Brevet FR3032136A1 — publié le 20160805

Installation de formage à chaud de matériau métallique La présente invention se rapporte à une installation de formage à chaud de matériau métallique plat pour pouvoir former des pièces métalliques. Ce type d'installation comprend un outil mû par une presse. Les domaines d'application envisagés sont notamment, mais non exclusivement, ceux des reprises de pièces, ou bien de transfert, ou encore celui des « outils à suivre ». Les presses sont équipées d'au moins deux supports entraînés alternativement en translation l'un vers l'autre, et d'un outil comprenant une matrice installée sur l'un des deux supports, et à l'opposé, un poinçon monté sur l'autre support. L'outil est équipé de moyens de chauffage, par exemple un circuit de fluide calorifique ou bien encore, des cartouches chauffantes. Afin de former des pièces métalliques, par exemple pour les reprises de pièce, on entraîne séquentiellement les pièces à reprendre entre le poinçon et la matrice, et lorsque les deux supports sont entraînés l'un vers l'autre, le poinçon pénètre dans la matrice en y entraînant la pièce pour la former et/ou la découper. La matrice définit alors les contours externes de la pièce, tandis que le poinçon en définit les contours internes. Pour ces outils, et notamment l'« outil à suivre », qui peut être actionné, entre 40 et 100 fois par minute, par exemple, il est nécessaire de fixer le poinçon et la matrice respectivement sur les deux supports de manière très précise et extrêmement rigide. Usuellement, la matrice et le poinçon présentent en périphérie de leurs empreintes, des perçages axiaux permettant de recevoir des vis venant en prise dans les supports de l'outil. Toutefois, compte tenu des dilatations thermiques subies par l'outil, on peut observer, un desserrage sensible des vis, un déplacement relatif de la matrice et du poinçon, ou encore des casses de vis. Cela pose alors des problèmes de durée de vie de l'outil ou, à tout le moins, de précision insuffisante de la pièce fabriquée. Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention est de fournir une installation qui permette de s'affranchir de l'impact des variations thermiques sur l'assemblage des différentes parties de l'outil. Dans ce but, la présente invention propose une installation de formage à chaud de matériau métallique plat comprenant, d'une part deux supports destinés à être entraînés alternativement en translation l'un vers l'autre, et un outil destiné à être chauffé comportant au moins un élément formant matrice et au moins un élément formant poinçon, ledit outil étant thermiquement déformable, et d'autre part des organes de fixation permettant de maintenir en position fixe ledit au moins un élément formant matrice sur l'un desdits supports et ledit au moins un élément formant poinçon sur l'autre desdits support, de manière à ce que ledit au moins un élément formant poinçon coopère avec ledit au moins un élément formant matrice lorsque lesdits supports sont entraînés l'un vers l'autre. Lesdits organes de fixation comprennent des pattes élastiquement déformables ; et lesdites pattes se déforment élastiquement lorsque ledit outil est chauffé. Ainsi, une caractéristique de l'invention réside dans la mise en oeuvre de pattes élastiquement déformables permettant de maintenir en position fixe la matrice et le poinçon respectivement sur leur support tout en autorisant la dilatation thermique de ce poinçon et de cette matrice lorsqu'ils sont chauffés. En effet, l'outil dans son ensemble, et plus précisément le poinçon et la matrice, lesquels sont réalisés en acier, se dilatent lorsqu'ils sont portés à température. Et ils sont chauffés durant les opérations de formage pour faciliter la déformation du matériau métallique plat. Le poinçon et la matrice, en acier, sont portés par exemple à une température de 200°C, et en première approximation, leur variation dimensionnelle AL est égale à p . L. AT, où L est la longueur et AT, la variation de température. Le coefficient p, est lui, fonction des caractéristiques du matériau de l'outil. Aussi, pour une partie d'outil en acier d'une longueur de 150 mm, le coefficient p vaut par exemple : 18, et on observe alors une variation de 0,5 mm lorsqu'on le porte de la température ambiante, jusqu'à une valeur de 200°C. Partant, grâce aux pattes élastiquement déformables, l'outil peut se déformer, et plus précisément la matrice et le poinçon, tout en restant maintenu en position fixe sur les supports. Conséquemment, malgré les variations dimensionnelles de l'outil, l'assemblage n'est pas sur contraint avec les risques de ruptures qui y sont liées, et la précision de l'emboutissage de la pièce demeure. Selon un mode de réalisation de l'invention particulièrement avantageux, ledit au moins un élément formant matrice et/ou ledit au moins un élément formant poinçon présentent chacun, une surface d'appui arrière et des bordures de retenue opposées, et au surplus, lesdites pattes présentent chacune une extrémité d'ancrage ancrée sur le support et une extrémité de retenue en retour venant en prise contre lesdites bordures de retenue. De la sorte, grâce aux bordures de retenue opposées, qui s'étendent latéralement en arrière des empreintes, l'extrémité de retenue en retour des pattes peut y venir prendre appui pour solidariser ledit au moins un élément formant matrice et/ou ledit au moins un élément formant poinçon. Ainsi qu'on l'expliquera ci-après, les bordures de retenue opposées s'étendent, par exemple deux à deux parallèlement de chaque côté de l'élément formant matrice et/ou de l'élément formant poinçon, et au moins une paire de pattes est mise en oeuvre pour venir en prise respectivement sur les deux bordures. Ainsi, lorsque ledit au moins un élément formant matrice et/ou ledit au moins un élément formant poinçon se dilatent selon une direction sensiblement parallèle à celle du mouvement alternatif des deux supports, les deux pattes de la paire de pattes se déforment élastiquement et s'écartent sensiblement l'une de l'autre tout en maintenant de manière rigide les deux éléments de l'outil. L'installation de formage comprend en outre, de manière particulièrement avantageuse, des cales d'isolation montées entre ledit au moins un élément formant matrice et/ou ledit au moins un élément formant poinçon, et lesdits supports correspondants. De la sorte, la dissipation de l'énergie thermique apportée à l'outil pour faciliter le formage, est moindre et partant, l'installation requiert globalement moins d'énergie et par conséquent son utilisation est moins coûteuse. Comme on l'expliquera plus en détail dans la suite de la description, la réduction des ponts thermiques entre l'outil et les supports, grâce aux pattes élastiquement déformables, permet également un gain énergétique. Préférentiellement, ladite extrémité de retenue en retour est équipée d'un organe de serrage vissable apte à venir en appui contre lesdites bordures de retenue. De la sorte, après que l'outil a été positionné sur les supports, les extrémités de retenue en retour des pattes en regard des bordures de retenue, la mise en oeuvre des organes de serrage vissables permet de constituer un appui à force contre l'élément formant matrice et/ou l'élément formant poinçon vers leur support respectif. Selon une variante de réalisation, ladite extrémité d'ancrage desdites pattes s'étend en retour de manière sensiblement symétrique par rapport à ladite extrémité de retenue. Ainsi, la patte est formée en C, et l'extrémité d'ancrage des pattes est apte à être rendue solidaire du support, à l'opposé de ladite extrémité de retenue de la même façon. De la sorte, la patte formée en C vient prendre en étau une bordure de l'élément formant matrice et/ou l'élément formant poinçon et une partie du support correspondant. Aussi, chacun desdits supports présente, de préférence, une face d'appui sensiblement perpendiculaire à la direction de translation alternative desdits deux supports, et deux épaulements latéraux opposés à ladite face d'appui. Les extrémités d'ancrage en retour de la patte viennent en prise respectivement sur les deux épaulements latéraux opposés présentant des portées d'appui. Avantageusement, les portées d'appui s'étendent de façon oblique de manière à pouvoir venir serrer l'élément formant matrice et/ou l'élément formant poinçon contre leur support correspondant en entraînant latéralement en mouvement la patte formée en C. On expliquera plus en détail 20 dans la suite de la description ce mécanisme de rampe permettant le serrage. De plus, ledit outil comprend en outre un serre-flan, de manière à pouvoir maintenir le matériau métallique plat lorsque le poinçon vient coopérer avec la matrice pour venir le déformer. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture 25 de la description faite ci-après de modes de réalisation particuliers de l'invention, donnés à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la Figure 1A est une vue schématique partielle en perspective d'une installation de formage à chaud selon un premier mode de mise en oeuvre ; 30 - la Figure 1B est une vue schématique partielle en coupe droite de l'installation représentée sur la figure 1A ; - la Figure 2A est une vue schématique partielle en coupe droite d'une installation de formage à chaud selon un second mode de mise en oeuvre ; et, - la Figure 2B est une vue schématique de détail de la figure 2A. La Figure 1A montre en perspective et partiellement une installation de formage à chaud 10 du type « outil à suivre ». L'installation 10 comprend deux supports opposés, un support supérieur 12 et un support inférieur 14 sur lesquels sont respectivement montés un poinçon 16 et une matrice 18. Le support supérieur 12 est destiné à être entraîné en translation vers le support inférieur 14 de manière alternative et à une fréquence relativement élevée, par exemple 60 fois par minute. Partant, le poinçon 16 est entraîné en mouvement entre une position écartée de la matrice 18, telle que représentée sur la figure 1A, et une position où il coopère avec la matrice 18 pour venir former une bande d'un matériau métallique 20. La bande de matériau métallique 20 est entraînée séquentiellement par pas entre le poinçon 16 et la matrice 18 selon une direction sensiblement perpendiculaire à la direction du mouvement vertical du poinçon 16. Le poinçon 16 et la matrice 18 sont destinés à être portés à température, par exemple à une température comprise entre 160 °C et 200 °C de manière à rendre plus aisé le formage du matériau métallique 20 en bande. Pour ce faire, le poinçon 16 comprend des cartouches chauffantes supérieures 22, tandis que la matrice 18 comprend des cartouches chauffantes inférieures 24. Ces cartouches chauffantes 22, 24 sont des résistances électriques permettant de chauffer respectivement le poinçon 16 et la matrice 18. Le poinçon 16 est isolé thermiquement du support supérieur 12 par l'intermédiaire d'un isolant supérieur 26 tandis que la matrice 18 est isolée thermiquement du support inférieur 14 par l'intermédiaire d'un isolant inférieur 28. Les éléments isolants sont par exemple réalisés dans des matériaux céramiques incompressibles. Le poinçon 16 est alors maintenu solidaire du support supérieur 12 par l'intermédiaire de deux pattes de fixation supérieures 29, 30 symétriques l'une de l'autre, tandis que la matrice 18 est maintenue solidaire du support inférieur 14 par l'intermédiaire de deux pattes de fixation inférieures 32, 34 symétriques l'une de l'autre également. On décrira plus en détail les pattes de fixation en C, supérieure 30 et inférieure 34, en référence à la figure 1B. Cette dernière figure illustre latéralement l'un des deux côtés de l'outil incluant le poinçon 16 et la matrice 18, et il est symétrique à l'autre côté. On retrouve sur la figure 1B le support supérieur 12 opposé au support inférieur 14 et le poinçon 16 et la matrice 18 desquels ils sont respectivement solidaires. Entre le poinçon 16 et le support supérieur 12 est intercalé l'isolant supérieur 26, tandis qu'entre la matrice 18 et le support inférieur 14 est intercalé l'isolant inférieur 28. Le support supérieur 12 présente une surface d'appui frontale supérieure 35, tandis que le poinçon 16 présente une surface d'appui supérieure arrière 36 opposée à une surface de travail supérieure 38 et à des bordures de retenue latérales supérieures 40. Les pattes de fixation supérieures 30 présentent une extrémité d'ancrage supérieure 42 maintenue en position fixe par vissage dans le flanc 44 du support supérieur 12. Elles présentent également une extrémité de retenue supérieure en retour 46 venant s'étendre en regard des bordures de retenue latérales supérieures 40. Les pattes de fixation supérieure 30 chevauchent alors la tranche de l'isolant supérieurs 26. L'extrémité de retenue supérieure en retour 46 est équipée d'un organe de serrage vissable supérieur 48 destiné à venir s'appliquer contre les bordures latérales 40 de manière à le comprimer contre le support supérieur 12 en prenant en sandwich l'isolant supérieur 26. On observera que le choix de l'isolant thermique se porte vers un matériau rigide incompressible. On mettra par exemple en oeuvre un matériau en céramique. De la sorte, et dès lors que les deux pattes de fixation supérieures 30 sont installées de chaque côté, le poinçon 16 est maintenu en position fixe par rapport au support supérieur 12. De la même façon, la matrice 18 est rendue solidaire du support inférieur 14. Ainsi, elle présente une surface d'appui inférieure arrière 50 opposée à une surface de travail inférieure 52 et à des bordures de retenue latérales inférieures 54. Au surplus, le support inférieur 14 présente une surface d'appui frontale inférieure 56 et deux épaulements latéraux opposés inférieurs 58 formant des portées d'appui inférieures. S'agissant des pattes de fixation inférieures 34, elles présentent une extrémité d'ancrage inférieure en retour 60 venant en prise sur les deux épaulements latéraux opposés 58, et une extrémité de retenue inférieure en retour 62 venant s'étendre en regard des bordures de retenue latérales inférieures 54. Les pattes de fixation inférieures 34 viennent chevaucher également la tranche de l'isolant inférieur 28. Aussi, l'extrémité de retenue inférieure en retour 62 est munie d'un organe de serrage vissable inférieur 64 venant s'appliquer contre les bordures de retenue latérales inférieures 54 par l'intermédiaire d'une bande isolante 66. On observera que l'extrémité libre de contact des organes de serrage vissables 64 présente une forme sensiblement hémisphérique. Ainsi, à la manière d'un serre-joint, les pattes de fixation inférieures 34 viennent solidariser la matrice 18 et le support inférieur 14 tout en prenant en sandwich l'isolant inférieur 28. Grâce à la bande isolante 66 d'une part, et à l'appui ponctuel de l'extrémité libre de contact des organes de serrage vissables inférieures 64 d'autre part, très peu d'énergie thermique de la matrice 18 ne se dissipe par conduction. Ainsi, grâce aux pattes de fixation, tant supérieures 29, 30 qu'inférieures, 32, 34, lesquelles sont formées en C et sont élastiquement déformables, les variations dimensionnelles du poinçon 16, et/ou de la matrice 18, dues aux variations thermiques de ceux-ci, sont absorbées. En effet, les pattes de fixation 29, 30, 32, 34 se déforment sensiblement pour pouvoir absorber ces variations de dimensions tout en maintenant la pression qu'elles exercent sur le poinçon 16 et la matrice 18 pour les maintenir en position fixe par rapport au support 12, 14. En outre, grâce aux isolants thermiques 26, 28, 66, on vient limiter les ponts thermiques entre le poinçon 16 et la matrice 18 et les supports, supérieur 12 et inférieur 14. Partant, l'outil est aisément maintenu à la température de consigne. On se reportera à présent sur la figure 2A représentant une installation de formage à chaud 10' selon un autre mode de mise en oeuvre. Les éléments illustrés sur cette figure 2A présentant les mêmes fonctions que ceux représentés sur les figures 1A et 1B, présenteront la même référence affectée d'un signe prime : « ' », tandis que les nouveaux éléments porteront une référence dans la continuité de la suite des références déjà affectées. Selon cet autre mode de mise en oeuvre, d'une installation de formage de reprise de pièces métalliques 20', d'une part la matrice et le poinçon sont inversés ; le poinçon 16' étant solidaire d'un support inférieur 14', tandis que la matrice 18', constituée de deux parties latérales, une gauche 70, une droite 72 et d'un fond 74, est solidaire d'un support supérieur 12' ; et d'autre part, les portées d'appui sont obliques comme on l'expliquera ci-après plus en détail. On observera que la direction de cheminement des pièces métalliques 20' s'effectue perpendiculairement au plan de la figure 2A. Aussi, les deux parties latérales 70, 72 sont respectivement reliées au support supérieur 12' par l'intermédiaire de deux paires 71, 73, de pattes de fixation maintenues espacées l'une de l'autre par le fond 74 de la matrice 18'. Tout d'abord, on expliquera en référence à la figure 2B, plus précisément, le mode de fonctionnement des organes de fixation de l'une, droite 72, desdites deux parties latérales de la matrice 18' sur le support supérieur 12'. Ainsi, on retrouve sur cette figure 2B la partie latérale droite 72 de la matrice 18' solidarisée au support supérieur 12' par l'intermédiaire de deux pattes de fixations supérieures libres 29', 30'. En outre, la partie latérale droite 72 est équipée de cartouches chauffantes 24'. De plus, l'installation de formage à chaud 10' comprend un serre-flan 75 permettant de maintenir la pièce 20' en appui lorsqu'elle est déformée. Le support supérieur 12' présente une surface d'appui frontale supérieure 35', et deux épaulements latéraux opposés supérieurs résultant de deux rainures parallèles opposées ménagées dans le support supérieur 12'. Ainsi, les deux épaulements latéraux opposés supérieurs forment des portées d'appui supérieures 76. On observera que ces portées d'appui supérieures 76 sont obliques par rapport à la perpendiculaire de la direction de translation alternative du support supérieur 12', en ce sens que les épaulements sont respectivement inclinés en s'évasant vers l'extérieur de la rainure qui leur donne naissance. Cette inclinaison permet également de maintenir l'assemblage dans le cas de dilatation thermique perpendiculaire à la direction de translation. La partie latérale 72 de la matrice 18' présente deux rainures droites opposées, également perpendiculaire de la direction de translation alternative du support supérieur 12', et définissant respectivement deux bordures de 3032 136 9 retenue supérieures opposées 78. La partie latérale 72 de la matrice 18' présente également une face d'appui arrière 50'. Quant aux pattes de fixation supérieures libres 29', 30', elles présentent chacune, une extrémité d'ancrage supérieure en retour 42', définissant une 5 portée d'appui supérieure complémentaire 80 apte à venir s'appliquer contre les portées d'appui supérieures 76. Et à l'opposé, les pattes de fixation supérieures libres 29', 30', présentent chacune une extrémité de retenue supérieure en retour 46' équipée d'un pion d'appui 82. On observera que les portées d'appui supérieures complémentaires 80 sont sensiblement inclinées 10 par rapport à une perpendiculaire au plan moyen de chacune des pattes de fixation. Cette inclinaison permet également de maintenir l'assemblage dans le cas de dilatation thermique perpendiculaire à la direction de translation. Ainsi, un élément isolant supérieur 26' est en prise, entre la surface d'appui frontale supérieure 35' du support supérieur 12', et la face d'appui 15 arrière 50' de la partie latérale 72 de la matrice 18', tandis que, de chaque côté, les pattes de fixation supérieures libres 29', 30' viennent s'appliquer de façon que, les portées d'appui supérieures complémentaires 80 viennent prendre appui sur les portées d'appui supérieures 76 et que les pions d'appui 82 viennent en appui contre les bordures de retenue supérieures opposées 78. 20 Ainsi, grâce aux pions d'appui 82 et à l'isolant supérieur 26' on réduit considérablement la dissipation de l'énergie thermique générée au coeur de la partie latérale 72. De la sorte, on comprend qu'en entraînant à force les deux pattes de fixation supérieures libres 29', 30' parallèles entre elles, l'une vers l'autre, les 25 portées d'appui supérieures complémentaires 80 forment respectivement rampe sur les portées d'appui supérieur 76, et conséquemment, la face d'appui arrière 50' vient comprimer plus encore l'élément isolant supérieur 26' contre la surface d'appui frontale supérieure 35'. Ce faisant, la partie latérale 72 de la matrice 18' est liée de manière rigide au support supérieur 12'. 30 On se reportera de nouveau à la figure 2A. On observera que la partie latérale gauche 70 de la matrice 18' est totalement symétrique de la partie latérale droite 72 décrite en référence à la figure 2B, par rapport à un plan médian PM. Aussi, la partie latérale gauche 70 inclut les mêmes éléments présentant les mêmes fonctions. Les deux paires 71, 73, de pattes de fixation sont donc maintenues espacées l'une de l'autre par le fond 74 de la matrice 18' et elles sont prises en étau entre deux équerres latérales 84, 86. De la sorte, grâce à ces deux équerres latérales 84, 86, on entraîne à force les deux paires 71, 73 de pattes de fixation supérieures libres 29', 30' l'une vers l'autre afin de relier de manière rigide, respectivement, les parties latérales gauche 70 et droite 72 de la matrice 18' au support supérieur 12'. Au surplus, on observera que le poinçon 16' est relié au support inférieur 14' selon le même mode de fixation. Grâce à ce mode de fixation de la matrice 18' et du poinçon 16', leur dilatation thermique est rendue possible sans compromettre leur solidarisation aux supports respectifs 12', 14' et partant, sans altérer leur position relative au fil des déformations des pièces métalliques 20'.15 REVENDICATIONS1. Installation de formage à chaud (10 ; 10') de matériau métallique plat (20 ; 20') comprenant, d'une part deux supports (12, 14 ; 12', 14') destinés à être entraînés alternativement en translation l'un vers l'autre, et un outil destiné à être chauffé comportant au moins un élément formant matrice (18 ; 18') et au moins un élément formant poinçon (16 ; 16'), ledit outil étant thermiquement déformable, et d'autre part des organes de fixation (29, 30, 32, 34; 29', 30') permettant de maintenir en position fixe ledit au moins un élément formant matrice (18 ; 18') sur l'un desdits supports (12, 14 ; 12', 14') et ledit au moins un élément formant poinçon (16 ; 16') sur l'autre desdits supports (12, 14 ; 12', 14'), de manière à ce que ledit au moins un élément formant poinçon (16; 16') coopère avec ledit au moins un élément formant matrice (18 ; 18') lorsque lesdits supports (12, 14 ; 12', 14') sont entraînés l'un vers l'autre ; caractérisée en ce que lesdits organes de fixation (29, 30, 32, 34; 29', 30') comprennent des pattes élastiquement déformables ; et en ce que lesdites pattes se déforment élastiquement lorsque ledit outil (16, 18 ; 16', 18') est chauffé. 2. Installation de formage selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit au moins un élément formant matrice (18 ; 18') et/ou ledit au moins un élément formant poinçon (16 ; 16') présentent chacun une surface d'appui arrière (36, 50 ; 50') et des bordures de retenue opposées (40, 54 ; 78), et en ce que lesdites pattes (29, 30, 32, 34 ; 29', 30') présentent chacune une extrémité d'ancrage (42, 60 ; 42') ancrée sur le support (12, 14 ; 12') et une extrémité de retenue en retour (46, 62 ; 46') venant en prise contre lesdites bordures de retenue (40, 54 ; 78). 3. Installation de formage selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des cales d'isolation (26, 28 ; 26') montées entre ledit au moins un élément formant matrice (18 ; 18') et/ou ledit au moins un élément formant poinçon (16 ; 16'), et lesdits supports correspondants (12, 14 ; 12'). 4. Installation de formage selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que ladite extrémité de retenue en retour (46, 62) est équipée d'un organede serrage vissable (48, 64) apte à venir en appui contre lesdites bordures de retenue. 5. Installation de formage selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que ladite extrémité d'ancrage (60; 42')) desdites pattes (32, 34 ; 30') s'étend en retour de manière sensiblement symétrique par rapport à ladite extrémité de retenue (62 ; 46'). 6. Installation de formage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que chacun desdits supports (12, 14 ; 12', 14') présente une face d'appui (56 ; 35') sensiblement perpendiculaire à la direction de translation alternative desdits deux supports, et deux épaulements latéraux opposés (58 ; 76) à ladite face d'appui formant des portées d'appui. 7. Installation de formage selon la revendication 6, caractérisée en ce que lesdites portées d'appui (58 ; 76) s'étendent de façon oblique. 8. Installation de formage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ledit outil (16, 18 ; 16', 18') comprend en outre un serre-flan (75).