Brevet FR3005881A1 — publié le 20141128

OUTILLAGE D'EMBOUTISSAGE POUR PIECE DE CARROSSERIE DE VEHICULE L'invention a trait au domaine de l'emboutissage de tôle, plus précisément au domaine de l'emboutissage de pièces de carrosserie de véhicule automobile. L'invention a trait à l'outillage d'une presse d'emboutissage, ainsi qu'à une presse équipée d'un tel outillage. La figure 1 illustre le principe de base et connu de fonctionnement d'une presse d'emboutissage. La presse, non illustrée en tant que telle, est équipée d'un outillage 2 comprenant essentiellement un poinçon 4, des serre-flan 6 et une matrice 8. La matrice 8 présente une empreinte 10 correspondant à la forme que l'on désire donner à la tôle 16. Le poinçon 4 est conçu pour pénétrer l'empreinte en y forçant la tôle 16. Les serre-flans 6 présentent des surfaces de serrage 14 disposées en vis-à-vis d'une ou plusieurs surfaces périphériques 12 de la matrice. Les serre-flan 6 ont pour rôle de freiner le déplacement par glissement de la tôle 16 lors du mouvement de travail du poinçon dans l'empreinte 10 de la matrice. L'objectif des serre-flan 6 est essentiellement de freiner l'écoulement de la tôle afin de l'étirer et d'éviter la formation de plis. Différentes solutions sont connues pour freiner l'écoulement de la tôle entre les serre-flan et la matrice. Les figures 2(a) à 2(d) illustrent quatre solutions classiques d'interaction avec la tôle entre le serre-flanc 6 et la matrice 4 et les problèmes associés. La figure 2(a) montre un premier cas de figure où la surface 12 de la matrice qui est à la périphérie de l'empreinte 10 présente un ressaut 18 communément appelé gradin, à proximité de la jonction avec l'empreinte. Une forme correspondante 22 est prévue au niveau de la surface de serrage 14 du serre-flan 6. La tôle 16 est ainsi pincée entre les surfaces 12 et 14 suivant leurs profils avec le ressaut. Lors de l'opération d'emboutissage par insertion du poinçon 4 dans l'empreinte 10, la tôle se voit progressivement consommée en se déplaçant vers l'empreinte. Le contournement du gradin 18 génère un effort de retenue destiné à contrôler l'opération d'emboutissage. Cet effort est transmis à la portion de matrice formant le gradin, cette portion étant sujette à rupture suivant la ligne 20. Le gradin doit donc présenter une longueur L suffisante pour limiter les contraintes dans la matrice. Cette longueur L est typiquement supérieure ou égale à 25mm. La figure 2(b) illustre une deuxième solution connue de retenue de tôle entre le serre-flan et la matrice. La surface périphérique 12 de la matrice 8 présente un jonc 24, réalisé par un corps logé dans une cavité et faisant saillie. La surface extérieure du jonc est généralement arrondie. La surface de serrage 14 du serre-flan 6 présente une cavité 26 épousant essentiellement la surface extérieure du jonc 24. Lors de l'opération d'emboutissage et de la consommation de la tôle 16, celle-ci doit se déformer à hauteur du jonc 24 et de la cavité correspondante 26. Cette déformation génère également des efforts importants au niveau de la matrice depuis la cavité logeant le jonc 24 jusqu'à l'empreinte 10, pouvant provoquer une cassure de la matrice suivant la ligne 20. Similairement à la première solution ci-avant, le jonc 24 doit se situer à une distance L minimale de la fonction avec l'empreinte afin d'éviter des ruptures, cette distance pouvant être supérieure ou égale à 25mm. Dans les première et deuxième solutions décrites ci-avant, la longueur ou distance L est pénalisante en ce qu'elle est source de perte de matière. En effet, après emboutissage, les bords de la pièce coopérant avec le gradin ou le jonc doivent être séparés de la pièce. La quantité de matière perdue est donc d'autant plus grande que la longueur ou la distance L est grande. La figure 2(c) montre une troisième solution connue correspondant essentiellement à une combinaison des deux premières des figures 2(a) et 2(b) respectivement. Un gradin 18 y est combiné avec un jonc 24, ce dernier étant, à titre d'exemple, venu de matière avec la matrice. Cette configuration permet de générer des efforts de retenue de la tôle plus importants. La longueur L1 du gradin 18 peut être un peu plus faible compte tenu des efforts repris en partie par le jonc 24. Cette longueur L1 peut être supérieure ou égale à 20mm. La longueur L2 entre le gradin et le jonc peut également être supérieure ou égale à 20mm. La longueur totale des moyens de retenue est alors supérieure ou également à 40mm. La figure 2(d) montre une quatrième solution connue sans gradin mais avec deux joncs 24 sur la face de serrage 14 du serre-flanc 6, la surface 12 de la matrice comprenant des cavités 26 correspondantes. La distance L1 du premier jonc 24 peut typiquement être supérieure ou égale à 25mm, la distance L2 entre les deux joncs peut alors être supérieure ou également à 22mm. Dans les différentes configurations détaillées ci-avant, la tôle doit rester engagée avec les moyens de retenue jusqu'en fin de cycle d'enfoncement du poinçon dans l'empreinte. Le bord de la tôle doit par conséquent rester à une distance d'au moins L=L1-EL2, cette distance étant potentiellement pénalisante d'un point de vue du coefficient d'utilisation de matière. L'invention a pour objectif de proposer une solution d'emboutissage palliant au moins un des problèmes sus mentionnés. Plus particulièrement, l'invention a pour objectif de proposer une solution d'emboutissage permettant d'augmenter le coefficient d'utilisation de matière et de diminuer le prix de revient des pièces à emboutir. L'invention a pour objet un outillage de presse d'emboutissage de tôle, notamment de pièce de carrosserie de véhicule automobile, comprenant: une matrice avec une empreinte et une surface périphérique; un poinçon apte à pénétrer l'empreinte de la matrice; au moins un serre-flan correspondant à au moins une portion de la surface périphérique de la matrice, avec une surface de serrage apte à presser un flan de tôle contre ladite surface périphérique; remarquable en ce que la surface du serre-flan comprend au moins une cavité en face d'une zone généralement plate ou creuse de la portion de surface périphérique, de manière à permettre au flan de tôle de se déformer dans la ou les cavités lors de son déplacement vers l'empreinte. Selon un mode avantageux de l'invention, la surface de serrage du serre-flan comprend une première rangée de cavités réparties essentiellement parallèlement à la jonction entre la surface périphérique et l'empreinte de la matrice et/ou à la jonction entre le serre-flan et le poinçon. Selon un mode avantageux de l'invention, la première rangée de cavités est à une distance de la jonction entre la surface périphérique et l'empreinte de la matrice et/ou de la jonction entre le serre-flan et le poinçon qui est inférieure à 20mm et préférentiellement supérieure à 5mm. Selon un mode avantageux de l'invention, la surface de serrage du serre-flan comprend une deuxième rangée de cavités réparties essentiellement parallèlement à la première rangée, la deuxième rangée étant davantage éloignée de la jonction entre la surface périphérique et l'empreinte de la matrice et/ou de la jonction entre le serre-flan et le poinçon. Selon un mode avantageux de l'invention, les cavités de la première rangée et de la deuxième rangée sont en quinconce. Selon un mode avantageux de l'invention, la ou les cavités est/sont de profil généralement circulaire, sa ou leur section dans le plan de la surface du serre-flan étant préférentiellement généralement circulaire. Selon un mode avantageux de l'invention, la portion de surface périphérique de la matrice située entre la ou les cavités et l'empreinte est libre de ressaut. Selon un mode avantageux de l'invention, le serre-flan comprend un évent du volume de la cavité ou de chacune des cavités. Selon un mode avantageux de l'invention, la surface périphérique de la matrice est libre de ressaut et/ou la surface de serrage du serre-flan est libre de portion en saillie. L'invention a également pour objet une presse d'emboutissage comprenant: un outillage d'emboutissage avec une matrice, un poinçon et au moins un serre-flan; des moyens de déplacement du poinçon dans la matrice et du ou des serre-flans contre la matrice; remarquable en ce que l'outillage est conforme à l'invention. Les mesures de l'invention sont intéressantes en ce qu'elles permettent de diminuer la taille des chutes de tôle après emboutissage. En effet, les mesures de l'invention permettent de rapprocher les moyens de retenue des flans de tôle de l'empreinte, ce qui permet de partir d'une portion de tôle plus petite. L'absence de ressaut sur la surface périphérique de la matrice, recevant le ou les flans de tôle évite le risque de formation de fissures et de ruptures. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description et des dessins parmi lesquels : - la figure 1 est une illustration du principe connu de fonctionnement de l'emboutissage d'une tôle ; 3005 881 5 - les figures 2(a) à 2(d) illustrent différentes configurations connues de moyens de retenue de tôle entre un serre-flan et une matrice ; - les figures 3(a) à 3(c) illustrent un premier mode de réalisation de l'invention ; - les figures 4(a) à 4(c) illustrent un deuxième mode de réalisation de 5 l'invention ; - les figures 5(a) et 5(b) sont des vues de détail d'un serre-flan et de la matrice compatible avec les premier et deuxième modes de réalisation de l'invention; - la figure 6 est une vue isométrique d'une partie de la tôle en phase d'emboutissage, illustrant le phénomène de déformation de la tôle dans les 10 cavités, conformément aux premier et deuxième modes de réalisation de l'invention. Les figures 1 et 2(a) à 2(d) ont été décrites précédemment dans le cadre de la discussion de l'état de la technique. Les figures 3(a) à 3(c) illustrent un outillage de presse d'emboutissage selon un 15 premier mode de réalisation de l'invention. Les figures 3(a) et 3(b) sont des vues de profil de l'outillage alors que la figure 3(c) est une vue en plan de la surface de serrage du serre-flanc. L'outillage 102 comprend essentiellement un poinçon 104, au moins un serre-flan 106 et une matrice 108. Cette dernière comprend au moins une empreinte 110 20 correspondant à la forme de la pièce à former. Elle comprend également une ou plusieurs surfaces 112 à la périphérie de l'empreinte sur laquelle la tôle est destinée à glisser lors de l'opération d'enfoncement du poinçon 104 dans l'empreinte 110. Le serre-flan 106 comprend une surface de serrage 114 qui est pourvue d'une série de cavités 126. Comme cela est visible à la figure 3(c), ces cavités sont réparties le 25 long du bord 130 du serre-flan 106 correspondant à la jonction de la surface de serrage 114 avec le poinçon 104. Les zones 124 de la surface périphérique 112 de la matrice 108 situées en face des cavités 126 sont généralement plates ou du moins ne présentent pas de ressaut susceptible de générer des efforts importants dans la matrice lors de l'opération d'emboutissage. La vue à la figure 3(a) correspond au début de l'opération 3005 881 6 d'emboutissage. On peut en effet observer que le poinçon 104 est en position intermédiaire. La tôle 116 a commencé à être consommée et à se déplacer vers l'empreinte. L'écoulement de la tôle provoque une diminution du périmètre du flan de la tôle et, partant, des contraintes de compression dans le plan du flan. Ces 5 contraintes de compression tendent à générer des plis, ces derniers étant empêchés par la présence du serre-flan 106. A l'endroit des cavités 126, la tôle peut se déformer plus librement et ainsi partiellement occuper les cavités. A la figure 3(a), cette déformation de la tôle forme un frein pour l'écoulement de celle-ci. La portion de tôle formant la déformation est en effet en contact avec la cavité et doit alors de 10 déformer à nouveau vers une configuration plate pour pouvoir continuer à glisser vers l'empreinte. Cette deuxième déformation génère un effort de retenu utile à contrôler l'opération d'emboutissage. La figure 3(b) correspond à la fin de l'emboutissage. On peut en effet observer que le poinçon 104 est en position basse où la tôle 116 est en contact avec le fond de 15 l'empreinte 110. Dans cette position, le bord 128 du flan de la tôle 116 est au niveau des cavités 126 de manière à ce que la tôle soit retenue jusqu'au bout de l'opération d'enfoncement du poinçon 104 dans l'empreinte 110. La ou les cavités 126 peuvent prendre diverses formes. Elles présentent préférentiellement une forme avec profil généralement arrondi, plus particulièrement 20 circulaire. Elles peuvent prendre la forme d'une calotte généralement sphérique. La figure 3(c) illustre la disposition des cavités 126 sur la surface de serrage 114 du serre-flan. On peut observer qu'elles sont réparties de manière essentiellement régulière parallèlement au bord 130 du serre-flan, ce bord correspondant à la jonction entre la surface de serrage 114 et le poinçon. Les cavités 126 représentées 25 à la figure 3(c) présentent une section circulaire et sont à une distance li du bord 130 en question. Elles sont disposées à une distance 12 l'une par rapport l'autre. Il est intéressant de noter que le serre-flan n'est pas soumis aux contraintes de la matrice en ce qui concerne l'état de surface du congé de raccordement entre l'empreinte et la surface périphérique. La distance li peut ainsi être sensiblement 30 réduite et peut ainsi présenter une limite inférieure de l'ordre de 5mm. Le diamètre d des cavités 126 peut être constant ou variable. Il en va de même pour la distance 12. Afin d'assurer toutefois une certaine stabilité et éviter des fissures ou ruptures de la matière du serre-flan située entre deux cavités voisines, la distance 12 peut présenter une limite inférieure par exemple de l'ordre de 5mm. Les figures 4(a) à 4(c) illustrent un deuxième mode de réalisation de l'invention. Similairement aux figures 3(a) à 3(c) du premier mode de réalisation, les figures 4(a) et 4(b) sont des vues de profil de l'outillage, l'une dans une position intermédiaire du poinçon et l'autre dans une position basse du poinçon. Les numéros de référence du premier mode de réalisation sont utilisés pour les éléments identiques ou correspondants du deuxième mode de réalisation, ces numéros étant toutefois majorés de 100 afin de bien distinguer les deux modes. Des numéros spécifiques compris entre 200 et 300 sont utilisés pour les éléments spécifiques de ce deuxième mode de réalisation. L'outillage 202 du deuxième mode de réalisation de l'invention est similaire à celui du premier mode. Il s'en distingue toutefois en ce que la surface de serrage 214 du serre-flan 206 comprend deux rangées de cavités, plus précisément une première rangées de cavités 226 correspondant essentiellement à la rangée de cavités 126 du premier mode de réalisation, et une deuxième rangée de cavités 232 située davantage à distance du poinçon 204 et de l'empreinte 210. Comme cela est visible à la figure 4(a), la tôle 216 en phase de consommation vers l'empreinte 210 est retenue par deux rangées de cavités 226 et 232. Les zones 224, 234 de la surface correspondante 212 de la matrice qui sont situées en face des cavités sont essentiellement plates, voire planes, de manière à ne présenter aucun ressaut. Lors de son déplacement vers l'empreinte, le flan de tôle 216 voit son périmètre diminuer et subit alors des contraintes de compression dans le plan du flan. Ces contraintes provoquent alors la formation de plis ou ondulations à l'endroit des cavités 226 et 232, similairement à la déformation du flan de tôle au premier mode de réalisation de l'invention. Le flan de tôle 216 se voit ici doublement retenu. A la figure 4(b) on peut observer que l'extrémité 228 du flan de tôle 216 se situe au niveau de la première rangée de cavités 226 en fin de cycle de consommation de matière, c'est-à-dire lorsque le poinçon est en position basse. Cela signifie que la tôle est ainsi retenue jusqu'en fin de mouvement de descente du poinçon. La figure 4(c) illustre l'agencement des cavités 226 et 232 sur la surface de serrage 214 du serre-flan. On peut observer que la première rangée de cavités 226 est disposée essentiellement parallèlement au bord 230 correspondant à la jonction entre la surface 214 et le poinçon. La deuxième rangée de cavités 232 est disposée également parallèlement, davantage à distance dudit bord 230. Les cavités 226 et 232 sont préférentiellement disposées en quinconce de manière à répartir les efforts exercés sur la tôle. Cet agencement en quinconce permet également de maximiser la distance entre les cavités pour une distance donnée entre les deux rangées. La distance entre les deux rangées peut alors être choisie de manière à ce que la distance 13 entre deux cavités voisines des deux rangées ne soit pas inférieure à la distance 12 entre deux cavités voisines d'une même rangée. La distance li entre les cavités 226 de la première rangée et le bord 230 ainsi que les distances 12 et 13 sus mentionnées peuvent être réduites à une valeur inférieure, par exemple de l'ordre de 5mm, permettant ainsi d'être au plus près du bord 230 et de diminuer les pertes de matière. Similairement au premier mode de réalisation, les cavités 226 et 232 peuvent présenter une forme de calotte essentiellement sphérique. Elles peuvent toutefois présenter des formes non sphériques mais bien de profil généralement arrondi. Les figures 5(a) et 5(b) sont des vues de détail en coupe d'un serre-flan et de la zone correspondante de la matrice. Ces représentations s'appliquent notamment aux deux modes de réalisation de l'invention détaillés ci-avant. C'est pour cette raison que les numéros de référence des deux modes apparaissent sur ces représentations, étant entendu que les mesures illustrées sur ces figures peuvent s'appliquer à d'autres modes de réalisation. On peut observer aux figures 5(a) et 5(b) que le serre-flan 106 ou 206 est pourvu d'une série d'évents 136 ou 236, configurés pour relier à l'air libre les cavités 126, 226 ou 232. Le contact entre le flan de tôle et la surface de serrage du serre-flan peut en effet être intime au point de présenter une certaine étanchéité à l'air. Une mise à l'air peut alors permettre une libre déformation de la tôle dans les cavités et, partant, une meilleure retenue. La figure 6 est une vue isométrique d'une portion de tôle en fin d'emboutissage. Elle illustre en perspective les déformations du flan de tôle dans les cavités du serre-flan. Cette représentation s'applique notamment aux deux modes de réalisation de l'invention détaillés ci-avant. On peut observer les déformations locales du flan de tôle à son bord libre 128 ou 228, ces déformations occupant une partie du volume des cavités 124 ou 224. REVENDICATIONS1. Outillage (102 ; 202) de presse d'emboutissage de tôle (116 ; 216), notamment de pièce de carrosserie de véhicule automobile, comprenant : - une matrice (108 ; 208) avec une empreinte (110 ; 210) et une surface périphérique (112, 212) ; - un poinçon (104 ; 204) apte à pénétrer l'empreinte (110 ; 210) de la matrice (108, 208) ; - au moins un serre-flan (106 ; 206) correspondant à au moins une portion de la surface périphérique (112 ; 212) de la matrice, avec une surface de serrage (114 ; 214) apte à presser un flan de tôle (116 ; 216) contre ladite surface périphérique ; caractérisé en ce que la surface de serrage (114, 214) du serre-flan (106 ; 206) comprend au moins une cavité (126 ; 226, 232) en face d'une zone (124 ; 224, 234) généralement plate de la portion de surface périphérique (112 ; 212), de manière à permettre au flan de tôle de se déformer dans la ou les cavités (126 ; 226, 232) lors de son déplacement vers l'empreinte (110 ; 210). 2. Outillage (102 ; 202) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de serrage (114, 214) du serre-flan (106 ; 206) comprend une première rangée de cavités (126 ; 226) réparties essentiellement parallèlement à la jonction entre la surface périphérique (112 ; 212) et l'empreinte (110 ; 210) de la matrice (108, 208) et/ou à la jonction entre le serre-flan (106 ; 206) et le poinçon (104 ; 204). 3. Outillage (102 ; 202) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première rangée de cavités (126 ; 226) est à une distance li de la jonction entre la surface périphérique (112 ; 212) et l'empreinte (110 ; 210) de la matrice (108, 208) et/ou de la jonction entre le serre-flan (106 ; 206) et le poinçon (104 ; 204) qui est inférieure à 20mm et préférentiellement supérieure à 5mm. 4. Outillage (202) selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la surface de serrage du serre-flan comprend une deuxième rangée de cavités (232) réparties essentiellement parallèlement à la première rangée (226), la 3005 881 11 deuxième rangée étant davantage éloignée de la jonction entre la surface périphérique (112 ; 212) et l'empreinte (110 ; 210) de la matrice (108, 208) et/ou de la jonction entre le serre-flan (106 ; 206) et le poinçon (104 ; 204). 5. Outillage (202) selon la revendication 4, caractérisé en ce que les cavités de 5 la première rangée (226) et de la deuxième rangée (232) sont en quinconce. 6. Outillage (102 ; 202) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la ou les cavités (126 ; 226, 232) est/sont de profil généralement circulaire, sa ou leur section dans le plan de la surface du serre-flan étant préférentiellement généralement circulaire. 10 7. Outillage (102 ; 202) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la portion de surface périphérique (112 ; 212) de la matrice (108, 208) située entre la ou les cavités (126 ; 226, 232) et l'empreinte (110 ; 210) est libre de ressaut. 8. Outillage (102 ; 202) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce 15 que le serre-flan (106 ; 206) comprend un évent (136 ; 236) du volume de la cavité ou de chacune des cavités (126 ; 226, 232). 9. Outillage (102 ; 202) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la surface périphérique (112 ; 212) de la matrice (108, 208) est libre de ressaut et/ou la surface de serrage (114, 214) du serre-flan (106, 206) est 20 libre de portion en saillie. 10. Presse d'emboutissage comprenant : - un outillage d'emboutissage (102, 202) avec une matrice (108 ; 208), un poinçon (104, 204) et au moins un serre-flan (106 ; 206) ; - des moyens de déplacement du poinçon dans la matrice et du ou des 25 serres-flans contre la matrice ; caractérisée en ce que l'outillage (102, 202) est conforme à l'une des revendications 1 à 9.