis de l'outil 2. 25 Pour produire une pièce structurelle en tôle, une platine 7 est déposée, par ses côtés longitudinaux 8, entre des butées 9 du type épaulement façonnées dans les mâchoires de formage 5 inférieures extérieures (figure 1). Lesdits côtés longitudinaux 8 délimitent respectivement, au stade ultérieur, le profil de découpe ou les arêtes longitudinales de la pièce structurelle achevée. Pour le cas où il convient 30 de respecter avec précision, vis-à-vis de la future pièce structurelle, la position géométrique de trous préalablement pratiqués dans la platine 7, ces trous sont reçus en premier et sont arrêtés sur des broches réceptrices 10 situées dans les mâchoires inférieures 5 (comme illustré sur la figure 2). Par l'intermédiaire de coulisseaux, ou de sel-vo-entraînements 11 35 respectivement hydrauliques ou électriques, les mâchoires de formage 5 inférieures extérieures sont ensuite animées d'un mouvement uniforme vers l'intérieur, de façon 2905291 5 telle que la platine 7 soit respectivement coincée entre les butées 9, ou consignée à demeure au moyen des broches réceptrices 10 logées dans les trous. Pour obtenir une mise en butée ferme (par exemple un contact à plat), il convient alors de prendre délibérément en compte un léger bombement de la tôle vers l'extérieur, ce qui est 5 mis en lumière par la figure 2. Lors de l'étape opératoire suivante (voir, à cette fin, la figure 3), les mâchoires de formage 6 supérieures extérieures sont amenées dans leur position fermée, et les côtés longitudinaux 8 de la platine 7 sont verrouillés à demeure entre lesdites mâchoires 6 et les mâchoires de formage 5 inférieures extérieures. Les lo mâchoires supérieures 6 coincent les côtés longitudinaux 8 de la platine 7 entre elles-mêmes et les mâchoires inférieures 5, avec positionnement précis et avec un serrage interdisant un déplacement de ladite platine 7 au cours du processus de mise en forme. Avant ou pendant la première phase de la mise en forme proprement dite, 15 une région centrale 12 de la platine 7 est enserrée entre le poinçon 3 et le presse-tôle 4 de l'outil de pressage. Au cours du mouvement de fermeture, les mâchoires de formage extérieures 5 et 6 sont animées d'un mouvement vertical vers l'intérieur en direction de l'outil de pressage 2 et avec diminution de la distance a, en mode mécanique 20 recourant par exemple à des pistes curvilignes 13 (telles qu'illustrées sur la figure 4), à des plans inclinés et configurations similaires, ou bien au moyen d'entraînements respectivement hydrauliques ou électriques, de façon telle qu'aucun mouvement relatif n'ait lieu entre la platine 7 et lesdites mâchoires 5, 6 et qu'il apparaisse, tout au plus, un faible excédent de matière dans des régions libres non enserrées 14 de 25 ladite platine 7. Les mâchoires supérieures 6 sont alors respectivement verrouillées ou accouplées avec les mâchoires inférieures 5, par concordance de formes ou par frottement, de telle sorte qu'elles se meuvent vers l'intérieur avec lesdites mâchoires inférieures 5, ce qui gouverne un synchronisme entre les mâchoires extérieures 5 et 6. Si besoin est, ce mouvement peut également être généré ou assisté par des servoentraînements distincts. Au stade de la mise en forme, la platine 7 est coudée (figure 5) par l'intermédiaire de rayons de formage 15 façonnés sur le poinçon 3 et de rayons de formage 16 façonnés sur les mâchoires de formage 6 supérieures extérieures, sans mouvements relatifs notables entre ladite platine 7 et, respectivement, ledit poinçon 3 35 ou lesdites mâchoires 6 supérieures extérieures. 2905291 6 Les mâchoires de formage extérieures 5 et 6 atteignent leur position extrême horizontale (figure 6) peu avant le point inférieur d'inversion de l'outil de formage 1, si bien que la platine 7, respectivement une pièce structurelle 17 en tôle obtenue à partir de cette dernière, est étirée (flèche P) par l'intermédiaire du poinçon 5 3 et déformée (figure 7) lors de la poursuite du mouvement de fermeture. L'étirage plus ou moins accentué de la matière, ainsi provoqué, permet de compenser d'éventuelles fluctuations dimensionnelles de la platine, de même que des écarts vis-à-vis de la géométrie de consigne, résultant d'une usure de l'outillage ou d'autres causes. L'on obtient une pièce 17 structurelle en tôle de haute qualité offrant, fo respectivement, des côtés longitudinaux ou des arêtes bien défini(e)s. Une découpe ultérieure de la pièce 17 le long des côtés longitudinaux n'est pas nécessaire. L'emplacement de zones préperforées de la platine 7 est fidèlement respecté vis-à-vis de la pièce 17 achevée. Une variante du procédé conforme à l'invention est commentée en faisant 15 renvoi à la figure 8. Seule est également illustrée, sur la figure 8, la moitié de droite d'un outil de formage 18. Ledit outil 18 comprend, là encore, un outil de pressage 2 englobant un poinçon inférieur 3 et un presse-tôle supérieur 4, ainsi que des mâchoires de formage 5 inférieures extérieures et des mâchoires de formage 6 supérieures extérieures. 20 La platine 7 est engagée et enserrée, par ses côtés longitudinaux 8, entre des butées 9 façonnées dans les mâchoires de formage 5 inférieures extérieures, et est bloquée à demeure au moyen des mâchoires de formage 6 supérieures extérieures. Dans l'enchaînement, lesdites mâchoires extérieures 5 et 6 sont animées d'un mouvement en direction de l'outil de pressage 2, et verticalement par rapport à ce 25 dernier. Cette opération est effectuée au moyen de coulisses de coincement 19 le long d'un guide rectiligne 20, sur une ligne droite 21 s'étendant à l'oblique. Sur la figure 8, le mouvement horizontal général et le mouvement vertical sont respectivement symbolisés par une flèche H et par une flèche V. Le mouvement linéaire descendant des mâchoires extérieures 5 et 6 sur la droite 21, s'opérant au 30 moyen des coulisses 19, est symbolisé par une flèche L. A l'inverse du mode opératoire décrit à l'appui des figures 1 à 7, la platine 7 n'est pas enserrée entre le poinçon 3 et le presse-tôle 4 au cours du processus de mise en forme. Lors du mouvement de fermeture des mâchoires de formage extérieures 5 et 6, ladite platine 7 se bombe vers le haut et est ensuite amenée au 35 moyen des mâchoires extérieures 5 et 6, par l'intermédiaire du poinçon 3, à la forme définitive de la pièce structurelle en tôle, en englobant un processus d'étirage 2905291 7 éventuellement nécessaire. Il peut apparaître au cours du processus de mise en forme, entre les éléments de formage matérialisés par les mâchoires 5, 6 et par le poinçon 3, un excédent de matière qui est éliminé au stade de l'usinage définitif de la pièce structurelle en tôle. 5 Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. Liste des références numériques 1 outil de formage 10 2 outil de pressage 3 poinçon 4 presse-tôle 5 mâchoire de formage inférieure extérieure 6 mâchoire de formage supérieure extérieure 15 7 platine 8 côté longitudinal 9 butée 10 broche réceptrice 11 servo-entraînement 20 12 région centrale de 1 13 piste curviligne 14 région de 1 à débordement libre 15 rayon de formage 16 rayon de formage 25 17 pièce structurelle en tôle 18 outil de formage 19 coulisse de coincement 20 guide rectiligne 21 ligne droite 30 a distance P flèche H flèche V flèche 35 L flèche REVENDICATIONS - 1. Procédé de fabrication d'une pièce structurelle en tôle pour véhicules automobiles, à partir d'une platine (7), laquelle platine (7) est déformée dans un outil de formage (1), pour obtenir ladite pièce structurelle (17) en tôle, procédé caractérisé par les étapes suivantes : a) la platine (7) est engagée, par des côtés longitudinaux (8) mutuellement opposés, entre des mâchoires de formage (5) inférieures extérieures, lesdites mâchoires inférieures extérieures (5) sont déplacées les unes vers les autres, et la platine (7) est enserrée, c) des mâchoires de formage (6) supérieures extérieures sont amenées dans leur position de fermeture, et les côtés longitudinaux (8) de la platine (7) sont verrouillés à demeure entre les mâchoires de formage inférieures extérieures (5) et les mâchoires de formage supérieures extérieures (6), d) les mâchoires extérieures (5 et 6) et un outil de pressage (2) sont animés d'un mouvement relatif de rapprochement, e) la pièce structurelle (17) en tôle est mise définitivement en forme. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une région centrale (12) de la platine (7) est enserrée dans l'outil de pressage (2) au cours de l'étape opératoire d). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la platine (7) vient se plaquer contre des butées (9) façonnées dans les mâchoires de formage (5) inférieures extérieures. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la platine (7) est consignée à demeure sur des broches réceptrices (10) situées dans les mâchoires de formage (5) inférieures extérieures. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les mâchoires de formage extérieures (5 et 6) sont mises en mouvement en direction de l'outil de pressage (2), et verticalement par rapport à celui-ci. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les mâchoires de formage extérieures (5 et 6) sont mises en mouvement sur au moins une piste curviligne (13). 7. Procédé selon la revendication caractérisé par le fait que les mâchoires de formage extérieures (5 et 6) sont mises en mouvement le long d'une ligne droite (21). 2905291 9 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la pièce structurelle (17) en tôle est étirée au stade du formage définitif. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que les mâchoires de formage (5) inférieures extérieures et les mâchoires de 5 formage (6) supérieures extérieures sont verrouillées les unes aux autres. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que la pièce structurelle (17) en tôle est mise en forme à chaud dans l'outil de formage (1), et est au moins partiellement trempée. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé 10 par le fait que la pièce structurelle (17) en tôle est mise en forme à froid dans l'outil de formage (1).