Brevet FR3012055A1 — publié le 20150424

EMBOUTISSAGE DE PIECE AVEC PATTE(S) DE FIXATION L'invention a trait au domaine de la fabrication par emboutissage d'éléments structurels, notamment de carrosserie de véhicule automobile. Plus particulièrement, l'invention a trait à la réalisation par emboutissage de pièces acier ou alu, notamment de carrosserie de véhicule automobile. Les pièces d'emboutissage en tôle métallique peuvent, de manière usuelle, comprendre une ou plusieurs pattes de fixation. C'est notamment le cas pour des pièces embouties destinées à être fixées à d'autres éléments notamment par des opérations de soudure, collage ou autre au niveau de leurs pattes. La figure 1 illustre les différentes étapes d'un procédé connu de réalisation d'une pièce emboutie avec des pattes de fixation. L'étape (a) est la découpe d'une tôle 2 de forme géométrique telle qu'un rectangle, la tôle restant à ce stade généralement plane. L'étape (b) est l'emboutissage de la tôle en vue de former la pièce emboutie 4 au moyen d'un outillage d'emboutissage classique (non représenté) comprenant une matrice, un poinçon et éventuellement un ou plusieurs serre-flan. A ce stade, la pièce emboutie n'est pas terminé dans la mesure où ses bords ne sont pas finis. L'étape (c) est un premier détourage, à savoir la découpe des portions 6 et 8 situées aux bords de la pièce en U. La découpe de la portion 8 est destinée à former une patte centrale 14. L'étape (d) est un deuxième détourage consistant à découper la portion 12 du bord avant et les portions 10 destinées à former deux pattes latérales 16. L'étape (e) consiste à plier les pattes latérales 16. Les différentes étapes qui viennent d'être décrites sont consommatrices de matière, de temps et de moyens. En effet, les portions 6 et 8 à détourer à l'étape (c) constituent des pertes de matière non négligeables. De plus, l'étape (d) de détourage des portions 10 est transversale à la direction d'emboutissage et doit donc nécessairement être réalisée au moyen de coulisseaux, ce qui nécessite une étape spécifique avec un outillage complexe et coûteux. Il en va de même pour l'opération de pliage à l'étape (e). Les portions 10 à détourer à l'étape (d) constituent par ailleurs également des pertes de matière. L'invention a pour objectif de pallier au moins un des inconvénients sus mentionnés de l'art antérieur. Plus particulièrement, l'invention a pour objectif de proposer une solution à la fabrication de pièces d'emboutissage avec une ou plusieurs pattes de fixation, qui soit plus économique. L'invention a pour objet un poinçon d'emboutissage de tôle en vue de former une pièce, telle qu'un profilé de carrosserie de véhicule, le poinçon étant destiné à coopérer avec une matrice et comprenant: une surface frontale de contact avec la tôle; au moins une surface latérale de contact avec la tôle, adjacente à la surface frontale; remarquable en ce qu'il comprend, en outre, au moins une surface transversale et adjacente à la ou une des surfaces latérales, ladite ou chacune desdites surfaces transversales comprenant une portion arrondie sur laquelle une patte de la tôle est apte à glisser et à pivoter lors de l'emboutissage. La portion arrondie est située à une zone de la surface transversale qui est située du côté de la matrice. Elle peut présenter un rayon de courbure au minimum égal à l'épaisseur de la tôle. La ou au moins une des surfaces transversales peut s'étendre dans un plan généralement parallèle à la direction d'emboutissage. Cette direction peut être généralement perpendiculaire au plan moyen de la surface frontale. Selon un mode avantageux de l'invention, le poinçon comprend deux surfaces latérales de contact avec la tôle, de part et d'autre de la surface frontale, la ou au moins une des surfaces transversales étant préférentiellement généralement perpendiculaire à au moins une des surfaces latérales. Les deux surfaces latérales de contact avec la tôle peuvent être configurées de manière à former avec la surface frontale un profilé de section en U, la ou au moins une des surfaces transversales étant préférentiellement généralement perpendiculaire à la direction longitudinale du profilé. Selon un mode avantageux de l'invention, le poinçon comprend deux surfaces transversales disposées de part et d'autre de la surface frontale et adjacentes à l'une des ou aux surfaces latérales, respectivement. Selon un mode avantageux de l'invention, la portion arrondie de la ou d'au moins une des surfaces transversales s'étend jusqu'à une extension de la surface frontale, ladite extension étant préférentiellement généralement coplanaire avec ladite surface frontale. L'invention a également pour objet un outillage d'emboutissage de tôle en vue de former une pièce, telle qu'un profilé de carrosserie de véhicule, comprenant: une matrice avec une empreinte; un poinçon apte à pénétrer l'empreinte; remarquable en ce que le poinçon est conforme à l'invention et la matrice comprend une surface épousant la ou au moins une des surfaces transversales du poinçon. Selon un mode avantageux de l'invention, l'outillage comprend, en outre, au moins un serre-flan apte à coopérer avec la matrice à la périphérie de l'empreinte. L'invention a également pour objet un procédé d'emboutissage de tôle en vue de former une pièce, tel qu'un profilé de carrosserie de véhicule, comprenant une étape d'emboutissage d'une tôle au moyen d'un outillage comprenant une matrice avec une empreinte, et un poinçon apte à pénétrer ladite empreinte; remarquable en ce que l'outillage est conforme à l'invention. Selon un mode avantageux de l'invention, la tôle, avant l'étape d'emboutissage, comprend au moins une patte s'étendant depuis une portion de ladite tôle venant en contact avec la ou une des surfaces latérales du poinçon lors de l'emboutissage, ladite ou lesdites pattes glissant, durant l'emboutissage, sur la ou les portions arrondies pour plier dans une direction transversale, préférentiellement généralement perpendiculaire à la direction de pliage de la ou d'au moins une des portions de la tôle venant en contact avec la ou une des surfaces latérales du poinçon. Selon un mode avantageux de l'invention, le procédé comprend une étape de découpe de la tôle et de sa ou ses pattes à l'état généralement plan avant l'étape d'emboutissage. La découpe peut être réalisée par estampage, préférentiellement en une seule passe. Selon un mode avantageux de l'invention, la tôle, avant l'étape d'emboutissage, comprend une patte centrale s'étendant depuis une portion centrale de ladite tôle, destinée à entrer en contact avec la surface frontale du poinçon; au moins une patte latérale s'étendant depuis une portion latérale de ladite tôle, destinée à entrer en contact avec la ou une des surfaces latérales du poinçon. Les mesures de l'invention sont intéressantes en ce qu'elles permettent de réaliser de manière simple et économique un élément par emboutissage avec une ou plusieurs pattes de fixation, en particulier lorsque ladite ou lesdites pattes doivent subir une opération de pliage, plus particulièrement encore lorsque la direction de pliage est transversale à la direction d'emboutissage de la pièce. 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 illustre les différentes étapes de fabrication d'une pièce avec des pattes de fixation, par un procédé connu d'emboutissage et de détourage ; - La figure 2 illustre la fabrication d'une pièce similaire à celui de la figure 1, avec un outillage et suivant un procédé conforme à l'invention ; - La figure 3 est une vue schématique d'une pièce en U de l'outillage de mise en oeuvre du procédé illustré à la figure 2 ; - La figure 4 illustre une première étape de l'emboutissage selon les figures 2 et 3 ; - La figure 5 illustre une deuxième étape de l'emboutissage de la figure 4 ; - La figure 6 illustre une troisième étape de l'emboutissage des figures 4 et 5 ; - La figure 7 illustre une quatrième étape de l'emboutissage des figures 4 à 6; - La figure 8 illustre une pièce similaire à-celle des figures 2 à 7, les pattes présentant toutefois une orientation différente. La figure 1 illustrant les différentes étapes d'un procédé de fabrication connu par emboutissage et détourage d'une pièce a déjà été décrite précédemment en relation avec la discussion de la technique antérieure. Les figures 2 à 7 illustrent un exemple de réalisation de l'invention. Plus précisément, la figure 2 illustre de manière synthétique la fabrication par emboutissage d'une pièce, en U dans cet exemple. La figure 2 illustre une portion de tôle 102 à l'état généralement plan et prédécoupé, destinée à être mise à forme par emboutissage au moyen de l'outillage 118. Ce dernier comprend une matrice 120, un poinçon 122 et un ou plusieurs serre-flan 124. Seules les surfaces de contact avec la tôle de ces éléments sont représentées, étant entendu que dans la pratique ces éléments présentent une certaine massivité. La portion de tôle 102 a été préalablement découpée de manière à délimiter à ce stade le bord de la pièce et ce préférentiellement sur tout son pourtour. On peut en effet observer à la figure 2 le contour profilé de la tôle, depuis son extrémité gauche jusqu'à son extrémité droite. On peut également observer la formation de trois pattes à l'extrémité droite de la tôle, en l'occurrence une patte centrale 114 et deux pattes latérales 116. Ces trois pattes s'étendent essentiellement selon la direction longitudinale de la tôle 102 et de la pièce à réaliser. Toujours à la figure 2, on peut observer que le poinçon 124 comprend une surface frontale 126 destinée à contacter la tôle 102 et à pénétrer l'empreinte de la matrice 120. Il comprend également deux surfaces latérales 128 destinées également à contacter la tôle 102 lors de la pénétration du poinçon dans l'empreinte et la déformation de la tôle vers ces surfaces. Les surfaces latérales 128 sont adjacentes à la surface frontale 126 et disposées de part et d'autre de cette surface frontale. Le poinçon 122 comprend également deux surfaces transversales 130 de part et d'autre de la surface frontale 126 et adjacentes aux surfaces latérales 128, respectivement. La surface frontale 126 comprend une extension 134 essentiellement coplanaire vers les pattes 114 et 116. Les surfaces transversales 130 comprennent, chacune, une portion arrondie 132 formant une liaison avec la surface d'extension 134. Lorsque le poinçon 122 se rapproche de la matrice 120, la tôle 102 se voit déformée par l'action de la surface frontale 126 se déplaçant vers l'empreinte de la matrice, et les portions latérales de la tôle se voient avalées vers l'empreinte le long des surfaces latérales 128 du poinçon. A cette occasion, les pattes latérales 116 se voient également avalées le long de l'extension de surface 134, des portions arrondies 132 et des surfaces transversales 130. Ces opérations seront décrites plus en détails en relation avec les figures 4 à 7. La figure 3 illustre de manière schématique le profil de l'outillage de mise en oeuvre du principe d'emboutissage illustré à la figure 2. On peut y observer les serre-flan 124 disposés latéralement au poinçon 122 et mobiles via des moyens élastiques 136 par rapport à un bâti inférieur 140. Lors de l'opération d'emboutissage de la tôle 102, la matrice 120 se rapproche du poinçon 122 en pinçant les flans de la tôle avec les serre-flan 124. La portion centrale de la tôle est déformée par le poinçon 122 pénétrant dans l'empreinte de la matrice 120. Les flans sont alors progressivement avalés entre l'empreinte et le poinçon, les serre-flan se déplaçant avec la matrice vers le bas jusqu'à ce qu'elle atteigne sa position finale. Les figures 4 à 7 illustrent différentes étapes de déformation de la tôle lors de son emboutissage selon le principe des figures 2 et 3. Sur ces figures, seul le poinçon 122 de l'outillage d'emboutissage est illustré pour des raisons de clarté d'exposé. Il est entendu que la matrice et/ou le serre-flan coopèrent avec le poinçon comme illustré à la figure 3. La figure 4 illustre une première étape où la tôle 102 commence à se déformer. On peut observer que la portion centrale 142 de la tôle 102 commence à se former au contact de la surface frontale correspondante (référence 126 à la figure 2). On peut également observer que la patte centrale 114 et les pattes latérales 116 restent essentiellement non déformées à ce stade. La figure 5 illustre une étape ultérieure à celle de la figure 4. A ce stade, la matrice s'est davantage rapprochée du poinçon, si bien que la portion centrale 142 de la tôle se forme davantage. Les portions latérales 144 commencent à se former par avalement des flans latéraux de la tôle 102. On peut observer que la patte centrale 114 reste essentiellement immobile et que, par contre, les pattes latérales 116 se déplacent par avalement au fur et à mesure que les flans latéraux 146 de la tôle 102 descendent. Plus précisément, les pattes latérales 116 basculent et glissent le long de l'extension 134 de la surface frontale (référence 126 à la figure 2) et le long des portions arrondies 132 respectives des surfaces transversales 130. A ce stade, les zones de liaison des pattes au reste de la tôle sont encore généralement parallèles à l'extension 134 de la surface frontale. La figure 6 illustre une étape ultérieure à celle de la figure 5. A ce stade, les zones de liaison des pattes 116 au reste de la tôle se sont déplacées le long des surfaces latérales du poinçon et ont ainsi pivoté. Ce pivotement progressif a pour effet de déplacer les pattes en pivotement de manière à les amener en contact avec les surfaces transversales 130. Les pattes latérales 116 ne sont pas encore en position terminale à ce stade. La figure 7 illustre l'étape finale du processus d'emboutissage, montrant un profilé 104 terminé. Les portions latérales 144 sont formées et un bord définitif 146 formant une semelle de fixation est également formé. Les pattes latérales 116 sont également terminées. Dans cet exemple de réalisation illustré aux figures 2 à 7, les pattes latérales 116 sont orientées essentiellement perpendiculairement à l'axe longitudinal du profilé. La figure 8 illustre un profilé similaire à celui des figures 2 à 7 ; il s'en distingue toutefois en ce que les pattes latérales 116' sont inclinées par rapport à une perpendiculaire à l'axe longitudinal du profilé 104. Cette inclinaison peut être comprise entre 0 et 45°, préférentiellement entre 0° et 30°. De manière générale, il est à noter que la pièce emboutie selon l'invention peut présenter des formes diverses. Dans les deux modes de réalisation décrits ci-avant, le profilé présente une section en U avec des platines de fixation à l'ouverture du U. Ces platines peuvent ne pas être présentes. Toujours dans les deux modes de réalisation décrits ci-avant, l'extrémité du profilé opposée aux pattes de fixation présente un profil fermé. Il est cependant envisageable que le profilé soit ouvert à cette extrémité ou encore qu'il présente un profil sensiblement différent. De manière générale, la tôle est en matériau métallique tel que de l'acier ou de l'aluminium. Son épaisseur est préférentiellement comprise entre 0.1 mm et 5 mm, préférentiellement entre 0.5 mm et 2 mm. De manière générale, la pièce peut présenter diverses longueurs : il peut s'agir d'un élément court ainsi que d'un élément long. La pièce selon l'invention peut être utilisée pour renforcer un plancher de véhicule automobile. Il peut également s'agir d'éléments structurels de la caisse d'un véhicule automobile comme par exemple un poteau ou pied milieu disposé entre les entrées de porte avant et arrière.25 REVENDICATIONS1. Poinçon (122) d'emboutissage de tôle (102) en vue de former une pièce (104), telle qu'un profilé de carrosserie de véhicule, le poinçon étant destiné à coopérer avec une matrice (120) et comprenant : - une surface frontale (126) de contact avec la tôle (102) ; - au moins une surface latérale (128) de contact avec la tôle (102), adjacente à la surface frontale (126) ; caractérisé en ce qu'il comprend, en outre : au moins une surface transversale et adjacente (130) à la ou une des surfaces latérales (128), ladite ou chacune desdites surfaces transversales (130) comprenant une portion arrondie (132) sur laquelle une patte (116, 116') de la tôle (102) est apte à glisser et à pivoter lors de l'emboutissage. 2. Poinçon (122) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend deux surfaces latérales (128) de contact avec la tôle (102), de part et d'autre de la surface frontale (126), la ou au moins une des surfaces transversales (130) étant préférentiellement généralement perpendiculaire à au moins une des surfaces latérales (128). 3. Poinçon (122) selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend deux surfaces transversales (130) disposées de part et d'autre de la surface frontale (126). 4. Poinçon (122) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la portion arrondie (132) de la ou d'au moins une des surfaces transversales (130) s'étend jusqu'à une extension (134) de la surface frontale (126), ladite extension étant préférentiellement généralement coplanaire avec ladite surface frontale (126). 5. Outillage d'emboutissage (118) de tôle (102) en vue de former une pièce (104), telle qu'un profilé de carrosserie de véhicule, comprenant : - une matrice (120) avec une empreinte ; - un poinçon (122) apte à pénétrer l'empreinte ; caractérisé en ce quele poinçon (122) est conforme à l'une des revendications 1 à 4 et la matrice (120) comprend une surface épousant la ou au moins une des surfaces transversales du poinçon. 6. Outillage d'emboutissage (118) selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre : - au moins un serre-flan (124) apte à coopérer avec la matrice (120) à la périphérie de l'empreinte. 7. Procédé d'emboutissage de tôle (102) en vue de former une pièce (104), telle qu'un profilé de carrosserie de véhicule, comprenant une étape d'emboutissage d'une tôle (102) au moyen d'un outillage (118) comprenant une matrice (120) avec une empreinte, et un poinçon (122) apte à pénétrer ladite empreinte ; caractérisé en ce que l'outillage (118) est conforme à l'une des revendications 5 et 6. 8. Procédé d'emboutissage selon la revendication 7, caractérisé en ce que la tôle (102), avant l'étape d'emboutissage, comprend au moins une patte (116, 116') s'étendant depuis une portion de ladite tôle venant en contact avec la ou une des surfaces latérales (128) du poinçon (122) lors de l'emboutissage, ladite ou lesdites pattes (116, 116') glissant, durant l'emboutissage, sur la ou les portions arrondies (132) pour plier dans une direction transversale, préférentiellement généralement perpendiculaire à la direction de pliage de la ou d'au moins une des portions de la tôle (102) venant en contact avec la ou une des surfaces latérales (128) du poinçon (122). 9. Procédé d'emboutissage selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de découpe de la tôle (102) et de sa ou ses pattes (116, 116') à l'état généralement plan avant l'étape d'emboutissage. 10. Procédé d'emboutissage selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que la tôle (102), avant l'étape d'emboutissage, comprend : - une patte centrale (114) s'étendant depuis une portion centrale destinée à entrer en contact avec la surface frontale (126) du poinçon (122) ;- au moins une patte latérale (116, 116') s'étendant depuis une portion latérale destinée à entrer en contact avec la ou une des surfaces latérales (128) du poinçon (122).5