Brevet FR3160238A1 — publié le 20250919

Un appareil de mesure d’étirement et de pliage comprend : un outil d'étirage d’une bande de tôle (11) et une mesure de la force de traction ; une came (23) positionnée tangentiellement à la bande de tôle et comprenant une mesure de la force de contact exercée sur la came par la bande de tôle ; un support d'étirage (27) comprenant un jonc male (35) et un jonc femelle (36) afin de serrer la bande de tôle à son extrémité distale, une mesure de la force de serrage et définissant une direction de force de retenue pour la bande de tôle ; et le support d’étirage faisant former à la bande de tôle un angle entre la force de traction et la force de retenue; le support d’étirage comprenant en outre une mesure du glissement de la tôle par rapport aux joncs et une mesure de la force de retenue (39). Figure à publier avec l’abrégé : Fig 1 Appareil de mesure d’étirement et de pliage pour simuler l'emboutissage d'un métal La présente invention se rapporte à un appareil de mesure d’étirement et de pliage pour simuler l'emboutissage d'un métal. État de la technique Lors de l’emboutissage d’une tôle, il peut apparaître un défaut esthétique appelé ligne de dérapage (« Skidline » en anglais). Ce phénomène qui s’apparente à la présence d’une seconde ligne de style « parasite » en parallèle de celle souhaitée, est considéré comme un défaut d’aspect plus ou moins pénalisant en fonction de sa proéminence. Pour éviter ce phénomène, il est d’usage de procéder à des tests de différentes configurations d’emboutissage jusqu’à obtenir une configuration ne présentant pas le défaut. Cela a l’inconvénient d’être couteux en temps et en matériaux. Aussi, il serait souhaitable d’avoir un outil de simulation permettant de rechercher virtuellement la meilleure solution. Pour créer un modèle reflétant la réalité métallurgique, il est alors nécessaire de pouvoir mesurer les différents paramètres pouvant influer sur l’apparition d’une ligne de dérapage. À cette fin, le brevet US 8511175 décrit un appareil de mesure permettant de mesurer certains paramètres lors d’une opération d’étirement permettant de simuler un emboutissage. Les inventeurs ont cependant constaté à l’usage que cet appareil présentait un certain nombre de limitations concernant les possibilités de paramétrage des opérations et l’exhaustivité des mesures nécessaires à la création d’un modèle reflétant correctement la réalité de l’emboutissage. Il existe donc un réel besoin d’un nouvel appareil de mesure qui résolvent tout ou partie des inconvénients précités. Description de l’invention Pour résoudre un ou plusieurs des inconvénients cités précédemment, selon un premier mode de réalisation, un appareil de mesure d’étirement et de pliage pour simuler l'emboutissage d'un métal comprend : : une base fixe définissant une direction longitudinale comprenant des moyens de fixation à une machine de test de traction, ladite machine de test comprenant un outil d'étirage de tôle ayant une surface de préhension d’une extrémité proximale d’une bande de tôle et un capteur de mesure de la force de traction lorsque la bande de tôle est tirée par la surface de préhension de l'outil d'étirage dans la direction longitudinale ; une plaque de montage montée sur la base fixe ; et un porte-came monté sur la plaque de montage et adapté pour positionner une came tangentiellement à une des deux surfaces de la bande de tôle et comprenant un capteur de mesure de la force de contact exercée sur la came par la bande de tôle pendant l’étirage de celle-ci ; un support d'étirage monté sur la plaque de montage et adapté pour monter un porte-jonc mâle et un porte-jonc femelle correspondant comprenant respectivement un jonc male et un jonc femelle et un moyen de compression adapté pour comprimer les porte-joncs afin de serrer par l’intermédiaire des joncs la bande de tôle entre eux lorsqu'elle est présente, ledit support d’étirage comprenant en outre un capteur de mesure de la force de serrage pour mesurer la force de serrage des joncs sur la bande de tôle ; et le support d’étirage définissant une direction de force de retenue pour la bande de tôle lorsqu’elle est serrée par les joncs ; et la plaque de montage est montée pivotante sur la base fixe et comprend des moyens de fixation à la base fixe de sorte qu'un angle θ entre la direction longitudinale de la base fixe et la direction de la force de retenue du support d’étirage peut être sélectionné parmi un champ de valeurs ; le support d’étirage comprenant en outre un capteur de mesure du glissement de la tôle par rapport aux joncs pendant l’application de la force de traction et un capteur de mesure de la force de retenue. Ainsi, appareil peut mesurer toutes les forces autour de la bande de tôle et ses déplacements éventuels près de la zone de serrage des joncs, permettant ainsi d’alimenter plus complétement les modèles de simulation d’emboutissage. Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison sont : la came a une forme cylindrique de section substantiellement triangulaire dont les sommets sont formés par des arcs de cercle, chaque arc de cercle ayant un rayon de courbure différent des rayons de courbure des deux autres arcs de cercle ; le porte-came comprend un support d’axe adapté pour permettre un pivotement de la came autour de son axe et un outil de maintien amovible permettant de bloquer la came dans une position prédéterminée  ; les moyens de mesure de la force de contact sont configurés pour mesurer le vecteur de la force dans un espace 3D ; le porte-came comprend des moyens de rotation et de translation de la came sur la plaque de montage les moyens de rotation sont configurés pour que, une fois le support d’étirage positionné selon l’angle θ, la normale au rayon de courbure de la came tangente la bande de tôle ; le support d’étirage comprend des rails permettant une translation des porte-joncs dans l’axe de la force de retenue  ; et/ou les porte-joncs et les joncs sont configurés pour recevoir des cales et des compensateurs adaptés pour permettre un glissement de la bande de tôle entre les joncs lors de l’application de la force de traction. Dans un deuxième mode de réalisation, un système de mesure comprend un appareil comme décrit ci-dessus et une machine de test comprenant un outil d'étirage de tôle ayant une surface de préhension d’une extrémité proximale d’une bande de tôle et un capteur de mesure de la force de traction lorsque la bande de tôle est tirée par la surface de préhension de l'outil d'étirage dans la direction longitudinale. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d’exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles : FIG. 1 représente une vue isométrique d’un appareil de mesure d’étirement et de pliage selon un mode de réalisation ; FIG. 2 représente une vue de face de l’appareil de la FIG. 1 ; FIG. 3 représente une vue selon la coupe AA’ de l’appareil de la FIG. 1 ; FIG. 4 représente une vue selon la coupe BB’ de l’appareil de la FIG. 1 ; et [Fig 5 représente une vue isométrique d’une came utilisée dans l’appareil de la Fig. 1. Modes de réalisation Le mode de réalisation décrit présente un appareil pour mesurer directement différents mouvements et forces agissant sur une bande de tôle durant une opération d’étirement et de pliage. Cet appareil est utilisable préférentiellement avec une machine de test de traction telle qu’on peut en trouver régulièrement dans un laboratoire de métallurgie ou de mécanique. En référence aux Figs 1 à 4, un appareil 1 comprend une base fixe 3. Cette base fixe 3 est fixée sur le plateau horizontal 5 d’une machine de test par des équerres 7. La base fixe 3 forme ainsi un plan vertical sur lequel est montée une plaque de montage 9. La machine de test comprend des moyens de préhension (non représentés), en général sous la forme d’une pince, adaptés pour tenir fermement l’extrémité proximale d’une bande de tôle 11 et lui appliquer une force de traction F t orientée verticalement vers le haut. La machine comprend des moyens de commande et de mesure de cette force de traction F t . La bande de tôle 11 joue le rôle d’éprouvette de test. Selon les besoins de mesure, elle peut être en aluminium, acier ou tout autre métal ou alliage sur lequel des mesures s’avèrent pertinentes. L’épaisseur peut également varier typiquement que quelques dixièmes de millimètres à quelques millimètres et par exemple de 0,3mm à 2mm. La plaque de montage 9 est fixée sur la base fixe 3 par un axe 13 horizontal et perpendiculaire au plan vertical de la base fixe 3 permettant une rotation d’un angle θ (theta) par rapport à la verticale choisi par l’expérimentateur. Cet angle peut être appelé angle d’enroulement, car il définit l’enroulement de la bande de tôle 11 autour d’un arc de cercle d’une came décrite ci-après. Des boulons 15 solidaires de la plaque de montage 9 et pouvant passer dans une fente circulaire 17 ou des trous 18 de la base fixe 3 maintiennent par serrage la plaque de montage 9 sur la base fixe 3 avec l’angle θ déterminé. Les Figs 1 à 4 représentent l’appareil avec un angle θde 0°. Sur la plaque de montage 9 est fixé un porte-came 19. Le porte-came comprend un module 21 adapté pour régler en translation la position de la came 23 par rapport à la bande de tôle 11 par l’intermédiaire d’un support de came 25. La came 23, FIG. 5 , a une forme cylindrique dont la section est substantiellement triangulaire et dont chacun des 3 sommets 51, 53, 55 forme un arc de cercle dont le rayon de courbure est différent des rayons de courbure des arcs de cercle des deux autres sommets. Chaque face plane du cylindre comprend approximativement en son centre un trou taraudé 57. Aux extrémités de l’axe du cylindre, deux arbres 59 sont formés de sorte à permettre une rotation autour de l’axe quand la came est installée dans le support de came 25. Cette rotation permet de choisir celui des trois sommets sur lequel viendra se plier la bande de tôle 11 pendant la mesure. Un boulon 41, FIG. 4 , solidaire du support de came 25 vient se fixer dans le trou taraudé 57 de la came 23 permettant ainsi d’empêcher la rotation et de maintenir la came 23 en position. Le support de came 25 a la forme générale d’un parallélépipède rectangle sans sommet ni fond dont les deux faces allongées sont parallèles au plan vertical de la base fixe 3 et comprennent un alésage pour recevoir les arbres 59 de la came et permettre ainsi sa rotation. Au moins une face allongée est démontable pour permettre l’installation de la came 23. Les deux faces perpendiculaires aux faces allongées comprennent pour l’une un trou permettant le passage du boulon 41 et pour l’autre l’attache d’une vis sans fin 43. Cette dernière, associée à un support coulissant du support de came 25 intégré dans le module 21 permet un réglage en translation de la came 23 pour la positionner au contact de la bande de tôle 11. Le porte-came 19 est pivotant autour de l’axe 13 et est maintenu selon l’angle choisi par deux boulons/écrous 45, 46 traversant deux fentes 47, 48 en arc de cercle. Cela permet ainsi avantageusement de choisir un angle différent de θpour le porte-came 19 et tout particulièrement, une fois la plaque de montage 9 positionnée selon l’angle θ, de positionner la normale au rayon de courbure de la came 23 en tangente de la bande de tôle 11. Le porte-came 19 comprend également un capteur (non représenté) pour mesurer la force selon les 3 axes de l’espace générée par la bande de tôle 11 et reçue par la came 23. Sur la plaque de montage 9 est également fixé un support d'étirage 27. Le support d’étirage comprend des rails 29 pour guider en translation un chariot 31 selon une direction de translation passant par l’axe 13. Le chariot 31 comprend un porte-jonc mâle 33 et un porte-jonc femelle 34 dans lesquels viennent se fixer en face à face respectivement un jonc male 35 et un jonc femelle 36. Deux vis en face à face 37, 38 servent de moyens de compression pour comprimer les porte-joncs afin de serrer par l’intermédiaire des joncs la bande de tôle 11 à son extrémité distale. Le support d’étirage 27 comprend en outre un capteur (non représenté) de mesure de la force de serrage pour mesurer la force de serrage des joncs sur la bande de tôle ainsi qu’un dispositif (non représenté) permettant de mesurer le glissement éventuel de la bande de tôle au niveau des joncs 35, 36. C’est, par exemple, un capteur de déplacement piézo-résistif dont l’embase est solidaire des porte-joncs et l’élément sensible est relié au corps de la bande de tôle. Il comprend également un capteur 39 de la force de retenue F r , c’est-à-dire de la force de résistance produite par le support d’étirage à la force de traction. Cette force de retenue est donc orientée selon le même axe de translation que celui du chariot 31 et de direction opposée à la came 23. Ainsi, le système permet de mesurer la force de traction F t , la force de retenue F r , la force reçue par la came ainsi que la force de serrage de l’extrémité distale de la bande de tôle 11. De plus, il mesure le glissement de la bande de tôle au moins au niveau de la zone de serrage par les joncs. Il est également possible de prévoir un système de stéréovision, perpendiculairement à la bande de tôle 11 pour accéder aux déplacements présents à la surface de celle-ci. Le fonctionnement de l’appareil est le suivant. On choisit une came 23 et on la positionne avec le rayon de courbure voulu dans le porte-came 25. On met la plaque de montage de sorte que l’angle θ soit à 0. On positionne la bande de tôle 11 en position verticale et on sert son extrémité supérieure ou proximale avec les moyens de préhension de la machine de traction. On serre l’extrémité distale de la bande de tôle 11 entre les joncs 35, 36. On vérifie alors que la bande de tôle 11 est bien verticale de façon à ce que la force de traction soit bien appliquée dans son prolongement. On approche par translation du support de came 23 la came jusqu’à obtenir le contact entre la bande de tôle 11 et la came 23 en utilisant la vis sans fin 43. On incline alors la plaque de montage 9 suivant l’angle d’enroulement θprédéfini. On règle en rotation le support de came 23 pour que la normale au rayon de courbure de la came soit perpendiculaire à la tangente de la bande de tôle 11 en utilisant les boulons 45, 46 et les glissières 47, 48. On met en place le capteur de déplacement et on vérifie le calibrage de tous les capteurs. On réalise l’essai de traction. L’invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donner à titre d’exemple et non comme limitant l’invention a cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles. Ainsi, en fonction du matériau constituant la bande de tôle 11 des joncs 35, 36 ayant des formes différentes sont utilisés. Par ailleurs, la hauteur des joncs peut être réglé par des jeux de cales. Lorsqu’on souhaite obtenir un glissement de la bande de tôle par rapport aux joncs, on baisse la hauteur des joncs par rapport aux porte-joncs et ce réglage est complété éventuellement par des compensateurs dont l’épaisseur est égale à 110% de l’épaisseur de la bande de tôle. À l’inverse, quand on souhaite qu’il n’y ait pas de glissement, des cales vont être utilisées pour augmenter la hauteur des joncs par rapport aux porte-joncs. Appareil de mesure d’étirement et de pliage pour simuler l'emboutissage d'un métal comprenant : une base fixe (3) définissant une direction longitudinale comprenant des moyens de fixation à une machine de test de traction, ladite machine de test comprenant un outil d'étirage de tôle ayant une surface de préhension d’une extrémité proximale d’une bande de tôle (11) et un capteur de mesure de la force de traction lorsque la bande de tôle est tirée par la surface de préhension de l'outil d'étirage dans la direction longitudinale ; une plaque de montage (9) montée sur la base fixe (3); et un porte-came (19) monté sur la plaque de montage et adapté pour positionner une came (23) tangentiellement à une des deux surfaces de la bande de tôle et comprenant un capteur de mesure de la force de contact exercée sur la came par la bande de tôle pendant l’étirage de celle-ci ; un support d'étirage (27) monté sur la plaque de montage et adapté pour monter un porte-jonc mâle (33) et un porte-jonc femelle (34) correspondant comprenant respectivement un jonc male (35) et un jonc femelle (36) et un moyen de compression (37, 38) adapté pour comprimer les porte-joncs afin de serrer par l’intermédiaire des joncs la bande de tôle entre eux lorsqu'elle est présente, ledit support d’étirage comprenant en outre un capteur de mesure de la force de serrage pour mesurer la force de serrage des joncs sur la bande de tôle ; et le support d’étirage définissant une direction de force de retenue pour la bande de tôle lorsqu’elle est serrée par les joncs ; et la plaque de montage est montée pivotante sur la base fixe et comprend des moyens de fixation (13, 15, 17, 18) à la base fixe de sorte qu'un angle θ entre la direction longitudinale de la base fixe et la direction de la force de retenue du support d’étirage peut être sélectionné parmi un champ de valeurs ; le support d’étirage comprenant en outre un capteur de mesure du glissement de la tôle par rapport aux joncs pendant l’application de la force de traction et un capteur de mesure de la force de retenue (39). Appareil selon la revendication 1, dans lequel la came a une forme cylindrique de section substantiellement triangulaire dont les sommets sont formés par des arcs de cercle, chaque arc de cercle ayant un rayon de courbure différent des rayons de courbure des deux autres arcs de cercle. Appareil selon la revendication 2, dans lequel le porte-came comprend un support d’axe adapté pour permettre un pivotement de la came autour de son axe et un outil de maintien amovible permettant de bloquer la came dans une position prédéterminée. Appareil selon la revendication 1, 2 ou 3, dans lequel les moyens de mesure de la force de contact sont configurés pour mesurer le vecteur de la force dans un espace 3D. Appareil selon la revendication 1, 2, 3 ou 4, dans lequel le porte-came comprend des moyens de rotation et de translation de la came sur la plaque de montage. Appareil selon la revendication 5, dans lequel les moyens de rotation sont configurés pour que, une fois le support d’étirage positionné selon l’angle θ, la normale au rayon de courbure de la came tangente la bande de tôle. Appareil selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un système de stéréovision configuré pour enregistrer les champs de déplacement à la surface de la bande de tôle pendant l’étirement de la bande de tôle. Appareil selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le support d’étirage comprend des rails permettant une translation des porte-joncs dans l’axe de la force de retenue. Appareil selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les porte-joncs et les joncs sont configurés pour recevoir des cales et des compensateurs adaptés pour permettre un glissement de la bande de tôle entre les joncs lors de l’application de la force de traction. Système de mesure comprenant un appareil selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 et une machine de test comprenant un outil d'étirage de tôle ayant une surface de préhension d’une extrémité proximale d’une bande de tôle et un capteur de mesure de la force de traction lorsque la bande de tôle est tirée par la surface de préhension de l'outil d'étirage dans la direction longitudinale.