Brevet FR3021564A1 — publié le 20151204

Outillage de presse de découpe adiabatique La présente invention se rapporte à un outillage pour presse de découpe adiabatique de produits métalliques plats. Un domaine d'application envisagé est celui de la réalisation de pièces métalliques en grande série. La découpe adiabatique est une méthode de découpe à grande vitesse d'impact, par exemple de 5 à 15 m/s, permettant de réaliser des pièces métalliques dans des produits métallique plats, par exemple, des produits en bande. Son avantage réside dans la qualité de découpe. Grâce à une grande vitesse d'impact de l'outil de coupe sur le produit métallique, on observe une forte élévation de la température du produit métallique au niveau de la bande de cisaillement, et ce, pendant un instant court et à courte distance. Il en résulte un accroissement local de la ductilité du matériau métallique, et partant, une séparation franche du produit cisaillé. Conséquemment, la pièce ainsi obtenue présente une meilleure qualité de ses contours, comparativement aux méthodes traditionnelles de découpe. La mise en oeuvre d'une telle méthode pour découper une même pièce dans une bande métallique, nécessite une presse adaptée et un outillage spécifique. Celui-ci comprend un bâti présentant une partie inférieure formant une embase et une partie supérieure située en surplomb de la partie inférieure. La partie inférieure est équipée d'une matrice, tandis que la partie supérieure est équipée d'un équipage mobile guidé par des colonnes de guidage, l'équipage mobile comprenant un poinçon, lequel est apte à être entraîné à travers la matrice. L'outillage comprend également un serre-flan mobile, solidaire du bâti et de l'équipage mobile. Il est alors destiné à venir porter la bande métallique en appui contre la matrice, lorsque l'équipage mobile est entraîné en translation par impact, afin que le poinçon puisse traverser la bande métallique pour rejoindre la matrice et découper la bande métallique, de manière à en extraire la pièce. L'équipage mobile et le serre-flan sont reliés ensemble par des organes mécaniques compressibles, de manière à ce que le poinçon puisse pénétrer dans le matériau métallique, alors que le serre-flan prend appui dessus. 3021564 2 Cependant, une telle méthode nécessite de mettre en oeuvre une grande quantité d'énergie, et de plus, il s'avère que la vitesse de frappe de l'outil à travers le métal entraîne une dégradation rapide du poinçon et de la matrice. Au surplus, une difficulté résulte de la dissipation de l'énergie thermique 5 non consommée par la découpe. Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention, est de fournir un outillage pour presse de découpe adiabatique, qui permette, non seulement une meilleure utilisation de l'énergie fournie par la presse, mais aussi, de diminuer la vitesse d'usure de la matrice et du poinçon. 10 Dans ce but, la présente invention propose un outillage pour presse de découpe adiabatique d'un produit métallique plat, ledit outillage comprenant, d'une part un bâti présentant une partie inférieure formant embase et une partie supérieure s'étendant en surplomb de ladite partie inférieure, et d'autre part une matrice installée dans ladite partie inférieure formant embase et un 15 ensemble de poinçonnage solidaire de ladite partie supérieure, ledit ensemble de poinçonnage étant mobile en translation vers ladite matrice, ledit outillage comprenant en outre un serre-flan mobile solidaire dudit bâti, ledit serre-flan mobile étant destiné à venir porter ledit produit métallique plat en appui contre ladite matrice, tandis que ledit ensemble de poinçonnage est apte à être frappé 20 pour pouvoir venir découper ledit produit métallique plat à travers ladite matrice. Ladite partie supérieure dudit bâti présente un espace cylindrique de guidage axial, et ledit ensemble de poinçonnage présente une partie cylindrique montée à coulissement à l'intérieur dudit espace cylindrique de guidage pour pouvoir guider ledit ensemble de poinçonnage en translation. 25 Lorsque l'ensemble de poinçonnage est frappé, il l'est par un élément de la presse, et il est alors entraîné en translation de manière contrôlée. Ainsi, une caractéristique de l'invention réside dans la mise en oeuvre d'un ensemble de poinçonnage guidé à l'intérieur d'un espace cylindrique. Pour ce faire, l'ensemble de poinçonnage présente une partie cylindrique destinée à être 30 monté à coulissement à l'intérieur de l'espace cylindrique de guidage. Ainsi, comparativement aux équipages mobiles portant le poinçon, selon l'art antérieur, lesquels comprennent des orifices de guidage traversés par les 3021564 3 colonnes de guidage, moins d'énergie se dissipe selon l'invention, et par conséquent, elle est directement utilisée pour la découpe. En effet, il s'avère que 10% à 20% de l'énergie fournie, selon l'art antérieur, n'est pas absorbée par la découpe. Aussi, grâce à l'invention, on 5 peut abaisser sensiblement la quantité d'énergie fournie à l'ensemble de poinçonnage, pour obtenir une même qualité de découpe. De la sorte, on diminue les coûts d'exploitation de la presse de découpe. Selon un mode de réalisation de l'invention particulièrement avantageux, ledit ensemble de poinçonnage est libre en translation par rapport audit serre- 10 flan mobile de manière à pouvoir frapper le seul ensemble de poinçonnage. De la sorte, une caractéristique de l'invention réside également dans la mise en oeuvre d'un ensemble de poinçonnage mobile indépendant du serre-flan, ce qui permet également, de diminuer la valeur de la masse en mouvement, et partant, de focaliser l'énergie d'impact sur le seul poinçon et non plus sur 15 l'ensemble comportant le poinçon et le serre-flan. Par conséquent, pour une énergie fournie par impact, identique à celle qui était fournie selon l'art antérieur pour entraîner le poinçon et le serre-flan, une plus grande quantité d'énergie est fournie au poinçon, et partant, permet aussi d'améliorer la qualité de la découpe. 20 Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention particulièrement avantageux, ledit ensemble de poinçonnage comporte un pied de poinçon présentant ladite partie cylindrique et un poinçon monté sur ledit pied de poinçon. De la sorte, l'énergie d'impact est directement fournie au pied de poinçon. Ainsi, le poinçon étant relié de façon rigide au pied de poinçon, 25 l'énergie d'impact lui est directement transmise sans déperdition et selon une direction confondue avec l'axe du poinçon. Avantageusement, ledit ensemble de poinçonnage comporte en outre un organe de liaison à queue d'aronde pour relier ensemble ledit poinçon et ledit pied de poinçon. Une telle liaison, par définition non vissée, n'évolue pas dans 30 le temps au fil des frappes, ou chocs, subis par l'ensemble de poinçonnage. Aussi, la liaison demeure-t-elle rigide. En outre, ledit pied de poinçon présente, de préférence, un corps cylindrique et une tête surmontant ledit corps cylindrique pour former un 3021564 4 épaulement. Le corps cylindrique définit alors la partie cylindrique montée à coulissement dans l'espace cylindrique de guidage, tandis que la tête est apte à recevoir les impactes de la frappe, ou choc. Au surplus, grâce à l'épaulement, et comme on l'expliquera ci-après, il est non seulement possible d'interposer 5 une butée mécanique de fin de course du pied de poinçon, mais aussi, de prévoir des moyens d'amortissement. Ainsi, l'outillage selon l'invention comprend, de manière particulièrement avantageuse, des organes d'amortissement installés entre ledit ensemble de poinçonnage et ladite partie inférieure pour pouvoir amortir ledit ensemble de poinçonnage. On prévoit par 10 exemple des moyens d'amortissement de type hydrauliques, ce qui permet de dissiper de l'énergie non consommée par la découpe. En outre, et selon un mode de réalisation préféré, ledit bâti comprend des organes élastiquement compressibles installés entre ledit serre-flan et ladite partie supérieure dudit bâti. Ainsi, le serre-flan est comprimé à force contre la 15 bande métallique, qui elle-même est en appui contre la matrice, tandis que les organes élastiquement compressibles sont comprimés. De la sorte, lorsque l'ensemble de poinçonnage est entraîné en retour vers la partie supérieure pour extraire le poinçon de la bande métallique, cette dernière est maintenue en appui contre la matrice grâce au serre-flan. En effet, en entraînant en 20 mouvement le poinçon vers la partie supérieure du bâti pour l'extraire de la bande métallique, celui-ci tend à entraîner la bande métallique avec lui. Aussi, ledit bâti comprend, avantageusement, des actionneurs commandables, ou chandelles de relevage, montés dans ladite partie inférieure formant embase pour pouvoir entraîner en translation ledit serre-flan vers ladite 25 partie supérieure dudit bâti. Une telle caractéristique permet de relever le serre- flan, en comprimant les organes élastiquement compressibles, pour pouvoir libérer la bande métallique, et la faire avancer d'un incrément pour une nouvelle frappe, comme on l'expliquera plus en détail dans la suite de la description. De plus, selon une caractéristique de mise en oeuvre préférée, ledit 30 poinçon est monté coulissant à travers ledit serre-flan. Il est ainsi lié avec le serre-flan selon une direction transversale, mais totalement libre selon sa direction de mouvement. 3021564 5 Au surplus, ledit bâti comprend des colonnes de guidage dudit serre-flan mobile. Préférentiellement, lesdites colonnes présentent chacune une portion médiane montée en position fixe sur ledit serre-flan mobile et deux extrémités opposées respectivement montées à coulissement dans lesdites parties 5 inférieure et supérieure dudit bâti. Ainsi, contrairement à l'art antérieur où les colonnes de guidage sont maintenues en position fixe à leurs deux extrémités, et où elles traversent le serre-flan, lequel est libre en translation par rapport aux colonnes, selon l'invention, c'est l'inverse. Un tel agencement permet un guidage plus précis du serre- flan, et il demeure strictement perpendiculaire à la 10 direction du mouvement de l'ensemble de poinçonnage. En outre, ladite partie inférieure formant embase et ladite partie supérieure dudit bâti sont formées d'un seul bloc vissé. Ainsi, les deux parties sont parfaitement maintenues en position fixe l'une par rapport à l'autre. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture 15 de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la Figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un outillage conforme à l'invention ; et, 20 - la Figure 2 est une vue schématique de détail de la Figure 1. La Figure 1 illustre un outillage 10 conforme à l'invention et adapté à être installé sur une presse de découpe adiabatique. Une telle presse se caractérise par la quantité d'énergie cinétique qu'elle est susceptible de fournir, et plus précisément, la vitesse d'actionnement. Elle est susceptible d'actionner l'outil à 25 des vitesses comprises entre 5 m/s et 20 m/s, par exemple 12 m/s L'outillage 10 comprend un bâti 11 présentant une partie inférieure 12 constituant l'embase et une partie supérieure 14 venant s'étendre en surplomb de l'embase. Le bâti 11 présente, entre sa partie inférieure 12 et sa partie supérieure 14, un espace de travail libre 15. La partie inférieure 12 est ici en 30 appui sur une plate-forme 16 de la presse. La seule plate-forme 16 est ici représentée tandis que les autres éléments de la presse n'apparaissent pas pour la clarté du dessin. 3021564 6 L'outillage 10 comprend une matrice 18 installée sensiblement au centre de la partie inférieure formant embase 12 à l'intérieur d'un logement 20 prévu à cet effet. Un orifice de sortie 22 débouche dans le logement 20. La matrice 18 présente une empreinte 24 définissant les contours d'une 5 pièce à réaliser. Cette empreinte 24 est de forme cylindrique et elle traverse de part en part la matrice 18 pour déboucher dans l'orifice de sortie 22 de la partie inférieure 12 formant embase. La matrice 18 est réalisée de manière à ce que la génératrice de la forme cylindrique s'étende verticalement selon la direction verticale V. 10 L'outillage 10 comprend également un ensemble de poinçonnage 25 présentant un poinçon 26 destiné à coopérer avec la matrice 18 et un pied de poinçon 28 dont il est solidaire. Ce dernier présente un corps cylindrique 27 surmonté d'une tête 31. Cette dernière définit un épaulement 33 dont on expliquera la fonction ci-après. 15 En outre, et selon l'invention, la partie supérieure 14 dudit bâti 11 présente un espace cylindrique de guidage axial 35, et, le corps cylindrique 27 est monté à coulissement à l'intérieur l'espace cylindrique de guidage axial 35 selon la direction verticale V. Ainsi, le poinçon 26 est maintenu axialement en regard de l'empreinte 24 au moyen du pied de poinçon, 28, à l'intérieur de 20 l'espace de travail 15. On se référera à la Figure 2 pour décrire plus en détail l'ensemble de poinçonnage 25 avant de revenir sur la Figure 1. On y retrouve le pied de poinçon 28, présentant son corps cylindrique 27 et sa tête 31 qui le surmonte. On y retrouve également, plus en détail, le poinçon 26 monté sur une plaque 25 porte-poinçon 29, laquelle est reliée au corps cylindrique 27 par un assemblage mécanique bien connu en queue d'aronde, de manière à ce qu'ils puissent former un ensemble rigide. Pour ce faire, le corps cylindrique 27 présente une partie formant tenon 37, tandis qu'une rainure en coopération de forme 39 est ménagée sur le dessus de la plaque porte-poinçon 29. Au surplus, une plaque 30 de choc 41 est ajustée dans le fond de la rainure 39 de manière à venir y coincer le tenon 37. Aussi, le pied de poinçon 28 et le poinçon 26 sont-ils reliés ensemble de manière rigide. Un tel assemblage présente un avantage par rapport à ceux utilisant des vis de fixation. En effet, les vis de fixations ont 3021564 7 tendance à se dévisser, par nature, lorsqu'elles sont sollicitées, comme elles le seraient dans le présent outillage 10, notamment par les vibrations. En se reportant de nouveau sur la Figure 1, il apparaît ainsi que le pied de poinçon 28 est monté à coulissement dans la partie supérieure 14 du bâti 11 et 5 qu'il est apte à coulisser selon une direction parallèle à la génératrice de l'empreinte 24 de la matrice 18. En outre, le poinçon 26 présente, à l'opposé de la plaque porte-poinçon 29, une extrémité de travail 30 formant outil, destinée à venir s'engager à l'intérieur de l'empreinte 24. L'extrémité de travail 30 définit les contours d'une forme correspondant exactement à l'empreinte 24 de la 10 matrice 18, au jeu fonctionnel près comme on l'expliquera ci-après. En outre, l'outillage 10 comporte également un serre-flan mobile 32 installé dans l'espace de travail 15. Le serre-flan 32 s'étend transversalement et il est relié à la partie supérieure 14 du bâti 11 par l'intermédiaire d'organes élastiquement compressibles 34, par exemple des ressorts à gaz. Sur la Figure 15 1, un seul organe élastiquement compressible 34 est représenté de manière schématique. Toutefois, une pluralité d'organes élastiquement compressibles 34 est installée entre serre-flan mobile 32 et la partie supérieure 14 du bâti 11 de manière à équilibrer les efforts exercés précisément sur le serre-flan mobile 32. 20 Le serre-flan 32 est constitué d'une plaque épaisse plane, présentant en son centre, un orifice de passage 36 permettant de recevoir librement à coulissement le poinçon 26. Aussi, l'orifice de passage 36 définit une forme cylindrique correspondant à l'extrémité de travail 30 du poinçon 26. De plus, le serre-flan 32 est guidé en translation grâce à des colonnes de 25 guidage 44, orientées selon la direction verticale V et perpendiculairement au serre-flan 32. Ces colonnes de guidage 44 présentent une partie médiane 43 maintenue en prise dans le serre-flan 32, et deux extrémités opposées 45, 47 montées libres en translation, respectivement dans les parties supérieure 14 et inférieure 12, du bâti 11. Là également, plusieurs colonnes de guidage 44 sont 30 mises en oeuvre, au moins quatre, afin d'obtenir un parfait guidage du serre- flan mobile 32. Grâce à l'agencement des colonnes de guidage 44, ou ces dernières sont solidaires du serre-flan mobile 32, l'étendue de la surface des zones de contact en glissement est supérieure à celle d'un agencement ou le 3021564 8 serre-flan mobile 32 est libre en translation par rapport aux colonnes de guidage. On obtient par là-même, une meilleure précision de guidage et une orientation constante du serre-flan mobile 32, durant ses mouvements alternatifs. 5 Ainsi, de par la construction de l'outillage 10, l'ensemble de poinçonnage 25 et par conséquent, le poinçon 26, sont totalement libres par rapport au serre-flan 32 selon la direction verticale V. En outre, l'outillage 10 comporte des amortisseurs hydrauliques 49 installés verticalement et prenant appui sur la partie inférieure 12 du bâti 11, et 10 s'étendant à travers le serre-flan 32 et la partie supérieure 14 du bâti 11, de manière à venir s'étendre en saillie, en regard de l'épaulement 33 de la tête 31 du pied de poinçon 28. Les amortisseurs hydrauliques sont adaptés à se comprimer axialement, lorsque le pied de poinçon 28 vient y prendre appui, de manière à pouvoir absorber de l'énergie. Ici encore, un seul amortisseur 15 hydraulique 49 est représenté pour la clarté du dessin. En revanche, on prévoit la mise en oeuvre de quatre amortisseurs, pour une meilleure absorption de l'énergie de choc. Sur la Figure 1, un produit métallique plat 38, et en l'espèce une bande métallique apparaissant en section droite, est en prise entre la matrice 18 et le 20 serre-flan 32. Grâce à des moyens d'amener non représentés, la bande métallique 38 est entraînée en translation et séquentiellement selon une direction perpendiculaire au plan de la Figure 1. Aussi, afin de pouvoir libérer la bande métallique 38, lors de son avancement, le serre-flan 32 est écarté de la matrice 18 au moyen de vérins d'actionnement 40, ou chandelles de relevage, 25 installés dans la partie inférieure 12 et débouchant dans l'espace de travail 15. De la sorte, lorsque la bande métallique 38 doit être entraînée en translation selon un incrément prédéfini, les vérins d'actionnement 40 sont activés et le serre-flan 32 est écarté de la matrice 18, tandis que les organes élastiquement compressibles 34 se compriment. Dès après que la bande métallique 38 a été 30 entraînée en translation selon ledit incrément prédéfini, les vérins d'actionnement 40 sont relâchés de manière à pouvoir autoriser le serre-flan 32 à venir de nouveau en appui contre la bande métallique 38, grâce à l'effet 3021564 9 retour des organes élastiquement compressibles 34, et l'appliquer à force contre la matrice 18. On observera que des vérins d'actionnement supplémentaires sont également prévus, avantageusement, pour relever le pied de poinçon 28, et par 5 conséquent l'ensemble de poinçonnage 25. Avantageusement, ces vérins d'actionnement supplémentaires sont installés dans le prolongement des vérins d'actionnement 40 du serre-flan 32. Ensuite, grâce à des moyens de la presse non représentés, le pied de poinçon 28 est frappé selon la flèche F orientée vers la partie inférieure 12 du 10 bâti et selon la direction verticale V, de manière à provoquer l'entraînement de l'ensemble de poinçonnage 25, et par conséquent du poinçon 26 à travers la bande métallique 38 puis l'empreinte 24 de la matrice 18. Par ailleurs, et selon un mode de mise en oeuvre de l'invention particulièrement avantageux, et non représenté, la tête 31 du pied de poinçon 28 est équipée de ressorts à gaz 15 faisant sailli sur le dessus, de manière à pouvoir venir appuyer le poinçon 26 contre la bande métallique 38 avant le choc. L'énergie cinétique fournie par le choc au pied de poinçon 28, est intégralement transmise au seul ensemble de poinçonnage 25, et par conséquent, cette énergie est consacrée au seul découpage de la bande 20 métallique 38. Au surplus, grâce aux amortisseurs hydrauliques 49, l'énergie du choc non consommée par la découpe proprement dite est absorbée. Ainsi, l'extrémité de travail 30 du poinçon 26 vient déformer à grande vitesse la bande métallique 38 selon les contours de la pièce à découper. La bande de cisaillement correspondant aux contours voit sa ductilité s'accroître 25 considérablement localement et partant, il en résulte une découpe franche d'une pièce 42. Cette pièce 42 traverse alors l'empreinte 24 de la matrice 18 et s'achemine à travers l'orifice de sortie 22, qui lui-même débouche dans un bac de récupération non représenté. On observera que les contours de l'extrémité de travail 30 du poinçon 26, sont légèrement en retrait par rapport à ceux de 30 l'empreinte 24 de manière à obtenir un jeu nécessaire pour permettre la découpe. Dès que l'extrémité de travail 30 du poinçon 26 pénètre à l'intérieur de l'empreinte 24 de la matrice 18 et que la pièce 42 est détachée de la bande 3021564 10 métallique 38, le poinçon 26 est entraîné en translation dans un sens opposé à la partie inférieure 12 du bâti 11 tandis que le serre-flan 32 maintient la bande métallique 38 en appui contre la matrice 18. Les vérins d'actionnement 40 sont à nouveau actionnés afin de réaliser un 5 nouveau cycle de découpe. 10 REVENDICATIONS1. Outillage (10) pour presse de découpe adiabatique d'un produit métallique plat (38), ledit outillage (10) comprenant, d'une part un bâti (11) présentant une partie inférieure (12) formant embase et une partie supérieure (14) s'étendant en surplomb de ladite partie inférieure, et d'autre part une matrice (18) installée dans ladite partie inférieure (12) formant embase et un ensemble de poinçonnage (25) solidaire de ladite partie supérieure (14), ledit ensemble de poinçonnage (25) étant mobile en translation vers ladite matrice, ledit outillage (10) comprenant en outre un serre-flan mobile (32) solidaire dudit bâti (11), ledit serre-flan mobile (32) étant destiné à venir porter ledit produit métallique plat (38) en appui contre ladite matrice (18), tandis que ledit ensemble de poinçonnage (25) est apte à être frappé pour pouvoir venir découper ledit produit métallique plat (38) à travers ladite matrice (18) ; caractérisé en ce que ladite partie supérieure (14) dudit bâti (11) présente un espace cylindrique de guidage axial (35), et en ce que ledit ensemble de poinçonnage (25) présente une partie cylindrique (27) montée à coulissement à l'intérieur dudit espace cylindrique de guidage axial (35) pour pouvoir guider ledit ensemble de poinçonnage (25) en translation. 2. Outillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit ensemble de poinçonnage (25) est libre en translation par rapport audit serre-flan mobile (32) de manière à pouvoir frapper le seul ensemble de poinçonnage (25). 3. Outillage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit ensemble de poinçonnage (25) comporte un pied de poinçon (28) présentant ladite partie cylindrique (27) et un poinçon (26) monté sur ledit pied de poinçon (28). 4. Outillage selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit ensemble de poinçonnage (25) comporte en outre un organe de liaison à queue d'aronde (29, 37, 39) pour relier ensemble ledit poinçon (26) et ledit pied de poinçon (28). 3021564 12 5. Outillage selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit pied de poinçon (28) présente un corps cylindrique (27) et une tête (31) surmontant ledit corps cylindrique (27) pour former un épaulement (33). 6. Outillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, 5 caractérisé en ce qu'il comprend en outre des organes d'amortissement (49) installés entre ledit ensemble de poinçonnage (25) et ladite partie inférieure (12) pour pouvoir amortir ledit ensemble de poinçonnage (25). 7. Outillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit bâti (11) comprend des organes élastiquement 10 compressibles (34) installés entre ledit serre-flan mobile (32) et ladite partie supérieure (14) dudit bâti (11). 8. Outillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit bâti (11) comprend des colonnes de guidage (44) dudit serre-flan mobile (32). 15 9. Outillage selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdites colonnes de guidage (44) présentent chacune une portion médiane (43) montée en position fixe sur ledit serre-flan mobile (32) et deux extrémités opposées (45, 47) respectivement montées à coulissement dans lesdites parties inférieure (12) et supérieure (14) dudit bâti (11). 20 10. Outillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ladite partie inférieure (12) formant embase et ladite partie supérieure (14) dudit bâti (11) forment un ensemble rigide. 25