Brevet FR2983745A1 — publié le 20130614

"Procédé de fabrication d'un outil d'emboutissage comportant une coque réalisée par formage incrémentai" L'invention concerne un procédé de fabrication d'un outil d'emboutissage. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de fabrication d'un outil d'emboutissage qui comporte : - une coque extérieure qui est réalisée en tôle métallique et dont la face extérieure est destinée à former une face de travail ; - des moyens de renforcement de la rigidité de la coque qui sont agencés contre la face intérieure de la coque. L'emboutissage consiste à fabriquer, à partir d'une feuille de métal appelée "flan", une pièce de forme complexe non développable appelée "embouti". Une telle opération est par exemple utilisée pour réaliser des pièces de carrosserie de véhicules automobiles. Une installation d'emboutissage comporte plusieurs outils d'emboutissage : un "poinçon" doté d'une "tête", une "matrice" dotée d'un "fond" et un "serre-flan". La tête de poinçon et le fond de matrice sont façonnés selon la forme complexe de l'embouti à obtenir, et selon une forme complémentaire adaptée pour pouvoir obtenir un emboîtement complet de la tête de poinçon dans le fond de matrice. Pour obtenir un embouti selon l'empreinte du fond de matrice (ou de la tête de poinçon), pendant que l'on maintient le flan dans le serre-flan, à l'aide de la tête de poinçon, on entraîne le flan vers le fond de matrice jusqu'à engagement et emboîtement complet de la tête dans le fond. Pour la production d'emboutis en grande série, on utilise généralement des outils d'emboutissage en fonte ou en acier. Pour la production d'emboutis en petite et moyenne série, on peut utiliser des outils d'emboutissage moins onéreux, par exemple en résine, directement moulée ou usinée selon la forme de l'outil, ou en béton hydraulique ou de résine coulé sur un "gel coat" (en langue anglaise) de surface. Cependant, étant donné les faibles caractéristiques mécaniques de ces matériaux au niveau de la "face de travail" de ces outils, ces outils s'usent rapidement au contact des tôles à emboutir, ce qui conduit à des séries trop courtes d'emboutissage. Pour améliorer l'état de surface et la résistance à l'usure de ces outils, il est donc nécessaire de renforcer ces matériaux, au niveau des faces de travaille, en les dotant d'une "coque" métallique. La "coque" métallique sert alors de support au béton hydraulique ou de résine et forme la "face de travail" de l'outil qui vient au contact de la tôle en cours d'emboutissage. La coque métallique peut être préparée par emboutissage, par projection de particules métalliques comme décrit dans le document FR 2 669 842, par électrodéposition, ou par dépôt en phase vapeur, voire par d'autres méthodes. Cette coque métallique présente en général plus de 1 mm 20 d'épaisseur. Néanmoins, les procédés de fabrication connus sont complexes à mettre en oeuvre. L'invention propose un procédé de fabrication simple et économique d'un outil d'emboutissage tel que décrit 25 précédemment, caractérisé en ce que le procédé comporte une première étape de formage de la coque par formage incrémental d'une tôle métallique, puis une deuxième étape de renforcement de la rigidité de la coque. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : 30 - lors de la première étape de formage, le formage de la coque est réalisé à l'aide d'une contreforme qui présente l'empreinte de la face intérieure de la coque ; - la deuxième étape comporte une opération de remplissage de l'intérieur de la coque avec un composé qui est susceptible de durcir pour former un bloc rigide adhérant à la face intérieure de la coque ; - le composé est réalisé à base de résine ; - le composé est un béton ; - la deuxième étape comporte une opération de chemisage de la face intérieure de la coque par fixation d'au moins une chemise en tôle métallique présentant une forme complémentaire de ladite face intérieure ; - la face intérieure de la coque est chemisée avec une pluralité de chemises emboîtées les unes dans les autre de manière à présenter un aspect feuilleté ; - chaque chemise est réalisée par formage incrémental d'une tôle métallique ; - lors de la deuxième étape, le renforcement de la coque est réalisé par fixation de la contreforme contre la face intérieure de la coque ; - la fixation de la contreforme contre la face intérieure de la coque est réalisée par collage. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe verticale transversale qui représente un outil d'emboutissage réalisé selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique en coupe verticale transversale qui représente un dispositif de formage incrémental destiné à former une coque pour un outil d'emboutissage selon l'invention à partir d'une tôle plane ; - la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 2 qui représente une variante du dispositif de formage comportant une contreforme ; - la figure 4 est une vue similaire à celle de la figure 1 qui représente l'outil d'emboutissage réalisé selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 est une vue similaire à celle de la figure 1 qui représenté un outil d'emboutissage réalisé selon un troisième mode de réalisation de l'invention dans lequel l'outil comporte une 10 coque chemisée ; - la figure 6 est une vue similaire à celle de la figure 5 dans laquelle l'outil d'emboutissage comporte une pluralité de chemises. Dans la suite de la description, on adoptera à titre non 15 limitatif des orientations longitudinale, verticale et transversale indiquées par le trièdre "L,V,T" des figures. Par la suite, des éléments présentant une structure identique ou des fonctions similaires seront désignés par des mêmes numéros de référence. 20 On a représenté à la figure 1 un outil 10 d'emboutissage qui est ici une tête de poinçon. L'outil 10 d'emboutissage présente une coque 12 extérieure qui enveloppe un bloc 14 rigide. Le bloc 14 rigide est ici réalisé en un composé à base de résine tel qu'un béton de résine. 25 La coque 12 est réalisée en une tôle métallique présentant globalement une forme de cuvette. La face 16 extérieure convexe de la coque 12 forme une face 16 de travail qui est destinée à être en contact direct avec le flan pour réaliser l'embouti. Pour cette raison, la coque 12 est réalisée en un métal particulièrement 30 résistant à l'usure par frottement avec le flan. La coque 12 est notamment réalisée en un métal plus dur que le métal constituant le flan. La coque 12 comporte aussi une face 18 intérieure globalement concave qui est en contact avec le bloc 14. A titre d'exemple non limitatif, l'outil 10 d'emboutissage est ici destiné à réaliser des pièces de carrosserie de véhicule automobile. La présente invention propose un procédé de fabrication simple et peu onéreux pour obtenir un outil 10 d'emboutissage précis et solide. Ce procédé est bien entendu applicable à tout outil d'emboutissage tels qu'une matrice, un poinçon ou un serre-flan. Ce procédé comporte une première étape "El" de formage de la coque 12 extérieure à partir d'une tôle 20 métallique plane. La coque 12 extérieure est obtenue par une méthode appelée "formage incrémental" de la tôle 20 métallique. La méthode de formage incrémental de tôle est aussi connue sous les dénominations anglosaxonnes "incremental sheet forming" ou encore "dieless NC forming". Le formage incrémental de tôle est une méthode de formage dans laquelle une tôle 20 plane est formée en une pièce 20 finale de forme complexe par une série de déformations plastiques locales perpendiculairement à la tôle 20. Comme représenté à la figure 2, pour la mise en oeuvre de la méthode de formage incrémental, la tôle 20 est immobilisée dans son plan, qui est ici un plan horizontal, par des moyens 25 d'immobilisation tels que des pinces 22. Pour déformer localement la tôle 20, on utilise un stylet 24vertical à petite tête, par exemple entre 5 et 20 mm de diamètre. Le stylet 24 est porté par une machine à commande numérique, un bras de robot 26 ou un moyen de préhension 30 similaire qui permet de déplacer le stylet 24 dans l'espace. Les déplacements du stylet 24 sont commandés par une unité électronique de commande 28 tel qu'un ordinateur. Chaque déformation locale présente une profondeur d'enfoncement déterminée. La profondeur d'enfoncement déterminée sera par la suite appelée "pas d'enfoncement P". Le pas d'enfoncement "P" est généralement très faible, par exemple de l'ordre du millimètre. Le mouvement du stylet 24 est commandé de manière à enfoncer la tôle 20 verticalement d'un premier pas d'enfoncement "P" en suivant un premier trajet déterminé dans un plan horizontal. Lorsque la tôle 20 a été enfoncée d'un pas "P" sur ce premier trajet, on "incrémente" d'un pas "P" l'enfoncement de la tôle 20. Le stylet 24 est alors utilisé pour enfoncer plus profondément la tôle 20 selon un deuxième trajet horizontal prédéterminé qui repasse sur les zones déjà enfoncées de la tôle 20. L'opération est renouvelée jusqu'à obtenir la forme finale de la coque 12. La trajectoire du stylet 24 est généralement obtenue à partir d'un modèle numérique au moyen d'un logiciel de fabrication assistée par ordinateur ("FAO"). Le formage résulte d'une suite de trajets élémentaires parcourus par le stylet 24 à une hauteur précise. Entre deux trajets élémentaires, le stylet 24 se déplace verticalement de sorte que le formage se fait du haut vers le bas, perpendiculairement au plan de la tôle 20. Cette méthode est très avantageuse car elle permet d'obtenir des coques 12 de formes complexes et variées au 25 moyen d'une unique machine commandée. De plus, cette méthode permet de former une coque 12 à partir d'une tôle 20 trop dure pour être obtenue par un procédé classique emboutissage à partir d'outils d'emboutissage réalisés en matériaux peu onéreux tels que du béton de résine. 30 Certaines formes de coque 12 peuvent requérir des retouches mineures par usinage à l'issue de l'opération de formage incrémental. Néanmoins, ces retouches sont rapides à effectuer et peu onéreuses. Pour obtenir une face 16 de travail de forme très précise, la tôle 20 est agencée dans les moyens 22 de préhension de manière que la face 16 de travail soit tournée vers le stylet 24, c'est-à-dire vers le haut. Le stylet 24 touche ainsi directement la face 16 de travail. Le formage incrémental de tôle peut être effectué sans contreforme, comme représenté à la figure 2. La tôle 20 illustrée à la figure 2 est ici destinée à devenir une matrice d'emboutissage présentant une face 16 de travail de 10 forme concave. En variante, la tôle de la figure 2 pourra aussi être utilisée pour réaliser un poinçon présentant une face de travail convexe. Dans ce cas, la tôle peut être retournée de manière que la face inférieure telle que représentée à la figure 2 soit une face de 15 travail. Comme illustré à la figure 3, pour certaines formes de coque 12 et pour certains matériaux constituant la tôle, il est parfois utile de recourir à l'aide d'une contreforme 30 globalement convexe qui présente une empreinte complémentaire de la face 20 intérieure de la coque 12. La contreforme 30 est agencée sous la tôle 20, en vis-à-vis de la face qui formera la face 18 intérieure de la coque 12. La tôle 20 peut ainsi prendre appui sur la contre-forme 30 lors de certaines déformations locales par le stylet 24. Pour obtenir de plus amples informations concernant la 25 méthode de formage incrémental, on pourra notamment se reporter aux documents WO-A2-2006/110962 et EP-B1-2.052.810. La coque 12 ainsi obtenue présente une dureté suffisante pour réaliser des emboutis. Néanmoins, la coque 12 ne présente pas une rigidité adaptée pour une opération d'emboutissage. 30 Pour remédier à ce problème, une deuxième étape "E2" de renforcement de la rigidité de la coquel 2 est mise en oeuvre à l'issue de la première étape "El". Au cours de cette deuxième étape "E2", des moyens de renforcement de la rigidité sont agencés contre la face 18 intérieure de la coque 12. Selon un premier mode de réalisation de l'invention qui est représenté à la figure 1, la deuxième étape "E2" comporte une opération de remplissage de l'intérieur de la coque 12 avec un composé liquide qui est susceptible de durcir pour former le bloc 14 rigide. Le composé est réalisé à base de résine, telle qu'une résine époxy. Le composé peut être complété par ajout d'une colle structurelle, telle que de l'époxyde ou du cyanoacrylate, afin de permettre au bloc 14 d'adhérer solidement à la face 18 intérieure de la coque 12. La colle est avantageusement une colle qui durcit en l'absence d'air, dite "colle anaérobie". Le composé peut aussi comporter un composant qui favorise son durcissement afin d'obtenir plus rapidement le bloc 14 rigide. Selon une variante de l'invention, le composé est un béton de résine. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention qui est représenté à la figure 4, lorsque le formage de la coque 12 fait intervenir une contreforme 30, le renforcement de la coque 12 est réalisé par fixation de la contreforme 30 contre la face 18 intérieure de la coque 12. Ainsi, lors de la deuxième étape "E2", la contreforme 30 est fixée contre la face 18 intérieure de la coque 12 par exemple par collage. A cet effet, une couche 32 de colle est appliquée sur la face 18 intérieure de la coque 12, et/ou sur la face complémentaire de la préforme 30, puis la contreforme 30 est serrée contre la face 18 intérieure de la coque 12. La contreforme 30 est par exemple réalisée en un matériau à base de résine. Un troisième mode de réalisation de l'invention est représenté à la figure 5. Selon ce mode de réalisation, la deuxième étape "E2" comporte une opération de chemisage de la face 18 intérieure de la coque 12 avec au moins une chemise 34 en tôle dont la face 36 extérieure présente une forme complémentaire à celle de ladite face 18 intérieure. La chemise 34 est empilée dans la coque 12 à la manière d'une poupée gigogne. Ceci permet d'obtenir une coque 12 plus épaisse et donc plus rigide. La chemise 34 est réalisée dans une tôle identique à celle utilisée pour former la coque 12. La chemise 34 est ici obtenue par formage incrémental d'une tôle plane de même épaisseur "e" que la coque 12. La chemise 34 présente une forme homothétique à celle de la coque 12 de manière que la face 36 extérieure de la chemise 34 présente une forme complémentaire à celle de la face 18 intérieure de la coque 12. La chemise 34 est emboîtée dans la coque 12 selon verticalement vers le bas selon la direction des flèches "F" de la figure 5. Puis elle est fixée à la face 18 intérieure de la coque 12 par collage. Ceci permet d'obtenir un outil 10 d'emboutissage présentant une épaisseur "2e" qui est le double de celle de la coque 12. En variante, la chemise 34 est fixée contre la face 18 intérieure de la coque 12 par brasage. Selon une variante de ce troisième mode de réalisation qui est représentée à la figure 6, l'opération de chemisage est effectuée avec une pluralité de chemises 34 emboîtées les unes dans les autres. La face extérieure de chaque chemise 34 est ainsi en contact avec la totalité de la face intérieure de la chemise 34 dans laquelle elle est emboîtée. On peut ainsi multiplier l'épaisseur de la coque 12 afin de rigidifier très fortement la coque 12.L'outil 10 d'emboutissage présente ainsi un aspect feuilleté. Selon une autre variante de réalisation non représentée, les premier et deuxième modes de réalisation peuvent être combinés pour obtenir une coque 12 chemisée, la chemise 34 la plus à l'intérieur étant remplie d'un composé à base de résine tel que décrit précédemment. Le procédé selon les enseignements de l'invention permet d'obtenir un outil 10 d'emboutissage solide et résistant à l'usure de manière rapide et peu onéreuse. L'utilisation du formage incrémental permet d'obtenir une coque 12 extérieure de forme complexe rapidement. De plus, la coque 12 est fabriquée directement à partir d'un 15 modèle numérique. La face 16 de travail de l'outil 10 d'emboutissage est donc très précisément conforme au modèle conçu. Le procédé de fabrication selon l'invention permet aussi de fabriquer des moules de thermoformage par le vide présentant 20 une structure similaire à celle de l'emboutissage de la figure 1. La seule différence avec l'outil d'emboutissage de la figure 1 réside dans le fait qu'à l'issue de première étape "El" et avant la deuxième étape "E2", la coque est percée de plusieurs orifices de petite taille répartis sur toute la surface. L'intérieur de la coque 25 est alors garni de tubes verticaux dont chacun est relié à un orifice. Lors de la deuxième étape "E2", le composé à base de résine rempli la coque en emprisonnant les tubes de manière que l'extrémité libre de chaque tube fasse saillie à l'extérieur du bloc rigide. Les tubes et les orifices permettent ainsi d'aspirer l'air 30 contenu dans l'empreinte du moule avant le plaquage du matériau thermoplastique lors de la mise en oeuvre d'un procédé de thermoformage par le vide. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un outil (10) d'emboutissage qui comporte : - une coque (12) extérieure qui est réalisée en tôle métallique et dont la face (16) extérieure est destinée à former une face de travail ; - des moyens (14, 30, 34) de renforcement de la rigidité de la coque (12) qui sont agencés contre la face (18) intérieure de la coque (12) ; caractérisé en ce que le procédé comporte une première étape (El) de formage de la coque (12) par formage incrémental d'une tôle (20) métallique, puis une deuxième étape (E2) de renforcement de la rigidité de la coque (12). 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lors de la première étape (El) de formage, le formage de la coque (12) est réalisé à l'aide d'une contreforme(30) qui présente l'empreinte de la face (18) intérieure de la coque (12). 3. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la deuxième étape (E2) comporte une opération de remplissage de l'intérieur de la coque (12) avec un composé qui est susceptible de durcir pour former un bloc (14) rigide adhérant à la face (18) intérieure de la coque (12). 4. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le composé est réalisé à base de résine. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le composé est un béton. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième étape (E2) comporte une opération de chemisage de la face (18) intérieure de la coque (12) par fixation d'au moins une chemise (34) en tôle métallique présentant une forme complémentaire de ladite face (18) intérieure. 7. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la face (18) intérieure de la coque (12) est chemisée avec une pluralité de chemises (34) emboîtées les unes dans les autre de manière à présenter un aspect feuilleté. 8. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque chemise (34) est réalisée par formage incrémental d'une tôle métallique. 9. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que lors de la deuxième étape (E2), le renforcement de la coque (12) est réalisé par fixation de la contreforme (30) contre la face (18) intérieure de la coque (12). 10. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la fixation de la contreforme (30) contre la face (18) intérieure de la coque (12) est réalisée par collage.15