Brevet FR3031056A1 — publié le 20160701

Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine du formage, et plus particulièrement le domaine du formage électro-hydraulique. La présente invention porte sur une enceinte d'électro-hydroformage, notamment pour le 5 formage de pièces de faibles dimensions. Etat de la technique Les procédés d'hydroformage sont généralement utilisés comme procédés de fabrication, notamment pour des pièces de formes complexes. Ils consistent à utiliser la pression d'un fluide, de préférence un liquide, pour 10 réaliser la déformation plastique d'une tôle maintenue dans un moule. Le fluide agit alors sur la tôle pour la faire épouser la forme du moule. Ce fluide peut être mis sous pression de diverses manières. Parmi les procédés d'hydroformage existants, on peut citer le procédé d'électro-hydroformage, dit procédé EHF (de l'anglo-saxon Electro Hydraulic 15 Forming). Ce procédé est un procédé de formage à très haute vitesse de déformation qui est basé sur une décharge électrique d'une forte énergie stockée dans des condensateurs soit entre deux électrodes placées dans une chambre remplie de fluide, soit dans un fil explosif placé dans une chambre remplie de fluide. Lorsqu'une décharge électrique est créée dans le fluide, une 20 onde de choc est générée dans ledit fluide, elle se propage et vient projeter la tôle contre le moule. La pression dynamique ainsi générée sur la tôle permet la déformation à haute vitesse du matériau la constituant qui est projeté contre le moule, permettant ainsi sa mise en forme. Un tel procédé permet la mise en forme de tôles mais aussi d'autres 25 pièces réalisées dans un matériau déformable plastiquement. Il est utilisé pour la réalisation de pièces de grandes dimensions, c'est-à-dire de pièces dont la longueur caractéristique est significativement supérieure à une distance entre les deux électrodes. Un tel procédé présente de nombreux avantages, notamment 30 l'obtention de détails très fins sur les pièces, tels que par exemple des 3031056 2 gravures, l'absence de retour élastique, ou encore des coûts de fabrication faibles. Cependant, un des inconvénients réside dans le temps de cycle nécessaire au formage d'une pièce, comme indiqué dans le brevet 5 US7493787. En effet, de manière connue, un cycle de formage via le procédé EHF se décompose en plusieurs étapes : - mise en place de la pièce à former dans une enceinte d'électrohydroformage, - remplissage d'une chambre creuse dans l'enceinte d'électro- 10 hydroformage par un fluide, - décharge électro-hydraulique dans le fluide contenu dans la chambre creuse, - vidange de la chambre creuse, - retrait de la pièce formée. 15 Les étapes de remplissage et de vidange de la chambre creuse représentent les étapes les plus consommatrices en temps. Exposé de l'invention La présente invention a notamment pour but d'apporter une solution efficace permettant le formage de pièces, tout en réduisant le temps de cycle et 20 en garantissant un résultat équivalent. L'invention concerne ainsi une enceinte d'électro-hydroformage pour le formage d'une pièce. L'enceinte d'électro-hydroformage pour le formage d'une pièce comporte : 25 - une première partie, dite châssis de décharge, comportant une paroi interne délimitant une chambre de décharge destinée à recevoir un volume de fluide, - une deuxième partie, dite matrice, comportant une chambre de formage présentant une empreinte destinée à être complémentaire 30 à la forme que doit prendre la pièce après déformation, - un système de décharge électro-hydraulique. 3031056 3 La pièce est destinée à être positionnée, dans cette enceinte d'électrohydroformage, entre la chambre de décharge et la chambre de formage avant une activation dudit système de décharge électro-hydraulique, l'activation dudit système de décharge électro-hydraulique entraînant la projection et la déformation de la pièce contre l'empreinte de la chambre de formage. Par activation, on entend la création, via le système de décharge électro-hydraulique, d'une décharge électrique dans le fluide en vue de créer une onde de choc qui se propage dans le fluide. Le châssis de décharge est de préférence réalisé dans un matériau de haute résistance, par exemple un matériau métallique comme de l'acier, pour contenir les fortes pressions générées lors de l'activation du système de décharge électro-hydraulique. Selon l'invention, la paroi interne présente en tout ou partie un revêtement non métallique. Le revêtement non métallique est préférentiellement disposé sur la paroi interne, autour et à proximité des accès du système de décharge électrohydraulique dans la chambre de décharge. Un tel revêtement non métallique permet avantageusement d'éviter la formation d'un arc électrique entre le système de décharge électro-hydraulique et la paroi interne. Un tel arc électrique pourrait endommager la paroi interne, et surtout, diminuerait fortement les performances du système de décharge électro-hydraulique, ne permettant pas de former la tôle. Ainsi, les dimensions de la chambre de décharge peuvent être réduites sans crainte d'un tel arc électrique. Les dimensions réduites de la chambre de décharge permettent alors avantageusement de réduire le volume de fluide nécessaire pour le remplissage de ladite chambre de décharge. En conséquence, le temps de cycle nécessaire à la réalisation d'un procédé de formage utilisant une telle enceinte d'électro-hydroformage s'en trouve très largement diminué et la cadence de production est grandement augmentée. Une telle enceinte d'électro-hydroformage est particulièrement adaptée à la réalisation de pièces de petites dimensions, telles que par exemple un corps de clé USB (« Universal Serial Bus », en terminologie anglo- 3031056 4 saxonne), agrémenté par exemple de fines gravures. Suivant des modes de réalisation préférés, l'invention répond en outre aux caractéristiques suivantes, mises en oeuvre séparément ou en chacune de leurs combinaisons techniquement opérantes. 5 Selon des modes de réalisation préférés, pour atténuer encore plus le risque d'arc électrique, le revêtement est un revêtement réalisé dans un matériau électriquement isolant. Selon des modes de réalisation préférés, le système de décharge électro-hydraulique comporte deux électrodes destinées à être reliées à une 10 unité de stockage d'énergie électrique. Selon des modes de réalisation préférés, le système de décharge électro-hydraulique comporte un fil explosif destiné à être relié à une unité de stockage d'énergie électrique. Selon des modes de réalisation préférés, le système de décharge 15 électro-hydraulique comporte un fil explosif relié entre deux électrodes. L'invention est également relative à une machine d'électrohydroformage comportant une enceinte d'électro-hydroformage conforme à l'un de ses modes de réalisation et une unité de stockage d'énergie électrique reliée au système de décharge électro-hydraulique. 20 Présentation des figures Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière des exemples de mise en oeuvre ci-après, fournis à simple titre illustratif et nullement limitatifs de l'invention, avec l'appui des figures 1 à 3, dans lesquelles : 25 La figure 1 représente une vue en coupe d'une enceinte d'électro- hydroformage selon un mode de réalisation de l'invention, La figure 2 illustre une vue en coupe d'une enceinte d'électrohydroformage selon un autre mode de réalisation de l'invention, La figure 3 illustre un corps de clé USB gravé au moyen d'une 30 enceinte d'électro-hydroformage selon l'un des modes de réalisation de l'invention. 3031056 5 Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention Une enceinte d'électro-hydroformage 10 pour le formage d'une pièce 50 selon un mode de réalisation de l'invention est illustrée sur la figure 1. Les pièces à former peuvent être de forme plate, ou en variante, de forme tubulaire. 5 Les pièces peuvent être aussi préformées par des techniques classiques d'emboutissage. Cette enceinte d'électro-hydroformage est utilisée dans le cadre d'un procédé de formage classique qui sera rappelé ultérieurement. L'enceinte d'électro-hydroformage 10 est réalisée en deux parties. 10 L'enceinte d'électro-hydroformage 10 comporte une première partie, dite châssis de décharge 20, et une deuxième partie, dite matrice 30. Le châssis de décharge 20 peut représenter une partie supérieure de l'enceinte d'électrohydroformage (selon l'orientation des figures) et la matrice 30 peut représenter une partie inférieure, comme illustré sur la figure. A titre de variante, et sans se 15 départir du cadre de l'invention, il est envisageable que le châssis de décharge 20 représente une partie inférieure de l'enceinte d'électro-hydroformage (selon l'orientation des figures) et la matrice 30 représente une partie supérieure. A titre de variante également, la première partie peut représenter une partie gauche de l'enceinte d'électro-hydroformage (selon l'orientation des figures) et 20 la deuxième partie représenter une partie droite de l'enceinte d'électro- hydroformage (selon l'orientation des figures) ou réciproquement. Le châssis de décharge 20 comporte une paroi interne 21 délimitant une chambre de décharge 22. La matrice 30 quant à elle comporte une chambre de formage 32 25 destinée à être en vis-à-vis de la chambre de décharge 22 lorsque le châssis de décharge 20 et la matrice 30 sont assemblés. Le châssis de décharge 20 et la matrice 30 sont amovibles l'un par rapport à l'autre de sorte à autoriser l'insertion et le retrait de la pièce 50 à former. 30 Ladite pièce à former est disposée, au niveau d'une interface 33 entre la matrice 30 et le châssis de décharge 20, et maintenue en position de 3031056 6 manière hermétique. Une fois en position dans l'enceinte d'électrohydroformage, la pièce à former sépare la chambre de formage 32 de la chambre de décharge 22. Dans l'exemple de la figure 1, la pièce à former est une pièce de forme 5 plate. Dans l'exemple de la figure 2, la pièce à former est une pièce de forme tubulaire. La chambre de formage 32 présente, face à la pièce à déformer, une empreinte 31 correspondant à la forme que la pièce à former doit prendre après déformation. 10 Le châssis de décharge 20 et la matrice 30 sont préférentiellement réalisés dans un matériau métallique, par exemple en acier, afin de présenter une résistance structurale des chambres respectives (chambre de décharge 22 et chambre de formage 32) et de contenir les fortes pressions générées au moment d"une décharge électro-hydraulique, lors du procédé de formage. En 15 effet, la tension lors d'une décharge électro-hydraulique peut atteindre plusieurs dizaines de kilovolts. La chambre de décharge 22 est destinée à être remplie par un fluide incompressible, de préférence un liquide, par exemple de l'eau. Un conduit d'alimentation en eau 23 est réalisé dans le châssis de 20 décharge 20 pour permettre de relier la chambre de décharge 22 à une cuve (non représentée) contenant de l'eau et d'approvisionner ladite chambre de décharge 20 en eau. Un conduit d'évacuation de l'eau (non représenté) est réalisé dans le châssis de décharge 20 pour permettre de relier la chambre de décharge 22 à 25 une cuve et de vidanger l'eau hors de ladite chambre de décharge, dans la cuve. Dans une variante de réalisation, le conduit d'alimentation de l'eau 23 et le conduit d'évacuation de l'eau ne sont qu'un seul et même conduit permettant l'approvisionnement et la vidange de l'eau dans/hors de la chambre 30 de décharge de/vers une cuve unique. La chambre de formage 32 est quant à elle de préférence sous vide d'air. 3031056 7 Un conduit (non représenté) est réalisé dans la matrice 30 pour permettre de relier la chambre de formage 32 à une pompe à vide (non représentée). Cependant, à titre de variante ou en l'absence de moyens pour réaliser ce vide, on pourra également laisser la chambre de formage 32 sous 5 atmosphère et prévoir des évents permettant l'évacuation de l'air lors du procédé de formage. Dans un mode préféré de réalisation, l'enceinte d'électro- hydroformage 10 et la chambre de décharge 22 présentent une forme géométrique sensiblement cylindrique. 10 Cependant, sans se départir du cadre de l'invention, l'enceinte d'électro-hydroformage 10 et la chambre de décharge 22 peuvent présenter toute forme géométrique. Plus particulièrement, la chambre de décharge 22 peut préférentiellement présenter une forme géométrique telle que la paroi interne 21 réfléchisse l'onde de choc, obtenue lors de la décharge électro- 15 hydraulique, en direction de la pièce à former 50. Par exemple, une partie supérieure de la paroi interne peut présenter une forme conique, comme illustrée sur la figure 2. L'enceinte d'électro-hydroformage 10 comporte en outre un système de décharge électro-hydraulique 40. 20 Dans l'exemple non limitatif illustré sur la figure 1, le système de décharge électro-hydraulique 40 comporte deux électrodes distinctes 41. Chaque électrode 41 traverse le châssis de décharge 20. Une première extrémité 42 de chaque électrode est positionnée à l'intérieur du châssis de décharge 20, dans la chambre de décharge 22. Une deuxième 25 extrémité 43, placée à l'extérieur du châssis de décharge 20, est reliée, via un câble d'alimentation, à une unité de stockage d'énergie électrique (non représentée). Chaque électrode 41 est préférentiellement recouverte d'une enveloppe 44 en matériau électriquement isolant afin de les isoler 30 électriquement du matériau métallique constituant le châssis de décharge 20. Les électrodes 41 sont disposées dans l'enceinte d'électro- hydroformage 10 de sorte à créer une distance inter-électrode dl, entre les 3031056 8 premières extrémités 42 des deux électrodes 41. De manière connue, cette distance inter-électrode dl permet de définir la puissance de l'onde de choc générée lors de la décharge électro-hydraulique, en termes d'amplitude et de durée. 5 Suivant la complexité de la forme à obtenir pour la pièce à former et/ou le matériau constituant la pièce à former, la distance inter- électrode dl est augmentée ou réduite, ce qui module l'énergie atteinte lors de la décharge électro-hydraulique et influe sur la puissance de l'onde de choc. Dans un mode de réalisation, la distance inter-électrode dl peut être 10 ajustée par des moyens de réglages conventionnels (non représentées), tels que par exemple un système d'écrou, dès lors que les opérations de réglage n'endommagent pas les électrodes 41. Les électrodes sont également disposées, par rapport à la pièce, de sorte à maintenir une distance d2 entre le lieu de la décharge électro- 15 hydraulique et la pièce. Cette distance d2 contribue au formage de la pièce par onde directe. L'unité de stockage d'énergie électrique, à laquelle sont reliées les deux électrodes 41, comporte entre autres au moins un condensateur. Les divers composants de l'unité de stockage d'énergie électrique sont connus de 20 l'homme du métier dans leur forme et dans leur fonctionnement et ne sont pas décrits plus en détail dans la présente description. L'ensemble enceinte d'électro-hydroformage et l'unité de stockage d'énergie électrique forme une machine d'électro-hydroformage. La paroi interne 21 du châssis de décharge 20 présente en partie un 25 revêtement non métallique 24. De préférence, le revêtement 24 est choisi de sorte à présenter une épaisseur e suffisante pour éliminer le risque d'arc électrique entre la première extrémité 42 d'une électrode 41 et le châssis de décharge 20 métallique. Dans un mode préféré de réalisation, pour réduire son épaisseur e, le 30 revêtement 24 non métallique est réalisé dans un matériau électriquement isolant. 3031056 9 De préférence, le revêtement 24 est choisi dans un matériau à très forte rigidité diélectrique, supérieure à 20 kV/mm. Dans un exemple de réalisation, lorsque la tension atteinte lors de la décharge électro-hydraulique est de 100kV, et le matériau choisi pour le 5 revêtement 24 présente une rigidité diélectrique de 20kV.mm-1, alors le revêtement présentera une épaisseur de 5mm. Le revêtement est également soumis à des contraintes liées à l'impact de l'onde de choc contre la paroi interne. Le revêtement présente une résistance à la traction, de préférence supérieure à 20 MPa. 10 Dans des exemples préférés de réalisation, le matériau du revêtement est un plastique, par exemple : - un polyethylene haute densité (PEND) ; - un polyTétraFluoroEthylène (PTFE) ; - un polyamide, tel que le polyamide 6 (PA6) ; 15 - un polycarbonate (PC) ; - un polychlorure de vinyle (PVC) ; - un Polyether ether ketone (PEEK) ; - un polyuréthane (PU). Dans d'autres exemples de réalisation, le matériau du revêtement est 20 une céramique, tel que par exemple la porcelaine. Le revêtement peut aussi être composé d'une combinaison de ces matériaux. Chaque électrode 41 traverse le châssis de décharge 20 au niveau du revêtement 24 non métallique de la paroi interne 21. 25 Bien qu'un arc électrique puisse se propager par rampage le long de l'enveloppe 44 d'une électrode 41 et se propager vers la chambre de décharge 22 métallique, le risque d'arc électrique au niveau de la jonction des isolants (enveloppe 44 de l'électrode 41 et revêtement 24 isolant de la paroi interne 21) est fortement atténué lors de la décharge électro-hydraulique entre les 30 électrodes 41. En effet, l'onde de pression comprime l'ensemble électrode- enveloppe selon la direction de l'électrode 41. En réponse, l'ensemble électrode-enveloppe se déforme radialement en expansion au niveau du 3031056 10 revêtement 24 isolant. Cette déformation augmente la pression de contact entre les isolants, et obture le passage pour un potentiel arc électrique. Dans des variantes de réalisation, la paroi interne est recouverte en totalité d'un seul revêtement non métallique ou d'une pluralité de revêtements 5 non métalliques. Par exemple, la paroi interne 21 illustré figure 2 est recouverte de deux revêtements non métalliques 24, 25. Le revêtement non métallique 24, situé au niveau des deux électrodes, est choisi dans un matériau à plus forte rigidité diélectrique que le second revêtement 25, afin de renforcer le caractère 10 structural et isolant du châssis de décharge 20, à proximité de la décharge électro-hydraulique. Une telle enceinte d'électro-hydroformage 10, de part le revêtement 24 non métallique de tout ou partie de la paroi interne 21, permet avantageusement la réalisation d'une chambre de décharge 22 de faible 15 volume, par exemple préférentiellement inférieure à 1litre, encore plus préférentiellement inférieure à 0,5 litre. Ce faible volume permet un remplissage rapide de la chambre de décharge, de l'ordre de 5 secondes. Il est ainsi envisageable de réaliser plusieurs décharges électrohydraulique par minute, par exemple au moins deux décharges électro- 20 hydraulique par minute, de préférence six décharges électro-hydraulique par minute. Une telle enceinte d'électro-hydroformage 10 est particulièrement adaptée à la réalisation de pièces de petites dimensions, telles que par exemple un corps de clé USB 80 agrémenté par exemple de fines gravures 81, 25 comme illustré sur la figure 3. La présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation préférées décrites ci-dessus à titre d'exemples non limitatifs et aux variantes évoquées. Elle concerne également les variantes de réalisation à la portée de l'homme du métier. 30 En particulier, comme illustré figure 2, le système de décharge électro- hydraulique 40 peut présenter comme variante aux deux électrodes, un fil 3031056 11 explosif 46. Le fil explosif est connu de l'homme du métier dans son fonctionnement et ne sera pas décrit plus en détail dans la présente description. Dans cette variante, un conduit de passage 26 est réalisé dans le 5 châssis de décharge 20, le traversant au niveau du revêtement non métallique 24 de la paroi interne 21, pour permettre l'acheminement du fil explosif 46 dans la chambre de décharge 22. Le fil explosif 46 est préférentiellement positionné au centre de la chambre de décharge, en vis-à-vis du revêtement non métallique de la paroi 10 interne. L'épaisseur du revêtement 24 est également fonction de l'énergie générée lors de la décharge électro-hydraulique. Dans une autre variante de réalisation, le système de décharge électro-hydraulique 40 peut comporter un fil explosif entre deux électrodes. 15 Dans cette variante, un conduit de passage est réalisé dans une électrode, pour permettre l'acheminement du fil explosif entre les deux électrodes dans la chambre de décharge. Un exemple de procédé de formage électro-hydraulique à partir de l'enceinte d'électro-hydroformage 10 est à présent décrit. 20 Pour former une pièce 50 par électro-hydroformage, le procédé comporte une première étape de positionnement, dans l'enceinte d'électrohydroformage 10, de la pièce à former. La pièce 50, par exemple initialement plate, est positionnée entre le châssis de décharge 20 et la matrice 30. La pièce 50 est disposée dans 25 l'enceinte d'électro-hydroformage 10 de sorte à être en vis-à-vis de l'empreinte 31, et à séparer la chambre de décharge 22 de la chambre de formage 32. La pièce est maintenue en position et dans l'enceinte d'électro- hydroformage, de sorte à rendre hermétique à l'eau la chambre de formage par rapport à la chambre de décharge. 30 Le procédé comporte ensuite une étape de remplissage de la chambre de décharge par l'eau. 3031056 12 De l'eau est introduite dans la chambre de décharge via le conduit d'alimentation en eau 23, jusqu'à son remplissage. Le procédé comporte ensuite une étape de décharge électrohydraulique dans le fluide contenu dans la chambre de décharge. 5 Un moyen pour réaliser cette étape consiste à décharger rapidement le au moins un condensateur de l'unité de stockage d'énergie électrique. Le système de décharge électro-hydraulique s'active. Dans la variante des électrodes, un arc électrique se créé entre les électrodes, créant une bulle dans l'eau. 10 Dans la variante du fil explosif, le fil introduit dans la chambre de décharge explose par vaporisation, créant une bulle dans l'eau. Cette bulle se collapse et libère son énergie sous forme d'une onde de choc, qui se propage dans l'eau et vient projeter la pièce contre l'empreinte de la chambre de formage à très grande vitesse (plusieurs centaines de m/s), 15 entrainant sa déformation et sa mise en forme. La tension atteinte lors de la décharge est de l'ordre de quelques dizaines de kV. Dans le cas de pièces de forme tubulaire, les pièces sont déformées par expansion radiale, au lieu d'être déformée par emboutissage. A l'issue de cette étape, la pièce est formée. 20 Le procédé comporte ensuite une étape de vidange de la chambre de décharge. L'eau est pompée de la chambre de décharge vers la cuve, via le conduit d'évacuation de l'eau. L'enceinte d'électro-hydroformage 10 est ensuite ouverte au niveau de 25 l'interface 33, libérant l'accès à la chambre de formage, d'où est extraite la pièce formée. La description ci-avant illustre clairement que par ses différentes caractéristiques et leurs avantages, la présente invention atteint les objectifs 30 qu'elle s'était fixés. En particulier, elle propose une enceinte d'électro- hydroformage adaptée au formage de pièces de petites dimensions. Elle présente avantageusement une paroi interne présentant un revêtement non 3031056 13 métallique tel que les dimensions de la chambre de décharge peuvent être significativement réduites, permettant une diminution du volume de liquide nécessaire au procédé de formage. Le temps de cycle est grandement diminué. REVENDICATIONS1. Enceinte d'électro-hydroformage (10) pour le formage d'une pièce (50) comportant : une première partie, dite châssis de décharge (20), comportant une paroi interne (21) délimitant une chambre de décharge (22) destinée à recevoir un volume de fluide, une deuxième partie, dite matrice (30), comportant une chambre de formage (32) présentant une empreinte (31) destinée à être complémentaire à la forme que doit prendre la pièce après déformation, un système de décharge électro-hydraulique (40), ladite pièce (50) étant destinée à être positionnée entre la chambre de décharge (22) et la chambre de formage (32) avant une activation dudit système de décharge électro-hydraulique, l'activation dudit système de décharge électro-hydraulique entraînant la projection et la déformation de la pièce (50) contre l'empreinte (31) de la chambre de formage (32), caractérisée en ce que la paroi interne (21) présente en tout ou partie un revêtement (24) non métallique. 2. Enceinte d'électro hydroformage (10) selon la revendication 1 dans laquelle le revêtement (24) est un revêtement réalisé dans un matériau électriquement isolant. 3. Enceinte d'électro hydroformage (10) selon l'une des revendications précédentes dans laquelle le système de décharge électro-hydraulique (40) comporte deux électrodes (41) destinées à être reliées à une unité de stockage d'énergie électrique. 4. Enceinte d'électro hydroformage (10) selon l'une des revendications précédentes dans laquelle le système de décharge électro-hydraulique (40) comporte un fil explosif destinée à être relié à une unité de stockage d'énergie électrique. 5. Machine d'électro-hydroformage comportant une enceinte d'électro- hydroformage (10) conforme à l'une des revendications 1 à 4 et une 3031056 15 unité de stockage d'énergie électrique reliée au système de décharge électro-hydraulique.