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DISPOSITIF DE REGULATION DE LA FORCE DE SERRE-FLAN
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DANS UNE PRESSE ------------------------------------------------------ La présente invention concerne un dispositif fluidique pour réguler la force de serre-flan dans une
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presse d'emboutissage à emboutir.
1 Une presse à emboutir comprend essentiellement une table sur laquelle est fixée une matrice avec une empreinte dont le dessin est celui de la surface extérieure de la pièce à emboutir, un serre-flan servant à fixer le flan de tôle à emboutir et un poinçon fixé au coulisseau de la presse, ce poinçon ayant un dessin complémentaire de celui de l'empreinte de la matrice.
Lorsque le poinçon exerce une pression sur un flan placé sur la matrice, il déforme celui-ci dans l'intervalle entre la matrice et le poinçon.
Le serre-flan exerce une pression de serrage sur les faces du flan dans le but d'empêcher le plissement de la tôle suite à l'effet de rétreint. La pression de serrage exercée par le serre-flan peut en outre servir à créer une forte tension dans la jupe d'emboutis dans le cas d'emboutis coniques ou pour le calibrage par étirage sur poinçon par exemple.
Sur une presse mécanique ou hydraulique classique, le serre-flan et le poinçon peuvent être montés au-dessus de la matrice, la pression de serrage et la force d'emboutissage s'exerçant vers le bas, ou être montés en dessous de la matrice, auquel cas la pression de serrage et la force d'emboutissage s'exercent vers le haut. Dans la première disposition, le serre-flan est
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constitué d'une pièce mobile actionnée par des vérins hydrauliques ou par un mécanisme d'entraînement. Ces dispositifs assurent une force de serrage qui est usuellement maintenue constante pendant l'opération d'emboutissage tandis que la force d'emboutissage exercée sur le poinçon varie en fonction de la course du poinçon-en passant par un maximum.
Cependant, il y a un intérêt certain à faire varier la force de serreflan pendant la course du poinçon, par exemple pour maintenir la force du poinçon à son maximum admissible pendant le cycle d'emboutissage de manière à utiliser au maximum les capacités de déformation du métal. Or les dispositifs connus ne permettent guère de faire varier la force de serre-flan, du moins avec des performances dynamiques suffisamment élevées.
En effet, les vérins d'une presse hydraulique montés de manière connue au-dessus d'un serre-flan travaillent en général en fin de course et, de ce fait, le volume de fluide à comprimer est très grand, ce qui a pour conséquence de limiter très sensiblement les performances dynamiques d'un système de régulation de la pression agissant directement sur les vérins serre-flan de la presse. Un pilotage mécanique du serre-flan, quant à lui, ne permet guère de réguler la pression en cours de cycle, et l'adjonction d'un système hydraulique passif, comme cela a déjà été réalisé, ne sert qu'à stabiliser la pression de serrage et ne change en rien l'impossibilité de réguler la pression en cours de cycle.
Dans la seconde disposition sur presse, dans laquelle le serre-flan et le poinçon sont montés en dessous de la matrice, le serre-flan repose sur des colonnes qui prennent appui sur le coussin hydraulique ou pneumati-
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que de la presse. Un coussin hydraulique n'offre cependant que de faibles performances dynamiques en terme de régulation de force et un coussin pneumatique n'offre aucune possibilité de variation contrôlée de la pression en cours de cycle. En bref, les presses connues n'offrent que des possibilités limitées de faire varier la force du serre-flan d'une façon contrôlée au cours du cycle d'emboutissage.
La présente invention a pour but de proposer un dispositif adaptable sur une presse mécanique ou hydraulique classique et permettant de faire varier la force du serre-flan de façon contrôlée et avec d'excellentes performances dynamiques.
Ce but est atteint grâce à l'invention par un dispositif de régulation fluidique qui se trouve placé entre le serre-flan et l'organe coulissant servant à déplacer le serre-flan.
Conformément à un premier aspect de l'invention, un mode de réalisation exemplaire comprend un corps destiné à être monté sur l'organe coulissant précité de manière à être entraîné par celui-ci, ledit corps logeant au moins un vérin fluidique compact et comportant au moins un conduit pour l'amenée d'un fluide sous pression dans le vérin, le piston de chaque vérin étant attaché à un organe mobile destiné à coopérer avec et déplacer le serre-flan par rapport audit corps, de manière que, lorsque le déplacement de l'organe coulissant précité se trouve arrêté par une butée, avant que le serre-flan ne soit venu en contact avec un flan placé sur ou contre la matrice,
la force exercée par le serre-flan sur ledit flan
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soit déterminée par la pression du fluide injecté dans ledit vérin et puisse varier au cours du cycle d'emboutissage.
Conformément à un second aspect de l'invention, le fluide sous pression est amené par l'intermédiaire d'une vanne de réglage agencée pour régler la pression du fluide en réponse à un signal de réglage (R) représentant l'écart entre la pression effective (P) du fluide à la sortie de la vanne et une consigne de pression (C) déterminée à partir d'au moins un signal de mesure (M) généré par au moins un capteur de mesure et représentant à tout moment la position relative instantanée du poinçon par rapport à la matrice.
Grâce à la régulation de la force de serre-flan qu'elle assure, l'invention offre diverses possibilités intéressantes pour résoudre des problèmes pratiques dans la réalisation d'emboutis. Par exemple, l'invention permet de maximiser la force d'emboutissage afin de minimiser les dimensions du flan, ou de supprimer le retour élastique d'un embouti afin d'obtenir une grande précision sur la pièce emboutie, ou encore d'éviter l'apparition de plis dans la jupe de l'embouti et maximiser ainsi le rapport de réduction réalisable en une passe, c'est-à-dire le rapport entre le diamètre du flan et le diamètre du poinçon.
D'autres aspects, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de l'exposé qui suit, dans lequel un mode de réalisation exemplaire de l'invention est décrit à l'aide des dessins joints.
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La figure 1 est une vue en coupe d'une presse hydraulique typique dans laquelle est incorporé un dispositif exemplaire conforme à l'invention.
La figure 2 est une vue semblable à celle de la figure 1, montrant la machine en fin d'opération d'emboutissage.
La figure 3 est un diagramme montrant un exemple de variation de la force de serre-flan réalisée avec le dispositif selon l'invention.
La figure 4 est un schéma d'ensemble d'un système de régulation organisé autour du dispositif selon l'invention.
La figure 5 illustre l'application du dispositif selon l'invention dans un second type de presse hydraulique typique.
Se reportant à la figure 1 on voit représentée une presse à emboutir exemplaire, du type hydraulique.
Cette presse comprend une table 1 portant une matrice 2 avec une empreinte dont le dessin est celui de la surface extérieure d'une pièce à emboutir. Le signe de référence 3 désigne un serre-flan destiné à exercer une pression sur le flan de tôle à emboutir, le signe de référence 4 désigne le coulisseau de presse, le signe de référence 5 désigne un poinçon ayant un dessin complémentaire de celui de l'empreinte de la matrice, et le signe de référence 6 désigne le coulisseau du poinçon afin de rapprocher et écarter le poinçon 5 de la matrice 2.
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Conformément à l'invention, le serre-flan 3 ne se trouve pas fixé directement sur le coulisseau de presse 4, mais par l'intermédiaire d'un dispositif de réglage 10 dont un mode de réalisation exemplaire est décrit ci-après.
Ce dispositif selon l'invention comprend un corps 11 fixé (par exemple par des vis non représentées) au coulisseau 4 de la presse. Dans le corps 11 sont aménagés les logements pour des vérins fluidiques compacts 12 à très faible course. Les pistons 15 des vérins 12 prennent appui sur une plaque 16 fixée au serre-flan 3 par des moyens non représentés. La plaque 16 est guidée et bloquée par rapport au corps 11 par des moyens quelconques (non représentés), couramment utilisés dans les outillages de presse. Le corps 11 comporte au moins un conduit 13 pour l'amenée d'un fluide sous pression provenant d'une source de fluide quelconque (source de fluide de la presse ou groupe autonome).
Dans le mode d'exécution illustré, le corps 11 porte une plaque de connexions 17 comportant plusieurs canaux 14 pour connecter plusieurs vérins 12 à un conduit d'alimentation 13 de manière interchangeable.
Les connexions peuvent être modifiées simplement en remplaçant une plaque de connexion par une autre.
L'étanchéité entre la plaque de connexion 17 et le corps 11 est assurée au moyen de joints "0" par exemple. Les vérins sont en principe des vérins à simple effet. Les vérins peuvent également être des vérins annulaires dont l'axe coincide avec l'axe de l'outil ou être des poches en matière élastomère, par exemple, ou tout autre dispositif capable de produire une pression axiale à l'aide d'un fluide sous
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pression.
En fonctionnement, le coulisseau 4 de la presse descend en entraînant le corps 11, la plaque 16 et le serre-flan 3 vers la table 1 de la machine. Le corps 11 poursuit sa course descendante jusqu'à ce qu'il touche une butée 18 qui est ici fixée sur la table de la machine. La hauteur de la butée 18 et le jeu entre le corps 11 et la plaque 16 sont réglés de manière que la force d'appui s'exerce sur la butée 18 et non point sur la matrice 2 ou sur le flan 100 placé sur la matrice. Lorsque le corps 11 s'appuie sur la butée 18, on met les vérins 12 sous pression en y injectant un fluide tandis que le poinçon 5 se trouve déplacé vers le bas pour venir réaliser un embouti (figure 2).
En faisant varier la pression du fluide injecté dans les vérins, on peut ainsi modifier la force exercée sur le serre-flan, ce qui modifie la force exercée par le poinçon car celle-ci a une composante qui est directement liée à la force de serre-flan. On peut ainsi faire varier la pression du fluide des vérins de manière que la force de serre-flan varie de façon telle que le poinçon 5 puisse travailler avec une force constante.
La courbe A de la figure 3 représente une variation typique de la force d'un poinçon lorsque la force de serre-flan est maintenue constante comme dans la technique connue. La courbe B représente une courbe de variation exemplaire de la force de serre-flan que permet d'obtenir le dispositif selon l'invention.
En réglant la pression du fluide de manière que le profil de la courbe B corresponde au profil inversé de la courbe A, on peut faire travailler le poinçon avec une force pratiquement constante, représentée par la
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ligne E.
Il est à remarquer que, les vérins 12 étant très compacts, le volume de fluide qu'ils contiennent est très réduit et que par conséquent il est possible de réaliser des variations importantes et raides de la force avec des débits de fluide très faibles. Le dispositif de régulation réalisé selon l'invention est donc un système dynamique très sensible, ce qui permet d'effectuer un contrôle et une régulation dynamiques fine et très fiable.
Pour assurer un contrôle rigoureux des paramètres du système de régulation, le dispositif décrit plus haut se complète de différents capteurs de mesure placés sur la machine. Un ou plusieurs capteurs de pression peuvent être prévus pour mesurer la pression dans les vérins 12 : on peut par exemple utiliser des capteurs de pression piézo-électriques type 4283A200 de la firme Kistler. Un capteur de déplacement peut être prévu pour mesurer la position du poinçon 5 par rapport à la matrice 2 : on peut par exemple utiliser un capteur de déplacement de la marque Temposonic ayant une précision de mesure de 0,1 mm. Un autre capteur de déplacement peut être prévu pour mesurer l'écart entre le serre-flan 3 et la matrice 2 : on peut par exemple utiliser un capteur de déplacement inductif ayant une précision élevée de 0,01 mm.
Un capteur de force, de type piézo-électrique par exemple, peut être prévu entre le poinçon 5 et le coulisseau pour mesurer la force d'emboutissage.
Les signaux électriques de tension ou de courant produits par les capteurs précités et qui sont proportionnels aux grandeurs mesurées, sont utilisés
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pour générer de façon continue une consigne de pression de manière à réguler à tout moment la force de serre-flan à la valeur requise en fonction des paramètres dynamiques de la presse.
La figure 4 est un schéma d'ensemble d'un système de régulation dynamique organisé autour du dispositif régulateur de pression conforme à l'invention. Un groupe hydraulique indépendant 21 ou le système hydraulique de la machine délivre un fluide sous pression aux vérins 12 par l'intermédiaire d'une vanne de réglage 22, par exemple une servo-vanne de haute performance telle qu'une vanne Moog série D760 ou une vanne proportionnelle. A la vanne 22 est associée une carte de régulation 23 recevant à une première entrée un signal P représentant la mesure de la pression à la sortie de la vanne 22 effectuée au moyen d'un capteur de pression 24. A une seconde entrée, la carte de régulation 23 reçoit un signal de consigne C représentant une consigne de pression.
La carte de régulation 23 est agencée pour déterminer l'écart entre la pression mesurée et la consigne de pression et pour produire un signal de réglage R pour la vanne 22 de manière à réduire ledit écart de pression à zéro.
La consigne de pression C est déterminée par un processeur 20 à partir des signaux de mesure M produits par le ou les capteurs en effectuant des calculs mathématiques et/ou des tests logiques adaptés à l'application particulière concernée.
Les exemples qui suivent illustrent l'application du système selon l'invention à quelques cas typiques exemplaires. Lorsque l'on désire maximiser la force
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d'emboutissage afin de minimiser les dimensions du flan, on peut par exemple générer la consigne de pression C suivant le profil de variation illustré par la courbe B de la figure 3, ce profil ayant été déterminé expérimentalement par un premier essai à pression constante. La consigne de pression C est alors générée en fonction de la position du poinçon 5, relevée par un capteur de déplacement et en fonction de l'écart entre la force de poinçon maximum admissible et la force réelle mesurée par un capteur de force.
On peut également générer la consigne de pression en fonction de la mesure de la force du poinçon et en fonction d'une logique de régulation prédéterminée.
Dans le cas où l'on désire supprimer le retour élastique de l'embouti afin d'obtenir une grande précision sur la pièce emboutie, on peut augmenter brusquement la pression de serre-flan en fin d'emboutissage de manière à réduire ou supprimer le glissement du flan entre la matrice 2 et le serreflan 3, et à provoquer ainsi une déformation en expansion sur le poinçon 5.
Il est possible aussi, grâce au dispositif de l'invention, de ramener la force effective de serre-flan à la valeur minimale strictement nécessaire pour empêcher l'apparition de plis entre serre-flan et matrice et de maximiser ainsi le rapport de réduction (diamètre du flan par rapport au diamètre du poinçon) réalisable en une passe. Ce résultat peut être atteint grâce à l'invention en mesurant la distance entre la matrice 2 et le serre-flan 3 à l'aide d'un capteur de déplacement. En effet, la distance entre la matrice et le serre-flan augmente
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dès qu'apparaissent des plis. A partir de la mesure de cette distance, le processeur génère la consigne de pression d'après une logique de régulation propre à minimiser la pression de serre-flan à la valeur juste nécessaire à empêcher le développement de plis.
Le dispositif peut aussi s'appliquer pour contrôler les plis apparaissent dans la jupe d'un embouti cônique, soit que l'on développe un profil approprié de force de serre-flan comportant par exemple une variation cyclique à valeur moyenne évolutive, soit encore que l'on régule la force de serre-flan à partir de la mesure de l'amplitude des plis dans la jupe de l'embouti, mesure fournie par exemple par des capteurs de déplacements ou par un système optique analysant l'aspect visuel de la jupe en cours d'emboutissage.
Le dispositif selon l'invention est évidemment adaptable également à une presse à emboutir dans laquelle le poinçon et le serre-flan sont montés en dessous de la matrice. La figure 5 illustre cette application. Dans cette figure on distingue le coulisseau de presse 1 avec la matrice 2, le serreflan 3 portant un flan à emboutir 100 et le poinçon 5 reposant sur la table de presse 6. Le corps 11 du dispositif selon l'invention repose ici sur les colonnes coulissantes 4. Le serre-flan 3 repose sur l'organe mobile 16 qui coopère avec les pistons 15 des vérins 12 logés dans le corps 11 comme décrit plus haut. Les butées 18 destinées à limiter la distance entre le coulisseau 1 et le corps 11 sont ici portées par le corps 11. Le fonctionnement du dispositif de réglage de la pression de serre-flan est en tous points similaire à celui du mode de réalisation de la figure 1.
Lors de la descente du coulisseau 1, celuici vient contre les butées 18 et entraîne le corps 11
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vers le bas. Celui-ci est mis en pression contre le coulisseau 1 par l'intermédiaire des butées 18 sous l'effet des colonnes 4 qui s'appuient sur un coussin hydraulique ou pneumatique non représenté. La force de serre-flan sur le flan 100 pincé entre la matrice 2 et le serre-flan 3 est réalisée comme ci-dessus à l'aide des vérins 15. L'ensemble des pièces décrites ci-avant continue sa course vers le bas ; le poinçon 5, qui repose sur la table de la presse, est fixe et la tôle s'emboutit entre ce poinçon 5 et la matrice 2. La force du coussin de presse est toujours supérieure à la force exercée par l'ensemble des vérins 15.
Il est bien entendu que le dispositif selon l'invention peut être réalisé dans divers modes d'exécution. Il peut être réalisé pour s'adapter et être monté sur une presse à emboutir existante comme dans le mode d'exécution décrit à titre d'exemple dans ce qui précède. Le dispositif conforme à l'invention peut également être intégré à toute nouvelle presse à emboutir, en divers modes d'exécution.