Brevet FR3139017A1 — publié le 20240301

Dispositif d’outillage pour presse plieuse permettant le pliage de plats épais de 8 à 25 mm et jusque 100 mm de large pour obtenir un angle fermé à 30° et un très faible rayon de courbure variant de 5 à 35 mm selon les épaisseurs de plats pliés, se caractérisant par : - une structure acier dotée d’une base (a), solidarisée à deux montants verticaux (b et b’) parallèles entre eux et ayant une distanciation d’au moins 105 mm entre les montants, - cette structure reçoit un ou plusieurs systèmes de support de plats, chaque système de support de plats est défini par : = des lumières(c, c’, c’’, c’’’) placées sur les deux montants et symétriquement sur les plans vertical et horizontal entre elles, = des supports de plats (d et d’) en acier en forme de barre ronde qui traversent les lumières (c, c’, c’’, c’’’), et qui sont bridés (e) à l’extérieur des montants, ces supports de plats (d et ‘) sont appelés à être déplacés et positionnés sur le plan horizontal, selon l’épaisseur de tôle à plier, - un poinçon de pliage (f) spécifique à l’épaisseur de tôle à plier. Figure pour l’abrégé [Fig. 1] Dispositif de pliage de plats épais jusque 100 mm de large pour obtenir un angle fermé à 30° et un très faible rayon de courbure Le pliage de pièce plane ou de tôle est régi par des règles dimensionnelles de rayon de courbure, de dimension du «V» et de distance minimum du pli au bord de tôle qui dépendent de l’épaisseur et de la matière de la tôle. Selon ces règles, il est possible de connaitre l’angle de fermeture du pli (angle entre les deux faces de la pièce) selon l’épaisseur de la tôle. Un problème se pose pour des angles très fermés, dans le cas des tôles ou plats épais, où les pièces pliées sont alors fragilisées. La fragilisation vient de ce que les rayons plus petits génèrent un écrasement à l’endroit du pli qui amincie l’épaisseur de la tôle. Les difficultés viennent également du phénomène de retour élastique de la pièce qui n’est pas connu dans ces conditions de pli. Des procédés existent pour des réaliser des plis importants, comme par exemple les procédés de forgeage ou d’usinage, mais qui ne peuvent pas être mis en œuvre pour des moyennes séries, les premiers étant plutôt réservées aux séries importantes du fait des moyens mis en œuvre, les seconds étant plutôt utilisés pour de très petites séries ou pour des pièces unitaires car le coût de réalisation est élevé. Il existe également des procédés de pliages pour angles fermés, cependant ceux-ci ne sont utilisables que pour des tôles ou pièces minces ( La connaissance actuelle des procédés conventionnels de pliage ne permet donc pas la réalisation d’un pli avec un angle très fermé sur des pièces épaisses et une solution ne peut pas être déterminée uniquement par un outillage particulier. En effet, les dispositifs et procédés connus sont contraints en ce que des frottements et les contraintes sur les pièces pliées avec un angle extrêmement fermé, produisent des amorces de rupture et « cassent ou déchirent » celles-ci. D’autre part, l’effort nécessaire à la réalisation d’un pli dans une pièce épaisse peut nuire à la résistance du poinçon qui a une dimension réduite pour passer dans l’angle fermé du pli. Les calculs de déformation de tôle ne permettent pas de connaitre la résistance finale de la pièce du fait des frottements qui dépendent de la lubrification et des répartitions des amorces de rupture qui se produisent dans le cas des angles très fermés sur des tôles épaisses. L’état de l’art : Il convient de différencier l’état de la technique et la connaissance scientifique se rapportant à l’objet de notre invention. Etat de la technique : nous pouvons distinguer deux familles technologiques distinctes : - Une première famille technologique concerne des dispositifs conventionnels (pliage en l’air fond de vé, en l’air partiel, en frappe, les éléments de la matrice de l’outil fixes ou mobile), - Une deuxième famille de pliage de tôle, se distingue par des technologies de contrôle d’angle de pliage . Concernant les dispositifs conventionnels (pliage en l’air fond de vé, en l’air partiel, pliage à plat, en frappe) - le Pliage avec un « V » : Il peut être réalisé selon deux principes : = Le premier principe correspond à des pliages en l’air (partiels) la tôle dans ce cas ne vient pas prendre appui sur le fond du vé, = Le deuxième principe correspond à des pliages en fond de vé. Citons pour exemple des fabricants tels que ®BKM, ®REMO, ®TRUMPF, ®GEKA, ®Bombled, ®Haco, ®Promecam, …qui présentent des outillages permettant de réaliser des plis spécifiques pour des natures de matériaux différents, cependant les procédés utilisés pour la mise en œuvre des pliages de tôles ne permettent pas d’obtenir des angles inférieurs à 30° et qui plus est pour des pièces mince. Certains autres dispositifs de ce type sont dotés de supports pivots mobiles car les éléments de la matrice recevant la pièce (par exemple des rouleaux) sont mobiles et pivotent pour suivre le mouvement de la pièce pendant la formation du pli. Ces dispositifs réduisent les frottements mais ne permettent pas non plus d’obtenir des angles fermés pour des pièces épaisses. L’ensemble de ces dispositifs connus de pliage en « V » sont donc contraints en ce qu’ils ne permettent pas de réaliser des pliages de tôles de forte épaisseur avec des rayons de cintrage faible et des angles fermés. Le pliage en frappe : Le pliage en frappe consiste à permettre un appui de la tôle au fond de l’outil et un poinçonnage de la partie interne du pli pour limiter les effets de retour élastique et améliorer la précision sur de l’angle de pliage. L’appui au fond permet de supprimer par poinçonnement l’effet ressort de la matière. Ceci est possible car on sait que l'angle de pliage lors du pliage d'une tôle avec un poinçon de pliage et une matrice, pour une largeur donnée de matrice, peut être théoriquement déterminé en définissant la profondeur de pénétration du poinçon de pliage dans la matrice. Nous pouvons citer le brevet EP0341211 divulguant un procédé de pliage d'une tôle à l'aide d'un dispositif de pliage qui comporte un poinçon de pliage et une matrice à base réglable, dans laquelle pénètre le poinçon de pliage, en fonction de l'angle de pliage souhaité, jusqu'à ce que la tôle frappe la base de matrice, l'angle de flexion théorique avec ouverture de matrice constante est déterminé par la position de la base de matrice par rapport à l'ouverture filière. Ce dispositif améliore la précision de l’angle obtenu évitant la dispersion de celui-ci. Cependant, ce dispositif ne convient pas pour des tôles très épaisses qui nécessitent des angles fermés car il est contraint en ce qu’il ne convient pas pour des tôles de forte épaisseur avec des rayons de cintrage faible et des angles fermés. Concernant la seconde famille citée des dispositifs de contrôle d’angle, ceux-ci permettent d’améliorer les précisions et la répétabilité des pliages sans pouvoir répondre à l’objet de notre invention. Pour exemple, nous pouvons citer les brevets suivants : - Le brevet WO9505905 divulguant un dispositif de contrôle de l’angle par mesure des orientations des support dans l’outil, qui permet de palier aux variations d’angle sur la longueur de la tôle et aussi d’obtenir une meilleure répétabilité d’une pièce pliée à l’autre. Ce type de dispositif ne permet pas de répondre à l’objet de notre étude car le contrôle de l’angle ne suffit pas à produire un angle fermé. - Le brevet WO201305985 divulguant également un dispositif de contrôle d’angle par mesure des ailes de la pièce, et ce dispositif est également contraint en ce qu’il ne peut pas réaliser des plis de tôle avec des angles fermés pour des pièces épaisses. Si bien que l’état des technologies connues se résume ainsi. Si les dispositifs précédemment cités permettent le pliage de matières de différentes natures, seuls les dispositifs des sociétés « BKM »®, « REMO »®, « TTUMPF »® et « GEKA »® peuvent traiter de tôles de forte épaisseur, les brevets EP0341211 – WO9505905 et WO201305985 étant très limités dans ce domaine. Par ailleurs aucune de ces sources ne permet de résoudre les problèmes de : rayon faible à l’endroit de la pliure par rapport à l’épaisseur de la tôle, d’une part, et d’obtention d’un angle fermé jusque 30°, cet angle étant plus fermé qu’un angle conventionnel à 90° et contraint donc plus la matière à l’endroit de la pliure. Les pliages avec un vé actuels ne sont pas adaptés aux pièces épaisses dont l’angle est refermé et dont le rayon est petit par rapport à l’épaisseur de la pièce. D’une part le pli fermé produit des contraintes dans la pièce épaisse de telle sorte que des amorces de rupture se forment dans l’épaisseur à l’endroit du pli rendant fragile la pièce. Particulièrement aux phénomènes observés dans l’épaisseur de la pièce à l’endroit du pli : - les contraintes produisent des amorces de rupture sur la partie extérieure au pli sous la fibre neutre, - tandis que sur la partie intérieure (au-dessus de la fibre neutre) la matière est comprimée et les déformations qui en résultent sont sur le plan transversal, ce qui produit un bourrelet en extérieur de la pièce (si celle-ci est de faible dimension) ou des contraintes internes de compression. De même que pour le principe de pliages en l’air (partiels), dans le cas où la tôle ne vient pas prendre appui sur le fond du « V », le principe de pliage en fond de « V » est que le poinçon vient comprimer (frapper) la tôle, les dispositifs adaptés à ce principe technologique ne permettent pas de réaliser des plis tels que souhaités à l’objet de notre invention. Les dispositifs dotés de supports pivots mobiles bien qu’ils permettent de réduire les frottements selon un principe de pivotement du support sous la tôle pendant le pliage, ne conviennent pas non plus pour obtenir un pli résistant avec un angle fermé et un rayon faible car les éléments de la matrice recevant la pièce sont dotés de débattement limités ce qui empêche la formation de l’angle. Par ailleurs, ces dispositifs ne sont utilisés que pour des angles standard supérieurs à 45°. L’ Etat de la science : Relativement à notre objet, qui est de connaitre le procédé et le dispositif adapté à réaliser un pliage de tôle épaisses permettant d’obtenir un angle fermé à très faible rayon de courbure, les éléments qui interviennent sur le plan scientifique sont : - Les frottements interviennent s’il y a déplacement de la pièce par rapport à l’outil, - Les amorces de rupture se produisent aux endroits les plus contraints dans la matière, - Le retour élastique du pli car une partie de la matière dépasse la limite élastique du matériaux tandis qu’une autre partie reste dans le domaine des déformations plastiques, - L’écrouissage de la tôle. Des éléments bibliographiques sont présentés ou analysés ci-après, Les résumés étant obtenus des documents eux-mêmes. Ci-après les caractéristiques conventionnelles d’un pliage selon les dimensions du pli et les épaisseurs : - d’un part, la force nécessaire en Tonne pour 1 mètre de pliage est connus (exemple le tableau de source « SOCLAM ». cette société à par ailleurs édité les principes et abaques de pliage, - citons également d’autres ouvrages de métallerie, à l’exemple de : J BENARD . « Métallurgie générale » aux éditions MASSON - 1991, M.KERGUIGNAS «RESISTANCE DES MATERIAUX » aux éditions DUNOD - 1977, RENE LABBENS « INTRODUCTION A LA MECANIQUE DE LA RUPTURE » aux éditions PLURIALIS. L’ouvrage « LES TECHNIQUES DE L’INGENIEUR » dans sa référence BM7514 V1 traite de « Étude expérimentale du pliage de tôles : application aux aciers HLE Cet article est issu de : Mécanique | Travail des matériaux – Assemblage » par Ali MKADDEM, Alain POTIRON. Dans son résumé il est indiqué : « Le pliage par tombé de bord des tôles en aciers HLE est l’opération de mise en forme à froid d’un matériau plat avec dépassement de sa limite élastique. Dans ce procédé, après relâchement des contraintes, une déformation permanente persiste, ainsi que des modifications du comportement du matériau et des erreurs de géométrie sur le produit. Les paramètres qui influencent le plus la qualité du produit fini sont de plusieurs types : cadence et puissance de la machine, rayon, course et angle de l’outil, formabilité, anisotropie et propriétés élastiques du matériau ». Toujours dans « LES TECHNIQUES DE L’INGENIEUR », une autre référence BM7510 V2 traite de « Emboutissage des tôles - Importance des modes de déformation » Cet article est issu de du cahiptre Mécanique | Travail des matériaux - Assemblage a pour auteur Alain COL.selon lui : « L'emboutissage des tôles est un procédé d’utilisation générale qui permet d'obtenir des pièces de formes complexes non développables. De nombreux paramètres conditionnent la réussite de l’opération. En dehors des aspects techniques tels les réglages de la presse ou la vitesse d’emboutissage, d’autres sont étroitement liés à la capacité de formage de la tôle. De nos jours, les méthodes numériques de calcul d’emboutissage ont modifié en profondeur l’approche métier. Les pièces sont conçues plus rapidement et les modifications en cours d’élaboration testées systématiquement sur ordinateur. Représentation des déformations, prédiction des courbes limite de formage, estimation de l’apparition de la friction, réglage de la force de serre-flan, autant de notions devenues très familières au concepteur d’outils ». Autre référence dans « LES TECHNIQUES DE L’INGENIEUR » celle BM7511 V2 qui apour titre « Emboutissage des tôles - Aspect mécanique Cet article est issu de : Mécanique | Travail des matériaux – Assemblage » toujours par Alain COL : « Pour mieux adapter le choix d’une tôle à un type donné d’emboutissage, il est important de prendre en compte l’influence des caractéristiques mécaniques sur la mise en forme. Nous aborderons dans une première partie de cet article une description des forces mises en jeu en emboutissage, et analyserons ensuite en détail le rôle des caractéristiques mécaniques telles que le coefficient d’anisotropie, le coefficient d’écrouissage, la limite d’élasticité, la résistance à la traction. Les facteurs métallurgiques comme la cristallographie, la structure métallographique, la taille des grains, la surface, et l’homogénéité du matériau agissent également sur l’aptitude au formage et seront aussi examinés ». Monsieur WILLIAM.F. HOSFORD de la « FUNDAMENTAL OF ENGINEERING PLASTICITY. UNIVERSITY OF MICHIGAN » aux CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS (2013), développe les principes qui relient pressions et contraintes internes au sein de la matière et aussi les principes de dislocation au sein de la matière. Des modèles existent sur les pliages des tôles (cf. les travaux scientifiques de MM. : Hosford, Caddell, Gardiner, Queener, et Tekiner). Ces modèles prennent en compte les caractéristiques mécaniques des matériaux et font le lien avec les caractéristiques dimensionnelles résultant de la cambrure, cependant ils ne permettent pas de déterminer le résultat d’un pli dont l’angle est fermé avec un petit rayon de courbure (rayon inférieur à la dimension de l’épaisseur de la pièce à plier. Au regard de ces sources scientifiques, il n’est donc pas possible de déterminer directement un procédé et un dispositif tel que souhaité à l’objet. En effet les connaissances scientifiques sont contraintes en ce que : - Des frottements produisent un effet aléatoire par rapport à la formation du pli et les efforts qui en résultent influent sur l’angle de pliage. Les comportements des matériaux ne peuvent pas être prévus par calcul ou par les abaques dans le cas des pièces épaisses avec un angle fermé avec un comportement non linéaire des frottements qui se trouve être augmenté par l’épaisseur plus importante, - Des amorces de ruptures se produisent aux endroits les plus contraints dans la matière et notamment sur la partie la plus à l’extérieure du pliage par phénomène d’écrouissage, tandis que par ailleurs des compressions sur la partie interne du pli génèrent des contraintes latérales qui font augmenter la dimension de la pièce. La combinaison des effets cités produit à l’endroit du pli une fragilisation d’autant plus importante que l’épaisseur au pli se trouve réduite, - Le comportement plastique et élastique du pli car une partie de la matière dépasse la limite élastique et une autre ne l’est pas. En effet une partie de la matière doit dépasser la limite élastique et on sait qu’une partie interne va rester dans la zone élastique. En conséquence, aucun élément scientifique est à même de caractériser un procédé ou un dispositif de pliage de tôle épaisses permettant d’obtenir un angle fermé à très faible rayon de courbure, qui ne fasse pas appel à un apport de chaleur afin de préserver les caractéristiques de résistance mécanique de la tôle. Présentation de l’invention : l’invention est relative à un dispositif d’outillage pour presse plieuse permettant le pliage de plats épais de 8 à 25 mm et jusque 100 mm de large pour obtenir un angle fermé à 30° et un très faible rayon de courbure variant de 5 à 35 mm selon les épaisseurs de plats pliés. Le dispositif se caractérise par : - une structure acier dotée d’une base (a), dite aussi semelle, solidarisée à deux montants verticaux (b et b’) parallèles entre eux et ayant une distanciation d’au moins 105 mm entre les montants, - cette structure reçoit un ou plusieurs systèmes de support de plats, chaque système de plats est défini par : = des lumières(c, c’, c’’, c’’’) placées sur les deux montants et symétriquement sur les plans vertical et horizontal entre elles, à raison de deux lumières par montant vertical (b, b’), les lumières de l’autre montant (b’) étant également placées de manière symétrique à celles du premier montant (b), = des supports de plats (d et d’) en acier en forme de barre ronde qui traversent les lumières (c, c’, c’’, c’’’), et qui sont bridés (e) à l’extérieur des montants, ces supports de tôle (d et ‘) sont appelés à être déplacées et positionnés sur le plan horizontale, selon l’épaisseur de tôle à plier, - un poinçon de pliage (f) spécifique à l’épaisseur de tôle à plier, poinçon de pliage (f) placé en hauteur sur la presse plieuse, de telle façon que sa descente et l’effort de pliage soit au centre de l’intervalle entre les supports de tôle. Selon ce dispositif, lorsqu’il s’agit de plier un plat de 8 mm, le procédé de pliage se caractérise par une distance de 40 mm entre les deux supports de tôles, l’utilisation d’un poinçon (f) dont le rayon est de 5 mm, avec une longueur de plat (g) d’au moins 35mm de chaque côté de l’appui du poinçon (là où se produit l’effort de pliage), et selon une force de 9 Tonnes. Selon ce dispositif, lorsqu’il s’agit de plier un plat de 10 mm, le procédé de pliage se caractérise par une distance de 60 mm entre les deux supports de tôles, l’utilisation d’un poinçon (f) dont le rayon est de 7 mm, avec une longueur de plat (g) d’au moins 60mm de chaque côté de l’appui du poinçon (là où se produit l’effort de pliage), et selon une force de 9,5 Tonnes. Selon ce dispositif, lorsqu’il s’agit de plier un plat de 12 mm, le procédé de pliage se caractérise par une distance de 90 mm entre les deux supports de tôles, l’utilisation d’un poinçon (f) dont le rayon est de 15 mm, avec une longueur de plat (g) d’au moins 70 mm de chaque côté de l’appui du poinçon (là où se produit l’effort de pliage), et selon une force de 10 Tonnes. Selon ce dispositif, lorsqu’il s’agit de plier un plat de 15 mm, le procédé de pliage se caractérise par une distance de 110 mm entre les deux supports de tôles, l’utilisation d’un poinçon (f) dont le rayon est de 19 mm, avec une longueur de plat (g) d’au moins 80 mm de chaque côté de l’appui du poinçon (là où se produit l’effort de pliage), et selon une force de 13 Tonnes. Selon ce dispositif, lorsqu’il s’agit de plier un plat de 20 mm, le procédé de pliage se caractérise par une distance de 180 mm entre les deux supports de tôles, l’utilisation d’un poinçon (f) dont le rayon est de 25 mm, avec une longueur de plat (g) d’au moins 140 mm de chaque côté de l’appui du poinçon (là où se produit l’effort de pliage), et selon une force de 14 Tonnes. Selon ce dispositif, lorsqu’il s’agit de plier un plat de 25 mm, le procédé de pliage se caractérise par une distance de 230 mm entre les deux supports de tôles, l’utilisation d’un poinçon (f) dont le rayon est de 35 mm, avec une longueur de plat (g) d’au moins 175 mm de chaque côté de l’appui du poinçon (là où se produit l’effort de pliage), et selon une force de 19 Tonnes. Vue en parallèle du dispositif doté de deux systèmes de support de plat, sans la présence des bridages, mais en présence d’un plat ayant été plié Vue en perspective du même dispositif en présence des bridages et avec une vue parcellaire d’un plat ayant été plié Glossaire : a) Base de la structure b) et b’) Montants de la structure c), c’), c’’), et c’’’) Lumières du système de support de plat d) et d’) Supports de plat e) Bridage f) Poinçon g) Longueur du plat de chaque côté de l’appui du poinçon Dispositif d’outillage pour presse plieuse permettant le pliage de plats épais de 8 à 25 mm et jusque 100 mm de large pour obtenir un angle fermé à 30° et un très faible rayon de courbure variant de 5 à 35 mm selon les épaisseurs de plats pliés, se caractérisant par : - une structure acier dotée d’une base (a), solidarisée à deux montants verticaux (b et b’) parallèles entre eux et ayant une distanciation d’au moins 105 mm entre les montants, - cette structure reçoit un ou plusieurs systèmes de support de plats, chaque système de support de plats est défini par : = des lumières(c, c’, c’’, c’’’) placées sur les deux montants et symétriquement sur les plans vertical et horizontal entre elles, à raison de deux lumières par montant vertical (b, b’), les lumières de l’autre montant (b’) étant également placées de manière symétrique à celles du premier montant (b), = des supports de plats (d et d’) en acier en forme de barre ronde qui traversent les lumières (c, c’, c’’, c’’’), et qui sont bridés (e) à l’extérieur des montants, ces supports de plats (d et ‘) sont appelés à être déplacés et positionnés sur le plan horizontal, selon l’épaisseur de tôle à plier, - un poinçon de pliage (f) spécifique à l’épaisseur de tôle à plier, poinçon de pliage (f) placé en hauteur sur la presse plieuse, de telle façon que sa descente et l’effort de pliage soit au centre de l’intervalle entre les supports de tôle. Utilisation du dispositif d’outillage pour presse plieuse selon la revendication 1 caractérisé en ce que pour un plat de 8 mm, le réglage du dispositif est : - distance de 40 mm entre les deux supports de tôles (d et d’), - utilisation d’un poinçon (f) de 5 mm de rayon, - longueur de plat (g) d’au moins 35mm de chaque côté de l’appui du poinçon - force de la presse plieuse :9 Tonnes. Utilisation du dispositif d’outillage pour presse plieuse selon la revendication 1 caractérisé en ce que pour un plat de 10 mm, le réglage est : - distance de 60 mm entre les deux supports de tôles (d et d’), - utilisation d’un poinçon (f) de 7mm de rayon, - longueur de plat (g) d’au moins 60mm de chaque côté de l’appui du poinçon - force de la presse plieuse : 9,5 Tonnes. Utilisation du dispositif d’outillage pour presse plieuse selon la revendication 1 caractérisé en ce que pour un plat de 12 mm, le réglage est : - distance de 90 mm entre les deux supports de tôles (d et d’), - utilisation d’un poinçon (f) de 15 mm de rayon, - longueur de plat (g) d’au moins 70mm de chaque côté de l’appui du poinçon - force de la presse plieuse : 10 Tonnes. Utilisation du dispositif d’outillage pour presse plieuse selon la revendication 1 caractérisé en ce que pour un plat de 15 mm, le réglage est : - distance de 110 mm entre les deux supports de tôles (d et d’), - utilisation d’un poinçon (f) de 19 mm de rayon, - longueur de plat (g) d’au moins 80mm de chaque côté de l’appui du poinçon - force de la presse plieuse : 13 Tonnes. Utilisation du dispositif d’outillage pour presse plieuse selon la revendication 1 caractérisé en ce que pour un plat de 20 mm, le réglage est : - distance de 180 mm entre les deux supports de tôles (d et d’), - utilisation d’un poinçon (f) de 25 mm de rayon, - longueur de plat (g) d’au moins 140mm de chaque côté de l’appui du poinçon - force de la presse plieuse : 14 Tonnes. Utilisation du dispositif d’outillage pour presse plieuse selon la revendication 1 caractérisé en ce que pour un plat de 25 mm, le réglage est : - distance de 230 mm entre les deux supports de tôles (d et d’), - utilisation d’un poinçon (f) de 35 mm de rayon, - longueur de plat (g) d’au moins 175mm de chaque côté de l’appui du poinçon - force de la presse plieuse : 19 Tonnes.