EP0341168A1 - Outillage pour mise en forme de matériaux métalliques en feuille et procédé correspondant - Google Patents

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EP0341168A1
EP0341168A1 EP89420164A EP89420164A EP0341168A1 EP 0341168 A1 EP0341168 A1 EP 0341168A1 EP 89420164 A EP89420164 A EP 89420164A EP 89420164 A EP89420164 A EP 89420164A EP 0341168 A1 EP0341168 A1 EP 0341168A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sheet
rev
mold
forming
core
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP89420164A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Paul Biboud
Jean-Mary Wattier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Constellium Issoire SAS
Original Assignee
Cegedur Pechiney Rhenalu SA
Pechiney Rhenalu SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cegedur Pechiney Rhenalu SA, Pechiney Rhenalu SAS filed Critical Cegedur Pechiney Rhenalu SA
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
    • B21D26/053—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure characterised by the material of the blanks
    • B21D26/055—Blanks having super-plastic properties

Definitions

  • the invention relates to a tool for shaping metallic materials in the form of sheets, particularly for obtaining complex shapes, not straight, or having re-entrant or undercut angles.
  • This tool is particularly suitable for shaping superplastic materials.
  • the shaping of sheet materials is essentially done by folding, stamping, bending, rolling, flow forming, etc. -
  • these methods are limited to parts of simple and convex shapes; it is in particular difficult to obtain shapes with ribs with closed contours or more generally having undercut parts.
  • tools must be provided in several parts, which can be dismantled and extracted from these undercut parts.
  • the invention proposes to solve this difficulty.
  • the tool according to the invention is characterized in that it comprises at least an undercut part which we will designate by "core”, made of a material soluble in a determined liquid, preferably water or an essentially medium aqueous. This part is associated with the rest of the tooling, produced conventionally, to constitute the mold, template, shape, etc. in or on which the metal sheet is deformed.
  • the core is preferably made of compressed sea salt, which may contain a greater or lesser proportion of an insoluble granular additive such as sand, mica, talc, etc.
  • an insoluble granular additive such as sand, mica, talc, etc.
  • any soluble material can be used, conformable to the desired shape and having sufficient resistance to mechanical and / or thermal stresses undergone during forming.
  • the soluble core can be mechanically reinforced by a flexible internal reinforcement, continuous or divided, such as a wire - (or wire elements).
  • superplastic forming can be combined with local or generalized diffusion welding (SPF-DB) to obtain the final product.
  • SPF-DB local or generalized diffusion welding
  • Demoulding is generally done by extraction of the formed part, containing the nuclei, which is then immersed in the appropriate solvent medium in order to remove the soluble nuclei.
  • the complexity of the formed part and the mold does not allow immediate separation of these 2 elements after forming, it is preferable to provide openings or channels in the thickness of the mold and / or openings in the part in line with the cores soluble.
  • the release is then done by complete immersion of the mold-part assembly in the soluble medium used. If the forming is carried out hot, under the temperature conditions as they correspond to the dissolution, the solvent medium can also serve, where appropriate, as metallurgical quenching medium, either by immersion of the part, or by immersion of the whole part + mold.
  • This core is embedded on 5 mm in the forming tool holder plate 3.
  • All of the tools namely the tool holder 3 secured to a piston 4, the core 2 and the blank clamps 5, are brought to a temperature of 516 ° C + or - 2 ° C in a regulated oven (not shown).
  • the blank 1 is introduced into the tooling and the temperature of the tooling and the blank is stabilized at 516 ° C.
  • the upper blank holder 5a is then clamped against the lower blank holder 5b by trapping the periphery of the blank 1.
  • the oven is put into the air and after opening the blanks, the part, that is to say the formed sheet, is evacuated upwards with the salt core.
  • the core is then dissolved in water by immersion of the part.
  • a blank of the same nature and of the same dimension as that of EXAMPLE 1 was formed in a similar manner to obtain a part shown in FIG. 5, the soluble core having the shape of a parallelepiped bar provided with cylindrical support feet 6.
  • the only essential differences with Example 1 are, as is known, the surface preparation of the sheet before testing eliminating the layers of surface oxide, placing the enclosure under vacuum (5a, 5b) before forming and applying pressure in the enclosure 5a, so as to apply a differential pressure substantially similar to that of FIG . 4. This results in a junction 7 by solid state diffusion welding of the blank 1 between the support legs 6 at the end of the cycle.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
  • Press Drives And Press Lines (AREA)

Abstract

L'invention concerne un outillage pour mise en forme de matériaux métalliques sous forme de feuilles, particulièrement pour l'obtention de formes complexes, non rectilignes, ou présentant des angles rentrants ou à contre-dépouille.
Cet outillage est particulièrement adapté à la mise en forme des matériaux superplastiques.
L'outillage selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend au moins une partie en contre-dépouille réalisée en un matériau soluble dans un liquide déterminé, de préférence l'eau ou un milieu essentiellement aqueux (par exemple NaCl).

Description

  • L'invention concerne un outillage pour mise en forme de matériaux métal­liques sous forme de feuilles, particulièrement pour l'obtention de formes complexes, non rectilignes, ou présentant des angles rentrants ou à contre-dépouille. Cet outillage est particulièrement adapté à la mise en forme de matériaux superplastiques.
    La mise en forme des matériaux en feuille se fait essentiellement par pliage, emboutissage, cintrage, roulage, fluotournage, etc... - Cependant ces méthodes sont limitées à des pièces de formes simples et convexes; il est en particulier difficile d'obtenir des formes avec des nervures à contours fermés ou plus généralement présentant des parties en contre-­dépouille. Dans ce cas, il faut prévoir des outillages en plusieurs parties, démontables et extractibles de ces parties en contre-dépouille.
  • L'invention se propose de résoudre cette difficulté.
    L'outillage selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend au moins une partie en contre-dépouille que nous désignerons par "noyau", réalisée en un matériau soluble dans un liquide déterminé, de préférence l'eau ou un milieu essentiellement aqueux. Cette partie est associée au reste de l'outillage, réalisé de façon classique, pour constituer le moule, gabarit, forme, etc... dans ou sur laquelle est déformée la feuille métallique.
  • Le noyau est de préférence réalisé en sel marin comprimé, celui-ci pouvant contenir une proportion plus ou moins importante d'un additif granulaire insoluble tel que du sable, du mica, talc, etc. Cependant, on peut utiliser tout matériau soluble, conformable à la forme recherchée et présentant une résistance suffisante aux efforts mécaniques et/ou thermiques subis en cours du formage.
  • Le noyau soluble peut être renforcé mécaniquement par une armature interne souple, continue ou divisée, telle qu'un fil de fer - (ou éléments en fil de fer).
  • Bien sûr, comme cela est connu, le formage superplastique peut être associé à un soudage par diffusion local ou généralisé (SPF-DB) pour obtenir le produit final.
  • Le démoulage se fait généralement par extraction de la pièce formée, contenant les noyaux, qui est ensuite plongée dans le milieu solvant approprié afin d'éliminer les noyaux solubles.
  • Lorsque la complexité de la pièce formée et du moule ne permet pas la séparation immédiate de ces 2 éléments après formage, il est préféra­ble de prévoir des ouvertures ou canaux dans l'épaisseur du moule et/ou des ouvertures dans la pièce au droit des noyaux solubles. Le démoulage se fait alors par immersion complète de l'ensemble moule-pièce dans le milieu soluble utilisé.
    Si le formage est effectué à chaud, dans les conditions de température telles qu'elles correspondent à la mise en solution, le milieu solvant peut également servir le cas échéant de milieu de trempe métallurgique, soit par immersion de la pièce, soit par immersion de l'ensemble pièce + moule.
  • L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples suivants :
    • La figure 1 représente une vue en perspective de la pièce formée.
    • La figure 2 représente une section en coupe de noyau soluble en NaCl utilisé.
    • La figure 3 représente une vue en coupe schématique de l'ensemble dispo­sitif de formage utilisé par la méthode dite du formage assisté par poinçon et pression gazeuse, ainsi que les différentes phases de ce formage:
      • a) position initiale (fig. 3a)
      • b) drapage de l'outil (fig. 3b)
      • c) pression gazeuse (fig. 3c)
      • d) fin du formage (fig. 3d)
    • La figure 4 représente l'évolution de la pression au cours du temps.
    • La figure 5 représente en perspective une pièce obtenue selon l'invention et présentant une partie soudée par diffusion à l'état solide.
    EXEMPLE 1
  • Un flan (1) en alliage d'Al 7475 selon la nomenclature de l'Aluminium Association, de 400x400 mm2 et de 2 mm d'épaisseur à l'état superplas­tique, a été formé à chaud en une pièce dont la forme et les dimensions (en mm) sont reportées à la figure 1.
    Un noyau de chlorure de sodium comprimé sous 60 MPa et usiné à été utilisé pour le formage; il a la forme d'un anneau carré dont la section droite et les dimensions sont données dans la figure 2.
  • Ce noyau est encastré sur 5 mm dans le plateau porte-outil de formage 3.
  • L'essai s'est déroulé dans les conditions suivantes:
  • L'ensemble de l'outillage soit le porte-outil 3 solidaire d'un piston 4, le noyau 2 et les serre-flans 5, est porté à une température de 516°C + ou - 2°C dans un four régulé (non représenté).
    Le flan 1 est introduit dans l'outillage et la température de l'outillage et du flan est stabilisé à 516°C.
    Le serre-flan supérieur 5a est alors serré contre le serre-flan inférieur 5b en emprisonnant la périphérie du flan 1.
    Le porte-outil 3 est alors soulevé à une vitesse telle que la déformation du flan soit sensiblement constante et égale à
    Figure imgb0001
    = 2.10⁻⁴ sec⁻¹.
    Lorsque le porte-outil atteint le niveau de jonction des serre-flans, on arrête sa course et on applique une pression d'air dont l'évolution au cours du temps est reportée à la figure 4.
    A la fin du cycle le four est mis à l'air et après ouverture des serre-­flans, la pièce, c'est-à-dire la feuille formée, est évacuée vers le haut avec le noyau de sel.
    Le noyau est ensuite dissous dans l'eau par immersion de la pièce.
    • EXEMPLE 2
  • Un flan de même nature et de même dimension que celui de l'EXEMPLE 1 a été formé de manière analogue pour obtenir une pièce représentée à la fig. 5, le noyau soluble ayant la forme d'un barreau parallélépipé­dique muni de pieds-supports 6 cylindriques.
    Les seules différences essentielles avec l'exemple 1, sont, comme cela est connu, la préparation de surface de la tôle avant essai éliminant les couches d'oxyde superficiel, la mise sous vide de l'enceinte (5a, 5b) avant formage et l'application d'une pression dans l'enceinte 5a, de manière à appliquer une pression différentielle sensiblement analogue à celle de la fig. 4.
    Il en résulte à la fin du cycle une jonction 7 par soudage par diffusion à l'état solide du flan 1 entre les pieds-supports 6.

Claims (11)

1. Outillage pour la mise en forme de matériaux métalliques en feuille (1) caractérisé en ce que les parties rentrantes ou en contre-dépouille sont constituées par des noyaux (2) réalisés en un matériau soluble dans un solvant approprié.
2. Outillage selon la rev. 1 caractérisé en ce que le solvant est l'eau ou un milieu essentiellement aqueux.
3. Outillage selon la rev. 1 ou 2 caractérisé en ce que le noyau est constitué de sel marin comprimé.
4. Outillage selon la rev. 3 caractérisé en ce que le noyau comporte des éléments granulaires insolubles (sable, mica, etc...)
5. Outillage selon l'une des rev. 3 ou 4 caractérisé en ce que le noyau est armé par une armature filiforme souple, continue ou divisée.
6. Outillage selon l'une des rev. 1 à 5 caractérisé en ce que celui-­ci comporte des ouvertures ou canaux traversants au droit des noyaux solubles.
7. Méthode de formage d'un matériau métallique en feuille caractérisé en ce que:
- on prépare un moule suivant l'une des rev. 1 à 6
- on forme la feuille sur ou dans ledit moule
- on sépare la feuille formée et (ou les) noyau(x) dudit moule
- on plonge la feuille formée dans le milieu solvant approprié.
8. Méthode de formage d'un matériau métallique en feuille caractérisé en ce que:
- on prépare un moule suivant l'une des rev. 1 à 6
- on forme la feuille sur ou dans ledit moule
- on plonge l'ensemble moule-feuille formée dans le milieu solvant approprié.
9. Méthode selon l'une des rev. 7 à 8 caractérisé en ce que le formage est pratiqué dans le domaine superplastique du matériau en feuille utilisé.
10. Méthode selon l'une des rev. 7 à 9 caractérisé en ce que le milieu solvant constitue le milieu de trempe métallurgique de l'alliage consti­tuant la feuille.
11. Feuille formée selon la méthode revendiquée aux rev. 8 à 10 caracté­risé en ce qu'elle présente des ouvertures au droit des noyaux solubles.
EP89420164A 1988-05-03 1989-05-02 Outillage pour mise en forme de matériaux métalliques en feuille et procédé correspondant Withdrawn EP0341168A1 (fr)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2544359A1 (de) * 1974-10-03 1976-04-15 Rockwell International Corp Verfahren zum superplastischen verformen von metallen mit gleichzeitiger diffusionsverbindung
DE2916844A1 (de) * 1979-04-26 1980-11-06 Daimler Benz Ag Verfahren zur herstellung von unterdruckbehaeltern und unterdruckbehaelter fuer kraftfahrzeuge
US4263375A (en) * 1978-12-26 1981-04-21 The Boeing Company Superplastically formed titanium structure

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