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PERFECTIONNEMENTS A LA FABRICATION ET CONSTRUCTION DES
MATRICES.
La présente invention concerne la fabrication et construction de matrices, notamment celles destinées à effectuer les opérations telles que l'ébarbage ou le dressage des bords de pièces embouties de grandes dimensions.
Pendant la mise en forme d'un objet embouti de grandes dimen- sions, tel qu'une aile dautomobile, la pièce obtenue à la presse, après l'éti- rage ou formage, possède une zone d'arête superflue que 1?on doit enlever par une opération ultérieure.
L'ébarbage ou le rognage de telles grandes pièces est exécuté actuellement par une opération d'emboutissage utilisant une matrice à décou- per, à ébarber ou à rogner, dans laquelle la pièce est placée puis dressée ou ébarbée par une action de cisaillage contre une arête tranchante de forme appropriée de la matrice.
Du fait que la pièce est fréquemment de forme irrégulière, non seulement en plan mais également en élévation, on construit habituellement la matrice à partir d'un certain nombre d'éléments en acier à outils fixés sur un socle de forme appropriée.
Afin de diminuer la quantité d'acier à outils, le socle reçoit une certaine forme en plan et en élévation et est profilé de façon à suivre gros- sièrement la forme du bord de pièce que l'on désire finalement obtenir. On se rend compte que, pour la construction d'une matrice de découpage ainsi fabri- quée, les modèles en bois nécessaires pour le socle peuvent être compliqués et que les opérations nécessaires à l'usinage du socle moulé, pour lui donner la forme appropriée à la réception des divers éléments en acier à outils, sont nombreuses et peuvent entraîner de multiples réglages des outils dusinage.
En outre, les éléments en acier à outils sont généralement fixés au socle par goujonnage et il est évident que les trous des goujons, dans les éléments, doi-
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vent être percés avant l'opération de trempe.
Après trempe, ces trous doivent être rodés pour permettre la mi- se en place correcte des goujons à l'intérieur.
Un des buts de la présente invention est d'obtenir une matrice plus économique à produire à la fois du point de vue des dépenses de temps dans les opérations d'usinage et d'utilisation d'acier à outils coûteux.
Une partie de matrice à découper ou outil analogue, selon la présente invention, comprend un élément composé qui comporte lui-même une pièce coupante et une pièce-support, ces deux pièces étant faites d'un matériau approprié, par exemple de l'acier à outils et de l'acier doux, respectivement., et étant fixées l'une à l'autre, par exemple par soudage.
La dite pièce-support consiste, de préférence, en une semelle ou plaque sensiblement plate réunie, sensiblement à angle droit, à au moins une autre semelle plate qui forme la dite pièce coupante, cette dernière étant faite d'un matériau capable de prendre la trempe par un traitement thermique de l'élément composé, tandis que la dite pièce-support demeure non trempée.
La présente invention a également pour objet une matrice à dé- couper ou outil analogue faite d'une pluralité de telles parties montées sur un même socle.
En outre, selon la présente invention, un procédé de construc- tion d'une matrice à découper ou outil analogue faite d'une pluralité de telles parties montées sur un même socle comporte les opérations suivantes : à) découpage et/ou forgeage ou autre moyen de formage grossier des pièces des éléments composés ; . b) fixation des pièces les unes aux autres pour former les élé- ments composés , c) dégrossissage des dits éléments ; d) parcage-des pièces- supports par des trous de débourrage pour la fixation des boulons ; e) assemblage des éléments sur le socle, après aménagement sur le socle d'une ou plusieurs surfaces d'appui horizontales, susceptibles de rece- voir les dits éléments ; f) usinage final des pièces coupantes ; g) enlèvement et traitement thermique des éléments pour la trem- pe des pièces coupantes;
h) réassemblage des éléments sur le socle pour obtenir la forme de la matrice ou outil analogue, enfin, i) mise en place des dits éléments au moyen des pièces-supports par goujonnage dans le socle.
A titre d'exemple nullement limitatif., on a décrit, plus en dé- tails, la présente invention en se référant au dessin annexé dans lequel : les fig. 1 à 7 représentent, en perspective, différents éléments composés construits selon l'invention, la fig. 8 représente schématiquement, en plan, une partie de matrice de découpage profilée, et la fig. 9 représente schématiquement, en élévation, une autre matrice de découpage construite selon l'invention.
Les fig. 1 à 9 représentent des éléments composés de types va- riés destinés à être utilisés pour la construction-de matrices de découpage.
Tous les éléments représentés sont construits à partir d'une pièce-support en acier doux et d'une ou plusieurs pièces coupantes en acier spécial. approprié, par exemple en acier à 0,9 % de carbone trempant à l'eau, ou en acier spécial
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trempant à 1?huile du type normalement utilisé dans la fabrication des matrices. la fig. 1 représente un élément en T droit comportant une pièce- support horizontale en acier doux 11 et une pièce verticale en acierà outils 12 soudée électriquement en bout "par étincelage".
La fig. 2 représente-un double élément composé droit comportant une pièces-support horizontale en acier doux 13 et deux pièces coupantes verti- cales en acier à outils 14, 15 soudées en bout "par étincelage" à la pièce-sup- port 13 dans la zone de ses bords longitudinaux 13a, 13b.
La fig. 3 montre un élément composé à angle droit semblable à Isolément représenté à la fig. 2 mais n'ayant qu'une seule pièce coupante ver- ticale en acier à outils 16 et la fig. 4 un élément composé à angle droit ana- logue à celui représenté à la fig.
3 mais pourvu de nervures de renforcement en acier doux 17, 18 destinées à renforcer la pièce coupante verticale en acier à outils 19
Lorsqu'une partie de la matrice est profilée en plan, il est son* vent avantageux de prévoir un élément composé qui suive, au moins partiellement, le profil, et Isolément composé représenté à la fige 5 comporte une pièce-sup- port horizontale en acier doux 20 et une pièce coupante verticale en acier à outils 21 qui, avant l'opération de soudage électrique en bout "par étincelage", a été amenée à la forme voulue par forgeage.
En plus de son profil en plan, une matrice de découpage est sou- vent profilée en élévation et Isolément composé représenté à la fig. 6 montre un élément susceptible de constituer une partie de la matrice à découper ain- si profilée-. Il comporte une pièce-support horizontale en acier doux 22 et une pièce coupante verticale en acier à outils 23 qui a été amenée, par forgeage, à la forme voulue en plan et découpée préalablement sur sa surface supérieure 23A au profil voulu en élévationo Dans ce cas, également, il est prévu,de pré- férence, entre la partie coupante 23 et la pièce-support 22, des nervures de renforcement 24, 25 en acier doux, là où le rapport hauteur-épaisseur de la pièce coupante dépasse une certaine valeur.
La figo 7 représente un élément composé à angle droit, nervuré, profilée en élévation seulement, par découpage préalable.
On remarquera que dans les éléments représentés aux figures 1 à 7 les extrémités des pièces coupantes en acier à outils respectives sur- plombent les pièces-supports en acier doux et peuvent aussi surplomber les pièces-supports le long de leurs arêtes tranchantes. Ce- procédé de construc- tion offre, pour l'usinage et le montage de la matrice, certains avantages qui apparaîtront lorsque l'on décrira plus complètement le procédé de cons- tructiona
Dans une forme préférée de construction d'une matrice de décou- page, les divers éléments composés nécessaires, ayant reçu une forme convena- ble, sont préparés et assemblés sur un socle, généralement moulé. Après assem- blage, les différents éléments définissent une arête tranchante continue 29 ayant la forme voulue.
On va maintenant décrire un procédé pratique de construction d'une matrice de découpage, au moyen d'éléments composés du type décrit ci- dessus, procédé qui s'est révélé efficace et économique.
La fabrication d'urr poinçon et d'une matrice nécessite, en pre- mier lieu, la préparation par le dessinateur d'un tracé à grande échelle. A partir de ce- tracé (la matrice seule étant désormais considérée) le modeleur et les ouvriers de la fonderie pourront poursuivre la préparation du socle moulé approprié, tandis que les différentes pièces des éléments composés né- cessaires, qui sont chacune de dimensions convenables pour la manipulation, pourront être découpées et mises en forme-
L'emploi d'éléments composés permet d'usiner le socle moulé 26 (voir figa9) sur sa partie supérieure d'appui, de façon à former une série de surfaces horizontales 26a, 26b, 26c, de hauteur variable,
selon- la profil de
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la matrice en élévation. Ceci offre un avantage considérable par rapport à l'ancien procédé de construction des matrices où le socle était usiné de façon à se conformer approximativement au profil définitif de la matrice en éléva- tiono Cet usinage, où interviennent des angles variés différents et éven- tuellement des surfaces courbes, nécessitait beaucoup de temps en comparaison de l'usinage des surfaces d'appui, relativement peu nombreuses et simples, du socle construit selon la présente invention.
Cette surface supérieure, de forme simple, du socle 26 est évidemment rendue possible par la souplesse de l'élément composé qui permet d'accepter, pour la mise en forme de la pièce cou- pante,des variations considérables dans le profil en élévation;, Lorsque cette variation devient excessive, il est alors nécessaire de prévoir une autre sur- face horizontale d'appui sur le socle 26 à un niveau plus élevé ou moins élevé, selon le cas.
Les pièces-supports en acier doux des éléments composés peuvent, en général, être avantageusement découpées à partir de plats en acier doux convenables ou par découpage à la flamme de plaques en acier doux. La méthode de découpage à la flamme convient particulièrement bien à l'obtention de piè- ces en acier à outils qui ont souvent des formes compliquées. A cet effet, le tracé à grande échelle fourni par le dessinateur peut être adapté à 1-'emploi sur un pantographe ou autre. mécanisme de découpage au moyen duquel le chalu- meau de découpage à la flamme est entraîné pour prélever, dans une plaque en acier à outils, des pièces de la forme voulueLes pièces coupantes en acier à outils ainsi obtenues peuvent, le cas échéant, être encore mises en forme par forgeage ou usinage (voir fig. 5, 6 et 7).
La soudure électrique en bout "par étincelage" s'est révélée un procédé très approprié pour la réunion des pièces coupantes en acier à outils et des pièces-supports en acier doux- en vue de constituer les éléments composés.
Il est avantageux, avant d'effectuer l'opération de soudage, de chauffer au préalable les plaques d'acier à outils et d'acier doux jusqu'à une température précise déterminée qui dépend à la fois des dimensions des plaques et de leur structure métallurgique. Bien qu'il soit préférable d'utiliser la soudure élec- trique en bout "par étincelage" dans une machine à souder appropriée, lea piè- ces peuvent naturellement être réunies par soudure à l'arc ou- autre- procédé ana- logue par fusion métallique ou même par un procédé mécaniqueo Lorsqu'il est né- cessaire de prévoir des nervures de renforcement, celles-ci peuvent également être mises en place par soudage.
Après soudage et avant refroidissement, les pièces, comprenant généralement chacune deux plaques, réunies, sensiblement à angle droit, l'une à l'autre,sont, de préférence, redressées par compression pour assurer une mise en place relative correcte à angle droit des deux pièces. Cette opéra- tion de compression peut être effectuée dans une presse construite d'une façon appropriée. Entre les phases de soudage et de redressage, les pièces sont avan- tageusement ébarbées' au moyen dun ciseau qui peut être actionné mécanique- ment pour enlever les écailles ou bavures ou les autres irrégularités provenant de l'opération de soudage.
On peut, si 1?on veut, prévoir, immédiatement après soudage, une opération destinée à faire disparaître les tensions internes.
Après refroidissement des- éléments,chacun d'eux subit une opé- ration préalable d'usinage par rectification de la base de la pièce-support en acier doux et par usinage aux côtes approximatives des faces. ou¯extrémités supérieures de la pièce coupante en acier à outils. Au cours, de cette dernière opération,on économise beaucoup de temps, en comparaison de, l'ancien procédé, du fait de la faible largeur des surfaces.
Les pièces-supports en acier doux n'ont pas du tout besoin d'avoir leurs bords usinés, du fait que l'acier à ou- tils, comme on l'a dit précédemment, recouvre l'acier douxo De plus, alors que dans 1?ancien procédé utilisant une pièce en acier à outils d'un seul tenant un espace libre pour les têtes des boulons de fixation devait être usinée il est obtenu de lui-même- dans les'éléments composés qui viennent d'être: décrits..
La phase suivante de fabrication- de la matrice de découpage est
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le perçage des trous de débourrage pour les boulons de fixation 27 dans les pièces-supports en acier doux et des trous taraudés dans le socle et le monta- ge des éléments composés sur le socle de la matrice avant l'usinage final à la. forme de la matrice de découpage composée. On économise encore beaucoup de temps d'usinage, en comparaison du procédé à pièce en acier à outils d'un seul tenant, dans la mesure où l'arête tranchante est déjà voisine de la for- me de la matrice et n'a qu'une tolérance d'usinage minimum.
Les éléments composés sont alors enlevés et traités thermique- ment. Cette opération donne la dureté nécessaire aux éléments coupants alors que les pièces-supports en acier doux ne prennent pas la trempe.Ceci rend 1?ajustage des éléments composés sur le montage final relativement très sim- ple car ils peuvent être remis en place sur le socle de la matrice, réglé à leur position exacte processus qui est simplifié du fait que les trous de goujons ne sont pas percés avant la trempe et que les éléments composés pren- nent appui seulement par les bords relativement étroits de la pièce coupante en acier à outils.Après réglage final les boulons, sont serréa et les trous de goujons sont percés et alésés à la fois dans les pièces-supports douces et dans le socle de la matrice et enfin les goujons 28 sont mis en place.
Bien que la description ci-dessus se réfère à une matrice de découpageles mêmes principes peuvent évidemment être appliqués à des parties d'outils d'emboutissage similaires tels que les poinçons et pour d'autres ty- pes de matrices, tels que les matrices de perçage, de formage et de coupage des bouts.
Il est préférable que les éléments composés ayant une hauteur de 10 cm ou davantage aient des nervures ou goussets de renforcement. Les nervures doivent être d'environ 20 mm plus basses que l'arête tranchante finale de la pièce trempée et doivent être mises en place de façon à permettre le passage dans le socle des vis et boulons nécessaires. La paroi verticale constituée par la pièce trempée doit dépasser la pièce-support non trempée à chaque extrémité d'au moins 6 mm afin quil ne puisse y avoir contact entre les éléments adja- cents que par les parties trempées, comme décrit précédemment.
Une tolérance finale de 1,5 mm doit être prévue à la fois sur les faces supérieure et inférieu- re de tous les éléments composés ayant jusque 10 cm de hauteur et une toléran- ce de. 3 mm aux parties supérieure et inférieure de ceux qui ont plus de 10 cm de hauteur. Lorsque la matrice est profilée en élévation, on doit prévoir une. tolérance d9usinage d'au moins 12 mm.
Il n'est pas souhaitable que les éléments composés aient une. longueur supérieure à environ 30 mm et ce chiffre maximum même peut devoir être réduit selon les facilités de trempe dont on dispose.
Les proportions suivantes entre les différentes dimensions se sont révélées convenables dans le cas d'éléments composés pour matrice de dé- coupage et débarbage opérai sur de l'acier en feuille de 12/10 mm ou moins :
Si la hauteur de Isolément composé est comprise entre 5 et 9 cm, 19'épaisseur de la pièce en acier à outils, y compris la tolérance dusinage fi- nal doit être de 32 mm, l'épaisseur de la pièce en acier doux doit être de 25mm et la largeur de la pièce en acier doux doit être une fois et demie la hauteur de Isolément composé (au minimum de 9 cm).
Si la hauteur de 1-'élément composé est comprise entre 9 et 15 cm, les dimensions correspondantes sont de 32 mm, 32mm, et la hauteur de l'élément composé plus 25 mm (minimum,13 cm). Si la hauteur de l'élément composé dépasse 15 cm, les chiffres correspondants sont de 38 mm, 38 mm et la hauteur de- Isolément composé plus 25 mm.
Si les éléments composés sont utilisés pour le formage, il est préférable d'ajouter 6 mm en plu& aux épaisseurs du socle-et de la pièce en acier à outils respectivement et d'ajouter 25 mm à la. largeur du socle.
Bien entendu) l'invention n'est nullement limitée aux détails de réalisation représentés ou décrits, lesquels nont été donnés qu'à titre d'exemple.