Brevet FR2999964A1 — publié le 20140627

La présente invention relève du domaine du formage de matériaux. Elle vise plus particulièrement un dispositif de formage de pièces métalliques par emboutissage. Préambule et art antérieur Dans l'industrie de pointe (secteurs aéronautique, spatiale, automobile ou autres industries manufacturières), la précision requise et nécessaire lors de la mise en forme de pièces peut être élevée et les techniques mises en places pour répondre à ces exigences sont de plus en plus complexes. Lorsqu'une pièce métallique doit-être mise en forme, l'emboutissage est très souvent la méthode choisie, car cette méthode est robuste et très bien maîtrisée. L'emboutissage consiste en une déformation plastique d'une plaque de matériau, sous l'action d'une pression, de manière à donner à la plaque la forme d'un moule prédéterminé. Même si la technique est généralement utilisée sur des matériaux métalliques (acier, aluminium etc.), elle est également applicable à de nombreux matériaux plastiques tels que PVC, polyéthylène, polycarbonate etc. L'une des variantes de mise en oeuvre du formage par emboutissage est le procédé dit d'élastoformage (procédé GUERIN), dont le principe est d'appliquer une contrainte sur un élastomère (par exemple au moyen d'un vérin) qui joue alors le rôle de poinçon ou de matrice. L'élastomère transmet la pression qu'il subit, sur la plaque à déformer, dont il épouse la forme lors de l'emboutissage. On connait notamment dans ce domaine la demande de brevet EP 0 376 808 (lsoform, 1988), relative à un procédé et dispositif d'emboutissage de matériau en feuille avec poinçon deformable sous plongeur. Cependant, un désavantage de cette méthode réside dans le fait qu'on ne peut effectuer que des emboutissages peu profonds dans des métaux légers, de faibles épaisseurs (par exemple : l'aluminium). En pratique, le procédé est limité par une épaisseur de tôle de 1.5 mm. Un autre désavantage de cette méthode de mise en forme est celui du retour élastique qui se produit après relâchement de la pièce à former. Cet effet est plus ou moins important selon le matériau considéré et peut s'avérer problématique lorsqu'il n'est plus négligeable devant la précision attendue. Exposé de l'invention La présente invention a notamment pour but d'apporter une solution efficace permettant de réduire notablement le retour élastique et d'appliquer le principe d'élastoformage à des métaux tels que l'acier ou l'inconel et/ou d'épaisseur importante. L'invention vise en premier lieu un dispositif de formage par emboutissage d'une feuille en matériau plastique, ledit dispositif étant adapté à 10 être mise en oeuvre en conjonction avec une matrice de forme prédéterminée, le dispositif comportant : - un poinçon en matériau deformable et sensiblement incompressible, adapté à être disposé face à la matrice, - des moyens de percussion, adaptés à entraîner le poinçon en 15 translation selon une direction prédéterminée, - des moyens de propulsion électromagnétiques, adaptés à imprimer aux moyens de percussion une vitesse supérieure à une valeur prédéterminée. Les moyens de propulsion électromagnétiques communiquent au 20 poinçon une accélération d'intensité préalablement choisie pendant une durée limitée, qui se traduit en une vitesse de percussion élevée. On comprend que l'effet de ce dispositif est de permettre l'application, à grande vitesse (permise par le caractère électromagnétique de la force créée), d'une pression sur le poinçon, de manière à ce qu'il déforme très rapidement la 25 feuille de matériau plastique en correspondance avec la forme de la matrice sur laquelle elle est appliquée. En effet, il a été observé de manière surprenante que lorsque l'élastomère est sollicité par un marteau (les moyens de percussion) se déplaçant à grande vitesse, l'élastomère présente un comportement 30 viscoélastique, qui entraîne, d'une part, un formage plus efficace (c'est à dire plus conforme à la matrice) de la pièce, et, d'autre part, une diminution du retour élastique de la pièce formée. On entend par matériau deformable et sensiblement incompressible des matériaux de type élastomère, adaptés à une utilisation comme coussin d'élastoformage. De tels matériaux sont bien connus de l'homme du métier. L'invention vise sous un autre aspect un procédé d'emboutissage d'une feuille de matériaux sur une presse Présentation des figures Les caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux appréciés grâce à la description qui suit, description qui expose les caractéristiques de l'invention au travers d'un exemple non limitatif d'application. La description s'appuie sur les figures annexées qui représentent : Figure 1 : une vue schématique des éléments impliqués dans le dispositif d'élastoformage utilisé avec une matrice creuse, avant formage, Figure 2: une vue de ces mêmes éléments, après formage. Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention On note tout d'abord que les figures ne sont pas à l'échelle. Dans la suite de la description, on utilise le terme de tôle pour désigner une plaque mince en matériau plastique, métallique ou autre. Une plaque est dite mince lorsqu'une de ses dimensions est nettement inférieure aux deux autres, typiquement d'au moins un ordre de grandeur. Dans un exemple de mise en oeuvre du dispositif, celui-ci est associé à une matrice 10. Il comporte par ailleurs un poinçon 11 en élastomère, un marteau 12 et un dispositif 13 de génération de champ magnétique (dont seule la bobine est schématisée sur les figures) à grande vitesse. La matrice 10, le poinçon 11 et le marteau 12 sont ici supposés présenter une symétrie de révolution autour d'un axe longitudinal Z. La matrice 10 présente sensiblement la forme d'un cylindre creux fermé en son extrémité supérieure par un fond 14, et comportant latéralement une gorge 16, ici de section triangulaire. Le poinçon 11 est schématisé par un volume cylindrique de rayon légèrement inférieur à celui de la matrice 10. Le marteau 12 présente ici un rayon supposé globalement identique à celui du poinçon 11, et venant prendre appui sur sa face inférieure 17. Une pièce métallique 14, ici de forme cylindrique fermée en son extrémité supérieure, est insérée dans la matrice 11, et reçoit le poinçon 12 dans son volume intérieur. Le poinçon est supposé réalisé en un élastomère incompressible (n=0.5), c'est-à-dire que sa déformation s'effectue à volume constant. Par ailleurs, on suppose que la pièce métallique 14 (également nommée le flyer) est suffisamment fine pour ne pas avoir d'influence sur la déformation de l'élastomère. Mode de fonctionnement La bobine 13 génère un champ magnétique qui déplace le marteau 12 vers le poinçon 11 en élastomère. L'élastomère est alors contraint et se déformer radialement, ce qui permet le formage de la pièce métallique 14 placée entre le poinçon 11 et la matrice 10. Dans un exemple non limitatif de mise en oeuvre, la pièce métallique 14 à former se présente sous la forme d'un cylindre en acier 15-5PH de diamètre 38mm. Le poinçon 11 est un cylindre en élastomère (polyuréthanne 90 shores A) de rayon R = 19 mm et hauteur H = 15 mm. Le moule, c'est-à-dire la face interne de la matrice 10, présente un rayon R+G = 42 mm. Le dispositif de génération de champ magnétique génère une puissance de 8kJ La vitesse d'impact Vz du marteau 12 sur l'élastomère 11 a été mesurée à 34m/s. Il est possible d'estimer la vitesse d'impact radiale VR en utilisant la formule d'obtention suivante : (1) dans laquelle VR désigne la vitesse radiale, Vz la vitesse de déplacement axiale (imprimée par le marteau 12), R/H le rapport d'aspect du cylindre, et G/R le rapport du gap G (espace entre l'élastomère et l'enclume) au rayon R de l'élastomère : On obtient dans le cas présent une vitesse d'impact radiale VR estimée de 30m/s. Lors de l'impact du marteau 12 sur l'élastomère 11, le choc génère une onde de pression dynamique dont la vitesse de propagation est largement supérieure à la vitesse d'impact VR. De plus, lorsque la pièce métallique 14 entre en contact du moule, il demeure certaines zones qui ne sont pas en contact avec le moule (notamment la gorge 16). C'est en particulier le cas pour les zones où le moule présente des géométries de plus grande profondeur (par exemple des gravures décoratives ou des géométries fonctionnelles). Le poinçon 11 en élastomère et la pièce métallique 14 continuent à se déformer localement et leur vitesse de déformation est susceptible d'être largement supérieure à la vitesse de déformation radiale VR lors de l'impact. On observe une déformation plastique de la pièce métallique 14 dans le cas ou la vitesse radiale VR vérifie l'équation suivante : 1-V 1 1 Se EL - .f [e Z] Avantages Un tel dispositif présente ainsi l'avantage de réduire considérablement les phénomènes de retour élastique, de former par élastoformage des pièces en tôle d'épaisseur supérieure à 1,5mm. Variantes Les exemples précédents ont été donnés à titre illustratif et ne sont pas exhaustifs. On pourra en particulier réaliser l'invention en formant une pièce métallique 14 de dimensions sensiblement identiques à celles du moule 10. Le poinçon 11 en élastomère aura des dimensions sensiblement moindres. REVENDICATIONS1. Dispositif de formage par emboutissage d'une feuille (14) en matériau plastique, ledit dispositif étant adapté à être mise en oeuvre en conjonction avec une matrice (10) de forme prédéterminée, caractérisé en ce que le dispositif comporte : - un poinçon (11) en matériau deformable et sensiblement incompressible, adapté à être disposé face à la matrice, - des moyens de percussion (12), adaptés à entraîner le poinçon (11) en translation selon une direction prédéterminée (Z), - des moyens de propulsion électromagnétiques (13), adaptés à imprimer aux moyens de percussion (12) une vitesse supérieure à une valeur prédéterminée.