Brevet FR2934900A1 — publié le 20100212

METHODE ET DISPOSITIF D'ANALYSE DES PROCEDES DE FABRICATION DE PIECES, PAR FORMAGE DE MATERIAUX, ET DE CARACTERISATION DE CES MATERIAUX DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne une méthode permettant d'analyser des procédés de fabrication de pièces, pour formage de matériaux, et de caractériser les matériaux qui sont générés pendant la fabrication des pièces. Elle concerne en outre un dispositif pour 10 la mise en oeuvre de cette méthode. Par � formage � (en anglais, � forming �), d'un matériau, on entend la mise en forme du matériau, c'est-à-dire l'imposition d'une forme à ce matériau. L'invention s'applique aux techniques de 15 formage, en particulier l'emboutissage (en anglais, � stamping �). La forme à donner aux pièces considérées peut être quelconque. En outre, ces pièces peuvent être faites de toutes sortes de matériaux, notamment des 20 matériaux composites, plastiques ou métalliques. Il est important de comprendre les phénomènes physiques qui ont lieu pendant qu'un procédé de fabrication de pièces, par formage d'un matériau, est mis en oeuvre, 25 - d'analyser ce procédé pour maîtriser les paramètres qui le régissent, notamment les paramètres d'entrée (respectivement de sortie), avant, pendant, après le formage, - d'étudier le comportement du matériau pendant l'étape de formage, ainsi que les caractéristiques finales de ce matériau. Ces études permettent - d'optimiser le procédé, c'est-à-dire de choisir les paramètres de ce procédé en fonction de la qualité souhaitée pour les pièces fabriquées par le procédé, et - de connaître les propriétés du matériau constituant les pièces fabriquées. On est alors capable de - maîtriser l'évolution de la famille des procédés de fabrication, - maîtriser l'application de tels procédés à d'autres familles de pièces, composées d'autres matériaux et/ou ayant d'autres géométries, et réduire les coûts et temps de développement des gammes de fabrication. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Tout au plus il existe des bancs d'essai de formage, notamment des bancs d'essai d'emboutissage, permettant seulement d'obtenir, d'une part, des représentations du déplacement du poinçon (en anglais, � punch �) utilisé et, d'autre part, des pressions du vérin (en anglais, � cylinder � ou � jack � ) et des serre-flans (en anglais, � blank holders �) associés. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention a pour but de combler cette lacune. De façon précise, la présente invention a pour objet une méthode pour analyser un procédé de fabrication de pièces par formage, en particulier par emboutissage, d'au moins un matériau, en particulier un matériau composite, et pour caractériser le matériau, la méthode étant caractérisée par le fait que : - on mesure au moins l'un des paramètres du procédé et l'une des propriétés du matériau en fonction du temps, avant, pendant et après la mise en oeuvre du procédé, et on traite les informations ainsi acquises, en vue d'optimiser le procédé et/ou de connaître les propriétés du matériau. Selon un mode de réalisation préféré de cette méthode, dans le cas où le formage du matériau utilise un outillage comprenant un poinçon, les paramètres du procédé comprennent le déplacement du poinçon, la température du matériau et la température du poinçon. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, dans le cas où l'outillage comprend en outre un premier vérin pour déplacer le poinçon, des serre-flans pour empêcher des déplacements latéraux du matériau pendant l'application du poinçon au matériau, des deuxièmes vérins pour déplacer les serre-flans et un dispositif pour maintenir le matériau en tension, et les paramètres du procédé comprennent en outre la 3 4 pression du premier vérin, les pressions respectives des deuxièmes vérins, la température du premier vérin, les températures respectives des serres-flans, les températures respectives des deuxièmes vérins et la tension du matériau. Dans la présente invention, on peut mesurer l'une des propriétés du matériau par une méthode avec contact, notamment au moyen de capteurs tactiles, ou par une méthode de mesure sans contact, notamment une méthode de mesure optique, une méthode de mesure par ultrasons ou une méthode de mesure par laser. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la méthode de mesure optique utilise au moins une caméra. De préférence, la méthode de mesure optique utilise deux caméras, pour faire des mesures en trois dimensions. Les informations acquises grâce aux mesures peuvent être traitées en temps réel ou en temps différé. La présente invention concerne aussi un dispositif pour analyser un procédé de fabrication de pièces par formage, en particulier par emboutissage, d'au moins un matériau, en particulier un matériau composite, et pour caractériser le matériau, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend : - des moyens de mesure de paramètres du procédé et des moyens de mesure de propriétés du matériau en fonction du temps, avant, pendant et après la mise en oeuvre du procédé, et - des moyens de traitement des informations ainsi acquises, en vue d'optimiser le procédé et/ou de connaître les propriétés du matériau. 5 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence à la figure unique annexée, qui est une vue en coupe schématique d'une installation permettant de fabriquer des pièces par formage, cette installation étant munie de caméras et de divers capteurs permettant de mettre en oeuvre une méthode conforme à l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Dans l'exemple schématiquement représenté sur cette figure, on voit donc une installation permettant la mise en oeuvre d'un procédé de fabrication de pièces par formage, à partir d'un matériau 2 à l'état initial. Dans cet exemple, le matériau 2 est constitué d'un matériau composite. L'outillage nécessaire à la mise en oeuvre de ce procédé d'emboutissage est connu et l'on a simplement représenté, sur la figure, quelques éléments de cet outillage, à savoir : - un poinçon 4 ayant la forme que l'on veut donner au matériau 2 dans son état initial, 6 une matrice 6 qui est pourvue d'une ouverture 8 dans l'exemple considéré, le matériau étant compris entre le poinçon et la matrice et reposant sur un support (non représenté), - un vérin 10 pour déplacer le poinçon vers le matériau 2 suivant une flèche 12 (orientée vers la matrice 6), - des serre-flans 14 pour empêcher des déplacements latéraux du matériau pendant l'application du poinçon 4 à ce dernier, - des vérins 16 pour déplacer les serre-flans, et - éventuellement, un dispositif symbolisé par des flèches 18, destiné à maintenir le matériau en tension. Dans l'exemple, pour mettre en oeuvre la présente invention, on mesure un ou plusieurs des paramètres du procédé d'emboutissage et une ou plusieurs propriétés du matériau 2 en fonction du temps, avant, pendant et après la mise en oeuvre du procédé (et donc en temps réel), et l'on traite les informations ainsi acquises au sujet du procédé et du matériau, en vue d'optimiser le procédé et/ou de connaître les propriétés du matériau. Les paramètres du procédé d'emboutissage comprennent le déplacement du poinçon 4, la vitesse de déplacement de ce dernier (cette vitesse étant déductible du déplacement que l'on mesure en fonction du temps), la température du matériau 2, la température du poinçon, la pression du vérin 10 associé au poinçon, les pressions respectives des vérins 16 associés aux 7 serre-flans 14, la température du vérin 10, les températures respectives des serre-flans 14, les températures respectives des vérins associés 16, et les tensions appliquées par le dispositif 18. Les propriétés du matériau peuvent être mesurées par une méthode avec contact ou par une méthode sans contact, comme on l'a vu plus haut. Dans l'exemple, on utilise une méthode de mesure optique. Pour la mise en oeuvre de cette méthode, on pourrait utiliser une seule caméra mais on préfère utiliser deux caméras 19 et 20 pour faire des mesures en trois dimensions. Ces caméras observent le matériau à travers l'ouverture 8 de la matrice 6 puis observent directement le matériau après que celui-ci a émergé de cette ouverture sous l'effet de la déformation causée par le poinçon 4. Il convient de noter que les caméras permettent une observation continue dans le temps et en tout point du matériau (se trouvant dans le champ des caméras). En outre, pour mesurer le ou les paramètres d'emboutissage souhaités, on prévoit un ou des capteurs correspondants dans l'installation représentée. Ainsi, pour mesurer le déplacement du poinçon 4, la température du matériau 2, la température du poinçon 4, la pression du vérin 10, les pressions respectives des vérins 16, la température du vérin 10, les températures respectives des serre-flans 14 et les températures respectives des vérins 16, on intègre respectivement un capteur de déplacement 21 au vérin 10, un capteur de température 22 au matériau composite 8 2, un capteur de température 24 au poinçon, un capteur de pression 26 au vérin 10, des capteurs de pression 28 aux vérins 16, un capteur de température 30 au vérin 10, des capteurs de température 32 aux serre-flans 14 et des capteurs de température 34 aux vérins 16. Sur la figure, tous les capteurs sont représentés mais, comme on l'a vu, dans une installation conforme à l'invention, seuls ceux dont on a besoin sont intégrés aux outils. On précise qu'un avantage de l'invention réside dans le fait qu'elle peut être mise en oeuvre même si l'on doit maintenir le matériau en tension. Alors, il est même possible de prendre en compte la tension du matériau en tant que paramètre de procédé. Le dispositif 18, qui fait alors partie de l'exemple, peut comporter un capteur sur lequel la mesure de la tension s'effectue. Le traitement des informations acquises grâce aux caméras 19, 20 et au(x) capteur(s) utilisé(s), à savoir tout ou partie des capteurs 21, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, est effectué par un ordinateur 36 qui reçoit les signaux fournis par les caméras et le ou les capteurs. Cet ordinateur 36 est muni de moyens 38 de visualisation des résultats obtenus par le traitement. Ce traitement peut être effectué en temps réel (en même temps que l'acquisition des mesures) ou en temps différé (après leur acquisition). Toutes les mesures effectuées, mentionnées 30 plus haut, permettent notamment de connaître et de 9 modifier les paramètres du procédé de fabrication considéré, et ce en temps réel ou a posteriori. Elles permettent en outre de comprendre les phénomènes physiques qui ont lieu pendant la fabrication et aussi de connaître les propriétés du matériau, c'est-à-dire de caractériser ce matériau, et d'en modifier les propriétés, en vue d'optimiser le procédé de fabrication ainsi que le matériau. De plus, l'invention n'est pas limitée à l'emboutissage de pièces faites d'un ou plusieurs matériaux composites. Elle s'applique aussi à l'emboutissage de pièces métalliques telles que des tôles. On précise que l'un des avantages de l'invention réside dans le fait qu'elle peut être mise en oeuvre non seulement dans le cas d'un emboutissage vertical ascendant, comme le montre la figure, mais encore dans le cas d'un emboutissage descendant. En outre, l'invention ne s'applique pas uniquement aux procédés d'emboutissage : elle s'applique à d'autres procédés de formage de pièces (faites de matériaux composites ou d'autres matériaux), tels que l'estampage. Il convient de noter que les mesures peuvent être faites de façon discrète (c'est-à-dire discontinue) ou continue dans l'invention. Il est même possible d'interrompre le procédé de formage, pour en analyser une étape intermédiaire, puis de reprendre le procédé après cette analyse. Revenons sur le traitement des informations acquises conformément à l'invention. Ce traitement est 10 destiné à quantifier le comportement du matériau soumis au formage et l'influence des paramètres du procédé sur ce comportement. Le comportement ainsi quantifié peut être local ou global ou à la fois local et global. Par � comportement global �, on entend d'une part la forme globale de la pièce obtenue, qui est visible à l'oeil nu, et notamment les dimensions de la pièce à un instant donné, et d'autre part les défauts de forme de la pièce. Par � comportement local �, on entend la structure du matériau et les défauts de celui-ci, qui sont invisibles à l'oeil nu. Le traitement des informations est alors prévu pour rendre ces défauts accessibles ou compréhensibles. A titre d'exemple, on mesure le déplacement d'un point du matériau lors du formage. A partir de ce déplacement mesuré, on calcule la déformation locale, par exemple la déformation des mèches dans le cas d'un matériau composite, ou la déformation globale. On peut ainsi caractériser les défauts de la pièce obtenue par formage à partir des mesures effectuées. Egalement à titre d'exemple, conformément à l'invention, on peut mesurer des déformations et des pressions. Le traitement peut alors consister à tracer des courbes de variation des déformations en fonction des pressions mesurées. On peut alors optimiser les paramètres du procédé de formage de façon à obtenir, par exemple, des pièces d'une qualité aussi bonne que possible ou un procédé de formage aussi rapide que possible. REVENDICATIONS1. Méthode pour analyser un procédé de fabrication de pièces (2) par formage, en particulier par emboutissage, d'au moins un matériau, en particulier un matériau composite, et pour caractériser le matériau, la méthode étant caractérisée par le fait que : - on mesure au moins l'un des paramètres du procédé et l'une des propriétés du matériau en fonction du temps, avant, pendant et après la mise en oeuvre du procédé, et on traite les informations ainsi acquises, en vue d'optimiser le procédé et/ou de connaître les propriétés du matériau. 2. Méthode selon la revendication 1, dans laquelle le formage du matériau utilise un outillage comprenant un poinçon (4), et les paramètres du procédé comprennent le déplacement du poinçon, la température du matériau et la température du poinçon. 3. Méthode selon la revendication 2, dans laquelle l'outillage comprend en outre un premier vérin (10) pour déplacer le poinçon (4), des serre-flans (14) pour empêcher des déplacements latéraux du matériau pendant l'application du poinçon au matériau, des deuxièmes vérins (16) pour déplacer les serre-flans et un dispositif (18) pour maintenir le matériau en tension, et les paramètres du procédé comprennent en 12 outre la pression du premier vérin, les pressions respectives des deuxièmes vérins, la température du premier vérin, les températures respectives des serres-flans, les températures respectives des deuxièmes vérins et la tension du matériau. 4. Méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle l'une des propriétés du matériau est mesurée par une méthode avec contact, notamment au moyen de capteurs tactiles. 5. Méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle l'une des propriétés du matériau est mesurée par une méthode sans contact, notamment une méthode de mesure optique, une méthode de mesure par ultrasons ou une méthode de mesure par laser. 6. Méthode selon la revendication 5, dans laquelle la méthode de mesure optique utilise deux caméras (19, 20), pour faire des mesures en trois dimensions. 7. Méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle les informations sont traitées en temps réel. 8. Méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle les informations sont traitées en temps différé. 13 9. Dispositif pour analyser un procédé de fabrication de pièces par formage, en particulier par emboutissage, d'au moins un matériau, en particulier un matériau composite, et pour caractériser le matériau, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend : - des moyens de mesure de paramètres du procédé et des moyens de mesure de propriétés du matériau en fonction du temps, avant, pendant et après la mise en oeuvre du procédé, et - des moyens de traitement des informations ainsi acquises, en vue d'optimiser le procédé et/ou de connaître les propriétés du matériau.15