Brevet FR3060426A1 — publié le 20180622

"PROCEDE D'EMBOUTISSAGE ET DECOUPE EN SERIE" [0001] L'invention s'inscrit dans le domaine des procédés d'emboutissage et découpe de pièces de tôle métallique, comme des tôles d'acier ou d'alliages légers, par exemple pour la carrosserie des véhicules automobiles, l'invention s'applique également à tout matériau en feuille, métallique ou non, susceptible d'être découpé et formé. [0002] Les pièces de tôles embouties pour carrosserie de véhicules automobiles sont fabriquées à partie de flans plats qui font l'objet d'une succession de frappes dans des presses équipées de différentes matrices et de différents poinçons. Au cours de ces frappes, les différentes formes de la pièce de tôle sont créées, avec successivement, par exemple, un emboutissage général, un calibrage des rayons de courbure, un tombage des bords, un poinçonnage des surfaces et éventuellement un ajourage supplémentaire. Les premières frappes sont qualifiées de frappe de mise en forme, les frappes suivantes de frappe de reprise. [0003] Outre l'emboutissage qui constitue une déformation plastique de la matière, ces frappes réalisent également des découpes de la matière des flans. Elles impliquent pour ce faire des lames, qui sont traditionnellement usinées, traitées thermiquement, ajustées et fixées individuellement dans les pièces de la presse adaptées à l'opération de frappe au cours de laquelle la coupe est effectuée. Or la manutention des lames est source de risques pour les opérateurs, tels le pincement ou l'écrasement des doigts. De plus, les lames imposent des retouches à la fois sur l'outil et sur les pièces. Il y a également des difficultés en termes de coût et de temps, puisque la mise au point est longue. [0004] Une autre difficulté est le recours à la découpe par laser lors des frappes des premières pièces d'une série de pièces (les pièces de pré-série), avant qu'un outil de découpe sous presse soit finalisé. Cette découpe au laser est source de pollution, sous forme de picots métalliques. [0005] Dans ce contexte, on souhaite diminuer le coût et le délai de réalisation des outillages de découpe, de tombage et de calibrage, limiter le recours à la découpe par laser, et limiter les problèmes de sécurité. [0006] On connait du document FR2983424 une machine-outil qui réalise une projection de poudre métallique avec fusion sur le support par irradiation laser. Il n'est pas proposé d'utiliser ces principes dans le domaine de l'emboutissage et découpe. 3060426 2 [0007] Pour résoudre les problèmes évoqués ci-dessus, il est proposé un procédé d'emboutissage et découpe en série de pièces de tôle, par exemple métallique, comprenant la mise au point d'un outil comportant un bâti et des lames à la surface du bâti. 5 [0008] Le procédé est remarquable car la mise au point de l'outil comprend la création de zones travaillantes des lames par dépôt de métal en poudre sur le bâti et fusion dudit métal à l'aide d'un laser pour obtenir un métal fondu, usinage du métal fondu, et ce que la mise au point de l'outil comprend aussi un ajustement des lames après l'emboutissage et découpe de pièces de pré-série en sorte de parfaire l'outil en fonction de résultats 10 d'emboutissage et découpe obtenus sur lesdites pièces de pré-série, ledit ajustement des lames étant effectué par enlèvement de matière de la lame ou dépôt de métal en poudre sur la lame et fusion dudit métal à l'aide d'un laser, avant emboutissage et découpe de pièces en série à l'aide de l'outil. [0009] Des caractéristiques avantageuses et optionnelles sont : 15 [0010] - le bâti est formé par fonderie (moulage) en ménageant à sa surface des formes de lame, puis ces formes de lame sont usinées pour qu'une surface de lame sur laquelle un dépôt de métal en poudre est effectué ne porte pas de croute de fonderie et ait une géométrie constituant une ébauche de la lame ; [0011] - la composition de la poudre est choisie en fonction du matériau travaillé (la tôle) 20 et du matériau de l'outillage (le bâti) ; [0012] - l'outil est un élément inférieur de bâti de presse, un élément supérieur de bâti de presse, ou un coulisseau de presse ; [0013] - le procédé comprend de plus une étape de reprise des pièces de tôle métallique déjà découpées à l'aide d'un outil de reprise comportant des lames créées par usinage 25 d'un bâti, de préférence moulé dans une opération de fonderie, dépôt de métal en poudre sur le bâti usiné, fusion dudit métal à l'aide d'un laser et usinage du métal fondu pour former les zones travaillantes des lames ; [0014] - l'outil est un outil de découpe, de calibrage ou de tombage ; [0015] - la tôle métallique est une tôle d'acier ou une tôle d'alliages légers ; 3060426 3 [0016] -au cours de l'emboutissage et découpe d'un grand nombre de pièces, les zones travaillantes sont réparées si besoin par un nouveau dépôt du métal en poudre ou un autre procédé de soudage en utilisant un métal d'apport de même nature que le métal en poudre. 5 [0017] L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels : - La figure 1 est une vue d'un bâti d'outil de coupe selon l'art antérieur ; 10 - la figure 2 est une vue des lames de l'outil de coupe de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue d'un outil de coupe selon un mode de réalisation de l'invention ; - les figures 4 à 8 sont des vues des étapes de fabrication de l'outil de coupe de la figure 3. 15 [0018] En figure 1 on a représenté le bâti 10 d'un outil de coupe selon l'art antérieur. Ce bâti 10 est un objet en métal, typiquement fonte ou acier, de forme générale parallélépipédique rectangle, avec une face supérieure sur laquelle sont disposés des supports de lames 20, portant des trous de passage pour vis. Plusieurs des supports de lames 20 ont une forme fermée, et d'autres une forme ouverte. Ils définissent pour la 20 plupart, mais pas tous, un espace de dégagement 30 par lequel un morceau de tôle découpé à l'aide de la lame correspondante peut s'évacuer et tomber en dessous du bâti 10. [0019] La figure 2 montre les lames 40 utilisées avec le bâti 10. Elles sont pour la plupart constituées d'un segment de fixation sur le bâti 10 et d'une extension à angle droit vis-à- 25 vis du segment de fixation s'achevant par un bord coupant. Le segment de fixation comporte des trous pour les vis correspondant aux trous de passage représentés sur la figure 1. Sur les formes fermées, l'extension s'achevant par un bord coupant est sur le côté intérieur de la forme, et une fois les lames 40 posées sur le bâti 10, tous les bords coupants sont positionnés en sorte de faire tomber les chutes de tôle dans les espaces de 30 dégagement 30. 3060426 4 [0020] La figure 3 montre un outil de découpe selon un mode de réalisation de l'invention. Il comprend un bâti 110, qui est un objet en métal, typiquement fonte ou acier, de forme générale parallélépipédique rectangle, avec une face supérieure sur laquelle dépassent des lames 140. Plusieurs de ces lames 140 ont une forme fermée, et d'autres 5 une forme ouverte. Elles définissent pour la plupart, mais pas toutes, un espace de dégagement 130 par lequel un morceau de tôle découpé à l'aide de la lame correspondante peut s'évacuer et tomber en dessous du bâti 110. Les lames 140 sont pour la plupart constituées d'une extension 146 à angle droit vis-à-vis du bâti 110 s'achevant par un bord coupant. Sur les formes fermées, l'extension s'achevant par un 10 bord coupant est sur le côté intérieur de la forme, et tous les bords coupants sont positionnés en sorte de faire tomber les chutes de tôle dans les espaces de dégagement 130. Les lames 140 sont initialement formées d'une seule pièce, d'un seul tenant, avec le bâti 110, par moulage (fonderie). [0021] Les figures 4 à 8 montrent la préparation d'une zone travaillante de lame telle que 15 les extrémités des extensions 146 de la figure 3. [0022] En figures 4 et 5, une zone travaillante 1000 d'une lame (extension 146 en figure précédent) est préparée par usinage à l'aide d'un outil d'usinage 1500 qui affine sa surface 1100 pour supprimer les croutes de fonderie et rectifier la géométrie (constituer une ébauche de la lame). Après l'usinage, la surface est plate (référence 1000). Elle comprend 20 une arête. [0023] En figure 6, on a déposé par projection de cordon de poudres et fusion de celles-ci au laser, des cordons 1700 de métaux ou d'alliages métalliques. Les cordons sont déposés parallèlement à l'arête, sur la surface plate préparée à l'étape précédente, sur les deux côtés de l'arête, c'est-à-dire en général deux faces perpendiculaires l'une à l'autre, 25 par exemple une surface horizontale et une surface verticale. Les cordons fondus forment une surface bosselée. [0024] En figure 7, on procède à l'usinage de la surface des cordons 100 de métaux sur la zone travaillante de la lame. Cela est mené à l'aide d'un outil d'usinage 1500, de préférence sur les deux faces de l'arête. 30 [0025] En figure 8, on a obtenu une zone travaillante recouverte d'alliage adapté à la coupe sous la forme d'une surface usinée et coupante 1700 présentant une arête 1600. 3060426 5 [0026] Au cours de l'utilisation de l'outil, sur le site de production dans lequel sont mises en oeuvre les machines d'emboutissage et découpe, la réparation des outils peut être effectuée par ajout de matière pour recharger la surface 1700 à l'aide d'alliages métalliques. Cet ajout peut se faire par dépôt de métal en poudre ou un autre procédé de 5 soudage en utilisant un métal d'apport de même nature. [0027] On précise que le processus de frappe de pièces en série comprend une mise au point de l'outil de coupe, qui avantageusement est effectuée selon un processus en deux temps : [0028] Tout d'abord une première version de l'outil de coupe est préparée selon les 10 principes énoncés ci-dessus. Des pièces de pré-série sont frappées avec cette première version. [0029] Puis une mise à jour de l'outil de coupe est effectuée en fonction des observations faites sur les pièces de pré-série. Pour la mise à jour, on effectue des ajouts de matière par la technique de dépôt d'alliage métallique présentée plus haut, par 15 projection de poudres et fusion de celles-ci au laser. On effectue aussi des suppressions de matière par usinage. Ces modifications sont faites en premier lieu sur les surfaces travaillantes des lames. [0030] L'outil de coupe peut être un outil de découpe de flans en phase d'emboutissage initiale (outil de découpe et emboutissage), ou peut être un outil de reprise, intervenant 20 plus tard dans le processus de mise en forme des pièces de tôle, notamment pour le tombage ou le calibrage. On s'intéresse ici aux lames dont la direction de travail est la direction de déplacement du coulisseau de la presse. [0031] Les coulisseaux à lames sont des exemples d'outils de coupe pouvant être préparés selon l'invention. Les coulisseaux de format dit « standard », c'est-à-dire 25 disponibles classiquement sans qu'il ne soit nécessaire de les préparer pour un modèle de tôle à emboutir donné ne sont néanmoins pas préparés selon l'invention, mais utilisés comme ils le sont habituellement. [0032] Par contre, tous les coulisseaux de formats spécifiques, devant faire l'objet d'une préparation particulière pour un modèle de tôle donné, sont avantageusement préparés 30 selon l'invention. 3060426 6 [0033] Les éléments inférieurs de bâti de presse et les éléments supérieurs de bâti de presse comprenant des lames sont aussi préparés selon l'invention. [0034] À l'aide de l'invention, les fonctions de découpe, tombage et calibrage sont intégrées directement à la fonderie, c'est-à-dire au bâti, de l'outil. Cela permet de n'utiliser 5 les alliages métalliques spécifiques, répondant aux caractéristiques mécaniques et métallurgiques souhaitées, qu'au juste nécessaire, pour faire des économies de matière métallique onéreuse. [0035] L'invention permet de réduire le coût de fabrication des outils et le délai de réalisation (suppression des usinages unitaires et des usinages de fixation et de centrage 10 de lames, ainsi que suppression de l'ajustement des lames). Il permet de limiter le recours à la découpe au laser pour les pièces de pré-série, et donc d'éviter la pollution que celle-ci dégage sous la forme de picots métalliques. La sécurité est augmentée, car les pincements de doigts sont impossibles avec les outils selon l'invention, puisque les lames sont intégrées dans le bâti. 15 REVENDICATIONS1. Procédé d'emboutissage et découpe en série de pièces de tôle, comprenant la mise au point d'un outil comportant un bâti (110) et des lames (140) à la surface du bâti, caractérisé en ce que la mise au point de l'outil comprend la création de zones travaillantes (146) des lames par dépôt de métal en poudre sur le bâti et fusion dudit métal à l'aide d'un laser pour obtenir un métal fondu (1700), usinage du métal fondu (1700), et ce que la mise au point de l'outil comprend aussi un ajustement des lames après l'emboutissage et découpe de pièces de pré-série en sorte de parfaire l'outil en fonction de résultats d'emboutissage et découpe obtenus sur lesdites pièces de pré-série, ledit ajustement des lames étant effectué par enlèvement de matière de la lame (140) ou dépôt de métal en poudre sur la lame (140) et fusion dudit métal à l'aide d'un laser, avant emboutissage et découpe de pièces en série à l'aide de l'outil. 2. Procédé d'emboutissage et découpe en série de pièces de tôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bâti (110, 1000) est formé par fonderie en ménageant à sa surface des formes de lames (140), puis ces formes de lame sont usinées pour qu'une surface (1200) de lame sur laquelle un dépôt de métal en poudre est effectué ne porte pas de croute de fonderie et ait une géométrie constituant une ébauche de la lame. 3. Procédé d'emboutissage et découpe en série de pièces de tôle selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le métal en poudre est choisi en fonction de la tôle ou du bâti. 4. Procédé d'emboutissage et découpe en série de pièces de tôle selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'outil est un élément inférieur de bâti de presse, un élément supérieur de bâti de presse, ou un coulisseau de presse. 5. Procédé d'emboutissage et découpe en série de pièces de tôle selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une étape de reprise des pièces déjà découpées à l'aide d'un outil de reprise comportant des lames créées par usinage d'un bâti, dépôt de métal en poudre sur le bâti usiné, fusion dudit métal à l'aide d'un laser et usinage du métal fondu pour former les zones travaillantes des lames. 6. Procédé d'emboutissage et découpe en série de pièces de tôle selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'outil est un outil de découpe, de calibrage ou de tombage. 3060426 8 7. Procédé d'emboutissage et découpe en série de pièces de tôle selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la tôle est une tôle métallique. 8. Procédé d'emboutissage et découpe en série de pièces de tôle selon la revendication 7, caractérisé en ce que la tôle est une tôle d'acier ou une tôle d'alliages légers 5 9. Procédé d'emboutissage et découpe en série de pièces de tôle selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'au cours de l'emboutissage et découpe d'un grand nombre de pièces, les zones travaillantes sont réparées si besoin par un nouveau dépôt du métal en poudre ou un autre procédé de soudage en utilisant un métal d'apport de même nature que le métal en poudre. 10