CH628826A5 - Procede de formage de pieces creuses courbes, dispositif pour la mise en oeuvre de ce procede et pieces creuses courbes embouties ainsi obtenues. - Google Patents

Description

La présente invention concerne un procédé de formage de pièces creuses courbes et s'étend aux produits obtenus par ce procédé. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en œuvre du procédé.

Un besoin très important de composants coudés creux est ressenti dans le domaine de l'aéraulique et de l'hydraulique.

Ces composants, couramment dénommés coudes, se caractérisent, d'une part, par un élancement élevé, c'est-à-dire un rapport entre le diamètre du tube courbe et son épaisseur qui est généralement supérieur à 30, et, d'autre part, compte tenu de l'encombrement réduit que l'on attend d'eux, par un faible rayon de courbure du coude. Par faible rayon de courbure, on entend normalement un rayon de courbure qui est généralement inférieur à cinq fois le diamètre du tube courbe.

Le procédé industriel courant de fabrication de ces pièces creuses courbes consiste actuellement à emboutir, en les cintrant, deux coquilles en tôle, qui sont ensuite soudées l'une à l'autre pour former un tube coudé et finalement galvanisées.

Ce procédé présente l'inconvénient de nécessiter de nombreuses opérations, compte tenu notamment du fait que la galvanisation des zones de soudure ne peut être effectuée qu'après l'assemblage des coquilles. Lorsque la galvanisation de l'ensemble du coude est effectuée à ce stade, des bains de grande capacité sont exigés en raison du volume important des pièces à traiter.

La présente invention est relative à un procédé de formage de pièces creuses courbes qui, d'une part, permet d'éviter les inconvénients précités et qui, d'autre part, convient très bien pour le formage de pièces creuses courbes à élancement élevé et faible rayon de courbure comparé au diamètre de la pièce creuse.

A cet effet, conformément à l'invention, on emboutit un flan placé devant l'ouverture d'une matrice au moyen d'un poinçon en forme de tronçon annulaire, animé d'un mouvement oscillant autour du centre de courbure de l'anneau dont ce poinçon fait partie.

La présente invention a également trait à un dispositif comportant une matrice et un serre-flan entre lesquels est disposé un flan pour subir l'action d'un poinçon, ce dernier, en forme de tronçon annulaire, étant monté de manière à pouvoir effectuer un mouvement oscillant autour du centre de courbure de l'anneau dont il fait partie et par lequel passe son axe de rotation.

La présente invention concerne également une pièce creuse courbe emboutie, telle que définie dans la revendication 9. Dans une forme spéciale d'exécution, les pièces embouties selon la présente invention sont caractérisées en ce que le flan a une forme en tronçon d'anneau dont le rapport est

R étant le rayon moyen de courbure du tronçon d'anneau et d étant son diamètre.

De préférence, le poinçon présente la forme d'un tronçon de volume engendré par une figure géométrique tournant autour d'un axe situé dans son plan et ne passant pas par son centre. Pour la réalisation de coudes de section transversale circulaire, le poinçon présente la forme d'un tronçon de tore. D'autres sections du coude peuvent toutefois être désirées; dans ce cas, le poinçon présente une section de forme correspondante, par exemple rectangulaire.

II peut être souhaitable d'emboutir des coudes de section transversale décroissante; dans ce cas, le poinçon présente une section transversale qui diminue en direction du nez du poinçon.

On peut utiliser des flans présentant une forme sensiblement circulaire pour autant qu'on les place de manière décentrée devant l'ouverture de la matrice, le centre du flan étant situé sur une ligne qui passe par le centre de l'ouverture de la matrice et le centre de courbure de l'anneau dont le poinçon fait partie, ce dernier centre étant aussi le centre de rotation du poinçon, dans le prolongement des deux centres précités.

Une forme spéciale d'exécution du procédé selon l'invention consiste en ce que le poinçon est, d'une part, guidé autour de son centre de rotation et qu'il est, d'autre part, sollicité en mouvement par un système de forces extérieur audit centre de rotation. L'intérêt de cette dissociation entre le guidage et l'entraînement du poinçon consiste en ce que, malgré la distance généralement faible entré le centre de rotation du poinçon et le poinçon lui-même, la force nécessaire à l'entraînement du poinçon reste relativement faible

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comparée à celle qui serait requise s'il fallait entraîner le poinçon à partir de son centre de rotation.

Les détails et particularités du procédé et du dispositif selon l'invention ressortiront de la description donnée ci-après à titre non limitatif, avec référence aux dessins, dans lesquels:

la fig. 1 illustre, schématiquement, le procédé selon l'invention; la fig. 2 représente une pièce creuse courbe à l'état dans lequel elle sort d'une presse d'emboutissage faisant application du procédé selon l'invention;

la fig. 3 représente une vue en coupe transversale, le long de la ligne II-II de la fig. 1, du poinçon;

la fig. 4 représente une vue analogue à la fig. 3, illustrant une variante de réalisation du poinçon;

la fig. 5 représente une vue en élévation d'une autre variante de réalisation du poinçon;

la fig. 6 représente une vue schématique, en élévation, partiellement en coupe, réalisée le long de la ligne VI-VI de la fig. 7, d'un exemple de presse d'emboutissage apte à mettre en œuvre le procédé illustré à la fig. 1 ;

la fig. 7 représente une vue en plan, partiellement en coupe, réalisée au niveau de la ligne VII-VII de la fig. 6;

la fig. 8 illustre schématiquement les phénomènes de frottement entre le poinçon et le flan au cours de l'emboutissage;

les fig. 9 et 10 illustrent schématiquement deux variantes de presse d'emboutissage aptes à la mise en œuvre du procédé illustré à la fig. 1.

La fig. 1 illustre schématiquement le procédé selon l'invention: un poinçon 1, constitué par un tronçon de tore, est amené à effectuer un mouvement oscillant autour du centre C du tore, mouvement au cours duquel il pénètre dans une matrice 2 présentant un canal 3 de forme généralement torique; un flan 4 est placé sur l'ouverture 5 de la matrice et il y est retenu par un serre-flan non représenté qui exerce sur lui une force de serrage appropriée dans le sens des flèches 6.

De préférence, le centre de rotation C du poinçon torique 1 est situé dans un plan qui se confond sensiblement avec le plan de l'ouverture 5 de la matrice 2.

Au cours de son mouvement, le poinçon 1 emboutit le flan 4 en lui donnant la forme d'un tube torique borgne tel que celui représenté à la fig. 2, ayant un développement angulaire qui dépend de l'ampleur de la rotation du poinçon.

Pour rendre le tube prêt à l'emploi, il suffit d'en ouvrir le fond 7, ce qui peut être réalisé à la fin du processus d'emboutissage, ainsi que cela est bien connu pour l'emboutissage de tubes droits, et de repousser d'autre part la collerette 8 afin de réaliser des portées cylindriques permettant une orientation quelconque du tube.

L'emboutissage peut être effectué dans des flans préalablement galvanisés.

Il a été constaté que le procédé selon l'invention se prête particulièrement bien à l'emboutissage de composants présentant, d'une part, un élancement élevé, c'est-à-dire un rapport entre le diamètre du tube embouti et son épaisseur qui est supérieur à 30 et, d'autre part, un faible rayon de courbure, généralement inférieur à 5 fois le diamètre du tube. Dans le cas de coudes utilisés en aéraulique, il s'agit généralement de tubes ayant une épaisseur de l'ordre de 0,5 à 1,5 mm et un diamètre de 50 à 1600 mm, de préférence de 60 à 160 mm; les rayons de courbures correspondent généralement à 1,1,5 et 2 fois le diamètre du tube coudé.

Le développement angulaire du tube coudé que l'on peut obtenir dépend de la qualité de la tôle utilisée, du lubrifiant déposé sur le flan ainsi que des moyens mécaniques mis en œuvre. Des emboutis de 30 et de 45°, présentant un diamètre de l'ordre de 10 mm et une épaisseur de l'ordre du millimètre, ont été réalisés, et il est prévu que l'on peut atteindre un développement de 90°.

Il a été constaté que l'emboutissage s'accommode de flans de forme généralement circulaire, pour autant qu'ils soient disposés de manière décentrée devant l'ouverture 5 de la matrice 2, le centre du flan étant situé sur une ligne qui passe par le centre de l'ouverture précitée 5 et le centre C de rotation du poinçon 1, dans le prolongement des deux centres précités. Cette caractéristique permet de simplifier les opérations préparatoires à l'emboutissage.

Comme cela est représenté schématiquement à la fig. 1, le poinçon est entraîné par une force F appliquée par tout système de forces convenable qui est indépendant de son centre de rotation C. Celui-ci constitue en conséquence un guide ou une articulation auquel le poinçon est relié de toute façon convenable, celle illustrée étant un bras 9.

Au lieu de présenter une section circulaire, le poinçon peut avoir une section de forme différente, appropriée à la section transversale du tube coudé que l'on désire obtenir. La fig. 4 représente, à titre d'exemple, un poinçon 100 présentant une section généralement rectangulaire.

Si le tube courbe embouti doit présenter un profil de section variable, le poinçon doit avoir une forme correspondante. La fig. 5 représente un poinçon 102 de section régulièrement décroissante en direction du nez 103 du poinçon.

On a représenté schématiquement aux fig. 6 et 7 un exemple de presse d'emboutissage adaptée à la mise en œuvre du procédé selon l'invention décrit avec référence à la fig. 1.

Dans la réalisation représentée aux fig. 6 et 7, le serre-flan est monté fixe sur la table 10 de presse, tandis que la matrice 2 est solidaire du piston inférieur 11 qui agit vers le haut et elle est donc poussée entre le serre-flan après placement du flan sur la matrice. Le flan 4, circulaire, a été représenté en traits interrompus à la fig. 7; on constate qu'il est disposé de manière décentrée sur l'ouverture d'entrée 5 de la matrice 2.

Le poinçon 1 est entraîné suivant un mouvement oscillant autour de l'axe horizontal 12 qui coupe de façon perpendiculaire le plan de symétrie du poinçon, axe qui est situé au niveau de l'ouverture d'entrée 5 dans le canal 3 de la matrice 2. Le mouvement oscillant est commandé par le mouvement de translation verticale du piston supérieur 13 de la presse; à cet effet, le piston 13 est équipé d'une paire de bielles 14, articulées chacune sur un bras 15 fixé à la partie supérieure du poinçon 1. Le guidage du poinçon est assuré par une paire de leviers 16 articulés chacun, d'une part, sur un desdits bras 15, d'autre part, sur un bras auxiliaire 17 fixé au poinçon et, d'autre part enfin, sur un pivot 18 monté dans l'alignement de l'axe 12, dans une paire d'oreilles 19 en saillie sur la surface supérieure d'une cavité 20 que présente la matrice 2 à l'endroit des leviers 16.

La fig. 8 illustre le processus d'emboutissage qui a pu être reconstitué pour un emboutissage de flans ayant des diamètres de l'ordre de 180 à 204 mm et des épaisseurs de l'ordre de 0,83 à 0,96 mm pour l'obtention de tubes coudés d'environ 10 mm de diamètre présentant un développement angulaire compris entre 30 et 45°. On a utilisé, pour pouvoir déterminer les allongements subis par le flan ainsi que le type d'écoulement du flan dans la matrice, la méthode de marquage des flans par une fine grille à l'intérieur de laquelle sont tracées de petites circonférences; la déformation de ces circonférences sur les tubes coudés permet de déterminer les taux d'allongement et d'amincissement de la tôle. On a constaté que le flan colle à l'extrados 21 du poinçon 1. Les forces de frottement ont été illustrées par la zone noircie. Les forces de frottement indirectes diminuent l'effort de traction sur la tôle le long de l'arc S" S'. C'est la section S'qui devient la plus sollicitée; il a été constaté que plus l'embouti était profond, plus la longueur S" S'était grande au moment de la déchirure, laquelle se produit en S'; cet effet de frottement permet, semble-t-il, l'obtention de coudes ayant un développement angulaire de l'ordre de 45° étant donné que la zone soumise au frottement augmente constamment en cours d'emboutissage, ce qui permet une meilleure répartition des allongements.

Le schéma de la fig. 8 permet en outre de constater que la matrice ne nécessite pas un canal 5 profilé de façon précise, étant donné que seule la zone d'entrée dans la matrice sert effectivement d'appui au flan. Elle pourrait donc se limiter à une table présentant une ouverture à bord correctement profilé.

La presse représentée à la fig. 9 comporte un serre-flan 50 et une matrice 52 pivotant sur un axe horizontal 53 sous l'effet d'un vérin de

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commande 54. Le flan 55 est placé sur le serre-flan 50 de manière décentrée, comme à la fig. 6.

Lorsque la matrice 52 est abaissée, elle peut être bloquée par un dispositif de verrouillage 56 reçu dans un logement 57 de la matrice et commandé par un vérin 58.

Quatre vérins 59 (deux seulement sont représentés) exercent un effort de poussée sur le serre-flan après verrouillage de la matrice.

Le poinçon 61 est monté sur un bras 62 (représenté avec un arrachement partiel pour montrer le vérin 59 de droite) qui pivote sur l'axe 53. Il y a donc ainsi un point de rotation commun pour le poinçon 61 et la matrice 52.

Le mouvement du poinçon 61 est commandé par un piston de vérin 63 convenablement dimensionnè et articulé en 64 et 65.

Ce type de dispositif, s'il rend nécessaire une construction rigide et précise pour reprendre les efforts exercés essentiellement sur l'axe 53 et le verrou 56, offre cependant un certain nombre d'avantages importants. D'une part, il facilite la sortie des pièces terminées de la machine par un simple relèvement de la matrice et, d'autre part, on obtient une poussée constante exercée sur la matrice, indépendamment des variations de l'effort exercé au cours de l'opération d'emboutissage à l'aide du poinçon, l'effort exercé sur le flan étant uniquement celui résultant des vérins agissant sur le serre-flan. 5 De plus, cette disposition permet aisément d'intégrer la presse dans une ligne de transfert en prévoyant une alimentation et une évacuation latérales des pièces.

Dans la forme d'exécution de la fig. 10, un flan 75 disposé entre la matrice 72 et le serre-flan 70 logé dans la table 71 est embouti par un 10 poinçon 81 monté sur un bras 82 et pivotant sur un axe 73.

Le poinçon 81 est commandé par un vérin 83 articulé en 84 sur le bras 82 du poinçon.

La matrice est maintenue par un vérin 74 exerçant son effort sur 15 une plaque d'appui 85.

Ce dispositif ne nécessite pas de verrouillage, mais l'effort exercé sur le flan par la matrice est influencé par l'effort variable appliqué au poinçon au cours de l'emboutissage.

4 feuilles dessins

Claims (12)

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1. Procédé de formage de pièces creuses courbes, caractérisé en ce que l'on emboutit un plan placé devant l'ouverture d'une matrice au moyen d'un poinçon en forme de tronçon annulaire, animé d'un mouvement oscillant autour du centre de courbure de l'anneau dont le tronçon fait partie.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on dispose un flan, qui présente une forme sensiblement circulaire, de manière décentrée devant l'ouverture de la matrice, en plaçant le centre de ce flan sur une ligne qui passe par le centre de l'ouverture de la matrice et le centre de courbure de l'anneau dont le poinçon fait partie, ce dernier centre étant aussi le centre de rotation du poinçon.

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REVENDICATIONS

3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le poinçon est, d'une part, guidé autour de son centre de rotation et qu'il est, d'autre part, sollicité en mouvement par un système de forces extérieur audit centre de rotation.

4. Dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3 comportant une matrice et un serre-flan entre lesquels est disposé un flan pour subir l'action d'un poinçon, caractérisé en ce que le poinçon en forme de tronçon annulaire est monté de manière à pouvoir effectuer un mouvement oscillant autour du centre de courbure de l'anneau dont il fait partie et par lequel passe son axe de rotation.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la matrice est montée sur le même axe de rotation que celui du poinçon et est verrouillable en position d'emboutissage, tandis que des vérins sont prévus pour exercer sur le serre-flan un effort de poussée vers la matrice.

6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par un poinçon présentant la forme d'un tronçon de volume engendré par une figure géométrique tournant autour d'un axe situé dans son plan et ne passant pas par son centre.

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par un poinçon en forme d'un tronçon de tore.

8. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que la section transversale du poinçon diminue en direction du nez du poinçon.

9. Pièce creuse courbe emboutie obtenue par le procédé selon l'une des revendications 1 à 3.

10. Pièce emboutie selon la revendication 9, caractérisée en ce que le flan a une forme en tronçon d'anneau, dont le rapport

R étant le rayon moyen de courbure du tronçon d'anneau et d étant son diamètre.

11. Pièce emboutie selon la revendication 10, caractérisée en ce

R

que le rapport correspond à l'une des valeurs suivantes: 1,1,5,2.

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12. Pièce emboutie selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisée en ce que le flan a une forme en tronçon d'anneau dont d

l'élancement, c'est-à-dire le rapport —, est au moins égal à 30,

e d étant le diamètre du tronçon d'anneau et e son épaisseur.