Brevet FR2938787A1 — publié le 20100528

Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte à un dispositif de compression et son procédé de fabrication. En particulier, la présente invention concerne un outillage de 5 compression pour pièces de grandes dimensions, telles que des peaux de hayons et des caissons de hayons automobiles. Etat de la technique Les outillages de compression connus sont des outillages constitués d'au moins deux parties d'outillage animées d'un mouvement 10 relatif l'une par rapport à l'autre et aptes à délimiter, en position fermée, une cavité de moulage. Dans une conception usuelle, ces deux parties principales, qui sont communément nommées poinçon et empreinte, assurent la totalité des fonctions de centrage, de guidage, d'appui, de maintien, de manutention, et toutes autres fonctions mécaniques 15 nécessaires à l'utilisation de l'outillage en production suivant les règles de l'art. L'intégration de ces différentes fonctions détermine les dimensions minimales que doivent posséder les susdits poinçon et empreinte. Ces outillages ont une température de fonctionnement approximative de 120° avec des zones pouvant atteindre 160°. De ce fait, 20 ces outillages sont dotés d'une isolation thermique extérieure visant à limiter les déperditions de chaleur et à éviter tout risque de brûlure de l'opérateur. Les inconvénients de ce type de conception sont le dimensionnement important des deux principaux blocs que sont le 25 poinçon et l'empreinte, le poids élevé de l'outillage, la longue durée des phases d'usinage, et la perte de matière usinée. En effet ces blocs sont fabriqués dans des aciers spéciaux de haute qualité, communément appelés aciers à outils, qui représentent une part très importante du coût de l'outillage et possèdent des caractéristiques mécaniques élevées 30 induisant de fortes difficultés lors du processus de fabrication. Résumé de l'invention Un problème que la présente invention propose de résoudre est de fournir un dispositif de compression qui ne présente pas au moins certains des inconvénients précités de l'art antérieur. En particulier, un 35 but de la présente invention est de proposer un outillage de compression, notamment pour le moulage de pièces de grandes dimensions, dans 2 lequel les dimensions et la masse du poinçon et de l'empreinte en acier à outils à hautes caractéristiques mécaniques sont réduites. La solution proposée par l'invention est un dispositif de compression comprenant un poinçon et une empreinte aptes à se déplacer l'un par rapport à l'autre de manière à délimiter, dans une position fermée, une cavité de moulage, le poinçon et l'empreinte étant réalisés en acier à outils, caractérisé par le fait qu'il comprend un porte-poinçon et un porte-empreinte en fonte reliés respectivement au poinçon et à l'empreinte, le porte-poinçon et le porte-empreinte entourant le poinçon et l'empreinte dans ladite position fermée. Grâce à ces caractéristiques, les fonctionnalités du dispositif de compression peuvent être réparties entre d'une part l'empreinte et le poinçon, et d'autre part le porte-empreinte et le porte-poinçon. Par exemple, l'empreinte et le poinçon assurent le vide d'air de la cavité de moulage et son étanchéité, le vide d'air de chambres de compression, et le centrage empreinte/poinçon. Le porte-empreinte et le porte-poinçon assurent les autres fonctions : les fonctions de centrage, en particulier le recentrage entre les deux composantes de l'outillage dont le poinçon et l'empreinte sont chacun le principal élément et le centrage de l'outillage sur la presse, la fonction de guidage lors des mouvements relatifs entre ces deux composantes de l'outillage nécessaires au moulage et au démoulage des pièces fabriquées, la fonction de maintien et de tenue à la compression sous les efforts de pression exercés par la presse, la fonction de manutention/levage nécessaire au transport de l'outillage. Cette répartition des fonctions permet d'obtenir de nombreux avantages : - La réduction du poids total de l'outillage sans altérer ses capacités mécaniques en terme de résistance mécanique, de longévité, ou autre. La limitation au juste nécessaire du volume d'acier à outil permet d'approvisionner des blocs poinçon et empreinte aux cubages fortement inférieurs à ceux d'un outillage de compression traditionnelle. Les fonctions autres que celles justes nécessaires à la partie moulante, et auparavant assurées par ces mêmes blocs, sont reportées sur des blocs porte-empreinte et porte-poinçon issus de fonderie, désignés ci-après par le nom générique de frette fonte. Le gain total de masse est effectué sur deux points : la densité des 3 matières et la conception de frette en fonte. Le premier point concerne la différence importante de densité entre l'acier à outil et la fonte. A volume égal de l'outillage de compression, la forte diminution du volume d'acier à outil utilisé provoque une diminution nette de la masse. Le deuxième point est apporté par le procédé de mise en forme induit par la réalisation d'une pièce de fonderie, à savoir un processus par coulée de matière dans une cavité possédant la forme de la pièce à obtenir. Grâce à ce principe de fabrication, le concepteur est capable de définir une forme de pièce optimisée suivant les fonctions à assurer. D'un point de vue pratique, de nombreuses zones fonctionnellement et structurellement sans valeur ajoutée peuvent être évidées. Ceci est réalisable sans surcoût, contrairement à un bloc d'acier délivré sous une forme prismatique et dans lequel chaque évidemment doit être réalisé par enlèvement mécanique de matière, le plus souvent par usinage. La présence de telles zones évidées issue de la coulée dans la frette fonte représente un gain de masse important. - La diminution des coûts de matières premières nécessaires à l'obtention des outillages de compression. L'élaboration des aciers à outils dans lesquels seront taillés les blocs empreinte et poinçon requiert un haut niveau de technicité qui se traduit par un coût élevé d'approvisionnement. Comparativement, le coût de la matière première utilisée pour l'obtention d'une frette fonte et le coût de réalisation de la coulée sont nettement inférieurs, aspect renforcé par la diminution des volumes nécessaires. - L'augmentation de la maîtrise des températures de l'outillage, dont dépend la qualité des pièces qu'il doit produire. Le volume d'acier à outil devant être régulé thermiquement étant plus faible que celui d'un outillage traditionnel, l'inertie thermique est donc moins importante. Cela permet de mieux maîtriser la température de production des blocs réalisés d'acier à outil. - Une amélioration des conditions de sécurité lors de la réalisation et de l'utilisation des outillages de compression. Au niveau de la réalisation, une grande partie des opérations sur les outillages de compression traditionnels est réalisée sur les aciers à outils 4 poinçon et empreinte. Grâce à la présente invention, les opérations réalisées sur lesdits blocs empreinte et poinçon sont désormais répartis sur les frettes fontes porte poinçon et porte empreinte et les blocs poinçon / empreinte en acier noble : Le but ici atteint est la division du poids des morceaux en acier à outil sur les quatre nouveaux morceaux, ce qui permet de manipuler des blocs de plus faible masse, donc plus facilement, et donc de diminuer le risque lors des manoeuvres de manutention. - L'intégration dans le dispositif de compression de la notion de développement durable : la modularité induite par la présente invention, le dimensionnement utilisé et les matériaux choisis permettent une réutilisation pérenne des frettes fonte pour des outillages ultérieurs destinés à réaliser des pièces possédant des dimensions géométriques similaires. De préférence, le dispositif de compression comprend une première couche de matériau isolant agencée entre le poinçon et le porte-poinçon, et une deuxième couche de matériau isolant agencée entre l'empreinte et le porte-empreinte. Ainsi, l'invention permet de réaliser des économies d'énergie lors du fonctionnement de l'outillage, en conservant une isolation thermique des blocs d'acier à outils conforme aux impératifs client. Comme décrit précédemment le dimensionnement au juste nécessaire des blocs d'acier à outils par rapport à la cavité de moulage induit un volume de matière nettement inférieur à celui d'un outillage traditionnel. Par la présente invention, l'isolation thermique concerne donc un volume beaucoup moins important que le volume d'acier à outil d'un outillage traditionnel, ce qui limite les pertes de chaleur en production, à qualité d'isolation équivalente. Un autre avantage de ladite invention est la réduction de la quantité de chaleur nécessaire pour atteindre la température de mise en production, et donc une réduction du temps de mise en chauffe nécessaire à atteindre cette température de production. L'invention permet aussi une amélioration des conditions de sécurité lors de l'utilisation en production de l'outillage de compression. Les blocs d'aciers à outils sont d'abord isolés thermiquement puis sont ensuite positionnés dans les frettes fonte. Celles-ci constituent donc une enveloppe supplémentaire dont la surface extérieure conserve une température proche de la température ambiante. Le risque majeur lié aux hautes températures survenant lors d'un contact direct entre un opérateur et l'outillage est donc fortement atténué. Avantageusement, le dispositif de compression comprend des 5 moyens d'étanchéité agencés sur le poinçon et sur l'empreinte, à distance du porte-poinçon et du porte-empreinte. Ainsi, l'invention permet une l'optimisation du vide d'air nécessaire à l'obtention des pièces par le procédé de moulage dit de compression. Dans un outillage de compression traditionnel, l'étanchéité 10 nécessaire préliminaire à l'obtention d'un vide d'air est réalisée sur les flancs de chaque bloc d'acier à outil, c'est-à-dire au plus loin de la cavité moulante. Le volume soumis au vide d'air est donc très important. Grâce à la présente invention, la réalisation de l'étanchéité en périphérie des blocs d'acier à outil permet une localisation au plus près de la zone 15 moulante, et donc une nette diminution du volume concerné par le vide d'air. Le temps nécessaire à l'obtention du vide d'air est donc diminué. Un autre avantage de l'invention est la réduction des infiltrations d'air, directement proportionnelles à la longueur de joints assurant l'étanchéité. Le résultat obtenu est un gain de productivité réalisé durant la production 20 série de la pièce de grandes dimensions, lié à la diminution du temps nécessaire à l'obtention du vide et à la moindre capacité du moyen de réalisation du vide d'air nécessaire. De préférence, le poinçon et l'empreinte présentent chacun au moins un usinage de forme gauche. 25 Selon un mode de réalisation particulier, le poinçon est relié au porte-poinçon par des moyens de fixations qui sont fixés au poinçon et reliés de manière coulissante au porte-poinçon. L'empreinte peut aussi être reliée au porte-empreinte de cette manière. Grâce à ces caractéristiques, les moyens de fixation permettent de 30 maintenir en position les aciers à outils dans les frettes fontes à la température ambiante (transport, stockage, manutention...), à la température de production et en cas de dépassement de la température de production. Dans la phase de montée en température, le bloc d'acier à outil va se dilater, ce qui va provoquer un déplacement homothétique de 35 l'ensemble des fixations dans le plan du fond de chaque bloc d'acier à outil. Le coulissement des moyens de fixation permet d'autoriser ce déplacement. Selon un mode de réalisation particulier, le poinçon présente des lardons de centrage disposés en croix autour d'un simbleau de centrage, lesdits lardons de centrage et le simbleau de centrage coopérant avec des évidements prévu dans le porte-poinçon pour centrer le poinçon par rapport au porte-poinçon. Le centrage empreinte/porte-empreinte peut aussi être réalisé de manière similaire. Ce type de centrage permet d'admettre un déplacement homothétique lors des variations de température du poinçon. Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif de compression comprend un porte-éjection en fonte, comportant des moyens d'éjections aptes à éjecter une pièce moulée de la cavité de moulage. L'invention propose aussi un procédé de fabrication d'un dispositif de compression selon l'invention ci-dessus, comprenant le moulage du porte-poinçon et du porte-empreinte, et l'usinage du poinçon et de l'empreinte. Grâce à ces caractéristiques, l'invention permet de faciliter le processus de réalisation par un découpage et une simplification des opérations nécessaires, grâce à la modularité du dispositif de compression. Alors que sur un outillage traditionnel les principaux usinages sont répartis sur les deux blocs poinçon et empreinte, ces mêmes usinages sont répartis grâce à ladite invention sur quatre ou cinq blocs: les frettes fontes (porte-poinçon, porte-empreinte, porte-éjection), le poinçon et l'empreinte. Ce découpage respecte la séparation entre usinages mécaniques, à réaliser sur les frettes fonte, et les usinages de forme gauches, à réaliser sur le poinçon et l'empreinte. Un ordonnancement simultané des opérations d'usinage est alors possible. Le chemin critique de la planification, c'est-à-dire l'ordonnancement des opérations qui est temporellement incompressible, est donc réduit puisque que l'on passe par une division et une répartition de l'ordonnancement de l'ensemble des tâches à réaliser sur l'outillage. Une conséquence immédiate de l'invention est le raccourcissement du délai de fabrication de l'outillage de compression. Une autre conséquence du découpage en pièces à dominante usinages mécaniques et usinages de 7 formes gauches permet d'exploiter au mieux les moyens nécessaires à leur réalisation, communément désignés par le nom de machines-outils, pour lesquels les évolutions technologiques successives apportées par leurs fabricants ont provoqué une spécialisation de facto. Brève description des figures L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un dispositif de compression selon un mode de réalisation de l'invention, en position fermée, - la figure 2 est une vue en perspective du dispositif de 15 compression de la figure 1, - les figures 3 à 5 représentes des détails du dispositif de compression de la figure 1, - la figure 6 est une vue de dessous, en perspective, du poinçon du dispositif de compression de la figure 1, 20 - la figure 7 est une vue de dessous, en perspective, de l'empreinte du dispositif de compression de la figure 1, retournée par rapport au sens de la figure 1, - la figure 8 est une vue similaire à la figure 7, dans le sens inversé, 25 - les figures 9 et 10 sont des vues en perspective des moyens d'éjection du dispositif de la figure 1. Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention Le dispositif de compression 1 est destiné à la fabrication de pièce de grande dimension, par exemple des grandes pièces automobiles telles 30 que des peaux de hayon ou de coffre, des caissons de hayon ou de coffre ainsi que des pièces similaires. Le dispositif de compression 1 comprend un poinçon 2 et une empreinte 3, réalisés en acier à outils. Le poinçon 2 et l'empreinte 3 sont mobiles l'une par rapport à l'autre et délimitent, en position fermée telle 35 que représenté sur les figures 1 et 2, une cavité de moulage 4 de la pièce à réaliser. 8 Le dispositif de compression 1 comprend également un porte-poinçon 5, un porte-empreinte 6 et un porte-éjection 7, réalisés fonte à graphite sphéroïdal. Comme le montre la figure 1, le poinçon 2 est relié au porte-poinçon 5 et l'empreinte 3 est reliée au porte-empreinte 6. La figure 2 montre que, en position fermée, le porte-poinçon 5 et le porte-empreinte 6 entourent complètement le poinçon 2 et l'empreinte 3. Ci-dessous, le porte-poinçon 5 et le porte-empreinte 6 sont parfois appelé � frettes fontes �. Entre le porte-poinçon 5 et le poinçon 2 d'une part, et entre le porte-empreinte 6 et l'empreinte 3 d'autre part, le dispositif de compression 1 comprend une couche de matériau isolant 8. La figure 3 représente plus en détail le matériau isolant 8 entre le poinçon 2 et le porte-poinçon 5. On y voit aussi une plaquette de réglage 9 formant un empilage avec le matériau isolant 8. La fonction isolation étant incompressible, cela permet d'avoir une bonne maîtrise dimensionnelle de l'ensemble chauffé. En effet, sous l'effet de la dilatation, le dispositif de compression 1 doit permettre de maîtriser le contact entre le poinçon 2 et l'empreinte 3 en acier à outils et les parois intérieures du porte-poinçon 5 et du porte-empreinte 6. Le rôle du porte-poinçon 5 et du porte-empreinte 6 est d'assurer la résistance mécanique du dispositif de compression 1. La fonte a été choisie pour ces caractéristiques de résistance à la compression. En cas de dépassement de température de production, un calcul a été réalisé pour mesurer la déformée maximum que peut emmagasiner chaque frette fonte. C'est la fonction réglage de l'empilage qui permet de rester dans le domaine d'élasticité de la fonte. Les surfaces de contact entre le poinçon 2 et l'empreinte 3 sont appelées � chambres de compression � et assurent l'étanchéité de la cavité de moulage 4. Au-delà et en périphérie à ces chambres de compression, des joints 10 assurent l'étanchéité à l'air entre le poinçon 2 et l'empreinte 3. Une étanchéité à la salissure 11 est également prévue. Ce dispositif représenté sur la figure 4, couplé à une arrivée d'air centrale, permet de réaliser le vide d'air dans la cavité de moulage 4. Les fonctions de centrage et appui sont assurées par les fonderies porte- poinçon 5 et porte-empreinte 6. 9 Le maintien du poinçon 2 et de l'empreinte 3 dans le porte-poinçon 5 et le porte-empreinte 6 est assuré par des vis 12 et des entretoises 13, comme représenté sur la figure 5. Le rôle de ces vis est de maintenir en position les aciers à outils dans les frettes fontes à la température ambiante (transport, stockage, manutention...), à la température de production et en cas de dépassement de la température de production. Dans la phase de montée en température, le bloc d'acier à outil va se dilater, ce qui va provoquer un déplacement homothétique de l'ensemble des fixations dans le plan du fond de chaque bloc d'acier à outil. Ce déplacement des fixations aura lieu a chaque montée et descente de température. La figure 6 montre différents éléments de moulage 14 de type broche, système d'injection,... qui sont assemblé sur le poinçon 2. Ces éléments de moulage 14 ont un déplacement homothétique par rapport à la forme durant la montée en température. Les figures 7 et 8 montre l'empreinte 3, qui présente quatre encoches 15 disposées en croix autour d'une encoche 15 centrale (cf Fig. 7), et dans lesquelles sont placés respectivement des lardons de centrage 16 et un simbleau centrale 17 (cf Fig. 8). Ainsi, dans le fond des frettes fontes, est réalisé un recentrage sur le concept suivant : le recentrage des aciers à outils est assuré par les lardons de centrage 16 localisé en croix permettant ainsi une dilatation homothétique des aciers à outils. Un recentrage cylindrique positionné au centre de la face arrière des aciers à outils appelé simbleau 17 a pour double rôle de centrer les aciers à outils dans leur frette fonte respectives : le résultat final obtenu avec les lardons de positionnement en croix et les simbleaux cylindriques est l'obtention de l'alignement des aciers à outils poinçon et empreinte lors de la fermeture de l'outillage. Comme déjà mentionné, le dispositif de compression 1 comprend également un porte-éjection 7. L'avantage du porte-éjection 7 en fonte est d'intégrer les fonctions tasseau / semelle / soutien plot. La structure de la frette fonte permet également d'être un support pour tout l'environnement outillage (hydraulique, électrique, passage câble...). Les caractéristiques mécaniques de la frette fonte sont particulièrement adaptées notamment pour sa bonne tenu à la compression. Dans le porte-éjection 7, représenté sur la figure 9, sont logés les moyens d'éjection 18 représentés sur la figure 10. La solution retenue est une éjection appelée mono vérin / crémaillère. La solution comprend un unique actionneur (vérin). Le corps du vérin est fixé sur la contre-plaque d'éjection et l'attelage sur la semelle de la frette fonte. Le principe de cette solution est l'optimisation de l'espace dans le porte-éjection 7. Un des critères les plus importants dans le choix de cette solution est la cinématique de la solution : le choix d'un unique actionneur positionné le plus au centre possible de la solution éjection permet d'avoir une poussée unique sur la plaque d'éjection. C'est sur cette plaque d'éjection que sont fixés les mécanismes de crémaillère. Cette solution peut intégrer 2 à 4 crémaillères. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec un mode de réalisation particulier, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de 1' invention. REVENDICATIONS1. Dispositif de compression (1) comprenant un poinçon (2) et une empreinte (3) aptes à se déplacer l'un par rapport à l'autre de manière à délimiter, dans une position fermée, une cavité de moulage (4), le poinçon et l'empreinte étant réalisés en acier à outils, caractérisé par le fait qu'il comprend un porte-poinçon (5) et un porte-empreinte (6) en fonte reliés respectivement au poinçon et à l'empreinte, le porte-poinçon et le porte-empreinte entourant le poinçon et l'empreinte dans ladite position fermée. 2. Dispositif de compression selon la revendication 1, comprenant une première couche de matériau isolant (8) agencée entre le poinçon et le porte-poinçon, et une deuxième couche de matériau isolant (8) agencée entre l'empreinte et le porte-empreinte. 3. Dispositif de compression selon l'une des revendications 1 à 2, comprenant des moyens d'étanchéité (10, 11) agencés sur le poinçon et sur l'empreinte, à distance du porte-poinçon et du porte-empreinte. 4. Dispositif de compression selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le poinçon et l'empreinte présentent chacun au moins un usinage de forme gauche. 5. Dispositif de compression selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le poinçon est relié au porte-poinçon par des moyens de fixations (12, 13) qui sont fixés au poinçon et reliés de manière coulissante au porte-poinçon. 6. Dispositif de compression selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le poinçon présente des lardons de centrage (16) disposés en croix autour d'un simbleau de centrage (17), lesdits lardons de centrage et le simbleau de centrage coopérant avec des évidements prévu dans le porte-poinçon pour centrer le poinçon par rapport au porte-poinçon. 7. Dispositif de compression selon l'une des revendications précédents, comprenant un porte-éjection (7) en fonte, comportant des moyens d'éjections (18, 19) aptes à éjecter une pièce moulée de la cavité de moulage. 8. Procédé de fabrication d'un dispositif de compression selon 35 l'une des revendications précédentes, comprenant le moulage du porte-poinçon et du porte-empreinte, et l'usinage du poinçon et de l'empreinte.