Brevet FR2987288A1 — publié le 20130830

La présente invention concerne une tête d'un dispositif de décharge électrohydraulique par fil explosé. Il est connu d'utiliser la pression d'un fluide pour réaliser la déformation plastique d'une tôle maintenue dans un moule. Le fluide, de préférence liquide, agit alors sur la tôle pour la faire épouser la forme du moule. Un tel procédé est appelé procédé d'hydroformage et est utilisé comme procédé de fabrication, notamment pour des pièces de formes complexes. Le fluide (liquide) peut être mis sous pression de diverses manières. La présente invention concerne le cas où une forte décharge électrique est utilisée pour apporter de l'énergie au liquide et l'amener à de très hautes pressions et plus particulièrement dans le cas où ladite décharge électrique traverse un fil disposé entre deux électrodes. Lorsque ledit fil est traversé par un courant très intense, il explose et génère un plasma, créant alors une onde de pression dans le liquide dans lequel il est plongé. Un tel procédé est connu sous le nom d'électro-hydroformage par fil explosé. Il concerne notamment la mise en forme de tôles mais aussi d'autres pièces réalisées dans un matériau déformable plastiquement. Habituellement, l'énergie électrique est accumulée dans un condensateur d'une capacité connue. Celui-ci est tout d'abord chargé sous une tension prédéterminée. Un câble d'alimentation relie le condensateur, par l'intermédiaire de moyens de commutation, aux deux extrémités du fil, métallique, de longueur et diamètre prédéterminés. Une rapide décharge du condensateur à travers ce fil est ensuite provoquée pour faire exploser le fil et ainsi créer l'onde de pression et réaliser le formage de la pièce. L'extrémité du câble d'alimentation, par exemple coaxial, forme les deux électrodes entre lesquelles le fil est connecté. L'ensemble formé par l'extrémité du câble d'alimentation, le fil et la connexion du fil sur le câble d'alimentation sera appelé par la suite tête d'outil. Le document FR-2 003 162 par exemple décrit un procédé d'électro- hydroformage par fil explosé pour le formage d'un tube. Un fil, appelé dans ce document fil d'amorçage, est disposé à l'intérieur d'un tube à former et est immergé dans de l'eau. Ce document enseigne de limiter le diamètre du fil d'amorçage de telle sorte que celui-ci s'élève au plus à 0,02 mm. L'utilisation d'un fil explosé dans un milieu liquide, connue sous le nom de décharge électrohydraulique, est également applicable à d'autres secteurs industriels, par exemple le secteur minier afin de concasser des minerais, de fissurer des roches, de séparer des inclusions et, plus généralement, de briser des liaisons du matériau. La présente invention a pour but d'optimiser encore le fil utilisé pour de tels procédés, et donc de fournir une tête d'outil de décharge électrohydraulique, permettant de mieux maitriser la répartition de l'onde de choc dans le liquide. Avantageusement, une tête d'outil selon l'invention permettra de mieux localiser la pression électro-hydraulique en fonction des besoins. Elle permettra par exemple de créer une pression locale plus importante pour la déformation d'une tôle (ou autre) avec un faible rayon de courbure local ou bien permettra de répartir de manière plus homogène la pression sur la pièce à déformer tout en ayant une décharge proche de ladite pièce. De préférence, la pression créée par la tête d'outil selon la présente invention sera maximisée de manière à augmenter le rendement de l'outil de décharge électrohydraulique. À cet effet, la présente invention propose une tête d'outil de décharge électrohydraulique comportant une extrémité de câble d'alimentation présentant un premier conducteur et un second conducteur, un fil explosible et des moyens de connexion de chacune des extrémités du fil explosible à l'extrémité du câble d'alimentation. Selon la présente invention, le fil explosible comporte plusieurs segments montés en série. Le fait d'avoir plusieurs segments de fils en série permet, de façon surprenante, d'avoir pour chaque segment une explosion. Il est donc possible de mieux maitriser la position des explosions et par là donc la répartition des ondes de chocs dans le fluide dans lequel le fil est immergé. Pour rendre la répartition de l'onde de chocs plus uniforme, il est par exemple proposé que le fil explosible comporte au moins trois segments. Une forme de réalisation d'une tête d'outil selon la présente invention prévoit que ladite tête présente une électrode centrale disposée au centre d'une pièce tubulaire en matériau isolant, que ladite électrode centrale présente, d'une part, une extrémité proximale reliée au premier conducteur du câble d'alimentation et, d'autre part, une extrémité distale reliée à une extrémité du fil explosible, et que l'autre extrémité du fil explosible est reliée par les moyens de connexion au second conducteur du câble d'alimentation. Cette forme de réalisation présente notamment l'avantage d'être d'un prix de revient peu élevé. Une première variante de réalisation de l'invention prévoit que chaque segment est relié à un segment voisin par un connecteur, dit électrode intermédiaire. Dans le cas où la tête d'outil présente à son extrémité distale une pièce tubulaire en matériau isolant, alors chaque électrode intermédiaire peut être par exemple fixée à la périphérie extérieure de la pièce tubulaire en matériau isolant. Selon une seconde variante (préférée) de réalisation d'une tête d'outil selon la présente invention, le fil explosible est par exemple réalisé d'un seul tenant, les segments étant réalisés en fixant localement le fil explosible sur un support à l'aide de moyens de fixation réalisés dans un matériau conducteur de l'électricité. Cette forme de réalisation est plus facile à mettre en oeuvre car le nombre de connexions (ou de connecteurs) est limité. Dans cette seconde variante, lorsque la tête d'outil présente aussi une pièce tubulaire en matériau isolant, on peut alors prévoir que le fil explosible s'étend à l'extérieur de la pièce tubulaire en matériau isolant, et que des bagues conductrices maintiennent localement le fil explosible sur la surface extérieure de la pièce tubulaire en matériau isolant, créant ainsi entre lesdites bagues des segments de fil. Les bagues conductrices réalisent alors par exemple un sertissage du fil explosible sur la pièce tubulaire en matériau isolant. Pour limiter la résistance des bagues conductrices, celle-ci sont par exemple en cuivre. Dans une tête d'outil selon la présente invention, le câble d'alimentation peut être un câble coaxial et/ou un câble blindé. La présente invention concerne aussi un outil de décharge électrohydraulique comportant une tête d'outil telle que décrite ci-dessus. Enfin, la présente invention concerne aussi un dispositif d'électro- hydroformage, caractérisé en ce qu'il comporte un outil de décharge électrohydraulique tel que décrit ci-dessus. Des détails et avantages de la présente invention apparaitront mieux de la description qui suit, faite en référence au dessin schématique annexé sur lequel : La figure 1 illustre schématiquement un outil d'électro-hydroformage selon la présente invention, La figure 2 est une vue détaillée à échelle agrandie d'une première tête d'outil d'électro-hydroformage selon la présente invention, et La figure 3 est une vue d'une deuxième forme de réalisation d'une extrémité d'outil selon la présente invention. L'homme du métier reconnaît sur la figure 1 un outil d'électro- hydroformage à fil explosé. Un tel outil comporte de façon classique, d'une part, un générateur d'impulsions 2 électriques et, d'autre part, une enceinte 4 dans laquelle vient prendre place une tête d'outil 6. Le générateur d'impulsions 2 illustré sur la figure 1 est donné à titre d'exemple non limitatif et d'autres types de générateur d'impulsions électriques pourraient être utilisés sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. Ce générateur d'impulsions 2 tel que représenté comporte un système de charge 2a haute tension et un circuit de décharge 2b. Le système de charge 2a comporte tout d'abord un transformateur 8 dont un circuit primaire est connecté aux bornes d'une source de tension (non représentée au dessin). Ensuite, le circuit secondaire du transformateur 8 est utilisé pour charger un (ou plusieurs) condensateur(s) 10 à l'aide d'une diode 12 et d'un commutateur de charge 14. Dans la suite de la description, on ne mentionnera qu'un condensateur 10 bien que comme indiqué plusieurs condensateurs peuvent être prévus. Le circuit de décharge 2b comporte quant à lui le condensateur 10 ainsi qu'un commutateur de décharge, appelé aussi couramment éclateur 16. Un premier connecteur 18 est disposé en sortie du circuit de décharge 2b pour relier celui-ci à un câble d'alimentation 19. Ce câble d'alimentation 19 peut se présenter sous la forme d'un câble coaxial comportant une âme conductrice et un conducteur périphérique, soit donc deux conducteurs. Une borne du condensateur 10 est reliée à l'un des conducteurs du câble d'alimentation 19 tandis que l'autre borne du condensateur 10 est reliée à l'autre des 2 9872 88 5 conducteurs du câble d'alimentation 19 par l'intermédiaire du premier connecteur 18. Les divers composants du générateur d'impulsions 2 cités ici sont connus de l'homme du métier dans leur forme et dans leur fonctionnement et 5 ne sont pas décrits plus en détails dans la présente description. La tête de l'outil 6 est montée à l'extrémité distale du câble d'alimentation 19 et se trouve dans l'enceinte 4. Cette dernière est réalisée en deux parties dans la forme de réalisation illustrée sur la figure 1 qui est une figure schématique. Ainsi l'enceinte illustrée possède un partie inférieure (selon 10 l'orientation de la figure 1) appelée par la suite matrice 20 et une partie supérieure, appelée par la suite châssis de décharge 22. Une pièce à former 24 est disposée entre la matrice 20 et le châssis de décharge 22 de manière hermétique et sépare l'intérieur de l'enceinte 4 en, d'une part, une chambre de décharge 26 disposée du côté du châssis de décharge 22 et, d'autre part, une 15 chambre de formage 28 du côté de la matrice 20. La chambre de décharge 26 est remplie d'un fluide incompressible, par exemple de l'eau, tandis que la chambre de formage 28 est de préférence sous vide d'air. Un canal 30 est réalisé dans la matrice 20 pour permettre de relier la chambre de formage 28 à une pompe à vide, non représentée. Cependant, à 20 titre de variante ou en l'absence de dispositif permettant de réaliser ce vide, on pourra également laisser la chambre de formage 28 sous atmosphère et prévoir des évents (par exemple le canal 30) permettant l'évacuation de l'air lors du formage. La matrice 20 présente face à la pièce à déformer une empreinte 32 25 correspondant à la forme que la pièce à former 24 doit prendre après déformation. La tête d'outil 6 est plongée dans l'eau se trouvant dans la chambre de décharge 26. Ainsi, lorsque le condensateur 10 se décharge, une onde de pression dynamique est créée et vient pousser la pièce à former 24 contre l'empreinte 32 de la matrice 20. 30 La figure 2 illustre une première forme de réalisation d'une tête d'outil 6 selon la présente invention. On reconnaît sur la droite de cette figure l'extrémité distale du câble d'alimentation 19, qui se présente ici sous la forme d'un câble coaxial et qui reçoit un deuxième connecteur 34. En aval de ce connecteur, la 2 9872 88 6 tête d'outil 6 présente une âme centrale 36, un manchon isolant 38 et un fil explosible. À l'intérieur du deuxième connecteur 34 se trouvent deux électrodes (non visibles) correspondant chacune à une polarité du générateur 5 d'impulsions 2. Chaque électrode est reliée à la polarité correspondante par l'intermédiaire soit de l'âme conductrice, soit du conducteur périphérique, du câble d'alimentation 19. L'âme centrale 36 se présente sous la forme d'une tige cylindrique et est par exemple raccordée électriquement au niveau du deuxième connecteur 10 34 à la polarité du générateur d'impulsions 2 qui correspond à l'âme conductrice du câble d'alimentation 19. Le manchon isolant 38 est une pièce tubulaire cylindrique en matière synthétique qui vient entourer l'âme centrale 36 sur sensiblement toute sa longueur et l'isoler électriquement. 15 Le fil explosible présente, d'une part, une extrémité distale qui est reliée, par exemple soudée, à l'extrémité distale de l'âme centrale 36 et, d'autre part, une extrémité distale reliée au niveau du deuxième connecteur 34 à l'électrode correspondant par exemple à la polarité du générateur d'impulsions 2 connectée au conducteur périphérique du câble d'alimentation 19. Ce fil 20 explosible est formé de plusieurs segments 40a à d distincts. Entre chaque segment se trouve un connecteur, appelé par la suite électrode intermédiaire 42. Chaque électrode intermédiaire 42 assure la continuité électrique entre les deux segments qu'elle relie. Dans la forme de réalisation représentée au dessin, il y a quatre segments de fil (40a, 40b, 40c et 40d) reliés entre eux par 25 trois électrodes intermédiaires 42. Les électrodes intermédiaires 42 sont fixées sur la surface extérieure du manchon isolant 38. Ils réalisent ainsi à la fois une connexion électrique et un maintien mécanique des segments correspondants. Dans cette forme de réalisation, on retrouve ainsi plusieurs segments 30 (40i) montés chacun en série entre deux électrodes. Chaque segment de fil forme un filament qui est destiné à être vaporisé lorsqu'un courant important le traverse en libérant l'énergie nécessaire à la vaporisation d'une partie du liquide environnant (eau dans la forme de réalisation préférée retenue ici, mais tout liquide, ou gel, non explosif pourrait convenir ici), provoquant ainsi une augmentation de la pression dans le liquide suffisante pour venir déformer la pièce à former 24 plastiquement et lui faire venir prendre la forme imposée par l'empreinte 32. La figure 3 illustre une autre forme de réalisation de la tête d'outil 6. Les mêmes références que celles utilisées précédemment sont reprises pour désigner des éléments similaires dans la description qui va être faite ci-après de cette seconde forme de réalisation. Dans cette forme de réalisation, le fil explosible porte la référence 40. Il est monté directement sur l'extrémité distale du câble d'alimentation 19. De manière classique, et comme déjà évoqué plus haut, le câble d'alimentation 19 présente une âme conductrice 44 isolée d'une gaine conductrice 46 par un isolant 48. La gaine conductrice 46 est elle aussi enrobée d'une enveloppe isolante externe (non représentée ici car absente au niveau de l'extrémité distale décrite). L'extrémité distale du câble d'alimentation 19 est dépourvue de sa gaine conductrice 46 sur une longueur de l'ordre de quelques dizaines de millimètres à quelques dizaines de centimètres. L'enveloppe isolante externe est quant à elle retirée de l'extrémité distale sur au moins quelques millimètres avant la fin de la gaine conductrice 46. Dans cette configuration de l'extrémité distale du câble d'alimentation 19, le fil explosible 40 est fixé entre l'extrémité distale de la gaine conductrice 46 et l'extrémité distale de l'âme conductrice 44. La liaison électrique entre le fil explosible 40 et le câble coaxial peut être réalisée de diverses manières. Il convient de réaliser à la fois une bonne liaison électrique et une bonne liaison mécanique. La solution proposée sur la figure 3 est de réaliser une liaison à l'aide à chaque fois d'une bague de sertissage. Une première bague de sertissage 50 vient maintenir l'extrémité proximale du fil explosible 40 sur l'extrémité distale de la gaine conductrice 46 tandis qu'une seconde bague de sertissage 52 est utilisée pour solidariser et relier électriquement l'extrémité distale de l'âme conductrice 46 avec l'extrémité distale du fil explosible 40. Comme on peut le voir sur la figure 3, le fil explosible 40 est aussi maintenu par des bagues conductrices 54 sur l'isolant 48. Le fil explosible 40 est alors divisé en segments, définis par les bagues conductrices 54, qui se comportent comme les segments montés en série de la forme de réalisation de la figure 2. Chaque bague conductrice 54, par exemple réalisée en cuivre, joue le rôle d'un pont électrique. Les bagues conductrices 54 peuvent par exemple être serties pour garantir un bon maintien mécanique et une bonne liaison électrique avec le fil explosible 40. Ici également, le fil explosible 40 est destiné à être vaporisé, au niveau de chacun de ses segments, lors du passage d'un courant de forte intensité en libérant l'énergie nécessaire à la vaporisation d'une partie du fluide environnant 10 de manière à créer une augmentation locale de pression qui se propage sous la forme d'une onde de choc et permet la déformation de la pièce à former 24. Les caractéristiques d'un mode de réalisation peuvent être combinées aux caractéristiques d'un autre mode de réalisation décrit ci-dessus. On peut ainsi par exemple prévoir dans les modes de réalisation des figures 2 et 3 15 d'avoir un fil explosible en plusieurs segments sans utiliser de deuxième connecteur ou bien avoir un fil explosible d'un seul tenant et maintenu avec des bagues conductrices en réalisant une connexion avec un câble coaxial à l'aide d'un connecteur similaire au deuxième connecteur 34 (ou à un connecteur d'un autre type). 20 Pour les deux formes de réalisation décrites, il est proposé, à titre illustratif et nullement limitatif, de donner quelques exemples numériques. Le filament utilisé pour réaliser le fil explosible (ou les segments explosibles) présente ainsi par exemple un diamètre compris entre 0,1 et 2,0 mm. Il peut être réalisé par exemple en cuivre. La longueur totale du fil 25 explosible est déterminée en fonction de l'énergie à dissiper et de la tension appliquée aux bornes du fil. Par exemple, pour une énergie à dissiper comprise entre 102 et 106 Joules, la longueur totale du fil explosible -c'est-à-dire la longueur cumulée de tous les segments de fil- sera de l'ordre de 2 à 50 cm. On peut (à titre purement illustratif) prévoir une longueur de l'ordre du centimètre 30 (entre 0,1 et 2,5 cm) pour chaque kV appliqué. On prévoit ainsi par exemple un fil explosible de 10 cm pour une tension à appliquer de 10 kV. Ce fil pourra se présenter par exemple sous la forme de deux segments de 5 cm ou bien sous la forme de quatre segments de 2,5 cm (ou n segments de 10/n cm). La présente invention propose donc ainsi d'avoir plusieurs segments de fil explosible montés en série. Lors du passage d'un courant dans le fil explosible, chaque segment est amené à exploser. Du fait de la répartition en segments, il est ainsi possible de mieux maitriser la répartition de l'énergie dissipée. Dans le procédé d'électro-hydroformage, ou bien dans un autre procédé mettant en oeuvre une décharge électrohydraulique, la pression électro-hydraulique est mieux maitrisée. Il est possible en fonction des besoins de localiser une explosion d'un segment à proximité d'une zone de pièce à former avec par exemple un petit rayon de courbure ou bien de répartir le plus uniformément possible la pression électro-hydraulique sur toute la pièce à former. Les formes de réalisation proposées présentent l'avantage de ne pas présenter de surcoût important par rapport aux solutions existantes mettant en oeuvre un fil explosé. La présente invention ne se limite pas aux formes de réalisations préférées décrites ci-dessus à titre d'exemples non limitatifs et aux variantes évoquées. Elle concerne également les variantes de réalisation à la portée de l'homme du métier dans le cadre des revendications ci-après. REVENDICATIONS1. Tête d'outil (6) de décharge électrohydraulique comportant une extrémité de câble d'alimentation (19) présentant un premier conducteur (44, 46) et un second conducteur (46, 44), un fil explosible (40, 40a-d) et des moyens de connexion (34 ; 50, 52) des extrémités du fil explosible (40 ; 40a-d) à l'extrémité du câble d'alimentation (19), caractérisée en ce que le fil explosible (40 ; 40a-d) comporte plusieurs segments montés en série. 2. Tête d'outil (6) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fil explosible (40 ; 40a-d) comporte au moins trois segments. 3. Tête d'outil (6) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle présente une électrode centrale (36 ; 44) disposée au centre d'une pièce tubulaire en matériau isolant (38 ; 48), en ce que ladite électrode centrale (36 ; 44) présente, d'une part, une extrémité proximale reliée au premier conducteur (44, 46) du câble d'alimentation et, d'autre part, une extrémité distale reliée à une extrémité du fil explosible (40 ; 40a-d), et en ce que l'autre extrémité du fil explosible (40 ; 40a-d) est reliée par les moyens de connexion au second conducteur (46, 44) du câble d'alimentation (19). 4. Tête d'outil (6) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que chaque segment (40a-d) est relié à un segment voisin par un connecteur, dit électrode intermédiaire (42). 5. Tête d'outil (6) selon les revendications 3 et 4, caractérisée en ce que chaque électrode intermédiaire (42) est fixée à la périphérie extérieure de la pièce tubulaire en matériau isolant (38 ; 48). 6. Tête d'outil (6) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le fil explosible (40) est réalisé d'un seul tenant, les segments étant réalisés en fixant localement le fil explosible (40) sur un support à l'aide de moyens de fixation (54) réalisés dans un matériau conducteur de l'électricité. 7. Tête d'outil (6) selon les revendications 3 et 6, caractérisée en ce que le fil explosible (40) s'étend à l'extérieur de la pièce tubulaire en matériau isolant (38 ; 48), et en ce que des bagues conductrices (54) maintiennent localement le fil explosible (40) sur la surface extérieure de la pièce tubulaire en matériau isolant (38 ; 48), créant ainsi entre lesdites bagues des segments de fil. 8. Tête d'outil (6) selon la revendication 1 à 7, caractérisée en ce que le câble d'alimentation (19) est un câble coaxial. 9. Outil de décharge électrohydraulique, caractérisé en ce qu'il comporte une tête d'outil (6) selon l'une des revendications 1 à 8. 10. Dispositif d'électro-hydroformage, caractérisé en ce qu'il comporte un outil de décharge électrohydraulique selon la revendication 9.