CH696971A5 - Metal blank and to form therefrom manufacturing process. - Google Patents
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Description
La présente invention est relative à un flan métallique à former, de préférence un flan en alliage d'aluminium, lequel flan est adapté spécialement pour permettre une variation spatiale de son aptitude au formage. L'invention est également relative à un procédé de fabrication d'un tel flan métallique. L'invention est également relative à un article formé constitué par un tel flan métallique. The present invention relates to a metal blank to be formed, preferably an aluminum alloy blank, which blank is specially adapted to allow spatial variation of its formability. The invention also relates to a method of manufacturing such a metal blank. The invention also relates to a formed article consisting of such a metal blank.
Dans la technique, un flan métallique adapté pour permettre une variation spatiale de son aptitude au formage est parfois appelé "flan à transformation optimisée". In the art, a metal blank adapted to allow spatial variation of its formability is sometimes referred to as an "optimized transformation blank".
L'allègement constitue l'une des principales préoccupations dans l'industrie automobile. De ce fait, de plus en plus d'articles en alliage d'aluminium ont été employés par cette industrie. Cependant, l'aptitude relativement faible au formage des articles en tôle d'alliage d'aluminium, en comparaison d'aciers à faible teneur en carbone, a été considérée comme l'un des principaux obstacles à leur application. Lightening is one of the main concerns in the automotive industry. As a result, more and more aluminum alloy articles have been used by this industry. However, the relatively poor forming ability of aluminum alloy sheet articles in comparison with low carbon steels was considered to be one of the major obstacles to their application.
Il a été proposé d'améliorer les performances de formage d'un article en tôle d'alliage d'aluminium par l'introduction d'un gradient de microstructure dans l'article en tôle d'alliage d'aluminium. En particulier, le gradient de microstructure s'applique dans les directions de la longueur et de la largeur de l'article en tôle et, dans une bien moindre mesure, dans la direction de l'épaisseur. Le gradient de microstructure provoque une variation locale de l'aptitude au formage de l'article en tôle par suite de la variation spatiale des propriétés mécaniques de l'article en tôle, par exemple sa résistance mécanique. It has been proposed to improve the forming performance of an aluminum alloy sheet article by introducing a microstructure gradient into the aluminum alloy sheet article. In particular, the microstructure gradient is applied in the length and width directions of the sheet metal article and, to a much lesser extent, in the direction of the thickness. The microstructure gradient causes a local variation in the formability of the sheet metal article due to the spatial variation of the mechanical properties of the sheet metal article, for example its mechanical strength.
Un flan métallique ayant un tel gradient de microstructure, et un procédé pour le fabriquer, sont décrits dans le brevet néerlandais no 1 017 202. Le flan métallique selon la technique antérieure est un flan en alliage d'aluminium qui a été chauffé localement pendant une durée comprise entre 2 secondes et 30 minutes à une température de 150 à 550 deg. C, afin de modifier localement la résistance mécanique du flan en alliage d'aluminium par rapport à une résistance mécanique initiale. Les parties à résistance mécanique relativement faible du flan peuvent être soumises à un niveau de déformation plus grand que précédemment. A metal blank having such a microstructure gradient, and a method for making it, are described in Dutch Pat. No. 1,017,202. The metal blank according to the prior art is an aluminum alloy blank which has been locally heated for a period of time. duration between 2 seconds and 30 minutes at a temperature of 150 to 550 deg. C, in order to locally modify the mechanical strength of the aluminum alloy blank with respect to an initial mechanical strength. The relatively low strength parts of the blank may be subjected to a higher level of deformation than previously.
Un inconvénient de ce procédé est que les propriétés mécaniques dans la masse du flan doivent être modifiées, ce qui risque de provoquer des imperfections mécaniques indésirables dans l'article final. Un autre inconvénient est qu'il faut un chauffage localisé minutieux, qui constitue non seulement une étape de transformation supplémentaire mais en outre est très complexe à réaliser. Encore un autre inconvénient est que le procédé selon la technique antérieure nécessite un alliage se prêtant à un traitement thermique. A disadvantage of this method is that the mechanical properties in the mass of the blank must be modified, which may cause undesirable mechanical imperfections in the final article. Another disadvantage is that careful localized heating is required, which is not only an additional processing step but is also very complex to perform. Yet another disadvantage is that the process according to the prior art requires an alloy suitable for heat treatment.
L'invention vise à réaliser un flan à transformation optimisée et un procédé de fabrication de celui-ci, par lequel les propriétés mécaniques dans la masse du flan métallique n'aient pas à être modifiées. The object of the invention is to provide an optimized conversion blank and a manufacturing method thereof, whereby the mechanical properties in the mass of the metal blank do not have to be modified.
Cet objectif est atteint, selon l'invention, par un flan métallique à former, lequel flan est adapté spécialement pour permettre une variation spatiale de son aptitude au formage, grâce à quoi le flan métallique a sur sa surface un coefficient de frottement à variation dans l'espace qui correspond à la variation dans l'espace de l'aptitude au formage. This object is achieved, according to the invention, by a metal blank to be formed, which blank is adapted specially to allow a spatial variation of its formability, whereby the metal blank has on its surface a coefficient of friction which varies in the space that corresponds to the variation in the space of the formability.
En adaptant le coefficient de frottement sur la surface du flan métallique, il est possible de maîtriser le mouvement de la matière pendant une opération de formage sur le flan à l'intérieur de la matrice de formage. Un coefficient de frottement plus faible doit être obtenu dans des zones du flan où, en cas de flan uniforme, la matière risque de ne pas avoir suffisamment avancé vers l'opération de formage. Un coefficient de frottement plus élevé doit être assuré là où des rides ou des plis apparaissent facilement du fait d'un mouvement excessif de la matière vers l'opération de formage. By adjusting the coefficient of friction on the surface of the metal blank, it is possible to control the movement of the material during a forming operation on the blank within the forming die. A lower coefficient of friction must be obtained in areas of the blank where, in case of uniform blank, the material may not have advanced sufficiently towards the forming operation. A higher coefficient of friction must be ensured where wrinkles or folds easily appear due to excessive movement of the material to the forming operation.
Comme l'adaptation du coefficient de frottement peut être réalisée entièrement par une modification de la surface, les propriétés mécaniques de la masse du flan métallique n'ont pas à être modifiées localement. As the adaptation of the coefficient of friction can be achieved entirely by a modification of the surface, the mechanical properties of the mass of the metal blank do not have to be modified locally.
De plus, l'invention peut être appliquée à des flans de n'importe quel type de métal et en particulier à des flans de n'importe quel type d'alliage d'aluminium, en particulier ceux portant les désignations AA 2xxx, AA 5xxx et AA 6xxx de l'Aluminium Association. In addition, the invention can be applied to blanks of any type of metal and in particular to blanks of any type of aluminum alloy, in particular those bearing the designations AA 2xxx, AA 5xxx and AA 6xxx from the Aluminum Association.
Le coefficient de frottement à variation dans l'espace peut être obtenu par un flan métallique comportant un substrat métallique et une couche d'adaptation au frottement, laquelle couche d'adaptation au frottement est présente sur toute la surface du substrat métallique et a un aspect non uniforme sur la surface pour l'obtention du coefficient de frottement à variation dans l'espace. The spatially varying coefficient of friction may be obtained by a metal blank having a metal substrate and a friction-fitting layer, which friction-fitting layer is present over the entire surface of the metal substrate and has an appearance not uniform on the surface to obtain the coefficient of friction variation in space.
La couche d'adaptation au frottement peut ainsi provoquer ou contribuer à créer le coefficient de frottement non uniforme souhaité. On entend par aspect non uniforme une variation dans l'espace de n'importe quelle propriété de la couche d'adaptation au frottement sur la surface. Par exemple, la couche d'adaptation au frottement peut avoir une composition non uniforme et/ou une présence non uniforme d'inclusions de petites matières particulaires telles que des pigments, provoquant un coefficient de frottement non uniforme. The friction-fitting layer can thus cause or contribute to creating the desired non-uniform coefficient of friction. By nonuniform appearance is meant a variation in the space of any property of the friction-fitting layer on the surface. For example, the friction-fitting layer may have a non-uniform composition and / or a non-uniform presence of inclusions of small particulates such as pigments, causing a non-uniform coefficient of friction.
De préférence, la couche d'adaptation au frottement contient un prélubrifiant. Un prélubrifiant est une couche temporaire servant à abaisser le coefficient de frottement du substrat métallique et à protéger le substrat métallique. En raison du faible coefficient de frottement associé à un prélubrifiant, le coefficient de frottement du flan métallique peut être adapté à l'aide du prélubrifiant. Normalement, un prélubrifiant est appliqué par le fournisseur de la matière du flan métallique avant le transport vers un lieu où se produit l'opération de formage. Un avantage du prélubrifiant est que l'application d'un lubrifiant n'est pas nécessaire sur le lieu de l'opération de formage. Preferably, the friction-fitting layer contains a prelubricant. A prelubricant is a temporary layer for lowering the coefficient of friction of the metal substrate and for protecting the metal substrate. Due to the low coefficient of friction associated with a prelubricant, the coefficient of friction of the metal blank can be adapted using the prelubricant. Normally, a prelubricant is applied by the material supplier of the metal blank prior to transportation to a location where the forming operation occurs. An advantage of the prelubricant is that the application of a lubricant is not necessary at the place of the forming operation.
De plus, les prélubrifiants sont conçus pour subir le bobinage et le débobinage d'un feuillard de métal pourvu du prélubrifiant, ou l'empilage et le désempilage ultérieur de tôles métalliques pourvues du prélubrifiant. C'est pourquoi les prélubrifiants conviennent pour adapter le coefficient de frottement du flan métallique. In addition, the prelubricants are designed to undergo the winding and unwinding of a metal strip provided with the prelubricant, or the stacking and subsequent unstacking of metal sheets provided with the prelubricant. This is why prelubricants are suitable for adapting the coefficient of friction of the metal blank.
De préférence, la couche d'adaptation au frottement contient un lubrifiant sec et, de préférence, le prélubrifiant est un lubrifiant sec. Preferably, the friction-fitting layer contains a dry lubricant and, preferably, the prelubricant is a dry lubricant.
Lorsque la couche d'adaptation au frottement, en particulier le lubrifiant sec, est suffisamment solide, ou a au moins une viscosité suffisamment grande, l'aspect non uniforme de la couche d'adaptation au frottement est sensiblement résistant à une rupture indésirable qui risque de survenir du fait du bobinage ou de l'empilement des flans métalliques. When the friction-fitting layer, in particular the dry lubricant, is sufficiently solid, or has at least a sufficiently high viscosity, the non-uniform appearance of the friction-fitting layer is substantially resistant to an undesirable risk-breaking fracture to occur due to the winding or stacking of metal blanks.
Dans le cadre de la présente invention, un lubrifiant sec peut être constitué par n'importe quel type de prélubrifiant qui, par exemple, lorsqu'il est appliqué sur un feuillard métallique avant le bobinage ou sur une tôle métallique avant son empilage, reste présent comme lubrifiant après le débobinage ou le désempilage ultérieur qui précède le formage. In the context of the present invention, a dry lubricant can be constituted by any type of prelubricant which, for example, when it is applied on a metal strip before the winding or on a metal sheet before its stacking, remains present as a lubricant after uncoiling or subsequent destacking before forming.
De préférence, le lubrifiant sec est une couche de revêtement temporaire, essentiellement organique. Preferably, the dry lubricant is a temporary, essentially organic coating layer.
De nombreux lubrifiants secs contiennent des matières dont le liant est une résine, de préférence, non réticulée, par exemple un acide gras (par exemple de l'acide stéarique, de l'acide laurique), de l'alcool cétylique, des esters de glycol tels que du polyéthylène glycol, à poids moléculaire suffisamment élevé pour être solide à la température ambiante. Le lubrifiant sec peut être à base d'eau, ou être constitué par un lubrifiant sec à base de substance thermofusible, de préférence une substance thermofusible à base d'huile, par exemple de la cire. Many dry lubricants contain materials whose binder is a resin, preferably non-crosslinked, for example a fatty acid (for example stearic acid, lauric acid), cetyl alcohol, glycol such as polyethylene glycol, of sufficiently high molecular weight to be solid at room temperature. The dry lubricant may be water-based, or consist of a dry lubricant based on hot-melt material, preferably a hot-melt oil-based substance, for example wax.
Un exemple particulièrement bon de couche d'adaptation au frottement à aspect non uniforme sur toute la surface du flan métallique est constitué par la couche d'adaptation au frottement à épaisseur non uniforme sur toute la surface. Lorsque la couche d'adaptation au frottement est très mince, le coefficient de frottement est localement hé aux propriétés du substrat métallique sous-jacent, tandis que là où une épaisse couche d'adaptation au frottement est présente, le coefficient de frottement est localement lié aux propriétés de la matière d'adaptation au frottement. Ainsi, le coefficient de frottement à variation dans l'espace est directement lié à l'épaisseur non uniforme sur toute la surface, et par conséquent une variation voulue de l'aptitude à la formation dans l'espace peut être obtenue en ajustant la répartition locale de la matière d'adaptation au frottement sur la surface. A particularly good example of a non-uniform aspect of the non-uniform frictional adaptation layer over the entire surface of the metal blank is the non-uniform thickness friction-fitting layer over the entire surface. When the friction-fitting layer is very thin, the coefficient of friction is locally due to the properties of the underlying metal substrate, whereas where a thick friction-fitting layer is present, the coefficient of friction is locally related. to the properties of the friction-fitting material. Thus, the spatially varying coefficient of friction is directly related to the nonuniform thickness over the entire area, and therefore a desired variation in space formation ability can be obtained by adjusting the distribution. localization of the friction-fitting material on the surface.
Dans les formes de réalisation ci-après, l'épaisseur de la couche d'adaptation au frottement est plus faible dans une première zone de la surface, et une valeur plus forte existe ailleurs sur la surface. In the embodiments hereinafter, the thickness of the friction-fitting layer is lower in a first area of the surface, and a higher value exists elsewhere on the surface.
De très bons résultats ont été obtenus dans une forme de réalisation selon laquelle la valeur la plus basse de l'épaisseur, exprimée en g/m<2> pour 1 g/m<2>, est inférieure à la rugosité superficielle du substrat métallique, exprimée en Microm Ra pour 1 Microm, et la valeur la plus élevée, exprimée en g/m<2> pour 1 g/m<2>, est supérieure à la rugosité superficielle du substrat métallique, exprimée en Microm Ra pour 1 Microm, la rugosité superficielle étant déterminée conformément à DIN 4768. Il a été constaté que la variation relative du coefficient de frottement local en comparaison d'une variation de l'épaisseur de la couche d'adaptation au frottement, de préférence en utilisant un prélubrifiant et/ou un lubrifiant sec, est maximale lorsque l'épaisseur de la couche, exprimée en g/m<2> pour 1 g/m<2> est à peu près la même que la rugosité superficielle du substrat métallique, exprimée en Microm Ra pour 1 Microm. Le coefficient de frottement peut donc être adapté de la meilleure manière à l'aide d'une épaisseur variant de part et d'autre de cette valeur en comparaison de la rugosité superficielle du substrat métallique. Very good results have been obtained in an embodiment according to which the lowest value of the thickness, expressed in g / m <2> for 1 g / m <2>, is lower than the surface roughness of the metal substrate. , expressed in Microm Ra for 1 Microm, and the highest value, expressed in g / m <2> for 1 g / m <2>, is greater than the surface roughness of the metal substrate, expressed in Microm Ra for 1 Microm , the surface roughness being determined in accordance with DIN 4768. It has been found that the relative variation of the local coefficient of friction in comparison with a variation of the thickness of the friction-fitting layer, preferably using a prelubricant and / or a dry lubricant, is maximum when the thickness of the layer, expressed in g / m <2> for 1 g / m <2> is about the same as the surface roughness of the metal substrate, expressed in Microm Ra for 1 Microm. The coefficient of friction can therefore be adapted in the best manner using a thickness varying on either side of this value in comparison with the surface roughness of the metal substrate.
De préférence, la valeur la plus élevée, exprimée en g/m<2> pour 1 g/m<2>, est inférieure ou double de la rugosité superficielle du substrat métallique, exprimée en Microm Ra pour 1 Microm. Les variations d'épaisseur de couches plus épaisses que cela ne provoquent pas des variations suffisamment correspondantes du coefficient de frottement. Preferably, the highest value, expressed in g / m <2> for 1 g / m <2>, is less than or equal to twice the surface roughness of the metal substrate, expressed as Microm Ra for 1 Microm. Thickness variations of layers thicker than that do not cause sufficiently corresponding variations in the coefficient of friction.
De préférence, l'épaisseur non uniforme de la couche d'adaptation au frottement varie de telle manière que la valeur la plus basse est inférieure à 1,0 g/m<2 >et que la valeur la plus élevée est supérieure à 1,0 g/m<2>. Il a été constaté qu'autour de cette valeur critique, la variation du coefficient de frottement par rapport à la variation d'épaisseur de la couche d'adaptation au frottement est maximale. Preferably, the non-uniform thickness of the friction-fitting layer varies so that the lowest value is less than 1.0 g / m <2> and the highest value is greater than 1, 0 g / m <2>. It has been found that around this critical value, the variation of the coefficient of friction with respect to the variation in thickness of the friction-fitting layer is maximum.
Par exemple, la valeur la plus basse peut être comprise entre 0,3 et moins de 1,0 g/m<2>. Au-dessous de 0,3 g/m<2>, le coefficient de frottement du flan métallique est presque entièrement déterminé par la rugosité superficielle du substrat métallique sous-jacent au-dessous des valeurs de rugosité les plus courantes, de telle sorte que la variation de l'épaisseur de la couche au-dessous de 0,3 g/m<2> ne provoque pas une variation suffisamment grande du coefficient de frottement. For example, the lowest value can be between 0.3 and less than 1.0 g / m 2. Below 0.3 g / m <2>, the friction coefficient of the metal blank is almost entirely determined by the surface roughness of the underlying metal substrate below the most common roughness values, so that the variation of the thickness of the layer below 0.3 g / m <2> does not cause a sufficiently large variation in the coefficient of friction.
De préférence, la valeur la plus basse est comprise entre 0,3 et moins de 0,7 g/m<2>. On constate que le coefficient de frottement est dans une très grande mesure déterminé par la rugosité superficielle pour des couches d'adaptation au frottement de moins de 0,7 g/m<2>. Ainsi, la variation la plus élevée du coefficient de frottement avec l'épaisseur de la couche d'adaptation au frottement survient à 0,7 g/m<2> et plus. Pour obtenir le coefficient de frottement à variation dans l'espace sur toute la surface du flan métallique, l'épaisseur de la couche d'adaptation au frottement peut donc être modifiée de la meilleure manière sur toute la surface à partir d'une valeur la plus basse inférieure à 0,7 g/m<2> et jusqu'à une valeur la plus forte supérieure à 1,0 g/m<2>. Preferably, the lowest value is between 0.3 and less than 0.7 g / m 2. It can be seen that the coefficient of friction is to a very large extent determined by the surface roughness for friction-fitting layers of less than 0.7 g / m 2. Thus, the highest variation in the coefficient of friction with the thickness of the friction-fitting layer occurs at 0.7 g / m 2 and above. In order to obtain the coefficient of friction varying in space over the entire surface of the metal blank, the thickness of the friction-fitting layer can therefore be modified in the best way over the entire surface from a value of about lower than 0.7 g / m <2> and to a highest value greater than 1.0 g / m <2>.
De préférence, la valeur la plus élevée est comprise entre plus de 1,0 et 2,0 g/m<2>. Avec une couche d'une épaisseur supérieure à 2,0 g/m<2>, le coefficient de frottement ne dépend plus suffisamment de l'épaisseur de la couche d'adaptation au frottement. Preferably, the highest value is between more than 1.0 and 2.0 g / m 2. With a layer thicker than 2.0 g / m <2>, the coefficient of friction is no longer sufficiently dependent on the thickness of the friction-fitting layer.
De même, il a été constaté qu'avec un lubrifiant sec en quantité supérieure à 1,3 g/m<2>, le coefficient de frottement est déterminé dans une large mesure par le coefficient de frottement du lubrifiant sec. Ainsi, la variation la plus forte du coefficient de frottement avec l'épaisseur de la couche d'adaptation au frottement se produit à partir de 1,3 g/m<2> et au-dessous. Afin d'obtenir le coefficient de frottement à variation dans l'espace sur toute la surface du flan métallique, l'épaisseur de la couche d'adaptation au frottement peut donc varier de la meilleure manière sur toute la surface depuis une valeur la plus forte supérieure à 1,3 g/m<2 >jusqu'à une valeur la plus faible inférieure à 1,0 g/m<2>. Similarly, it has been found that with a dry lubricant in an amount greater than 1.3 g / m <2>, the coefficient of friction is determined to a large extent by the coefficient of friction of the dry lubricant. Thus, the greatest variation in the coefficient of friction with the thickness of the friction-fitting layer occurs from 1.3 g / m <2> and below. In order to obtain the space variation coefficient of friction over the entire surface of the metal blank, the thickness of the friction-fitting layer can therefore vary in the best way over the entire surface from a highest value. greater than 1.3 g / m <2> to a lower value less than 1.0 g / m <2>.
De préférence encore, l'épaisseur non uniforme de la valeur la plus forte de l'épaisseur de la couche d'adaptation au frottement est comprise entre 1,3 g/m<2> et 1,5 g/m<2>. Au-dessus de 1,5 g/m<2>, le coefficient de frottement du flan métallique est déterminé dans une large mesure par le coefficient de frottement du lubrifiant sec, de telle sorte que la réalisation d'une couche d'une épaisseur supérieure à 1,5 g/m<2> n'est pas efficace pour obtenir une variation correspondante du coefficient de frottement du flan métallique. More preferably, the non-uniform thickness of the highest value of the thickness of the friction-fitting layer is between 1.3 g / m <2> and 1.5 g / m <2>. Above 1.5 g / m 2, the coefficient of friction of the metal blank is determined to a large extent by the coefficient of friction of the dry lubricant, so that the production of a layer of a thickness greater than 1.5 g / m <2> is not effective to obtain a corresponding variation in the coefficient of friction of the metal blank.
Un avantage consiste en ce que les limites de la valeur la plus forte et de la valeur la plus faible peuvent être conformes aux normes industrielles pour la fabrication de tôles destinées à des carrosseries d'automobile. One advantage is that the limits of the highest value and the lowest value can be in accordance with industry standards for the manufacture of sheet metal for automobile bodies.
En particulier, il a été constaté que le coefficient de frottement peut être adapté par l'épaisseur de la couche d'adaptation au frottement de la manière décrite plus haut, si la rugosité superficielle de la surface métallique est supérieure à 0,5 Microm Ra conformément à DIN 4768. Le coefficient de frottement peut être adapté dans des limites relativement grandes si la rugosité du flan métallique est supérieure à 0,5 Microm Ra. In particular, it has been found that the coefficient of friction can be adapted by the thickness of the friction-fitting layer as described above, if the surface roughness of the metal surface is greater than 0.5 microm ra according to DIN 4768. The coefficient of friction can be adjusted within relatively large limits if the roughness of the metal blank is greater than 0.5 Microm Ra.
La rugosité superficielle est de préférence supérieure à 0,8 Microm Ra conformément à DIN 4768, et de préférence encore supérieure à 1,0 Microm Ra conformément à DIN 4768, pour permettre qu'une excellente gamme de valeurs de coefficients de frottement soit couverte surtout du côté des fortes valeurs de frottement de la gamme. The surface roughness is preferably greater than 0.8 Microm Ra according to DIN 4768, and more preferably greater than 1.0 Microm Ra according to DIN 4768, to allow an excellent range of friction coefficient values to be covered mainly on the side of the high friction values of the range.
Concrètement, une limite supérieure typique pour la rugosité superficielle est de 2 Microm Ra. Certaines normes industrielles recommandent 1,5 Microm Ra, de préférence 1,3 Microm Ra comme limite supérieure. Specifically, a typical upper limit for surface roughness is 2 Microm Ra. Some industry standards recommend 1.5 Microm Ra, preferably 1.3 Microm Ra as the upper limit.
L'invention est également relative à un article formé, de préférence une tôle pour carrosserie d'automobile, constitué par un flan métallique formé selon l'une quelconque des formes de réalisation décrite plus haut. The invention also relates to a shaped article, preferably a sheet for automobile body, consisting of a metal blank formed according to any one of the embodiments described above.
Les flans métalliques peuvent être réalisés sous la forme de flans individuels, mais il est préférable que les flans métalliques soient présents à intervalles périodiques réguliers sur un feuillard de métal. Un tel feuillard peut être produit à une échelle industrielle et transporté sur une bobine jusqu'au lieu de l'opération de formage. The metal blanks may be formed as individual blanks, but it is preferred that the metal blanks be present at regular periodic intervals on a metal strip. Such a strip can be produced on an industrial scale and transported on a reel to the place of the forming operation.
Outre le flan métallique décrit ci-dessus, l'objectif de l'invention est également atteint avec un procédé de fabrication d'un flan métallique à former. In addition to the metal blank described above, the object of the invention is also achieved with a method of manufacturing a metal blank to be formed.
Le procédé selon l'invention comprend les étapes consistant à réaliser un flan métallique initial et à adapter le flan métallique initial pour obtenir une variation voulue dans l'espace de l'aptitude au formage du flan métallique, l'étape d'adaptation du flan métallique initial consistant à obtenir sur sa surface un coefficient de frottement à variation dans l'espace qui correspond à la variation souhaitée de l'aptitude au formage dans l'espace. The method according to the invention comprises the steps of making an initial metal blank and adapting the initial metal blank to obtain a desired variation in the space of the formability of the metal blank, the step of adapting the blank The invention concerns an initial metallic method of obtaining on its surface a spatially varying coefficient of friction which corresponds to the desired variation in formability in space.
En adaptant le coefficient de frottement sur toute la surface du flan métallique, le mouvement de la matière pendant une opération ultérieure de formage sur le flan à l'intérieur d'une matrice de formage peut être maîtrisé. Un coefficient de frottement plus faible doit être obtenu dans des zones du flan où, en cas de flan uniforme, la matière risque de ne pas avoir suffisamment avancé vers l'opération de formage. Un coefficient de frottement plus élevé doit être obtenu là où des rides ou des plis apparaissent facilement du fait du mouvement d'une trop grande quantité de matière vers l'opération de formage. By adapting the coefficient of friction over the entire surface of the metal blank, the movement of the material during a subsequent forming operation on the blank within a forming die can be controlled. A lower coefficient of friction must be obtained in areas of the blank where, in case of uniform blank, the material may not have advanced sufficiently towards the forming operation. A higher coefficient of friction must be obtained where wrinkles or folds easily appear due to the movement of too much material to the forming operation.
Comme l'adaptation du coefficient de frottement peut être réalisée entièrement par modification de la surface, comme par exemple en modifiant la rugosité superficielle du flan métallique, les propriétés mécaniques de la masse du flan métallique n'ont pas à être localement modifiées. As the adaptation of the coefficient of friction can be achieved entirely by modifying the surface, such as for example by modifying the surface roughness of the metal blank, the mechanical properties of the mass of the metal blank do not have to be locally modified.
L'invention peut être appliquée à des flans en n'importe quel type de métal, et en particulier à des flans en n'importe quel type d'alliage d'aluminium, dont les alliages des séries AA 2xxx, AA 5xxx et AA 6xxx selon les désignations de l'Aluminium Association. The invention can be applied to blanks of any type of metal, and in particular to blanks of any type of aluminum alloy, including AA 2xxx, AA 5xxx and AA 6xxx alloys. according to the designations of the Aluminum Association.
On remarque que les flans métalliques peuvent être réalisés sous la forme de flans individuels, aussi bien qu'à une échelle industrielle, en grandes séries sur un feuillard. Le feuillard peut être bobiné. Dans ce dernier cas, les flans métalliques peuvent être présents à intervalles périodiques réguliers sur le feuillard. Ces flans doivent généralement être séparés les uns des autres avant une opération de formage. It is noted that the metal blanks can be made in the form of individual blanks, as well as on an industrial scale, in large series on a strip. The strip can be wound. In the latter case, the metal blanks may be present at regular periodic intervals on the strip. These blanks must generally be separated from one another before a forming operation.
De préférence, l'adaptation du flan métallique est réalisée en appliquant d'une manière uniforme sur la surface d'un substrat métallique une couche d'adaptation au frottement, la manière uniforme correspondant à la variation voulue du coefficient de frottement dans l'espace, sur la surface du flan métallique. Preferably, the adaptation of the metal blank is carried out by uniformly applying to the surface of a metal substrate a friction-fitting layer, the uniform manner corresponding to the desired variation of the coefficient of friction in space. , on the surface of the metal blank.
N'importe quelle propriété de la couche d'adaptation au frottement peut être modifiée sur la surface, comme par exemple en appliquant sur la surface une couche d'une composition non uniforme, ou en mettant en place de manière non uniforme des inclusions de petites particules telles que des pigments, ce qui crée un coefficient de frottement non uniforme. Any property of the friction-fitting layer may be modified on the surface, such as by applying to the surface a layer of a non-uniform composition, or by non-uniformly placing small inclusions. particles such as pigments, which creates a non-uniform coefficient of friction.
De préférence, la couche d'adaptation au frottement est réalisée sous la forme d'un prélubrifiant. Un prélubrifiant peut être appliqué par le fournisseur de la matière des flans métalliques avant leur transport jusqu'à un endroit où a lieu l'opération de formage. Un avantage du prélubrifiant est qu'il n'est pas nécessaire de procéder à une lubrification sur le lieu de l'opération de formage. Preferably, the friction-fitting layer is in the form of a prelubricant. A prelubricant can be applied by the material supplier of the metal blanks before transport to a location where the forming operation takes place. An advantage of the prelubricant is that it is not necessary to lubricate at the place of the forming operation.
De plus, les prélubrifiants sont conçus pour pouvoir résister au bobinage et au débobinage du feuillard métallique, ou à l'empilage et au désempilage ultérieur de tôles métalliques. Pour cette raison, les prélubrifiants conviennent pour adapter le coefficient de frottement du flan métallique. In addition, the prelubricants are designed to withstand the winding and unwinding of the metal strip, or the stacking and subsequent unstacking of metal sheets. For this reason, the prelubricants are suitable for adapting the coefficient of friction of the metal blank.
De préférence, la couche d'adaptation au frottement se présente sous la forme d'un lubrifiant sec, et de préférence le prélubrifiant est un lubrifiant sec. Preferably, the friction-fitting layer is in the form of a dry lubricant, and preferably the prelubricant is a dry lubricant.
Une façon particulièrement bonne de doter d'une manière uniforme la surface du substrat métallique d'une couche d'adaptation au frottement consiste à appliquer la couche d'adaptation au frottement sur une épaisseur non uniforme sur toute la surface. Si la couche d'adaptation au frottement est très mince, le coefficient de frottement dépend localement des propriétés du substrat métallique sous-jacent, tandis que là où une épaisse couche d'adaptation au frottement est présente, le coefficient de frottement dépend localement des propriétés de la matière d'adaptation au frottement. Ainsi, le coefficient de frottement à variation dans l'espace est directement lié à l'épaisseur non uniforme sur la surface, et par conséquent une variation voulue de l'aptitude au formage dans l'espace peut être obtenue en ajustant la répartition locale de la matière d'adaptation au frottement sur toute la surface. A particularly good way of uniformly providing the surface of the metal substrate with a friction-fitting layer is to apply the friction-fitting layer to a non-uniform thickness over the entire surface. If the friction-fitting layer is very thin, the coefficient of friction locally depends on the properties of the underlying metal substrate, whereas where a thick friction-fitting layer is present, the coefficient of friction depends locally on the properties of the underlying metal substrate. of the friction adaptation material. Thus, the spatially varying coefficient of friction is directly related to the non-uniform thickness on the surface, and therefore a desired variation in the formability in space can be obtained by adjusting the local distribution of the friction-fitting material on the whole surface.
On remarque que l'application d'une couche uniforme de prélubrifiant et/ou d'un lubrifiant sur un flan métallique est connue en elle-même. Par conséquent, l'adaptation du flan métallique passant par la réalisation d'une couche d'adaptation au frottement d'aspect non uniforme et par l'application d'une couche de prélubrifiant et/ou de lubrifiant sèche, peut avantageusement se faire lors de la même étape de transformation, sans nécessiter une étape de transformation supplémentaire. Note that the application of a uniform layer of prelubricant and / or a lubricant on a metal blank is known per se. Therefore, the adaptation of the metal blank passing through the realization of a non-uniform appearance of friction adaptation layer and the application of a prelubricant layer and / or dry lubricant, can advantageously be done during of the same transformation step, without requiring an additional transformation step.
De préférence, la surface du substrat métallique est tout d'abord dotée d'une rugosité déterminée, directement par texturation de la surface ou par passage de cylindres à surface texturée, avant l'application de la couche d'adaptation au frottement sur la surface. Le coefficient de frottement du flan métallique résulte donc des effets conjoints des propriétés de surface du substrat métallique et de celles de la couche d'adaptation au frottement. Preferably, the surface of the metal substrate is first of all provided with a determined roughness, directly by texturing the surface or by passage of textured surface cylinders, before the application of the friction-fitting layer on the surface. . The coefficient of friction of the metal blank results therefore from the joint effects of the surface properties of the metal substrate and those of the friction-fitting layer.
Des façons commodes de réaliser une texturation de surface consistent à passer un cylindre de texturation EBT ou EDT avant d'appliquer la couche d'adaptation au frottement sur la surface. La texturation EDT, ou texturation par décharge d'électrons, est une technique connue pour réaliser un fini uniforme sur une surface. Si le fini de surface est uniforme, le flan n'aura aucune orientation préférentielle et l'adaptation pourra s'effectuer par application de l'aspect non uniforme de la couche d'adaptation au frottement. Convenient ways to achieve surface texturing are to pass an EBT or EDT texturing cylinder prior to applying the friction matching layer to the surface. EDT texturing, or electron discharge texturing, is a known technique for achieving a uniform finish on a surface. If the surface finish is uniform, the blank will have no preferential orientation and adaptation can be effected by applying the non-uniform appearance of the friction-fitting layer.
Des valeurs typiques préférées pour la rugosité superficielle du substrat métallique ont déjà été données plus haut. De préférence, la couche d'adaptation au frottement est appliquée sur le flan métallique en utilisant une buse de pulvérisation pour pulvériser en sortie une matière pour la couche d'adaptation au frottement, et en modulant la sortie de pulvérisation. La sortie peut être modulée pour contribuer à l'application non uniforme de la couche d'adaptation au frottement. Par exemple, la sortie de pulvérisation peut être modulée en ce qui concerne la composition et/ou l'épaisseur. Si le flan métallique est déplacé sous les buses, dans un sens par rapport aux buses tandis que sa surface est exposée aux buses, comme dans le cas d'un laminoir à feuillards, tandis que la sortie de pulvérisation est modulée, l'aspect de la couche d'adaptation au frottement peut facilement être adapté dans la direction transversale par rapport au déplacement. Preferred typical values for the surface roughness of the metal substrate have already been given above. Preferably, the friction-fitting layer is applied to the metal blank using a spray nozzle for spraying a material for the friction-fitting layer, and modulating the spray output. The output can be modulated to contribute to the non-uniform application of the friction matching layer. For example, the spray output can be modulated with respect to composition and / or thickness. If the metal blank is moved under the nozzles, in one direction relative to the nozzles while its surface is exposed to the nozzles, as in the case of a strip mill, while the spray output is modulated, the appearance of the friction-fitting layer can easily be adapted in the direction transverse to the displacement.
De préférence, la couche d'adaptation au frottement est appliquée sur le substrat métallique à l'aide d'une pluralité de buses de pulvérisation. Pour pulvériser, par exemple, différentes compositions et/ou quantités de matière de couche d'adaptation au frottement par buse, l'aspect de la couche peut être localement maîtrisé. Preferably, the friction-fitting layer is applied to the metal substrate by a plurality of spray nozzles. For spraying, for example, different compositions and / or amounts of nozzle friction matching layer material, the appearance of the layer can be locally controlled.
Le flan métallique adapté obtenu selon l'une quelconque des formes de réalisation du procédé décrites ci-dessus, peut ensuite être transformé en un article formé, de préférence sous la forme d'une pièce de tôle pour carrosserie d'automobile. The suitable metal blank obtained according to any of the above-described embodiments of the process may then be formed into a shaped article, preferably in the form of a sheet metal part for an automobile body.
L'invention et nombre des avantages qui s'y attachent apparaîtront facilement plus clairement en référence à la description détaillée ci-après, faite en considération des dessins annexés, sur lesquels: <tb>la fig. 1<sep>représente une vue schématique de dessus d'une installation pour fabriquer le flan métallique selon une forme de réalisation de l'invention. <tb>la fig. 1<sep>représente schématiquement une tôle d'alliage d'aluminium laminée 1. La tôle 1 subit une passe de finissage à l'aide d'un cylindre de texturation EDT 2. Le cylindre EDT a un fini de surface d'une rugosité d'environ 1 Microm Ra conformément à DIN 4768. The invention and many of the advantages thereof will become readily apparent with reference to the following detailed description, taken in consideration of the accompanying drawings, in which: <tb> fig. 1 <sep> is a schematic top view of an installation for manufacturing the metal blank according to one embodiment of the invention. <tb> fig. 1 <sep> schematically represents a sheet of rolled aluminum alloy 1. Sheet 1 undergoes a finishing pass using an EDT 2 texturing roll. The EDT roll has a surface finish of roughness about 1 Microm Ra according to DIN 4768.
Après avoir subi le laminage de finissage, la tôle défile devant un ensemble transversal de buses de pulvérisation 3. Ces buses 3 pulvérisent un prélubrifiant sous la forme d'un lubrifiant sec à base d'eau à la surface de la tôle d'alliage d'aluminium 1. Le lubrifiant à base d'eau peut facilement être appliqué de la manière souhaitable, et c'est pourquoi on lui accordera la préférence. D'autres prélubrifiants, de préférence des lubrifiants secs, tels que des adhésifs thermofusibles à base d'huile, peuvent néanmoins également donner de bons résultats. After having undergone the finishing rolling, the sheet passes in front of a transverse set of spray nozzles 3. These nozzles 3 spray a prelubricant in the form of a dry water-based lubricant on the surface of the alloy sheet. Aluminum 1. The water-based lubricant can easily be applied as desired, and therefore it will be given preference. Other prelubricants, preferably dry lubricants, such as oil-based hot melt adhesives, may nevertheless also give good results.
Dans la forme de réalisation représentée, les buses proches du bord de la tôle pulvérisent moins de lubrifiant sec que les buses du milieu. L'épaisseur de la couche de prélubrifiant réalisée à la surface de la tôle d'alliage d'aluminium est donc plus faible près des bords 4 qu'au milieu 5. De plus, la quantité pulvérisée par les buses est modulée dans le temps. In the embodiment shown, the nozzles near the edge of the sheet spray less dry lubricant than the nozzles of the medium. The thickness of the prelubricant layer produced on the surface of the aluminum alloy sheet is therefore smaller near the edges 4 than in the middle 5. Moreover, the quantity sprayed by the nozzles is modulated in time.
La couche de lubrifiant sec décrite plus haut constitue une couche d'adaptation au frottement. Du fait de la variation locale d'épaisseur du lubrifiant sec, le coefficient de frottement varie sur toute la surface de la tôle d'alliage d'aluminium. Là où l'épaisseur de la couche est relativement grande, le coefficient de frottement est relativement bas, car il est principalement déterminé par celui du lubrifiant sec. Là où l'épaisseur de la couche est relativement basse, le coefficient de frottement est relativement élevé car l'effet de lubrification est relativement faible, aussi le coefficient de frottement est-il davantage déterminé par la surface du substrat métallique. La tôle peut être découpée pour former des flans d'alliage d'aluminium individuels, ayant une couche d'adaptation au frottement d'une épaisseur non uniforme sur toute la surface. Par conséquent, l'aptitude au formage est adaptée sur toute la surface de chaque flan métallique. On remarquera que les buses 3 peuvent pulvériser sur la face inférieure de la tôle d'alliage d'aluminium plutôt que sur la face supérieure, ou que des buses peuvent pulvériser sur la face inférieure en plus des buses pulvérisant sur la face supérieure de la tôle. The dry lubricant layer described above constitutes a friction-fitting layer. Due to the local variation in thickness of the dry lubricant, the coefficient of friction varies over the entire surface of the aluminum alloy sheet. Where the thickness of the layer is relatively large, the coefficient of friction is relatively low because it is mainly determined by that of the dry lubricant. Where the thickness of the layer is relatively low, the coefficient of friction is relatively high because the lubrication effect is relatively low, so the coefficient of friction is more determined by the surface of the metal substrate. The sheet may be cut to form individual aluminum alloy blanks, having a friction-fitting layer of non-uniform thickness over the entire surface. Therefore, the formability is adapted to the entire surface of each metal blank. It should be noted that the nozzles 3 can spray on the underside of the aluminum alloy sheet rather than on the upper face, or that nozzles can spray on the underside in addition to nozzles spraying on the upper face of the sheet. .
Il est également possible de découper les flans individuels avant de modifier leur coefficient de frottement. It is also possible to cut the individual blanks before modifying their coefficient of friction.
L'application de la couche de lubrifiant sec sur la tôle d'aluminium assure un coefficient de frottement relativement bas en comparaison de la lubrification par de l'huile. De plus, le coefficient de frottement d'une certaine couche de lubrifiant sec est davantage reproductible que ne le permet normalement l'huile, car dans ce dernier cas, il dépend de conditions de transformation telles que la pression et la vitesse de formage. Enfin, en raison de la nature de préférence solide de la couche de lubrifiant sec, l'épaisseur de la couche peut être modifiée d'une façon maîtrisée. The application of the dry lubricant layer on the aluminum sheet provides a relatively low coefficient of friction as compared to lubrication with oil. In addition, the coefficient of friction of a certain layer of dry lubricant is more reproducible than normally allowed oil, because in the latter case, it depends on processing conditions such as pressure and forming speed. Finally, because of the preferably solid nature of the dry lubricant layer, the thickness of the layer can be varied in a controlled manner.
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