Brevet FR3058345A1 — publié le 20180511

CENTRE D'USINAGE ET DE TRAITEMENT METALLURGIQUE POUR OUTILLAGE D'EMBOUTISSAGE AUTOMOBILE L'invention a trait au domaine de la mise à forme par emboutissage, sertissage et/ou plasturgie, notamment pour véhicule automobile, plus particulièrement à la préparation et la mise au point d'outillage d'emboutissage, de sertissage et/ou de plasturgie, notamment pour la fabrication d'éléments de carrosserie de véhicule automobile. Un outillage d'emboutissage comprend, classiquement, un poinçon et une matrice destinés à coopérer l'un avec l'autre en vue de presser et mettre à forme un flan de tôle métallique. Les surfaces du poinçon et de la matrice qui entrent en contact avec le flan de tôle présentent de formes potentiellement complexes compte tenu de la forme complexe à donner au flan de tôle. Ces surfaces sont par conséquent sujettes à des traitements tels que rechargement et trempe locale. Ceci est également vrai pour un outillage de sertissage et un outillage de plasturgie. Le rechargement et la trempe sont habituellement réalisés manuellement, par soudure à l'arc pour le rechargement, et par induction ou au chalumeau pour la trempe. Or ces opérations manuelles s'avèrent souvent être pénibles, essentiellement en raison de la taille importante de l'outillage qui impose au personnel en question de longues opérations dans des positions potentiellement inconfortables. De plus, le rechargement peut être précédé d'une opération de fraisage notamment afin d'obtenir un meilleur ancrage et/ou de créer le volume nécessaire pour une couche de rechargement intermédiaire. Or la réalisation d'opérations de fraisage nécessite le transfert de l'outillage vers un poste de fraisage spécifique, impliquant ainsi une perte de temps et un surcoût. Le document de brevet publié US 8,604,381 B1 divulgue un centre d'usinage et de traitement métallurgique pour pièces de petites tailles et réalisée en un matériau réputé difficile à usiner. A cet effet, le centre d'usinage comprend, outre une tête de fraisage, une tête laser destinée à réchauffer la zone de la pièce en phase de fraisage. Accessoirement, la tête laser peut être configurée pour réaliser un rechargement. Ce centre d'usinage est intéressant pour usiner des matériaux difficiles à usiner, tels que les céramiques, certains alliages et certains composites. 3058345 2 De plus ce centre est configuré spécifiquement pour des pièces de petite taille. Aussi, la tête laser est configurée pour assister le fraisage. L'invention a pour objectif de pallier au moins un des inconvénients de l'état de la technique susmentionné. Plus particulièrement, l'invention a pour objectif de faciliter 5 la préparation et la mise au point d'outillage d'emboutissage, de sertissage et/ou de plasturgie, de grande taille et notamment pour la réalisation d'élément de carrosserie de véhicule. L'invention a pour objet un centre d'usinage et de traitement métallurgique de pièce métallique, comprenant une table de réception de la pièce ; au moins un support 10 mobile apte à se déplacer au-dessus de la pièce sur la table, le ou les supports mobiles étant configurés pour assurer des opérations de fraisage et de rechargement laser sur ladite pièce ; remarquable en ce que le ou les supports mobiles sont configurés pour assurer, en outre, des opérations de trempe laser sur la pièce. 15 Selon un mode avantageux de l'invention, le centre comprend une tête de fraisage, une tête de rechargement laser et une tête de trempe laser, au moins deux desdites têtes étant interchangeables sur le ou un des supports mobiles. Selon un mode avantageux de l'invention, les au moins deux têtes interchangeables comprennent la tête de rechargement laser et la tête de trempe laser. 20 Selon un mode avantageux de l'invention, les supports mobiles comprennent un bras manipulateur et un portique apte à se déplacer par translation au-dessus de la table. Selon un mode avantageux de l'invention, le centre comprend un bâti supportant la table et le portique, le bras manipulateur étant monté sur un bras pivotant apte à 25 déplacer ledit bras vers la table sur la trajectoire de déplacement du portique. Selon un mode avantageux de l'invention, le bâti s'étendant suivant une direction principale longitudinale, la table mesurant plus de 1m x 3m, de manière à pouvoir recevoir une pièce d'outillage d'emboutissage, de sertissage ou de plasturgie d'élément de carrosserie de véhicule automobile. 3058345 3 Selon un mode avantageux de l'invention, le support mobile avec lequel au moins deux têtes sont interchangeables est le bras manipulateur. Selon un mode avantageux de l'invention, la tête de fraisage est sur le portique. L'invention a également pour objet un procédé d'usinage et de traitement 5 métallurgique de pièce métallique, comprenant au moins deux étapes d'usinage et/ou de traitement métallurgique parmi les étapes suivantes : fraisage de la pièce, rechargement laser de la pièce et trempe laser de la pièce ; remarquable en ce que les au moins deux étapes sont réalisées au moyen d'un centre d'usinage et de traitement métallurgique selon l'invention ; et la pièce est une pièce d'outillage 10 d'emboutissage de sertissage ou de plasturgie d'éléments de carrosserie de véhicule automobile. La pièce est avantageusement en fonte ou en acier. La pièce comprend avantageusement une surface non plane destinée à former un élément de carrosserie de véhicule automobile. Avantageusement, c'est la surface en question 15 qui subit les étapes d'usinage et/ou de traitement métallurgique. La pièce peut être une matrice ou un poinçon d'un outillage d'emboutissage. Selon un mode avantageux de l'invention, les étapes d'usinage et/ou de traitement métallurgique comprennent les étapes suivantes : fraisage suivi de rechargement laser d'au moins une première zone de la pièce, préférentiellement présentant un 20 profil arrondi convexe ; et/ou trempe laser d'au moins une deuxième zone de la pièce, préférentiellement de profil généralement droit ou arrondi concave. L'étape de fraisage suivi de rechargement laser peut comprendre plusieurs cycles de fraisage et de rechargement et/ou peut être terminée par un fraisage final. Les mesures de l'invention sont intéressantes en ce qu'elles facilitent grandement 25 les opérations courantes de préparation et de mise au point des pièces d'outillage de mise à forme notamment par emboutissage, en particulier lorsque ces pièces sont de grande taille. Le fait de réaliser les opérations de recharge de matériau et de trempe de manière robotisée, notamment au moyen d'un bras manipulateur, permet de s'acquitter d'opérations manuelles pénibles. De plus, les mesures de l'invention 30 permettent de réaliser toutes les opérations nécessaires à la préparation et la mise 3058345 4 au point des pièces d'outillage dans le même centre, évitant ainsi des déplacements des pièces, potentiellement très lourdes et encombrantes, entre des stations de travail. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux 5 compris à l'aide de la description et des dessins parmi lesquels : - La figure 1 est une vue en perspective d'une unité d'usinage et de traitement métallurgique conforme à l'invention ; - La figure 2 est une vue globale de l'unité d'usinage et de traitement métallurgique de la figure 1, incluant une cabine ; 10 - La figure 3 est une représentation schématique d'une tête de fraisage de l'unité des figures 1 et 2 ; - La figure 4 est une représentation schématique du principe de fonctionnement d'une tête de rechargement laser de l'unité des figures 1 et 2 ; - La figure 5 est une représentation schématique du principe de fonctionnement 15 d'une tête de trempe laser de l'unité des figures 1 et 2. Les figures 1 et 2 illustrent une unité d'usinage et de traitement métallurgique conforme à l'invention. L'unité 2 comprend un bâti 4 qui en l'occurrence s'étend suivant une direction principale. L'unité 2 comprend également une table 6, disposée sur le bâti 4, destinée à recevoir une pièce 8 à travailler. La pièce peut être une 20 pièce d'outillage d'emboutissage, en l'occurrence un poinçon d'emboutissage ou de mise à forme d'un côté de caisse de véhicule automobile. L'unité 2 comprend un portique 10 monté coulissant le long du bâti 4. Le portique supporte une tête de fraisage 12, cette tête étant représentée de manière schématique. Cette dernière peut coulisser par rapport au portique 10, transversalement à la direction de 25 déplacement dudit portique par rapport au bâti 4. La tête de fraisage 12 peut également se déplacer verticalement par rapport au portique 10. La tête de fraisage 12 peut aussi présenter deux axes rotatifs en plus des axes susmentionnés. L'unité 2 comprend également un bras manipulateur 14, dit bras robotisé, supportant de manière interchangeable une tête de rechargement laser 16 ou une tête de trempe 3058345 5 laser 18. Alternativement, ces deux têtes peuvent être montées à demeure et rotatives, à la manière d'une tête « révolver ». De telles têtes sont en soi connues de l'homme de métier. En l'occurrence le bras manipulateur 14 est monté sur un bras pivotant 20 apte à amener le bras manipulateur à proximité du bâti 4 et de la pièce 8 5 à travailler, dans la trajectoire de déplacement du portique 10. Les opérations d'usinage avec la fraise 12 et de traitement métallurgique avec une des têtes laser 16 et 18 étant réalisées en principe à des moments différents, il est alors intéressant de pouvoir amener le bras robotisé au plus près de la pièce 8 alors que le portique 12 est stationné à distance de la pièce 8. 10 L'unité d'usinage et de traitement métallurgique 2 peut comprendre une cabine 22 (figure 2) apte à contrôler l'atmosphère qui y règne, notamment au niveau des fumées des opérations de traitement métallurgique. La cabine 22 peut présenter une ouverture 22.1 destinée à recevoir la pièce 8 au moyen d'un pont roulant, cette ouverture pouvant être refermée. 15 La figure 3 illustre de manière schématique l'extrémité de travail de la tête de fraisage 12, en soi bien connue de l'homme de métier. La figure 4 illustre, également de manière schématique, la tête de rechargement laser 16 et plus précisément le principe de fonctionnement du rechargement laser. Le rechargement laser consiste appliquer un faisceau laser 24 à la pièce 8 de 20 manière à fusionner un matériau d'apport métallique sous forme de poudre 26 ainsi qu'une très mince couche de la surface du substrat de manière à assurer une liaison métallurgique. A la figure 4, l'avancement de la tête de rechargement laser 16 est de la gauche vers la droite. La zone en fusion 28, suite à l'avancement de la tête 16, refroidit pour former une couche de matériau déposé 30 et une couche de dilution 32 25 avec le matériau de la pièce 8. Un flux de gaz protecteur 34 est appliqué autour de la zone de travail. Le principe de rechargement laser est bien connu en soi de l'homme de métier. La figure 5 illustre le principe de fonctionnement de la tête de trempe laser 18. Un faisceau laser 36 est appliqué à la pièce 8 de manière à l'échauffer localement 38, le 30 plus souvent presque jusqu'à la température de fusion, à env. 900 à 1 400° C. Dès que la température de consigne est atteinte, le faisceau laser se déplace et chauffe 3058345 6 ce faisant la surface en continu dans la direction de l'avance. A la figure 5, la direction d'avance est de la gauche vers la droite. Dès que le faisceau laser poursuit son mouvement, la conduction thermique dans le matériau 40 autour refroidit très rapidement la couche chauffée pour former la couche trempée 42. On parle alors 5 d'effet autotrempant. Le refroidissement rapide empêche que la structure métallique ne revienne à la forme initiale et la martensite apparaît, entraînant une augmentation de la dureté. Lors de la préparation de pièces d'outillage de mise à forme par emboutissage, sertissage ou injection plastique, les surfaces de travail de ces pièces habituellement 10 en fonte ou en acier peuvent alors être travaillées par rechargement et/ou par trempe aux zones les plus sollicitées. Le rechargement permet de réaliser des modifications de forme et des réparations. Il permet également de réaliser des zones plus dures, notamment sur un matériau non compatible ou peu compatible avec la trempe. 15 Les zones les plus sollicitées sont habituellement les zones de profil courbe et convexe subissant des glissements de matière avec une pression importante. Ces zones peuvent être rechargées avec un matériau métallique plus noble que la fonte dont la pièce est majoritairement constituée. Une tel matériau présente souvent une dilatation différente de la fonte et peut alors requérir le dépôt d'une couche 20 intermédiaire. Il est alors indiqué de procéder à un fraisage destiné à préparer le volume nécessaire à cette couche intermédiaire. Le dépôt de ces couches est réalisé par rechargement laser. Un fraisage de la couche finale est habituellement réalisé pour obtenir un état de surface satisfaisant. Ces zones les plus sollicitées peuvent également être réalisées par trempe. 25 Les zones moins sollicitées sont habituellement, mais non exclusivement, les zones de profil plat ou courbe concave. Ces zones peuvent nécessiter des modifications réalisées par rechargement. REVENDICATIONS1. Centre d'usinage et de traitement métallurgique (2) de pièce métallique (8), comprenant : - une table de réception (6) de la pièce (8) ; - au moins un support mobile (10, 14) apte à se déplacer au-dessus de la pièce (8) sur la table (6), le ou les supports mobiles (10, 14) étant configurés pour assurer des opérations de fraisage et de rechargement laser sur ladite pièce ; caractérisé en ce que le ou les supports mobiles (10, 14) sont configurés pour assurer, en outre, des opérations de trempe laser sur la pièce (8). 2. Centre d'usinage et de traitement métallurgique (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit centre comprend une tête de fraisage (12), une tête de rechargement laser (16) et une tête de trempe laser (18), au moins deux (16, 18) desdites têtes (12, 16, 18) étant interchangeables sur le ou un (14) des supports mobiles (10, 14). 3. Centre d'usinage et de traitement métallurgique (2) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les au moins deux têtes interchangeables comprennent la tête de rechargement laser (16) et la tête de trempe laser (18). 4. Centre d'usinage et de traitement métallurgique (2) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les supports mobiles (10, 14) comprennent un bras manipulateur (14) et un portique (10) apte à se déplacer par translation au-dessus la table (6). 5. Centre d'usinage et de traitement métallurgique (2) selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit centre comprend un bâti (4) supportant la table (6) et le portique (10), le bras manipulateur (14) étant monté sur un bras pivotant (20) apte à déplacer ledit bras (14) vers la table (6) sur la trajectoire de déplacement du portique (10). 6. Centre d'usinage et de traitement métallurgique (2) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le bâti (4) s'étend suivant une direction principale 3058345 8 longitudinale, la table (6) mesurant plus de 1m x 3m, de manière à pouvoir recevoir une pièce d'outillage d'emboutissage (8), de sertissage ou de plasturgie d'éléments de carrosserie de véhicule automobile. 7. Centre d'usinage et de traitement métallurgique (2) selon l'une des 5 revendications 2 et 3, et selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le support mobile (14) avec lequel au moins deux têtes (16, 18) sont interchangeables est le bras manipulateur (14). 8. Centre d'usinage et de traitement métallurgique (2) selon l'une des revendications 2 et 3, et selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en 10 ce que la tête de fraisage (12) est sur le portique (10). 9. Procédé d'usinage et de traitement métallurgique de pièce métallique (8), comprenant au moins deux étapes d'usinage et/ou de traitement métallurgique parmi les étapes suivantes : fraisage de la pièce, rechargement laser de la pièce et trempe laser de la pièce ; 15 caractérisé en ce que les au moins deux étapes sont réalisées au moyen d'un centre d'usinage et de traitement métallurgique (2) selon l'une des revendications 1 à 8 ; et la pièce (8) est une pièce d'outillage d'emboutissage, de sertissage ou de plasturgie d'éléments de carrosserie de véhicule automobile. 20 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les étapes d'usinage et/ou de traitement métallurgique comprennent les étapes suivantes : - fraisage suivi de rechargement laser d'au moins une première zone de la pièce (8) ; et/ou - trempe laser d'au moins une deuxième zone de la pièce (8). 25