Brevet FR3043923A1 — publié le 20170526

DISPOSITIF DE PILOTAGE ET EMBOUTISSAGE D'UNE PIECE [0001] L'invention concerne un dispositif de fabrication d'une pièce, et plus particulièrement le pilotage d'une pièce pour son formage par 5 emboutissage à chaud. [0002] L'emboutissage est un procédé de mise en forme permettant d'obtenir des pièces non développables, à partir de feuilles de tôle mince, montées sur presse. [0003] L'emboutissage se pratique à l'aide de presses à emboutir de 10 forte puissance, munies d'outillages spéciaux qui comportent généralement deux pièces : - une matrice, en creux, définissant une empreinte, et - un poinçon, en relief, apte à venir se loger dans l'empreinte de la matrice, et conférant à la pièce sa forme, en réservant l'épaisseur de la 15 tôle. [0004] Les structures modernes des véhicules automobiles doivent satisfaire à des exigences de plus en plus sévères, notamment quant à leur résistance aux chocs, tout en ayant une masse la plus faible possible. Pour cela, des pièces en acier à haute résistance sont de plus 20 en plus utilisées. [0005] II est connu, pour la réalisation de pièces en acier à haute résistance, de faible épaisseur et dimensionnellement stables, de chauffer un flan, puis de le former par emboutissage entre une matrice et un poinçon froid, la pièce obtenue subissant une trempe de sorte à 25 obtenir une structure martensitique et/ou bainitique. [0006] Ce dispositif permet d'obtenir une pièce ayant une grande précision de forme, une bonne stabilité dimensionnelle et des valeurs élevées de résistance. [0007] Dans l'optique d'améliorer et accélérer le processus de 30 fabrication d'une pièce, il est connu d'avoir recours à des pilotes. Les pilotes sont des pièces de forme cylindrique, disposées à la bordure d'une tôle préalablement percée de plusieurs trous. Les pilotes permettent de guider une pièce à travers ces trous, et permettent de positionner correctement une pièce avant de réaliser une opération sur 35 celle-ci, comme un emboutissage ou une découpe. [0008] Cependant, l'utilisation de pilotes présente des inconvénients. La pièce est chauffée à une certaine température avant d'être déposée 3043923 2 dans la presse pour y être formée. Après avoir été formée, la pièce est refroidie. Lors de cette étape, la pièce est soumise, tout en restant dans la presse, à un refroidissement rapide, de sorte à obtenir une structure martensitique et/ou bainitique. [0009] Ce changement de structure a tendance à déformer la pièce, et a tendance notamment à la rétracter. Ainsi, le diamètre des trous va diminuer, et plus aucun jeu ne sera présent entre les pilotes et le bord des trous. Lors de l'extraction de la pièce de la presse, le bord des trous pourra frotter sur le corps des pilotes et créer du grippage. La pièce généralement en acier trempé risque de détériorer et user les pilotes. [0010] Un objectif est de proposer un dispositif d'emboutissage à chaud d'une pièce permettant de mettre en place la pièce dans une presse, tout en la guidant à l'intérieur. [0011] Un deuxième objectif est de proposer un dispositif d'emboutissage à chaud d'une pièce, permettant d'extraire aisément la pièce de la presse une fois qu'elle a été refroidie. [0012] Un troisième objectif est de proposer un dispositif d'emboutissage à chaud d'une pièce permettant de limiter les arrêts de production dus au grippage de la pièce avec les pilotes. [0013] A cet effet, il est proposé, en premier lieu, un dispositif d'emboutissage d'une pièce comprenant au moins un trou, ce trou définissant un bord, le dispositif comprenant une presse incluant : - une matrice primaire comprenant au moins un perçage et définissant un relief, et - une matrice secondaire intégrant au moins un pilote apte à s'introduire dans le trou de la pièce et dans le perçage, et définissant une empreinte, dispositif dans lequel : - le pilote comprend un chanfrein, ou - la matrice primaire comprend un bossage et la matrice secondaire comprend une cavité définissant la forme du bossage. [0014] Le dispositif ainsi décrit permet de former une pièce dans une presse, sans abimer ou user les composants mécaniques intégrant le dispositif. Le dispositif permet d'évacuer la pièce efficacement après son refroidissement et permet de limiter le nombre d'arrêts de 3043923 3 production dus au grippage de la pièce avec les composants mécaniques. [0015] Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaison : 5 - le pilote comprend un corps et une tête, le corps étant inséré dans la matrice secondaire et la tête s'étendant depuis un bord supérieur de la matrice secondaire ; - la tête comprend une pointe arrondie ; - le corps et la tête possèdent un diamètre différent ; 10 - le corps et la tête sont séparés par le chanfrein. [0016] II est proposé, en second lieu, un procédé d'emboutissage d'une pièce au moyen du dispositif tel que présenté ci-dessus, le procédé comprenant les étapes consistantes à : chauffer la pièce dans un four ; 15 - disposer la pièce dans la presse ; former la pièce dans la presse ; évacuer la pièce de la presse. [0017] Le procédé comprend avantageusement une étape de refroidissement du dispositif, permettant la trempe de la pièce. 20 [0018] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement et de manière concrète à la lecture de la description ci-après de modes de réalisation, laquelle est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue de face, en section, d'un dispositif 25 d'emboutissage d'une pièce, comprenant une presse ; - la figure 2 est une vue de face, en section, du dispositif d'emboutissage d'une pièce de la figure 1, en cours de formage de la pièce ; - la figure 3 est une vue de face, en section, d'un dispositif 30 d'emboutissage d'une pièce, comprenant une presse, selon un mode de réalisation ; - la figure 4 est une vue de face, en section, du dispositif d'emboutissage d'une pièce de la figure 3, en cours de formage de la pièce ; 35 - la figure 5 est un diagramme de fonctionnement d'un procédé d'emboutissage d'une pièce au moyen du dispositif d'emboutissage de la figure 1. 3043923 4 [0019] Sur la figure 1 est représenté un dispositif 1 d'emboutissage à chaud d'une pièce 2. [0020] On définit, par rapport au dispositif 1, un repère orthogonal XYZ comprenant trois axes, perpendiculaires deux à deux, à savoir : 5 - un axe X, définissant une direction longitudinale, horizontale, - un axe Y, définissant une direction transversale, horizontale, qui avec l'axe X définit un plan XY horizontal, - un axe Z, définissant une direction verticale, perpendiculaire au plan XY. 10 [0021] Dans la suite de la description et en référence au repère défini ci-dessus, les termes « longitudinal » ou « longitudinalement » font référence à une direction confondue avec l'axe X, les termes « transversal » ou « transversalement » font référence à une direction confondue avec l'axe Y, et les termes « vertical » ou « verticalement » 15 font référence à une direction confondue avec l'axe Z. [0022] Le dispositif 1 d'emboutissage comprend une presse 3 pour le formage de la pièce 2. [0023] La pièce 2 est une tôle métallique, issue notamment d'une bobine de métal qui a été découpée, elle comprend au moins un trou 4 20 présentant un bord 5. [0024] La presse 3 est composée d'une matrice 6 primaire et d'une matrice 7 secondaire, la matrice 6 primaire étant mobile verticalement entre deux positions : - une position d'ouverture, illustrée sur la figure 1, dans laquelle la 25 matrice 6 primaire est écartée de la matrice 7 secondaire, la matrice 7 secondaire étant fixe, - une position de fermeture, illustrée sur la figure 2, dans laquelle la matrice 6 primaire est rapprochée de la matrice 7 secondaire. [0025] La matrice 6 primaire comprend un relief 8 s'étendant depuis 30 un bord 9 inférieur de la matrice 6 primaire, et longitudinalement sur une partie de la matrice 6 primaire, des creux 10 bordant le relief 8. [0026] La matrice 6 primaire comprend au moins un perçage 11 creusé dans un des deux creux 10 de la matrice 6 primaire. [0027] La matrice 7 secondaire est creusée d'une empreinte 12 sur 35 un bord 13 supérieur de la matrice 7 secondaire, traversant transversalement et longitudinalement une partie de la matrice 7 secondaire, des excroissances 14 bordant l'empreinte 12. 3043923 5 [0028] La matrice 7 secondaire comprend au moins une ouverture 15 creusée dans une des deux excroissances 14 et apte à recevoir un pilote 16. [0029] Le pilote 16 se présente sous la forme d'une barre cylindrique 5 comprenant un corps 17 et une tête 18, le corps 17 ayant un diamètre supérieur au diamètre de la tête 18, le corps 17 et la tête 18 étant séparés par un chanfrein 19. [0030] Le corps 17 du pilote 16 est intégralement inséré dans l'ouverture 15 de sorte à ce que seule la tête 18 du pilote 16 dépasse 10 de la matrice 7 secondaire. [0031] Tel qu'illustré sur la figure 1, la presse 3 est en position d'ouverture, la matrice 6 primaire est écartée de la matrice 7 secondaire, de sorte à insérer la pièce 2 dans la presse 3, et à la déposer sur la matrice 7 secondaire, dans le but de la déformer 15 plastiquement, au moyen de la matrice 6 primaire venant s'appuyer sur la pièce 2, comme illustré sur la figure 2. [0032] Comme le montre la figure 1, - dans une première position, représentée en traits forts, la pièce 2 est disposée dans la presse 3 ; 20 dans une deuxième position, représentée en traits pointillés, la pièce 2 a été déplacée verticalement en direction de la matrice 7 secondaire afin d'y être déposée, comme le montre la flèche noire de la figure 1. [0033] Avantageusement, la tête 18 du pilote 16 est pourvue d'une 25 pointe 20 arrondie, apte à positionner correctement le pilote 16 dans le trou 4. Une fois que le pilote 16 et le trou 4 sont alignés correctement, la pièce 2 peut coulisser verticalement jusqu'au contact de la matrice 7 secondaire, et plus précisément jusqu'au contact du bord 13 supérieur de la matrice 7 secondaire. 30 [0034] La figure 2 illustre le dispositif 1 dans une configuration dans laquelle la matrice 6 primaire adopte sa seconde position, et dans laquelle elle est rapprochée de la matrice 7 secondaire, et vient presser la pièce 2 contre la matrice 7 secondaire. [0035] En pressant la pièce 2 contre la matrice 7 secondaire, le relief 35 8 de la matrice 6 primaire déforme la pièce 2 pour qu'elle prenne la forme de l'empreinte 12 de la matrice 7 secondaire, comme illustré sur la figure 2. 3043923 6 [0036] L'effort exercé par la presse 3 primaire permet cette déformation de la pièce 2. De plus, la pièce 2, avant d'être déposée dans la presse 3 est avantageusement chauffée dans un four, facilitant sa déformation. 5 [0037] Une fois que la pièce 2 est formée dans la presse 3, un système de refroidissement permet de réduire la température du dispositif 1 et ainsi de la pièce 2. Pendant cette opération de refroidissement, la pièce 2 a tendance à se rétracter, le diamètre de son trou 4 diminuant. 10 [0038] Comme on peut le voir sur le détail de la figure 2, le bord 5 du trou 4 s'est rétracté vers son centre et s'est plié en suivant le chanfrein 19 du pilote 16. [0039] Avantageusement, le bord 5 du trou 4 est écarté de la tête 18 du pilote 16 de sorte à former un jeu A entre le pilote 16 et le bord 5 du 15 trou 4. Ainsi, aucun grippage de la pièce 2 avec le pilote 16 n'est à déplorer lors de l'extraction de la pièce 2. [0040] Selon un mode réalisation, illustré sur la figure 3, la matrice 6 primaire comprend un bossage 21 et la matrice 7 secondaire comprend une cavité 22 définissant un fond présentant la forme du bossage 21, 20 de sorte à plier le bord 5 du trou 4 lorsque la pièce 2 est formée dans la presse 3, comme on peut le voir sur la figure 4. [0041] A l'identique de la figure 1, la figure 3 illustre le dispositif 1 selon le mode de réalisation décrit précédemment, dans lequel la matrice 6 primaire est en position d'ouverture. 25 [0042] Le bossage 21 s'étend verticalement depuis le bord 9 inférieur de la matrice 6 primaire et circulairement autour de l'axe du perçage 11. [0043] La cavité 22 est creusée depuis le bord 13 supérieur de la matrice 7 secondaire et s'étend circulairement autour de l'axe de 30 l'ouverture 15. [0044] Dans ce mode de réalisation, le pilote 16 comprend un corps 17 et une tête 18 possédant un diamètre identique, il n'y a donc pas de chanfrein qui sépare le corps 17 de la tête 18. [0045] A l'identique de la figure 2, la figure 4 illustre le dispositif 1 35 selon le mode de réalisation décrit précédemment, dans lequel la matrice 6 primaire est en position de fermeture. 3043923 7 [0046] Dans ce mode de réalisation, l'opération de formage de la pièce 2 dans la presse 3 est identique à l'opération de formage de la pièce 2 du dispositif 1 décrit en premier lieu, néanmoins le bossage 21 de la matrice 6 primaire et la cavité 22 de la matrice 7 secondaire 5 permettent avantageusement de plier la pièce 2 au niveau du pilote 16, de sorte à augmenter le diamètre du trou 4 de la pièce 2. [0047] Lorsque la pièce 2 est refroidie, le bord 5 du trou 4 se rétracte mais ne rentre pas en contact du pilote 16, de sorte à former un jeu B entre le pilote 16 et le bord 5 du trou 4. Ainsi, aucun grippage 10 de la pièce 2 avec le pilote 16 n'est à déplorer lors de l'extraction de la pièce 2. [0048] L'emboutissage de la pièce 2 peut être effectué selon un procédé qui va être présenté, à l'aide du diagramme de la figure 5. [0049] Une première étape 100 du procédé consiste à placer une 15 bobine de métal dans un train de découpe dans lequel la bobine sera déroulée, jusqu'à un outil de découpe. [0050] Une deuxième étape 200 du procédé consiste découper la bobine au moyen de l'outil de découpe, dans le but d'obtenir une pièce 2 métallique aux dimensions désirées. 20 [0051] Une troisième étape 300 du procédé consiste à déposer la pièce 2 dans un four, dans lequel la pièce 2 sera chauffée à une température donnée. [0052] Une quatrième étape 400 du procédé consiste à récupérer la pièce 2 en sortie du four. La pièce 2 étant une température élevée, 25 cette manoeuvre ne peut pas être effectuée par un opérateur. Un moyen d'automatisation, par exemple un bras robotisé, assure la préhension de la pièce 2 puis son transport jusqu'à la presse 3. [0053] Une fois que la pièce 2 est disposée dans la presse 3, elle peut être déformée à une étape 500 de formage. 30 [0054] Dès l'instant où la pièce 2 a été pressée entre la matrice 6 primaire et la matrice 7 secondaire, une étape 600 de refroidissement de la pièce 2 est initiée, dans laquelle la température de la pièce 2 est abaissée. [0055] Enfin, la pièce 2 est évacuée de la presse 3 à une étape 700. 35 [0056] Le dispositif 1 d'emboutissage ainsi décrit présente plusieurs avantages parmi lesquels : 3043923 8 - sa simplicité de mise en oeuvre technique : un chanfrein 19 sur le pilote 16 ou une légère déformation de la pièce 2 au niveau de son trou 4 permettent d'écarter suffisamment le bord 5 du trou 4 pour éviter le grippage de la pièce 2 avec le pilote 16, lors de l'extraction de la pièce 5 2, - sa rapidité : le temps d'extraction de la pièce 2 est réduit, aucun arrêt de production n'étant nécessaire pour remédier à un éventuel grippage de la pièce 2 avec le pilote 16, - sa fiabilité : le dispositif 1 permet de réduire voire supprimer le 10 grippage de la pièce 2 contre le pilote 16, aucune usure du pilote 16 n'est possible. [0057] Le dispositif 1 d'emboutissage permet de former une pièce 2 disposée dans une presse 3 avec précision grâce à un pilote 16, et d'extraire la pièce 2 de la presse 3 après son refroidissement tout en 15 évitant le grippage de la pièce 2 contre le pilote 16. REVENDICATIONS1. Dispositif (1) d'emboutissage d'une pièce (2) comprenant au moins un trou (4), ce trou (4) définissant un bord (5), le dispositif (1) comprenant une presse (3) incluant : - une matrice (6) primaire comprenant au moins un perçage (11) et définissant un relief (8), - une matrice (7) secondaire intégrant au moins un pilote (16) apte à s'introduire dans le trou (4) de la pièce (2) et dans le perçage (11), et définissant une empreinte (12), le dispositif (1) étant caractérisé en ce que : le pilote (16) comprend un chanfrein (19), ou en ce que la matrice (6) primaire comprend un bossage (21) et la matrice (7) secondaire comprend une cavité (22) définissant la forme du bossage (21). 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pilote (16) comprend un corps (17) et une tête (18), le corps (17) étant inséré dans la matrice (7) secondaire et la tête (18) s'étendant depuis un bord (13) supérieur de la matrice (7) secondaire. 3. Dispositif (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la tête (18) comprend une pointe (20) arrondie. 4. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le corps (17) et la tête (18) possèdent un diamètre différent. 5. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le corps (17) et la tête (18) sont séparés par le chanfrein (19). 6. Procédé d'emboutissage d'une pièce (2) au moyen du dispositif (1) tel que présenté dans l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistantes à: - chauffer la pièce (2) dans un four ; 3043923 10 - disposer la pièce (2) dans la presse (3) ; - former la pièce (2) dans la presse (3) ; - évacuer la pièce (2) de la presse (3). 5 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de refroidissement du dispositif (1).