Brevet FR3035806A1 — publié le 20161111

SERRE-FLAN DE PRESSE POUR EMBOUTISSAGE DE DOUBLURE DE CAPOT MOTEUR DE VEHICULE AUTOMOBILE L'invention concerne l'emboutissage de tôles. Plus précisément, l'invention traite d'un outillage pour effectuer un emboutissage de tôle avec des surfaces 5 de serrage distinctes. L'invention propose également une méthode d'emboutissage d'une tôle en embouti ouvert. Un véhicule automobile rassemble plusieurs éléments de carrosserie et plusieurs éléments structurels. Ils peuvent être réalisés à partir de tôles métalliques découpées, mises en forme, puis soudées. La précision de leur 10 réalisation garantit la résistance de la structure qu'ils forment. Le contrôle des déformations en cas d'impact est également mieux maîtrisé. Dans l'automobile, une tôle peut être produite à plusieurs centaines de milliers d'unités, ou même un million d'unités. De telles séries justifient une mise en forme par emboutissage. Ce procédé devient rentable grâce à l'importance des 15 séries à réaliser et malgré le coût de l'outillage. Or, l'emboutissage doit s'adapter à des formes de plus en plus sophistiquées, qui remplissent des fonctions contraignantes et complexes. Le document JP 2005-95925 A divulgue un outillage d'emboutissage d'une tôle. Celle-ci comporte une matrice avec une empreinte, un poinçon en 20 surplomb, et un serre-flan maintenant la tôle pendant son emboutissage. En outre le serre-flan présente des joncs augmentant le freinage de la tôle pendant son emboutissage. Un tel outillage permet de façonner une tôle en contrôlant sa plastification, ce qui est bénéfique pour la qualité de la pièce à réaliser. Pour réduire la taille des flans, et donc économiser de la matière il est connu de 25 travailler en embouti ouvert pour des pièces en forme de « U » ou de « W ». Ici, le poinçon scinde la surface de serrage du serre-flan. Toutefois l'application de cette méthode à une pièce complexe, telle une doublure de capot moteur de véhicule automobile, peut limiter le gain escompté. A l'extrême, cette méthode peut même augmenter la taille du flan nécessaire par rapport à une méthode 30 conventionnelle, où le flan est maintenu par le serre-flan sur tout son périmètre. En effet, une telle pièce de tôlerie présente des marches, des profilés 3035806 2 raidisseurs, des redans formants des équerres de rigidification. Toutes ces formes contraignent l'allongement et le glissement, si bien que des plis et des fissures peuvent apparaître sur la tôle emboutie. L'invention a pour objectif de résoudre au moins un des problèmes soulevés par l'art antérieur. Plus précisément, l'invention a pour objectif de réduire le coût d'une pièce de tôlerie emboutie. L'invention a également pour objectif de réduire la taille d'une tôle mise en forme selon un procédé d'embouti ouvert. L'invention a pour objet un outillage d'emboutissage de tôle, notamment d'une pièce de tôlerie automobile telle une doublure de capot moteur, l'outillage comprenant : une matrice avec une empreinte ; un poinçon adapté pour pénétrer l'empreinte en y façonnant une tôle ; un serre-flan comportant deux surfaces de serrage qui sont destinées à maintenir la tôle et qui sont séparées par le poinçon, chaque surface de serrage présentant un niveau général ; remarquable en ce que les niveaux généraux des surfaces de serrage sont distants selon la direction d'emboutissage de sorte à réduire la profondeur d'embouti depuis l'une des deux surfaces de serrage. Selon des modes particuliers de réalisation, le procédé peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniques possibles : - La différence de niveau DN entre les niveaux généraux est supérieure à 5,00 mm, préférentiellement supérieure à 15,00 mm, plus préférentiellement supérieure ou égale à 40,00 mm. - Dans le plan d'emboutissage, le poinçon présente un premier dégagement dans lequel est inscrite l'une des deux surfaces de serrage, préférentiellement l'autre des deux surfaces de serrage comprend un deuxième dégagement dans lequel est inscrit le poinçon. - Les surfaces de serrage et le poinçon comprennent des coins, le poinçon présentant au moins deux coins coïncidant avec deux coins de l'une des surfaces de serrage, préférentiellement au moins quatre coins coïncidant avec deux coins de chaque surface de serrage. - Le poinçon comprend des portions de séparation affleurant le contour général des surfaces de serrage, préférentiellement l'une des deux 3035806 3 surfaces de serrage présente un allongement principal et deux extrémités opposées, les portions de séparation séparant chacune l'une des extrémités opposées de l'autre des deux surfaces de serrage. - Au moins une ou chaque portion de séparation comprend une surface 5 profilée, le profil d'au moins une ou de chaque surface profilée comprend deux branches chacune associée à l'une des surfaces de serrage, dans chaque profil l'une des branches étant plus courte que l'autre, la branche la plus courte étant optionnellement la plus inclinée par rapport à sa surface de serrage associée. 10 - Chaque niveau général peut être un niveau moyen, et/ou un niveau principal correspondant au niveau de la partie principale de la surface de serrage correspondante. - Au moins une ou chaque surface de serrage est développable, c'est-à-dire une surface réglée telle que le plan tangent est le même le long 15 d'une génératrice. - Le serre-flan et le poinçon ont des directions de déplacement parallèles. - Les deux surfaces de serrage sont distantes l'une par rapport à l'autre, éventuellement en tout point. - Le poinçon isole les surfaces de serrage l'une de l'autre. 20 - Le serre-flan est monobloc. - Les surfaces de serrage sont attenantes au poinçon. - Les branches d'un même profil sont reliées par une jonction, éventuellement généralement parallèle au plan d'emboutissage. Le plan d'emboutissage est perpendiculaire à la direction d'emboutissage. 25 - Les surfaces de serrage sont de tailles différentes et l'empreinte présente un fond d'embouti, selon la direction d'emboutissage la plus petite surface de serrage est la plus proche du fond d'embouti. L'invention a également pour objet un outillage d'emboutissage de tôle, notamment d'une pièce de tôlerie automobile, l'outillage comprenant : une 30 matrice avec une empreinte ; un poinçon adapté pour pénétrer l'empreinte en y façonnant une tôle ; un serre-flan destiné à maintenir la tôle ; la matrice comprend une surface de réception de la tôle avec deux zones scindées qui sont séparées par l'empreinte, qui sont chacune en regard du serre-flan, et 3035806 4 qui présentent chacune un niveau général ; remarquable en ce que les niveaux généraux des zones de la matrice sont décalés l'un par rapport à l'autre selon la direction d'emboutissage de sorte à réduire la profondeur d'embouti depuis l'une des deux zones. 5 L'invention a également pour objet une méthode d'emboutissage d'une tôle, notamment d'une pièce de tôlerie automobile telle une doublure de capot moteur, l'emboutissage étant réalisé sur une presse avec un outillage comprenant : une matrice avec une empreinte ; un poinçon adapté pour pénétrer l'empreinte en y façonnant une tôle ; un serre-flan comportant deux 10 surfaces de serrage de la tôle qui sont séparées par le poinçon, et contre lesquelles la tôle glisse en ligne droite vers le poinçon, remarquable en ce que les surfaces de serrage présentent des niveaux distants selon la direction d'emboutissage de sorte à réduire la profondeur d'embouti depuis l'une des deux surfaces de serrage. 15 Selon des modes particuliers de réalisation, la méthode peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniques possibles : - La tôle comprend un côté avec un bord qui traverse le poinçon et qui est serré par chaque surface de serrage, préférentiellement ledit bord 20 traverse l'une des deux surfaces de serrage, traverse le poinçon en deux endroits opposés, et est serré en deux endroits par l'autre des deux surfaces de serrage. - La tôle présente un bord concave, éventuellement avec deux extrémités en flèche. 25 - La tôle emboutie forme des profilés de rigidification répartis sur sa surface, les profilés formant éventuellement un entrecroisement. - Les surfaces de serrage et le poinçon sont en contact de la même face de la tôle. - Chaque surface de serrage épouse la surface générale de la tôle. 30 - L'emboutissage est réalisé à froid. - La tôle est en aluminium ou en acier. 3035 806 5 - La tôle présente une épaisseur supérieure à 0,30 mm, préférentiellement supérieure à 0,50 mm, éventuellement une épaisseur comprise entre 0,70 mm et 3,50 mm. - La tôle comprend des portions conservant généralement leur profil au 5 contact des surfaces de serrage. Le profil de la tôle est considéré perpendiculairement à un bord de la tôle, éventuellement à un bord voisin, et/ou par rapport au bord de la surface de serrage associée. - Les deux surfaces de serrage sont solidaires cinématiquement l'une de l'autre. Par solidaires cinématiquement on peut entendre qu'elles sont 10 actionnées durant une même phase de serrage de la tôle. De manière générale, les modes particuliers de réalisation de chaque objet de l'invention sont également applicables aux autres objets de l'invention. Dans la mesure du possible, chaque objet de l'invention est combinable aux autres objets de l'invention. L'enseignement relatif aux surfaces de serrage peut être 15 transposé aux zones de la matrice, et inversement. Grâce à des faces de serrage étagées, l'invention permet de réduire les déformations de la tôle. En particulier, l'allongement requis au niveau de la surface de serrage la plus haute diminue. Cela limite le risque d'apparitions de fissures tout comme le risque de casse de la doublure au niveau de ses coins 20 rendus concaves au contact du poinçon. En corolaire, la branche de profil voisine de la surface de serrage rehaussée peut être optimisée. Elle peut devenir plus courte grâce à des rayons de raccordements plus courts, et à une orientation moins inclinée par rapport à l'axe d'emboutissage. Le développé de la surface du poinçon diminue, et la 25 surface de tôle nécessaire pour une pièce donnée rétrécit. L'emboutissage d'une doublure de capot moteur devient économique car son flan en U est raccourci, et parce que même la taille des outillages diminue. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description donnée à titre d'exemple et en référence aux 30 dessins parmi lesquels : 3035806 6 La figure 1 représente une vue en plan d'un poinçon et d'un serre-flan d'un outillage d'emboutissage selon l'invention. La figure 2 représente deux surfaces de serrage séparées par un poinçon selon l'invention. 5 La figure 1 montre une partie d'un outillage d'emboutissage 2 pour une presse d'emboutissage permettant de mettre en forme une tôle 4, par exemple une tôle 4 pour façonner une doublure d'un capot moteur avant d'un véhicule automobile. Le poinçon 6 est représenté imbriqué entre deux surfaces de serrage (8 ; 10) du serre-flan 12. La tôle 4 est matérialisée par un trait pointillé, 10 elle masque partiellement le poinçon 6 et le serre-flan 12. L'outillage 2 comprend une matrice (non représentée) avec une empreinte, un poinçon 6 ou poussoir, un serre-flan 12. La surface du poinçon 6 correspond à la surface interne de la pièce de tôlerie à réaliser. Le poinçon 6 est mobile, il est apte à entrer dans l'empreinte en déformant la tôle 4 obturant l'empreinte. La 15 surface du poinçon 6 épouse généralement à la surface de l'empreinte. L'écart entre les surfaces correspond à l'épaisseur de la tôle emboutie. Le serre-flan 12 est également mobile selon la direction d'emboutissage, il peut être monobloc. Au préalable de l'emboutissage, le serre-flan 12 vient au contact de la tôle 4. 20 De la sorte, il la maintient, la freine tout en autorisant un glissement lorsque le poinçon est actionné à son tour et qu'il déforme plastiquement la tôle 4. Le glissement permet que la tôle 4 ne cède pas, qu'elle s'allonge en bénéficiant d'une réserve de matière étendue. L'emboutissage peut donc s'effectuer progressivement, en plusieurs temps. 25 Le serre-flan 12 comprend plusieurs surfaces de serrage (8; 10), au moins deux. Elles restent en contact d'un débord de la tôle 4 en la freinant par friction. Les surfaces de serrage (8 ; 10) peuvent comprendre des moyens pour freiner davantage la tôle 4 lors de son emboutissage. Au moins une ou chaque surface de serrage (8 ; 10) peut être développable et/ou plane. Les surfaces de serrage 30 (8; 10) peuvent être parallèles. En face, la matrice peut comprendre des 3035806 7 surfaces associées, dont la géométrie épouse la surface d'une tôle plaquée contre les surfaces de serrage (8 ; 10). Pendant l'emboutissage, la tôle 4 se déforme et glisse vers le poinçon. Au niveau de chaque surface de serrage (8 ; 10), la tôle 4 glisse en ligne droite 5 vers le poinçon 6. Elle y reste droite, et conserve sa forme générale. Lorsque la surface de serrage sur laquelle elle frotte est cambrée, la tôle 4 conserve cette cambrure, elle peut préserver au moins un profil général. Le profil est pris perpendiculairement au bord de la surface de serrage dont elle se rapproche lors de sa déformation. La tôle 4 conserve de manière monotone sa ou ses 10 courbure(s) pendant qu'elle glisse. Le poinçon 6 présente des motifs. Ces motifs peuvent être des profilés 14, des formes de marches 16, des renflements 18. Des profilés 14 en trapèze peuvent former un entrecroisement, tel un treillis. Ces motifs peuvent être reproduits sur la surface correspondante de l'empreinte, si bien qu'ils peuvent être imprimés à 15 une tôle 4 emboutie. Cette dernière peut alors bénéficier d'une structure de renfort qui peut rigidifier une peau de capot moteur avant d'un véhicule automobile. Les surfaces de serrage (8 ; 10) sont de tailles différentes. La plus grande surface de serrage 10, dite surface externe 10, englobe le poinçon 6. Ce 20 dernier loge à son tour la plus petite surface de serrage 8, dite surface interne 8, qui est de fait inscrite dans l'emprise générale de la surface externe 10. Le poinçon 6 présente une forme de « C », tout comme la surface externe 10, ils incluent en leurs centres des dégagements. Le surface interne 8 est généralement allongée, elle forme globalement une bande de serrage dont les 25 extrémités sont séparées, distantes de l'autre surface de serrage 10. Elle contribue à border le poinçon 6 en combinaison avec la surface externe 10. Les surfaces de serrage (8 ; 10) et le poinçon 6 coïncident sur une bordure du serre-flan 12. Le poinçon 6 comprend des coins avec des pointes 22, tout comme les surfaces de serrage (8 ; 10). Les quatre pointes 22 du poinçon 6 30 coïncident avec autant de pointes 24 de coins de surfaces de serrage (8; 10), dont deux pointes 24 de la surface interne 8 et deux pointes 24 de la surface externe 10. 3035806 8 La tôle 4 peut être généralement rectangulaire. Elle comprend un côté avec un bord 20 qui traverse et coupe le poinçon 6 en au moins un endroit, en l'occurrence en deux endroits, dits portions de séparation 26. Ledit bord 20 peut être concave avec deux extrémités 28 en flèche. On entend ici par flèche 5 une forme pointue, saillante. Ses deux faces définissent un angle inférieur à 900, préférentiellement inférieur à 800, plus préfientiellement inférieur à 700 . Ledit bord 20 coupe également la surface interne de serrage 8, il la traverse selon sa longueur. Ce bord 20 est également en contact de la surface externe 10 qui l'encadre. En raison de la configuration du poinçon 6, le maintien du 10 périmètre de la tôle 4 est interrompu par le serre-flan 12, ce qui donne un caractère d'emboutissage ouvert. La figure 2 représente une vue isométrique d'une portion de séparation 26 du poinçon ainsi que les surfaces de serrage (8 ; 10) qu'il sépare. Le poinçon 6 est représenté via sa surface de poussée 6. Le contour d'une tôle 4 fictive qui 15 aurait été emboutie est représenté en pointillés. Les surfaces (6 ; 8 ; 10) sont tournées vers le haut, ce qui peut être la configuration retournée par rapport à l'orientation d'emboutissage. Afin de réduire les déformations, les surfaces de serrage (8 ; 10) sont disposées à des niveaux Ni et N2 décalés, selon la direction d'emboutissage 20 30. Il est entendu que la direction d'emboutissage 30 correspond à celle de déplacement du poinçon. La surface de serrage interne 8 est déplacée, elle est rapprochée du fond d'embouti général. De ce fait, il apparaît deux profondeurs d'embouti différentes, à savoir une pour chaque surface de serrage (8 ; 10). La profondeur depuis la surface interne 8 est réduite. La différence de niveau DN 25 peut être supérieure ou égale à 40,00 mm, ce qui permet de s'adapter à une doublure de capot moteur. Au moins une ou chaque portion de séparation 26 comprend une surface profilée, par exemple selon un profil général de « U » renversé. Le profil d'au moins une ou de chaque surface profilée comprend deux branches verticales 30 (32 ; 34), chacune jointe à l'une des surfaces de serrage (8 ; 10). Elles sont reliées à l'aide d'une jonction 36, éventuellement horizontale. Des noeuds de 3035806 9 liaison avec des rayons de courbures R lient les branches (32 ; 34) à la jonction 36 et aux surfaces de serrage (8 ; 10). Les branches (32 ; 34) sont généralement droites et/ou s'étendent selon un axe général. Dans chaque profil, l'une des branches est plus courte que l'autre. En 5 projection dans le plan d'emboutissage, la branche interne 32 du côté de la surface de serrage la plus haute 8 sur la figure, soit la surface interne 8, est la plus courte. Elle est plus courte selon la direction d'emboutissage et perpendiculairement à cette direction. La branche la plus courte 32 peut optionnellement être la plus inclinée par rapport à sa surface de serrage 8, 10 et/ou la moins inclinée par rapport à la direction d'emboutissage 30. Sa longueur L1 en projection est plus courte que la longueur L2 de l'autre branche 34. La projection est considérée dans le plan d'emboutissage. Ceci est permis car ses rayons de raccordement R sont plus serrés, et parce qu'elle est plus perpendiculaire au plan d'emboutissage. Un gain de matière est assuré par ces 15 précautions. REVENDICATIONS1- Outillage d'emboutissage (2) de tôle (4), notamment d'une pièce de tôlerie automobile telle une doublure de capot moteur, l'outillage (2) comprenant : - une matrice avec une empreinte ; - un poinçon (6) adapté pour pénétrer l'empreinte en y façonnant une tôle (4); - un serre-flan (12) comportant deux surfaces de serrage (8 ; 10) qui sont destinées à maintenir la tôle (4) et qui sont séparées par le poinçon (6), chaque surface de serrage (8; 10) présentant un niveau général (Ni ; N2) ; caractérisé en ce que les niveaux généraux (Ni ; N2) des surfaces de serrage (8 ; 10) sont distants selon la direction d'emboutissage (30) de sorte à réduire la profondeur d'embouti depuis l'une des deux surfaces de serrage (8). 2- Outillage d'emboutissage (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la différence de niveau DN entre les niveaux généraux (Ni ; N2) est supérieure à 5,00 mm, préférentiellement supérieure à 15,00 mm, plus préférentiellement supérieure ou égale à 40,00 mm. 3- Outillage d'emboutissage (2) selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que dans le plan d'emboutissage, le poinçon (6) présente un premier dégagement dans lequel est inscrite l'une des deux surfaces de serrage (8), préférentiellement l'autre des deux surfaces de serrage (10) comprend un deuxième dégagement dans lequel est inscrit le poinçon (6). 4- Outillage d'emboutissage (2) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les surfaces de serrage (8 ; 10) et le poinçon (6) comprennent des coins, le poinçon (6) présentant au moins deux coins coïncidant avec deux coins de l'une des surfaces de serrage (8 ; 10), préférentiellement au moins quatre coins coïncidant avec deux coins de chaque surface de serrage (8 ; 10). 3035806 11 5- Outillage d'emboutissage (2) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le poinçon (6) comprend des portions de séparation (26) affleurant le contour général des surfaces de serrage (8 ; 10), préférentiellement l'une des deux surfaces de serrage (8) présente 5 un allongement principal et deux extrémités opposées, les portions de séparation (26) séparant chacune l'une des extrémités opposées de l'autre des deux surfaces de serrage (10). 6- Outillage d'emboutissage (2) selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'au moins une ou chaque portion de séparation (26) comprend une 10 surface profilée, le profil d'au moins une ou de chaque surface profilée comprend deux branches (32 ; 34) chacune associée à l'une des surfaces de serrage (8 ; 10), dans chaque profil l'une des branches (32) étant plus courte que l'autre, la branche (32) la plus courte étant optionnellement la plus inclinée par rapport à sa surface de serrage 15 associée (8). 7- Méthode d'emboutissage d'une tôle (4), notamment d'une pièce de tôlerie automobile telle une doublure de capot moteur, l'emboutissage étant réalisé sur une presse avec un outillage (2) comprenant : - une matrice avec une empreinte ; 20 - un poinçon (6) adapté pour pénétrer l'empreinte en y façonnant une tôle (4); - un serre-flan (12) comportant deux surfaces de serrage (8 ; 10) de la tôle (4) qui sont séparées par le poinçon (6), et contre lesquelles la tôle (4) glisse en ligne droite vers le poinçon (6), 25 caractérisée en ce que les surfaces de serrage (8 ; 10) présentent des niveaux distants (Ni ; N2) selon la direction d'emboutissage (30) de sorte à réduire la profondeur d'embouti depuis l'une des deux surfaces de serrage (8). 8- Méthode d'emboutissage selon la revendication 7, caractérisée en ce 30 que la tôle (4) comprend un côté avec un bord (20) qui traverse le poinçon (6) et qui est serré par chaque surface de serrage (8 ; 10), préférentiellement ledit bord (20) traverse l'une des deux surfaces de 3035806 12 serrage (8), traverse le poinçon (6) en deux endroits opposés, et est serré en deux endroits par l'autre des deux surfaces de serrage (10). 9- Méthode d'emboutissage selon l'une des revendications 7 à 8, caractérisée en ce que la tôle (4) présente un bord concave (20), 5 éventuellement avec deux extrémités en flèche (28). 10-Méthode d'emboutissage selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que la tôle (4) emboutie forme des profilés de rigidification répartis sur sa surface, les profilés formant éventuellement un entrecroisement. 10