EP0165133A1 - Procédé et dispositif d'emboutissage de tôles - Google Patents

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EP0165133A1
EP0165133A1 EP85400946A EP85400946A EP0165133A1 EP 0165133 A1 EP0165133 A1 EP 0165133A1 EP 85400946 A EP85400946 A EP 85400946A EP 85400946 A EP85400946 A EP 85400946A EP 0165133 A1 EP0165133 A1 EP 0165133A1
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EP
European Patent Office
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sheet
support
slide
central
active part
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EP85400946A
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German (de)
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EP0165133B1 (fr
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Gabriel De Smet
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Sollac SA
Original Assignee
USINOR SA
Sollac SA
Union Siderurgique du Nord et de lEst de France SA USINOR
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B5/00—Presses characterised by the use of pressing means other than those mentioned in the preceding groups
    • B30B5/02—Presses characterised by the use of pressing means other than those mentioned in the preceding groups wherein the pressing means is in the form of a flexible element, e.g. diaphragm, urged by fluid pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/10—Stamping using yieldable or resilient pads

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for stamping sheets, in particular extra-thin steel sheets of large dimensions which can be used for example in the automobile industry, or comprising shapes having relatively closed dihedral angles.
  • the lower limit of the thicknesses is nevertheless limited by current stamping techniques, which do not allow the use, in the dimension of the body parts, of steel sheets whose thickness is less than 55/100 mm approximately, because of the tearing which appears in the areas subjected to stretching or of the creasing in the areas subjected to shrinking, of the sheet metal stamping.
  • the stamping of large parts is usually done by drawing with double effect presses, mechanical or hydraulic.
  • These devices essentially comprise a fixed matrix and two independent slides, a central slide, called a plunger carrying a punch, and an external slide reserved for hold-down operations, that is to say sufficient support allowing by reaction the stretching under the punch. Movements are generally as follows: (1) rapid descent of the blank holder which maintains constant pressure on the sheet and thus prevents it from moving; (2) rapid descent of the punch until it comes into contact with the sheet, then (3) slow descent of the punch during the stamping phase, under actual drawing; and ( 4 ) rapid ascent of the central slide causing the blank holder in its ascent.
  • this process does not prevent the formation of folds, the pressure gradients generated by the deformation of the elastomer decreasing as we approach the upper surface of the elastomer mass, especially for the production of angular shapes, the sheet being insufficiently held at its periphery due to the work on a single-effect press.
  • the object of the invention is therefore to provide a technology for stamping metal sheets having angular volumes and in particular extra thin steel sheets (50/100 mm), in large series and under competitive economic conditions.
  • high elastic limit steel sheets HLE is meant steels for which E> 350 HPa.
  • the subject of the invention is therefore a process for stamping sheets of substantially constant thickness, on a double-acting press, according to which the sheet to be formed is placed on a support, a first slide is applied outside the blank holder on the peripheral part of the sheet, then a second central slide is applied to the central part of the sheet, characterized in that the peripheral part of this sheet is formed, by letting it slide under the blank holder, using 'at least one active part of the outer slide so as to compensate in certain areas of the finished part for the excess surfaces, with unchanged thickness of the starting sheet, with respect to. volume to be formed and simultaneously and coincidentally, the central slide is moved to conform the angular volumes of the central part of the sheet by applying the sheet against the surfaces of the central part of the support forming the matrix.
  • an elastic material is chosen as the support material and during the action of the external slide on the sheet so as to compensate ser, always at substantially constant thickness, in certain areas of the finished part the surfaces in excess with respect to the volume to be formed, the mass of the support is caused to creep in order to deform the central part of the sheet so as to give it a substantially surface equal to the surface of the finished part to be obtained, then the central slide is moved to conform the angular volumes and the central part of the sheet by final creep of the support.
  • the invention is based on the principle of the equality of the surfaces of the initial flat sheet metal blank and the shaped blank strictly corresponds to the shape of the stamped part desired, increased by the excess peripheral surfaces shaped under blank holder, thus conditioning the maintaining a substantially constant thickness of the sheet of equal stress which will be explained below.
  • the elastic material is located in at least one peripheral zone of the support corresponding to at least the active part of the external slide and extending in at least one zone immediately adjacent to the central slide.
  • the support material has a shore hardness preferably between 70 and 100.
  • the invention also relates to a stamping device of the type comprising a support on which the sheet metal to be formed is placed, a first external slide or blank holder and a second central slide, characterized in that the first external slide comprises a active part in relief whose shape corresponds to the excess surface of the sheet with a thickness substantially constant with respect to the volume to be formed, this active part acting on the peripheral part of the sheet simultaneously and in relation to the action of the central slide.
  • the active part in relief of the external slide is carried by a movable element in translation independent of the external slide, which cooperates with a complementary shape provided in the support.
  • the support comprises a mass of elastic material occupying the entire surface corresponding to the outer slide and to the central slide.
  • the elastic support material is preferably easily flowable, for example an elastomer having a shore A hardness of less than 30 and preferably greater than 10, but which can be less than 10 to minimize the energy necessary for its deformation and dissipated in heat form. .
  • the elastic support material is located in a peripheral zone corresponding to the active part of the external slide. laughing and extending in an area immediately adjacent to the part of the central slide.
  • the support material has a shore hardness preferably between 70 and 100.
  • the device of FIG. 1 in position before forming comprises the usual constituent elements of a double-acting press, and therefore only the part relating to the invention is shown.
  • An external slider or blank holder 1 carrying a peripheral part 10 and a central slider 2 forming a punch are in the high position, while the sheet blank 7 to be formed is placed on a support 4 forming a matrix.
  • the peripheral part 10 comprises in its corners active parts in relief 11 carried by elements or candles 30 movable in translation in corresponding housings formed in the blank holder 1.
  • the active parts in relief 11 have an appropriate shape which corresponds to the surface excess in relation to the volume to be formed of the part which it is desired to produce, for example as illustrated in FIG. 11.
  • the support 4 made of a hard material, for example metallic, forms the matrix and includes a peripheral part 31 in which recessed parts 32 are formed corresponding to the complementary shape of the active parts in relief 11 of the candles 30.
  • the central part 33 of the support 4 constitutes the bottom of the matrix and has the shape of the finished part in its central zone.
  • the peripheral part 10 of the outer slide 1 has on its outer edges shims 34 which bear on the peripheral part 31 of the support 4 so as to allow, although the blank of t8le 7 is maintained, the displacement by sliding of the excess material in the cooperating parts 11, 32.
  • the step in FIG. 1 constitutes the step of placing the sheet blank 7, the external slide of the blank holder 1 being raised as well as the mobile elements 30 and the central slide 2.
  • Fig. 2 represents the step of bringing the blank holder into contact with the plate 7, by lowering the outer slider 1 and the punch 2. During this step, the mobile elements 30 do not move and retract into the clamp blank relative to their initial projecting position, so that the sheet is not biased by any deformation and only undergoes the tightening operation controlled at its periphery by the blank holder.
  • Fig. 3 illustrates a stage of active shaping of the part, in which there is a simultaneous descent and in relation to one another of the mobile elements 30 and of the punch 2 so as to gradually absorb the excess surface in certain areas of the part to be formed thanks to the active part 11 and its complementary part 32, while maintaining there sheet metal stretched over the punch by controlled sliding under the blank holder.
  • the active part of the punch has reached the bottom of the die 33 and the movable elements 30 also have their active parts 11 which cooperate with the complementary parts 32 by enclosing the sheet 7 and thus having absorbed the excess surfaces of sheet relative to to the volume of the finished part to be formed, thus avoiding the formation of folds, shrinking or thinning at any point whatever the thickness of the sheet.
  • the device shown in Figs. 5 to 9 illustrates a second variant of the method and the device according to the present invention in which the simultaneous and coordinated relative movement of the active parts in relief 11 of the peripheral slide 1 and of the central slide 2 is obtained.
  • the device of FIG. 5 in the position before forming comprises the usual constituent elements of a double-acting press which have already been described and bear the same references as above.
  • the outer slider or blank holder 1 carries a peripheral part 10 forming a matrix which has in its angles an appropriate relief shape 11 formed integrally with the peripheral matrix 10 (this relief shape 11 corresponds to the surface area in excess of the volume to be form the part that you want to make, for example as illustrated in Fig. 11) and its active surface is carefully polished to allow the movement of excess material during forming; this active surface can also be treated to facilitate the sliding of the material.
  • the central slide 2 carries a bottom of matrix 2a and is in the raised position, while the sheet metal blank 7 to be formed is placed in the center of a support 4 disposed in a container 3 (tray).
  • a reversal of roles should be noted.
  • satrise-poincon which appears in the description below of this embodiment. Indeed, the support made of an easily flowable elastic material plays the role of punch by deformation.
  • the support 4 consists of an elastomer having a shore hardness less than 30 and preferably greater than 10, a very important characteristic residing in the rapid return time of the material (preferably less than 1 second) to its initial shape.
  • a natural rubber foam having a shore hardness of about 15 and having a very short deformation time of the order of 1 s.
  • other conventional gels or foams preferably having great plasticity, for example silicone elastomers, or cellular foams, the cells of which can be filled with liquid.
  • Retractable members 5 inflatable candles or bladders protrude into the elastomer serving as support 4, and their inserted volume represents approximately the expansion volume of the elastomer after forming.
  • the support 4 is covered with a sheet of plastic material 8, for example of "Teflon", interposed between the t8le 7 and the elastomer, which can be optionally glued or welded to the elastomer and which has the main purpose of facilitating the sliding of the sheet during forming, but it can also be used to protect the elastomer as indicated in the previous composite structure.
  • a sheet of plastic material 8 for example of "Teflon”
  • the support 4 includes conduits 6 allowing the circulation of a cooling fluid such as compressed air.
  • a cooling fluid such as compressed air.
  • Fig. 6 represents the step of pre-forming the part.
  • the blank-holding slide 1 is lowered carrying the peripheral matrix 10.
  • the latter comes into contact with the sheet blank 7 which reacts by compressing the elastomer support 4.
  • the elastomer under the effect of this action of peripheral compression acts by creep on the central zone of the sheet blank and causes its deformation.
  • the swelling of the central part of the sheet blank is limited by the bottom of the matrix 2a fixed to the central slide 2 in order to avoid uncontrolled erratic deformations due to the anisotropy of the metal or to forms of asymmetrical parts.
  • the descent of the blank holder slide 1 carrying the peripheral matrix 10 is limited by adjustable mechanical stops 12, 16 so that the deformation in its central part of the sheet blank gives a surface which is substantially equal to that of the finished part to be obtained.
  • Fig. 7 represents the final shaping stage of the part.
  • the central slide 2 carrying the bottom of the die 2a descends to its low position and causes the final forming of the central part of the sheet 7, preformed during the previous operation.
  • Fig. 8 represents the step of decompression of the elastomer support 4 by withdrawal of the candles 5. This operation aims to avoid the deformation of the stamped part by expansion reaction of the elastomer.
  • Fig. 9 represents the step of releasing the formed part 7, by simultaneous ascent of the two slides 1 and 2 carrying the dies.
  • compressed air is circulated in the conduits 6.
  • the cooling of the support 4 can also be performed during the previous decompression step (Fig. 8).
  • compressed air is sent through the conduits 9 to allow the part 7 to take off.
  • the outer slider or blank holder 1 is of the type illustrated by the first variant, namely, it has active parts in relief 11 carried by elements movable in translation in housings formed in the blank holder 1.
  • the mobile elements 30 descend simultaneously and in relation to the movement of the punch so as to obtain the same effect as that described for the first variant .
  • Two sectional views along lines 12 and 13 show that the excess surfaces of material, during the forming of the corner 13, have been displaced towards the base 13a of the corner of the part in a manner corresponding to the relief shapes. 11 of the peripheral matrix 10. Thereafter an operation of trimming the part makes it possible to eliminate the undesirable edges 15 and to give it its final shape.
  • this square 50 exists and represents excess material.
  • the aim of the present invention is to avoid the formation of any excess thickness or thinning which would risk generating folds or tears, in particular in ultra-thin sheets having in particular deep angular volumes.
  • the stamping die has at each of its angles a suitable shape in relief 11 which will form in hollow at the base of each of the angles of the part to obtain a progressive concave shape of surface equivalent to the excess of material for example, the square 50 mentioned in the previous paragraph (forming a rectangular parallelepiped).
  • the device according to the invention is adaptable to existing double-acting presses.
  • the invention may prove to be particularly useful for the production of ultra-thin sheet steel of automobile body parts, of aircraft fuselage, etc .; but it can also be applied to the stamping of thicker sheets of various metals.

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Abstract

Procédé d'emboutissage de tôles à épaisseur sensiblement constante, sur une presse à double effet, selon lequel on dispose la tôle à former sur un support (4), on applique un premier coulisseau extérieur au serre-flan (1) sur la partie périphérique de la tôle (7), puis on applique un deuxième coulisseau central (2) sur la partie centrale de la tôle, caractérisé en ce qu'on forme la partie périphérique de cette tôle, en la laissant glisser sous le serre-flan, à l'aide d'au moins une partie active (11) du coulisseau extérieur de façon à compenser dans certaines zones de la pièce finie les surfaces excédentaires, à épaisseur inchangée de la tôle de départ, par rapport au volume à former et simultanément on déplace le coulisseau central (2) pour conformer les volumes anguleux de la partie centrale de la tôle par application de la tôle contre les surfaces de la partie centrale du support (4). L'invention prévoit aussi un dispositif d'emboutissage. Application au formage de tôles, et notamment de tôles d'acier minces de grandes dimensions.

Description

  • La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif d'emboutissage de tôles, notamment de tôles d'acier extra-minces de grandes dimensions utilisables par exemple dans l'industrie automobile, ou comportant des formes présentant des angles de dièdre relativement fermés.
  • Le développement des calculs informatisés notamment chez les constructeurs automobiles dans le domaine de la conception des structures de carrosserie des véhicules, particulièrement par des méthodes d'analyse, telle que celle dite des "éléments finis" a permis de réduire de façon importante, le temps passé à la conception des pièces, tout en approchant au plus près le comportement sous contrainte de celles-ci. Il est donc théoriquement possible d'optimiser les formes et les épaisseurs des tôles en fonction du degré de sollicitation.
  • La limite inférieure des épaisseurs est néanmoins limitée par les techniques actuelles d'emboutissage, qui ne permettent pas d'utiliser, dans la dimension des pièces de carrosserie, des tôles d'acier dont l'épaisseur est inférieure à 55/100 mm environ, à cause du déchirement qui apparaît dans les zones soumises à un étirage ou du plissement dans les zones soumises à rétreint, de la tôle d'emboutissage.
  • L'emboutissage des pièces de grandes dimensions se fait habituellement par étirage avec des presses à double effet, mécaniques ou hydrauliques. Ces appareils comportent essentiellement une matrice fixe et deux coulisseaux indépendants, un coulisseau central, appelé piston plongeur portant un poinçon, et un coulisseau extérieur réservé aux opérations de serre-flan, c'est-à-dire maintien suffisant permettant par réaction l'étirage sous le poinçon. Les mouvements sont généralement les suivants : (1) descente rapide du serre-flan qui maintient une pression constante sur la tôle et l'empêche ainsi de se déplacer ; (2) descente rapide du poinçon jusqu'à mise en contact avec la tôle, puis (3) descente lente du poinçon pendant la phase d'emboutissage, sous étirage proprement dit ; et (4) remontée rapide du coulisseau central entrainant le serre-flan dans son ascension.
  • Ce procédé classique est illustré par le brevet FR 756.767 dans lequel l'ensemble de l'emboutissage se fait par étirage, donc diminution d'épaisseur de la tôle. Il apparait que ce procédé classique ne permet pas l'emboutissage des tôles extra-minces (épaisseur < 50/100 de millimètres) car la rigidité de la matrice et du poinçon ainsi que le serrage de la tôle par le serre-flan généreraient des déformations non homogènes se traduisant dans certaines zones par des allongements susceptibles de provoquer un amincissement excessif compte tenu de la faible épaisseur initiale de la tôle et dans d'autres zones par des rétreints tendant à provoquer un épaississement de la tôle, qui conduisent en pratique à la formation de plis du fait de sa faible résistance au flambage (résistance évoluant en fonction du carré des épaisseurs). De plus. les variations de contraintes localisées dues à la forme de la pièce et aux tolérances de réalisation des outillages occasionnent des déchirures. Pour remédier au problème de la formation des plis, le brevet français ci-dessus propose ainsi des moyens logés dans le serre-flan qui assurent en eux-mêmes, un étirage supplémentaire de la tôle dans les zones ou son étirage est insuffisant par rapport à celui exercé par le poinçon dans les autres zones.
  • Ces difficultés sont également rencontrées lors de la réalisation de volumes anguleux pour des tôles relativement plus épaisses et bien évidemment aggravées pour des tôles extra-minces.
  • On connait également un procédé dit "procédé Guerrin" selon lequel on forme au moyen d'un poinçon une feuille de tôle reposant sur une masse d'élastomère ayant une dureté shore élevée d'environ 90 compte tenu du fait qu'il faut, pour obtenir une précision dans l'obtention de la pièce, assurer le plaquage du flan de tôle sur le poinçon. Cependant, ce procédé a pour principal inconvénient de consommer une énergie importante. En effet, à l'énergie nécessaire au formage du flan de tôle, s'ajoute celle nécessaire à la formation de l'empreinte correspondant à la forme de la pièce dans la masse d'élastomère plus les frottements de celui-ci sur toute la surface de la pièce pendant l'opération de formage.
  • Ceci exclut la possibilité de réalisations de pièces de grandes dimensions obtenues par ce procédé sur les presses existantes.
  • De plus, ce procédé n'évite pas la formation de plis, les gradients de pressions générés par la déformation de l'élastomère diminuant au fur et à mesure que l'on approche de la surface supérieure de la masse d'élastomère, surtout pour la réalisation de formes anguleuses, la tôle étant insuffisamment tenue à sa périphérie en raison du travail sur presse simple effet.
  • Enfin, on connait un procédé de formage utilisant un fluide sous pression pour former des formes simples du type hémisphérique. Cependant cette technique n'est pas utilisable pour des formes compliquées car il est alors nécessaire de plaquer la tôle contre la matrice, ce qui ne peut être obtenu par cette technique.
  • C'est pourquoi, malgré les récents progrès importants des caractéristiques mécaniques des tôles d'acier à haute limite élastique, il n'a pas été possible de fabriquer des pièces de carrosserie ou autres en tôle extra-mince.
  • Le but de l'invention est donc de fournir une technologie permettant d'emboutir des feuilles métalliques présentant'des volumes anguleux et notamment des tôles d'acier extra-minces « 50/100 mm), en grande série et dans des conditions économiques compétitives. Par tôles d'acier à haute limite élastique (HLE), on entend des aciers pour lesquels E > 350 HPa.
  • L'invention a donc pour objet un procédé d'emboutissage de tôles à épaisseur sensiblement constante, sur une presse à double effet, selon lequel on dispose la tôle à former sur un support, on applique un premier coulisseau extérieur au serre-flan sur la partie périphérique de la tôle, puis on applique un deuxième coulisseau central sur la partie centrale de la tôle, caractérisé en ce qu'on forme la partie périphérique de cette tôle, en la laissant glisser sous le serre-flan, à l'aide d'au moins une partie active du coulisseau extérieur de façon à compenser dans certaines zones de la pièce finie les surfaces excédentaires, à épaisseur inchangée de la tôle de départ, par rapport au. volume à former et simultanément et en coincidence on déplace le coulisseau central pour conformer les volumes anguleaux de la partie centrale de la tôle par application de la tôle contre les surfaces de la partie centrale du support formant matrice.
  • Selon une variante, on choisit comme matériau support un matériau élastique et lors de l'action du coulisseau extérieur sur la tôle de façon à compenser, toujours à épaisseur sensiblement constante, dans certaines zones de la pièce finie les surfaces excédentaires par rapport au volume à former, on provoque le fluage de la masse du support pour déformer la partie centrale de la tôle de façon à lui donner une surface sensiblement égale à la surface de la pièce finie à obtenir, puis on déplace le coulisseau central pour conformer les volumes anguleux et la partie centrale de la tôle par fluage final du support.
  • Cette variante qui vise plus particulièrement les tôles ultra-minces permet d'obtenir la simultanéité et la coïncidence d'action de formage de la partie périphérique de la tôle dans certaines zones et la conformation de la partie centrale de la tôle qui a été décrite dans le mode de réalisation précédent. Il convient de noter que dans cette variante, la partie du coulisseau central joue le rôle de fond de matrice et le support en matériau fluable celui de poinçon appliquant la tôle dans le fond de matrice pour former les volumes anguleux.
  • Ainsi l'invention repose sur le principe de l'égalité des surfaces du flan de tôle plane initiale et l'ébauche conformée correspond rigoureusement à la forme de la pièce emboutie désirée, augmentée des surfaces périphériques excédentaires conformées sous serre-flan, conditionnant ainsi le maintien à épaisseur sensiblement constante de la tôle d'égalité des contraintes qui sera expliqué ci-après.
  • Suivant d'autres caractéristiques importantes :
    • - on amène dans un premier temps le coulisseau central dans une position dans laquelle il limite la déformation de la partie centrale de la tôle sous l'effet du fluage du matériau de support ;
    • - on prévoit sur la partie active du coulisseau extérieur et sur le support des moyens anti- friction ;
    • - le matériau constituant le support est un élastomère à faible dureté shore, par exemple inférieure à 30 et de préférence supérieure à 10 ;
    • - après l'opération de formage proprement dite, on provoque une décompression du matériau constituant le support ;
    • - on refroidit la masse du matériau de support.
  • Selon une variante mixte, le matériau élastique est situé dans au moins une zone périphérique du support correspondant à au moins la partie active du coulisseau extérieur et s'étendant dans au moins une zone immédiatement adjacente au coulisseau central.
  • Dans cette variante mixte qui vise le formage de tôles relativement plus épaisses à volumes très anguleux, la matériau de support a une dureté shore de préférence comprise entre 70 et 100.
  • Ce matériau élastique relativement plus dur présente les inconvénients cités précédemment concernant l'énergie consommée, cependant comme sa surface est limitée, l'énergie nécessaire à la formation de l'empreinte dans la masse d'élastomère est également limitée dans une proportion correspondante rendant le procédé techniquement acceptable.
  • L'invention a également pour objet un dispositif d'emboutissage du type comprenant un support sur lequel est posé la tôle à former, un premier coulisseau extérieur ou serre-flan et un deuxième coulisseau central, caractérisé en ce que le premier coulisseau extérieur comporte une partie active en relief dont la forme correspond à la surface excédentaire de la tôle à épaisseur sensiblement constante par rapport au volume à former, cette partie active agissant sur la partie périphérique de la tôle simultanément et en relation avec l'action du coulisseau central.
  • La partie active en relief du coulisseau extérieur est portée par un élément mobile en translation indépendant du coulisseau extérieur, qui coopère avec une forme complémentaire ménagée dans le support.
  • Selon une première variante, le support comprend une masse d'un matériau élastique occupant toute la surface correspondant au coulisseau extérieur et au coulisseau central.
  • Le matériau de support élastique est de préférence facilement fluable, par exemple un élastomère ayant une dureté shore A inférieure à 30 et de préférence supérieure à 10, mais pouvant être inférieure à 10 pour minimiser l'énergie nécessaire à sa déformation et dissipée sous forme calorifique.
  • Suivant d'autres caractéristiques :
    • - le support et la partie active du coulisseau ont des propriétés anti-friction ;
    • - il est prévu des organes qui, dans un premier temps, sont en saillie dans la masse du matériau de support et qui dans un second temps, peuvent être rétractées, après l'opération de formage, pour provoquer une décompression dudit matériau ;
    • - il est prévu des moyens de refroidissement dans la masse du matériau constituant le support ;
    • - il est prévu des moyens de décollage de la pièce finie du matériau de support.
  • Selon une variante mixte, le matériau de support élastique est situé dans une zone périphérique correspondant à la partie active du coulisseau extérieur et s'étendant dans une zone immédiatement adjacente à la partie du coulisseau central.
  • Dans ce mode de réalisation, le matériau de support a une dureté shore de préférence comprise entre 70 et 100.
  • L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide des dessins annexés, qui en représentent un mode de réalisation sur ces dessins :
    • - les Fig. 1 à 10 sont des vues schématiques en coupe de trois variantes du dispositif d'emboutissage selon l'invention, au cours des étapes successives du formage d'une pièce ;
    • - la Fig. 11 est une vue en perspective d'une pièce parallélépipède formée selon l'invention ; et
    • - les Fig. 12 et 13 en sont deux vues partielles en coupe de la pièce de la Fig. 11.
  • Selon une première variante représentée aux Fig. 1 à 4 le dispositif de la Fig. 1 en position avant formage, comprend les éléments constitutifs habituels d'une presse à double effet, et par conséquent seule la partie relative à l'invention est représentée.
  • Un coulisseau extérieur ou serre-flan 1 portant une partie périphérique 10 et un coulisseau central 2 formant poinçon sont en position haute, tandis que le flan de tôle 7 à former est posé sur un support 4 formant matrice. La partie périphérique 10 comporte dans ses angles des parties actives en relief 11 portées par éléments ou chandelles 30 mobiles en translation dans des logements correspondants ménagés dans le serre-flan 1. Les parties actives en relief 11 ont une forme appropriée qui correspond à la surface excédentaire par rapport au volume à former de la pièce que l'on désire réaliser, par exemple telle qu'illustrée à la Fig. 11.
  • Le support 4 en un matériau dur, par exemple métallique, forme la matrice et comporte une partie périphérique 31 dans laquelle sont ménagées des parties en creux 32 correspondant à la forme complémentaire des parties actives en relief 11 des chandelles 30. La partie centrale 33 du support 4 constitue le fond de matrice et présente la forme de la pièce finie dans sa zone centrale.
  • La partie périphérique 10 du coulisseau extérieur 1 comporte sur ses bords extérieurs des cales d'épaisseur 34 prenant appui sur la partie périphérique 31 du support 4 de façon à permettre, bien que le flan de t8le 7 soit maintenu, le déplacement par glissement de l'excès de matière dans les parties coopérantes 11, 32.
  • L'étape de la Fig. 1 constitue l'étape de mise en place du flan de tôle 7, le coulisseau extérieur du serre-flan 1 étant relevé ainsi que les éléments mobiles 30 et le coulisseau central 2.
  • La Fig. 2 représente l'étape de mise en contact du serre-flan avec la tale 7, par descente du coulisseau extérieur 1 et du poinçon 2. Au cours de cette étape, les éléments mobiles 30 ne bougent pas et s'escamotent dans le serre-flan par rapport à leur position initiale en saillie, de sorte que la tale n'est sollicitée par aucune déformation et ne subit que l'opération de serrage contrôlé à sa périphérie par le serre-flan.
  • La Fig. 3 illustre un stade de conformation active de la pièce, dans lequel on observe une descente simultanée et en relation l'un avec l'autre des éléments mobiles 30 et du poinçon 2 de façon à absorber progressivement l'excès de surface dans certaines zones de la pièce à former grâce à la partie active 11 et sa partie complémentaire 32, tout en maintenant là tôle tendue sur le poinçon par glissement contr8lé sous le serre-flan.
  • Au stade de la Fig. 4, la partie active du poinçon est parvenue au fond de la matrice 33 et les éléments mobiles 30 ont également leurs parties actives 11 qui coopèrent avec les parties complémentaires 32 en enserrant la tôle 7 et en ayant ainsi absorbé les surfaces excédentaires de tôle par rapport au volume de la pièce finie à former, évitant ainsi la formation de plis, de rétreints ou d'amincissements en quelque point que ce soit de l'épaisseur de la tôle.
  • Le dispositif représenté aux Fig. 5 à 9 illustre une seconde variante du procédé et du dispositif selon la présente invention dans lequel le mouvement relatif simultané et coordonné des parties actives en relief 11 du coulisseau périphérique 1 et du coulisseau central 2 est obtenu.
  • Le dispositif de la Fig. 5 en position avant formage, comprend les éléments constitutifs habituels d'une presse à double effet qui ont déjà été décrits et portent les mêmes références que précédemment. Le coulisseau extérieur ou serre-flan 1 porte une partie périphérique 10 formant matrice qui présente dans ses angles une forme appropriée en relief 11 venue de matière avec la matrice périphérique 10 (cette forme en relief 11 correspond à la surface excédentaire par rapport au volume à former de la pièce que l'on désire réaliser, par exemple telle qu'illustrée à la Fig. 11) et sa surface active est soigneusement polie afin de permettre le déplacement de l'excès de matière lors du formage ; cette surface active peut aussi être traitée pour faciliter le glissement de la matière.
  • Le coulisseau central 2 porte un fond de matrice 2a et se trouve en position relevée, tandis que le flan de tôlé 7 à former est posé au centre d'un support 4 disposé dans un conteneur 3 (plateau). Dans ce cas il convient de noter une inversion des rôles satrise-poincon qui apparsitra dans la description ci-après de ce mode de réalisation. En effet le support en une matière élastique facilement fluible joue par déformation le rôle de poinçon.
  • Le support 4 est constitué par un élastomère ayant une dureté shore inférieure à 30 et de préférence supérieure à 10, une caractéristique très importante résidant dans le temps de retour rapide du matériau (de préférence inférieur à 1 seconde) à sa forme initiale. On peut, par exemple, utiliser une mousse de caoutchouc naturel ayant une dureté shore d'environ 15 et ayant un temps de déformation très court de l'ordre de 1 s. Il est aussi possible d'utiliser d'autres gels ou mousses classiques ayant de préférence une grande plasticité, par exemple des élastomères de silicone, ou des mousses alvéolaires dont les alvéoles peuvent être remplis de liquide.
  • On peut également utiliser un support composite constitué d'une masse sensiblement parallèlépipédique à base d'un élastomère de silicone ayant une dureté shore de 10 à 20, recouvert sur sa face supérieure et sur la totalité ou une partie de ses faces latérales d'une peau relativement mince (par exemple de 10 à 15 mm) et d'un matériau plus résistant et plus dur tel qu'une silicone de dureté shore 50 ou du téflon ayant des propriétés antifriction favorables.
  • Des organes rétractables 5 (chandelles ou vessies gonflables) font saillie dans l'élastomère servant de support 4, et leur volume inséré représente approximativement le volume de détente de l'élastomère après le formage.
  • Le support 4 est recouvert d'une feuille de matière plastique 8, par exemple de "Teflon", interposée entre la t8le 7 et l'élastomère, qui peut être le cas échéant collée ou soudée à l'élastomère et qui a pour but principal de faciliter le glissement de la tôle lors du formage, mais elle peut de plus servir à la protection de l'élastomère comme indiqué dans la structure composite précédente.
  • Le support 4 comporte des conduits 6 permettant la circulation d'un fluide de refroidissement tel que l'air comprimé. D'autres conduits 9, notamment lorsque de l'air comprimé est utilisé, peuvent servir au décollage de la pièce finie. Pour le refroidissement de la masse de support 4, on peut également prévoir des fils métalliques noyés ou une charge en poudre métallique améliorant la conductibilité thermique.
  • La Fig. 6, représente l'étape de pré-formage de la pièce. On fait descendre le coulisseau serre-flan 1 portant la matrice périphérique 10. Celle-ci entre en contact avec le flan de tôle 7 qui comprime par réaction le support d'élastomère 4. L'élastomère, sous l'effet de cette action de compression périphérique agit par fluage sur la zone centrale du flan de tôle et provoque sa déformation.
  • Le gonflement de la partie centrale du flan de tôle est limité par le fond de matrice 2a fixe au coulisseau central 2 afin d'éviter les déformations erratiques incontrôlées dues à l'anisotropie du métal ou à des formes de pièces dissymétriques. Selon une des caractéristiques de l'invention, la descente du coulisseau serre-flan 1 portant la matrice périphérique 10 est limitée par des butées mécaniques réglables 12, 16 de façon telle que la déformation dans sa partie centrale du flan de tôle donne une surface sensiblement égale à celle de la pièce finie à obtenir.
  • La Fig. 7 représente l'étape de conformation finale de la pièce. Le coulisseau central 2 portant le fond de matrice 2a descend à sa position basse et provoque le formage final de la partie centrale de la tôle 7, préformée au cours de l'opération précédente.
  • Les contraintes de compression dues à l'appui du fond de matrice 2a sur le sommet de la tôle se transforment par l'action de l'élastomère 4, agissant sur la face opposée de la tôle, en contraintes de traction exercées sur toute la surface de la tôle non compensée par la présence du fond de matrice 2a et, provoquent le déplacement de cette tôle dans tout le volume disponible.
  • Ces contraintes (compression, traction) tendent ainsi à s'annuler (au rendement près de l'élastomère) permettant ainsi la réalisation finale de la pièce avec un minimum de variation d'épaisseur. Ces conditions sont nécessaires dans le cas particulier du formage des t8les extra-minces.
  • La Fig. 8 représente l'étape de décompression du support d'élastomère 4 par retrait des chandelles 5. Cette opération a pour but d'éviter la déformation de la pièce emboutie par réaction de détente de l'élastomère.
  • La Fig. 9 représente l'étape de libération de la pièce formée 7, par remontée simultanée des deux coulisseaux 1 et 2 portant les matrices. Pour limiter l'échauffement du support d'élastomère 4, notamment lors du travail en série, on fait circuler de l'air comprimé dans les conduits 6. Le refroidissement du support 4 peut aussi être effectué lors de l'étape précédente de décompression (Fig. 8). Par ailleurs, de l'air comprimé est envoyé par les conduits 9 pour permettre le décollage de la pièce 7.
  • Selon une variante mixte représentée à la Fig. 10, le coulisseau extérieur ou serre-flan 1 est du type illustré par la première variante, à savoir, il comporte des parties actives en relief 11 portées par des éléments mobiles en translation dans des logements ménagés dans le serre-flan 1.
  • En regard de ces parties mobiles 11, sont ménagés des alvéoles 40 remplis d'un matériau élastomère 41 relativement dur dans lequel viendra se former l'empreinte complémentaire des parties actives en relief 11 agissant au travers de la tôle 7 qui gardera ainsi dans les angles la forme correspondant à la surface excédentaire de la t81e par rapport au volume à former.
  • Lors du formage de la partie centrale du flan de tôle sous l'effet du coulisseau central 2 formant poinçon, les éléments mobiles 30 descendent simultanément et en relation avec le mouvement du poinçon de façon à obtenir le même effet que celui décrit pour la première variante.
  • La Fig. 11 représente un exemple de réalisation selon l'invention d'une pièce en t81e d'acier HLE E=60 kg/mm2 de 40/100 mm, ayant sensiblement la forme d'un parallélépipède rectangle de 1,5 m2 de surface. Deux vues en coupe selon les lignes 12 et 13 permettent de voir que les surfaces excédentes de matière, lors du formage du coin 13, ont été déplacées vers la base 13a de l'angle de la pièce d'une manière correspondante aux formes en relief 11 de la matrice périphérique 10. Par la suite une opération de détourage de la pièce permet d'éliminer les bords indésirables 15 et de lui donner sa forme définitive.
  • En effet on peut réaliser un parallèlépipède rectangle (tel que représenté à la Fig. 11) en partant d'une feuille rectangulaire plane (représentée à la Fig. 14) par pliage(Fig. 15)à la condition de découper un carré 50 à chaque angle de la feuille.
  • Mais, pour réalisér cette pièce en emboutissage, ce carré 50 existe et représente de la matière en excédent. Or le but visé par la présente invention est d'éviter la formation de toute sur- épaisseur ou amincissement qui risquerait de générer des plis ou des déchirures notamment dans les tôles ultra-minces présentant en particulier des volumes anguleux profonds.
  • La technique de réalisation des angles d'un volume embouti décrite ci-dessus constitue une solution à ce problème.
  • En effet, la matrice d'emboutissage possède à chacun de ses angles une forme appropriée en relief 11 qui va former en creux à la base de chacun des angles de la pièce à obtenir une forme concave progressive de surface équivalente à l'excédent de matière par exemple, le carré 50 mentionné au paragraphe précédent (formage d'un parallélépipède rectangle).
  • Les contraintes de compression-dues à l'excédent de matière généré par la forme de la pièce se trouve donc compensées par des contraintes de traction équivalentes générées par la forme de l'outil (absorption de l'excédent de matière).
  • Le procédé selon l'invention permet ainsi :
    • - de limiter au maximum l'amincissement du flan de tôle malgré sa fabile épaisseur initiale ;
    • - d'éviter les concentrations de contraintes ; et
    • - de réaliser le formage des angles sans formation de plis.
  • De plus le dispositif selon l'invention est adaptable sur les presses à double effet existantes.
  • L'invention peut s'avérer particulièrement utile pour la réalisation en tôle d'acier ultra-mince de pièces de carrosserie d'automobiles, de fuselage d'avions, etc ; mais elle peut aussi s'appliquer à l'emboutissage de feuilles plus épaisses de divers métaux.
  • En outre on peut noter, dans le cas du mode de réalisation de l'emboutissage sur coussin d'élastomére, que l'état de surface de la face de la tôle en contact avec l'élastomère est intégralement conservé, de sorte qu'il est envisageable de former des tôles préalablement revêtues sans blesser la pellicule de revêtement superficiel lors de l'emboutissage, même s'il s'agit d'une pellicule de peinture, de colle ou de tout autre revêtement organique.

Claims (20)

1. Procédé d'emboutissage de tôles à épaisseur sensiblement constante, sur une presse à double effet, selon lequel on dispose la tôle à former sur un support (4), on applique un premier coulisseau extérieur ou serre-flan (1) sur la partie périphérique de la tôle (7), puis on applique un deuxième coulisseau central (2) sur la partie centrale de la tôle, caractérisé en ce qu'on forme la partie périphérique de cette tôle en la laissant glisser sous le serre-flan à l'aide d'au moins une partie active (11) du coulisseau extérieur de façon à comprenser dans certaines zones de la pièce finie les surfaces excédentaires, à épaisseur inchangée de la tôle de départ, par rapport au volume à former et simultanément on déplace le coulisseau central (2) pour conformer les volumes anguleux de la partie centrale de la tôle par application de la tôle contre les surfaces de la partie centrale (33) du support (4).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support (4) est un matériau élastique et lors de l'action de la partie active (11) du coulisseau extérieur sur la tôle de façon à compenser, à épaisseur sensiblement constante de la tôle, dans certaines zones de la pièce finie les surfaces excédentaires par rapport au volume à former, on provoque le fluage de la masse du support pour déformer la partie centrale de la tôle de façon à lui donner une surface sensiblement égale à la surface de la pièce finie à obtenir, puis on déplace le coulisseau central (2) pour conformer les volumes anguleux et la partie centrale de la tôle par fluage final du support.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on amène dans un premier temps le coulisseau central (2) dans une position dans laquelle il limite la déformation de la partie centrale de la tôle sous l'effet du fluage du matériau de support.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'on prévoit sur la partie active (10) du coulisseau extérieur (1) et sur le support (4) des moyens anti-friction.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 , caractérisé en ce que le matériau constituant le support (4) est un élastomère à faible dureté shore.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élastomère a une dureté shore inférieure à 30 et de préférence supérieure à 10.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que, après l'opération de formage proprement dite, on provoque une décompression du matériau constituant le support (4).
8. Procédé selon l'une quelconque des'revendications 2 à 7, caractérisé en ce que l'on refroidit la masse du matériau de support.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- deatss, caractérisé en ce que le support comporte un matériau élastique uniquement dans une zone périphérique correspondant à la partie active (11) du coulisseau extérieur (1) et s'étendant dans au moins une zone immédiatement adjacente au coulisseau central.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le matériau élastique a une dureté shore de préférence comprise entre 70 et 100.
11. Dispositif d'emboutissage du type comprenant un support (4) sur lequel est posée la tôle (7) à former, un premier coulisseau extérieur ou serre-flan (1) et un deuxième coulisseau central (2), caractérisé en ce que le premier coulisseau extérieur (1) comporte au moins une partie active (11) en relief dont la forme correspond à la surface excédentaire, à épaisseur sensiblement constante, de la tôle par rapport au volume à former, cette partie active agissant sur la partie périphérique de la tôle simultanément et en relation avec l'action du coulisseau central (2).
12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que la partie active en relief du coulisseau extérieur est porté par un élément (30) mobile en translation indépendant du coulisseau extérieur (1), qui coopère avec une forme complémentaire (32,41) ménagée dans le support (4).
13. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le support comprend une masse d'un matériau élastique occupant toute la surface correspondant au coulisseau extérieur (1) et au coulisseau central (2).
14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que le matériau du support (4) est un élastomère ayant une dureté shore de préférence in- ,fbrieure à 30 et supérieure à 10.
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que le matériau de support élastique est situé dans une zone périphérique (40) correspondant à la partie active du coulisseau extérieur et s'étendant dans une zone immédiatement adjacente à la partie du coulisseau central.
16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en cP que le matériau de support a une dureté shore de préférence comprise entre 70 et 100.
17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 à 16, caractérisé en ce que le support et la partie active du coulisseau ont des propriétés anti-friction.
18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 a 17, caractérisé en ce qu'il est prévu des organes (5) qui dans un premier temps sont en saillie dans la masse du matériau de support (4) et qui, dans un second temps peuvent être rétractés, après l'opération de formage.
19. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 à 18, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens de refroidissement (6) dans la masse de matériau constituant le support (4).
20. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 à 19; caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens de décollage (9) de la pièce finie du matériau de support (4).
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