EP0985466B1 - Method of making a punching tool in concrete at least partially covered with a metal plate - Google Patents
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- EP0985466B1 EP0985466B1 EP99402211A EP99402211A EP0985466B1 EP 0985466 B1 EP0985466 B1 EP 0985466B1 EP 99402211 A EP99402211 A EP 99402211A EP 99402211 A EP99402211 A EP 99402211A EP 0985466 B1 EP0985466 B1 EP 0985466B1
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- shell
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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
- B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
- B21D37/20—Making tools by operations not covered by a single other subclass
Definitions
- the invention relates to stamping tools for concrete steel sheets. hydraulics and the manufacturing processes of these tools.
- Stamping consists of making, from a precut sheet of thin metal called “blank”, a piece of complex shape not developable called “stamped”.
- a stamping installation includes several stamping tools : a "punch” with a “head”, a “matrix” with a “bottom” and a “Hold-down”; the punch head and the die bottom are shaped according to the complex shape of the stamp to be obtained, and in a complementary shape adapted to be able to obtain a complete nesting of the punch head in the bottom of the matrix.
- stamping tools For the production of stampings in large series, one generally uses stamping tools in cast iron or steel.
- stampings for small and medium series, we can use less expensive stamping tools, for example resin, directly molded or machined according to the shape of the tool, or in hydraulic concrete or resin poured onto a surface gel coat.
- stamping tools for example resin, directly molded or machined according to the shape of the tool, or in hydraulic concrete or resin poured onto a surface gel coat.
- the metallic “skin” or “shell” then serves as a support for the concrete. hydraulic or resin and forms, at least partially, the "surface working ”of the tool which comes into contact with the sheet during stamping.
- the metal shell can be prepared by stamping, by projection of metallic particles as described in document FR 2 669 842, for example electrodeposition, or by vapor deposition, or even by other methods.
- This metal shell is generally more than 1 mm thick.
- the invention relates to a hydraulic concrete stamping tool with of a metallic skin.
- the metal shell and concrete have very mechanical characteristics different; during a stamping cycle, especially at the end of the cycle, the shell-concrete interface is stressed by very high shear stresses important, especially in areas with a small radius of curvature; these heavy loads can cause local breaks in the connection between concrete and hull, which limits the performance of the tool.
- bonding is a bonding technique well suited to concrete resin, it is poorly suited to hydraulic concrete because, when pouring concrete hydraulic on a layer of glue, the water of the concrete composition would prevent obtaining a sufficiently resistant bond at the adhesive-concrete interface.
- the invention aims to economically improve the shell-concrete connection a hydraulic concrete stamping tool and improve performance of this tool.
- liquid glue phase designates an applicable conventional glue in liquid form.
- solid phase refers to anchors which are homogeneously dispersed in the bonding composition.
- aggregates can be used classic minerals, which is very economical; to further strengthen the shell-concrete connection, preferably aggregates of the same type than those of the concrete composition; the granulometry of the aggregates of the bonding composition is suitable for the aggregates to emerge partially of the liquid phase of the bonding composition, after application.
- the invention also relates to a hydraulic concrete stamping tool whose surface intended to come into contact with the sheet blank to be stamped is covered, at least partially, of a metal shell linked to the concrete, capable of being obtained by the method according to the invention, characterized in that said shell is linked to the concrete to using a layer of adhesive, mechanical anchoring means being inserted in part in concrete, and partly in said layer of glue.
- the process for manufacturing a stamping tool according to the invention therefore mainly comprises the following stages: preparation of the shell metallic, preparation of a concrete casting mold integrating this shell, preparation of a concrete composition, preparation and application of a bonding composition for the concrete-shell connection, concrete pouring, solidification of the concrete and crosslinking of the adhesive, demoulding of the concrete.
- a matrix composite material can be used organic, prepared for example from a thermosetting resin added charges; if these charges are conductive, one can obtain a composite material conducting the electric current.
- One of the sides of the replica must therefore correspond to the shape predetermined stamped; the state of this surface will condition that of the surface of the stamping tool and also the ease of replica-shell separation, usually after pouring concrete; so it is particularly important to control this surface condition, and surface treatments, such as polishing, can be useful for this purpose.
- the material used to make the replica is not conductive, it the face of the replica which corresponds to the form of the stamped, so that, by immersing this surface in a electroplating bath, you can pass an electroplating current between this surface and a counter-electrode immersed in the bath.
- the surface can be made conductive for example by applying a layer of conductive paint or by chemical or physical deposition of a conductive material (silver or palladium, for example); preferably, the conductive material includes graphite.
- a conductive material silver or palladium, for example
- the thickness of the deposited layer is too great with regard to dimensional tolerances of the tool, it will be advisable to carry out a strips the surface of the replica to a depth corresponding to that paint layer; the surface quality of the deposited layer is also important than that of the replica as previously described.
- the next step includes a suitable plating operation for coating the conductive surface with a thick metallic layer suitable for forming the metal shell of the stamping tool.
- nickel, or copper, or alloys of these can be used metals such as nickel-cobalt alloys.
- the thickness of the metal shell depends on the shape of the stamping, the mechanical characteristics of the tool concrete and the metal of its shell, and planned conditions for using the tool; so for example, shapes stamping complexes, with small radii of curvature, range cause significant stress on the hull and require thickness more important; the thickness which should be given to the shell can be evaluated by methods known per se which will not be described here in detail; this thickness is generally greater than 1 mm.
- Electroplating conditions such as composition and bath temperature, such as current density and charge electrodeposition are adapted in a manner known per se depending on the composition and thickness of the metal layer to be deposited; this deposited layer forms the metal shell of the stamping tool.
- baths are preferably used containing mainly sulfamate and nickel chloride, and acid boric; can be added to these baths organic additives suitable for improve the mechanical properties of the metal shell.
- the deposit for the start of electrodeposition being intended to constitute the surface working of the stamping tool the deposit conditions are particularly important during this phase; in particular, in the event of low conductivity of the conductive layer of the replica and / or so as to obtain a good quality homogeneous plating with low roughness, a very low current density should be applied during this phase, much less than 1 A / dm2; the current density is then increased according to the performances authorized by the bath and within the limits of internal constraints permitted in the thickness deposited.
- Baths containing nickel sulfamate allow to reach high deposition rates, which reduces manufacturing costs.
- a mold is then prepared for the tool stamping, the metal shell being used as the bottom or element of mold, "internal" side facing the inside of the mold; other elements of molding are arranged on the periphery of the shell so as to form a mold adapted to the dimensions of the stamping tool to be manufactured; these others elements can be fixed on the replica of the hull.
- compositions of hydraulic concrete suitable for the manufacture of a stamping tool it's about in general of composition called "BHP" or High Performance Concrete which contain, in addition to the conventional components of concrete, namely a binder hydraulic and aggregates, fumed silica and a superplasticizer.
- the aggregates are for example made up of sand and / or gravel.
- the complete solidification of these concretes can be obtained by storage at room temperature for at least 28 days; she can also be obtained in an accelerated manner by heat treatment.
- the concrete preparation composition that is used contains reinforcing fibers; these metallic fibers allow limit the propagation of cracks in concrete, which increases its resistance to compression, especially tensile and fatigue and further improve the performance of the stamping tool.
- a bonding composition is then prepared and applied to the face internal metal shell, bottom or mold element.
- this adhesive is based on thermosetting polymers, for example of epoxy type; these types of glues are generally two-component, the mixing of the organic components being carried out just before the application; preferably, this adhesive is suitable for crosslinking completely under the conditions of concrete solidification.
- thermoplastics because the shell-concrete cohesion of the tool could be degraded by overheating of the stamping tool in use at high rate, which would seriously affect the performance of this tool.
- the mechanical anchoring means have at least one dimension which extends perpendicular to the surface of the metal shell so as to protrude from the surface of the liquid phase of the bonding composition after application on this hull, so that, after pouring the concrete, these anchoring means are partially embedded in the adhesive layer and for the other part in concrete.
- the bonding composition To apply the bonding composition, one generally starts with coat the inside of the metal shell with a uniform layer of glue classic in the fluid state and the anchoring means are then applied by causing the adhesive layer to penetrate in the fluid state; it is very important that these anchoring means are partially embedded in the adhesive layer and the other part emerges from the free surface of the glue layer so that be able to be embedded later in concrete; after pouring the concrete, the anchoring means must be inserted both into the thickness of the layer of glue and into concrete.
- the dimension of the anchoring means which extends perpendicular to the surface of the shell or to the surface of the layer of glue is greater than the thickness of the layer of glue applied.
- the advantage of using a wire or trellis as an anchor is that the anchoring elements carried by this wire or this mesh are regularly pre-divided.
- the glue then provides a chemical bond between the shell and the concrete, then that the mechanical anchoring means essentially provide a connection mechanical since they are embedded both in the crosslinked adhesive layer and in solidified concrete.
- the advantage of using aggregates as anchors is that the distances between anchor points are very small, especially when the average diameter of these aggregates is relatively small, ie by example between 1.5 and 3 times the thickness of the liquid phase of the collage composition, after application.
- the replica when the replica is made of polymer material and / or when the conductive layer applied to this replica is based on graphite, this separation is facilitated.
- a hydraulic concrete stamping tool is thus obtained, adapted to the preparation of stamps of predetermined shape from sheet metal blanks, tool whose surface intended to come into contact with the sheet blank to be stamped is covered, at least partially, with a metal shell.
- Tool manufacturing can be completed by light machining to correct the dimensions of the tool if necessary and / or by treating the surface working to harden it and / or to adapt its roughness and / or to improve the effect of lubrication in stamping.
- the stamping tool that is obtained offers significantly improved performance compared to those of the same type of art because the bond between the hull and the concrete is very strong, in particular to shear stresses; improving the resistance of this connection with respect to the prior art is illustrated in Example 1 below.
- stamping machines usable for larger production series stampings and / or stampings of more complex shapes, i.e. shapes with small radii of curvature.
- the purpose of this example is to illustrate the effect of solid anchoring means added to the glue on the resistance of the connection between the shell of a tool stamping and the concrete that is poured into this shell.
- the metal plate 2 is made of a bare sheet steel of thickness 1.5 mm; the plate is degreased using trichlorethylene.
- one of the faces of the plate 2 is coated with glue, the coating method being adapted to the type of glue used (see below).
- the mechanical anchoring means are applied.
- the collage composition then includes the glue itself and the mechanical anchoring means.
- the preparation of the assembly then differs depending on whether it is assembly on "old” concrete or assembly on “wet” concrete.
- the bond 3 between block 1 and plate 2 is then provided by the bonding composition.
- connection 3 between block 1 and plate 2 is then provided by the bonding composition.
- the measurement of the shear strength of the connecting joint 3 is then carried out as follows: by holding the block 1 between a support 4 under its lower face and another support 5 on its upper face, a vertical force F is applied to the plate 2 (see arrow in FIG. 1) and the breaking force F r of the joint of the joint 3 is measured.
- the stress on the joint 3 is then essentially in shear.
- test # 16 to 18 and # 22 to 24 The performances obtained with other adhesives on wet concrete (tests # 16 to 18 and # 22 to 24) may be slightly higher but still insufficient to withstand the heavy loads between the concrete and the hull metal of a stamping tool.
- tests no. 4 to 6 and no. 13 to 15, in accordance with the invention show that the composite bonds according to the invention resist much better shear that "glue" connections according to the prior art, on wet concrete (tests n ° 1 to 3 and n ° 16 to 24); the invention therefore relates to the use of a bonding composition comprising mechanical anchoring means such as aggregates (tests n ° 4 to 6) or metal nails (tests n ° 13 to 15).
- An advantage of the composite bond according to the invention lies in the reliability of the resistance of this link: the dispersion of the test results effect on composite bond is indeed much lower than that of results of tests carried out on conventional bonded bond (see Table I); this advantage therefore improves the reliability of stamping tools manufactured according to the invention.
- the face 7 is then made conductive by application a very thin layer of conductive paint containing particles silver: the replica 6 is then provided with a conductive film 8 on its surface 7; the thickness of the conductive film 8 is of the order of a micrometer.
- the conductive film 8 is therefore coated a layer of nickel, which will form the metal shell 9 of the tool stamping.
- nickel is reputed to be strongly adherent; after depositing nickel, we glue a strain gauge on the uncoated side of the sheet and measure using this gauge the relaxation that appears when you remove by EDM of the successive layers of the nickel deposit.
- the aggregates are therefore here formed by the sand of the mortar and the gravel.
- compositions for stamping tool Concrete fibers Mortar gravels Water W / C fluidizersGypsum # 1 0 1270 1250 200 0.41 1.35 (0.3%) # 2 36 (0.5%) 1250 1133 200 0.42 4.75 (1%) # 3 72 (1%) 1500 480 240 0.42 5.7 (1%)
- the W / C ratio designates the weight of water divided by the weight of cement.
- Example 1 two types of bonding composition are used: first corresponding to tests n ° 4 to 6, and the second corresponding to tests 13 to 15; the bonding composition is prepared and applied to the metal plate 2.
- metal inserts 10 and 11 are positioned.
- the concrete composition is then poured into the mold formed by the shell 9 supported by the replica 6, then the concrete is vibrated in the fluid state at using a vibrating needle suitable for this purpose.
- the shell 9 forms the mold corresponding to the shape of the tool to manufacture, there are no other molding elements here, and therefore there is no subsequent release step.
- the concrete is then allowed to set under the following conditions: storage for 28 days in a constant temperature atmosphere ( ⁇ 21 ° C) and constant humidity (around 95%), protecting from desiccation of fresh concrete surfaces exposed to the atmosphere.
- Test pieces of the same concrete are prepared under conditions identical, to assess the mechanical properties.
- the withdrawal at 30 days is of the order of 0.05 mm / m for the three concrete compositions.
- This table illustrates the reinforcing effect of the fibers introduced into the concrete composition.
- the replica 6 After casting and solidification, the replica 6 is separated from the hull metal 9 secured to the solidified concrete part 12, and the tool is obtained stamping as shown in Figure 4.
- Figure 4 illustrates the connection between the concrete part 12 and the shell 9 provided by the bonding composition comprising crosslinked glue 13 and aggregates 14.
- the inserts and the part of the surface of the tool which is concrete are machined in order to obtain the desired dimensions and centering; shell 9 electroformed does requires no special treatment before using the tool in press stamping.
- a particularly efficient stamping tool is thus obtained, very resistant to wear and allowing high-speed stamped quality.
- stamping tools obtained were tested on an industrial press and have given satisfaction under conventional stamping conditions; the tests have shown that a single tool can perform several hundred thousands of stamps.
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Abstract
Description
L'invention concerne les outils d'emboutissage de tôles d'acier en béton hydraulique et les procédés de fabrication de ces outils.The invention relates to stamping tools for concrete steel sheets. hydraulics and the manufacturing processes of these tools.
L'emboutissage consiste à fabriquer, à partir d'une feuille prédécoupée de métal de faible épaisseur appelée « flan », une pièce de forme complexe non développable appelée « embouti ».Stamping consists of making, from a precut sheet of thin metal called "blank", a piece of complex shape not developable called "stamped".
Une installation d'emboutissage comporte plusieurs outils d'emboutissage : un « poinçon» doté d'une « tête », une « matrice » dotée d'un « fond» et un « serre-flan» ; la tête de poinçon et le fond de matrice sont façonnés selon la forme complexe de l'embouti à obtenir, et selon une forme complémentaire adaptée pour pouvoir obtenir un emboítement complet de la tête de poinçon dans le fond de matrice.A stamping installation includes several stamping tools : a "punch" with a "head", a "matrix" with a "bottom" and a "Hold-down"; the punch head and the die bottom are shaped according to the complex shape of the stamp to be obtained, and in a complementary shape adapted to be able to obtain a complete nesting of the punch head in the bottom of the matrix.
Pour obtenir un embouti selon l'empreinte du fond de matrice (ou de la tête de poinçon) à partir d'un flan prédécoupé, pendant que l'on maintient le flan dans le serre-flan, à l'aide de la tête de poinçon, on entraíne le flan vers le fond de matrice jusqu'à engagement et emboítement complet de la tête dans le fond.To obtain a stamped according to the imprint of the bottom of the matrix (or the punch head) from a pre-cut blank, while maintaining the blank in the blank holder, using the punch head, we drive the blank towards the bottom of matrix until engagement and complete nesting of the head in the background.
Pour la production d'emboutis en grande série, on utilise généralement des outils d'emboutissage en fonte ou en acier.For the production of stampings in large series, one generally uses stamping tools in cast iron or steel.
Pour la production d'emboutis en petite et moyenne série, on peut utiliser des outils d'emboutissage moins onéreux, par exemple en résine, directement moulée ou usinée selon la forme de l'outil, ou en béton hydraulique ou de résine coulé sur un « gel coat » (en langue anglaise) de surface.For the production of stampings in small and medium series, we can use less expensive stamping tools, for example resin, directly molded or machined according to the shape of the tool, or in hydraulic concrete or resin poured onto a surface gel coat.
Cependant, étant donné les faibles caractéristiques mécaniques de ces matériaux au niveau de la « surface travaillante » de ces outils, ces outils s'usent rapidement au contact des tôles à emboutir, ce qui conduit à des séries trop courtes d'emboutissage.However, given the poor mechanical characteristics of these materials at the "working surface" of these tools, these tools wear out quickly on contact with the stamping plates, which leads to series too short of stamping.
Pour améliorer l'état de surface et la résistance à l'usure de ces outils, il est donc nécessaire de renforcer ces matériaux, au niveau des surfaces travaillantes, en les dotant d'une « peau » ou « coque» métallique, comme décrit par exemple :
- dans le
document FR 2 669 842 pour du béton de résine, - dans le document US 1 935 916 pour du béton hydraulique,
- ou dans l'article intitulé « A functional approach to die and process development : the « composite » die and hydroforming »- Auteurs : G.GALLINARO - Revue : ATA - Ingegneria Automotoristica, Novembre-Décembre 1997, vol.50, n°11/12, pp.635-646.
- in
document FR 2 669 842 for resin concrete, - in document US 1,935,916 for hydraulic concrete,
- or in the article entitled "A functional approach to die and process development: the" composite "die and hydroforming" - Authors: G. GALLINARO - Review: ATA - Ingegneria Automotoristica, November-December 1997, vol.50, n ° 11 / 12, pp. 635-646.
La « peau» ou « coque » métallique sert alors de support au béton hydraulique ou de résine et forme, au moins partiellement, la « surface travaillante » de l'outil qui vient au contact de la tôle en cours d'emboutissage.The metallic “skin” or “shell” then serves as a support for the concrete. hydraulic or resin and forms, at least partially, the "surface working ”of the tool which comes into contact with the sheet during stamping.
La coque métallique peut être préparée par emboutissage, par projection
de particules métalliques comme décrit dans le document FR 2 669 842, par
électrodéposition, ou par dépôt en phase vapeur, voire par d'autres méthodes.The metal shell can be prepared by stamping, by projection
of metallic particles as described in
Cette coque métallique présente en général plus de 1 mm d'épaisseur.This metal shell is generally more than 1 mm thick.
L'invention concerne un outil d'emboutissage en béton hydraulique doté d'une peau métallique.The invention relates to a hydraulic concrete stamping tool with of a metallic skin.
Pour fabriquer un outil d'emboutissage en béton hydraulique dont la surface destinée à venir au contact du flan de tôle à emboutir est couverte au moins partiellement d'un coque métallique, on connaít un procédé comprenant les étapes consistant à :
- préparer une coque métallique présentant une face dite « externe » correspondant à la forme prédéterminée de l'embouti et une face opposée dite « interne »,
- préparer un moule pour l'outil d'emboutissage en utilisant ladite coque comme fond ou élément de moule, face interne tournée vers l'intérieur du moule, et en utilisant, le cas échéant, d'autres éléments de moulage,
- couler dans ledit moule une composition de préparation dudit béton, et solidifier ladite composition,
- démouler ladite composition solidifiée en enlevant les éventuels autres éléments de moulage, tout en maintenant la coque en place liée par collage au béton solidifié.
- preparing a metal shell having a so-called "external" face corresponding to the predetermined shape of the stamping and an opposite face called "internal",
- preparing a mold for the stamping tool using said shell as the bottom or element of the mold, internal face facing the interior of the mold, and using, if necessary, other molding elements,
- pouring into said mold a composition for preparing said concrete, and solidifying said composition,
- demold said solidified composition by removing any other molding elements, while keeping the shell in place bonded by bonding to the solidified concrete.
La coque métallique et le béton ont des caractéristiques mécaniques très différentes ; au cours d'un cycle d'emboutissage, notamment en fin de cycle, l'interface coque-béton est sollicité par des contraintes de cisaillement très importantes, notamment dans les zones présentant un petit rayon de courbure ; ces fortes sollicitations peuvent provoquer des ruptures locales de liaison entre le béton et la coque, ce qui limite les performances de l'outil.The metal shell and concrete have very mechanical characteristics different; during a stamping cycle, especially at the end of the cycle, the shell-concrete interface is stressed by very high shear stresses important, especially in areas with a small radius of curvature; these heavy loads can cause local breaks in the connection between concrete and hull, which limits the performance of the tool.
Pour renforcer la liaison coque-béton dans le cas où on utilise du béton de
résine, selon le document FR 2 669 842, avant de couler le béton de résine, on
coule une couche intermédiaire de résine de liaison compatible avec la résine
du béton (voire page 4, lignes 27 à 32).To reinforce the shell-concrete connection in the case where concrete of
resin, according to
Pour renforcer la liaison coque-béton dans le cas où on utilise du béton
hydraulique, selon le document US 1 935 916, la face interne de la coque
métallique est dotée de moyens mécaniques d'ancrage du béton (voir page 2,
lignes 61 à 67) ; préalablement au coulage du béton, on n'applique pas de
composition de collage.To strengthen the shell-concrete connection in the case where concrete is used
hydraulic, according to document US 1,935,916, the internal face of the hull
metal is equipped with mechanical means for anchoring concrete (see
Si le collage est une technique de liaison bien adaptée au béton de résine, elle est mal adaptée au béton hydraulique car, en coulant du béton hydraulique sur une couche de colle, l'eau de la composition de béton empêcherait d'obtenir une liaison suffisamment résistante à l'interface colle-béton.If bonding is a bonding technique well suited to concrete resin, it is poorly suited to hydraulic concrete because, when pouring concrete hydraulic on a layer of glue, the water of the concrete composition would prevent obtaining a sufficiently resistant bond at the adhesive-concrete interface.
On a effet constaté que la liaison entre une colle et un béton « frais » ou « humide » présentait en général des performances bien moindres, en termes de résistance au cisaillement, que la liaison entre la même colle et un béton « ancien », c'est à dire béton « pris » et sec : l'exemple 1 ci-après illustre cette dégradation de performance.It has indeed been observed that the bond between an adhesive and a “fresh” concrete or "Wet" generally had much poorer performance, in terms of shear strength, that the bond between the same glue and a concrete "Old", ie "set" and dry concrete: Example 1 below illustrates this performance degradation.
On est donc dissuadé d'utiliser la technique de collage lorsqu'on utilise du béton hydraulique.We are therefore discouraged from using the bonding technique when using hydraulic concrete.
Par ailleurs, le document US 1 935 916 décrit des moyens mécaniques d'ancrage directement arrimés à la coque métallique (référence 16 sur les figures) ; un tel mode de liaison coque-béton est donc très onéreux. In addition, document US 1,935,916 describes mechanical means anchor directly secured to the metal shell (reference 16 on the figures); such a shell-concrete connection method is therefore very expensive.
L'invention a pour but d'améliorer économiquement la liaison coque-béton d'un outil d'emboutissage en béton hydraulique et d'améliorer les performances de cet outil.The invention aims to economically improve the shell-concrete connection a hydraulic concrete stamping tool and improve performance of this tool.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un outil d'emboutissage en béton hydraulique, adapté à la préparation d'emboutis de forme prédéterminée à partir de flans de tôle, outil dont la surface destinée à venir au contact du flan de tôle à emboutir est couverte au moins partiellement d'une coque métallique, comprenant les étapes consistant à :
- préparer ladite coque métallique de manière à ce qu'elle présente une face dite « externe » correspondant à la forme prédéterminée de l'embouti et une face opposée dite « interne »,
- préparer un moule pour l'outil d'emboutissage en prenant ladite coque comme fond ou élément de moule, face interne tournée vers l'intérieur du moule,
- couler dans ledit moule une composition de préparation dudit béton comprenant des granulats,
- solidifier ladite composition,
- preparing said metal shell so that it has a so-called "external" face corresponding to the predetermined shape of the stamping and an opposite face called "internal",
- preparing a mold for the stamping tool by taking said shell as the bottom or element of the mold, internal face facing the inside of the mold,
- pouring into said mold a composition for preparing said concrete comprising aggregates,
- solidify said composition,
Le terme « phase liquide de colle » désigne une colle classique applicable sous forme liquide.The term “liquid glue phase” designates an applicable conventional glue in liquid form.
Le terme « phase solide » désigne des éléments d'ancrage qui sont dispersés de manière homogène dans la composition de collage.The term "solid phase" refers to anchors which are homogeneously dispersed in the bonding composition.
Grâce à ce procédé de fabrication, on obtient une liaison économique et très résistante entre la coque métallique et le béton.Thanks to this manufacturing process, an economical bond is obtained and very resistant between the metal shell and the concrete.
Comme moyen mécanique d'ancrage, on peut utiliser des granulats minéraux classiques, ce qui est très économique ; pour renforcer encore la liaison coque-béton, on utilise de préférence des granulats de même nature que ceux de la composition de béton ; la granulométrie des granulats de la composition de collage est adaptée pour que les granulats émergent partiellement de la phase liquide de la composition de collage, après application.As mechanical anchoring means, aggregates can be used classic minerals, which is very economical; to further strengthen the shell-concrete connection, preferably aggregates of the same type than those of the concrete composition; the granulometry of the aggregates of the bonding composition is suitable for the aggregates to emerge partially of the liquid phase of the bonding composition, after application.
D'autres caractéristiques avantageuses du procédé selon l'invention sont indiquées dans les revendications dépendantes.Other advantageous characteristics of the process according to the invention are indicated in the dependent claims.
Dans le cas où la coque est préparée par électrodéposition, l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- l'étape de préparation de la coque comprend les étapes consistant à :
- réaliser une réplique présentant une surface correspondant à la forme prédéterminée de l'embouti,
- le cas échéant, rendre conductrice ladite surface de la réplique,
- revêtir ladite surface de réplique ou, le cas échéant, ladite surface conductrice, d'une couche métallique par électrodéposition jusqu'à former une coque métallique, la face interne de la coque correspondant alors au dépôt métallique de fin d'électrodéposition.
- ladite couche métallique est à base de nickel et l'électrodéposition est réalisée dans un bain d'électrodéposition à base de sulfamate de nickel.
- ladite couche métallique est à base de cuivre.
- ladite réplique est en matériau polymère et/ou la surface conductrice de la réplique comprend du graphite.
- the stage of preparation of the hull comprises the stages consisting in:
- make a replica with a surface corresponding to the predetermined shape of the stamping,
- if necessary, make said surface of the replica conductive,
- coating said replica surface or, where appropriate, said conductive surface, with a metallic layer by electrodeposition until forming a metallic shell, the internal face of the shell then corresponding to the metallic deposit at the end of electrodeposition.
- said metal layer is based on nickel and the electroplating is carried out in an electroplating bath based on nickel sulfamate.
- said metal layer is based on copper.
- said replica is made of polymeric material and / or the conductive surface of the replica comprises graphite.
L'invention a également pour objet un outil d'emboutissage en béton hydraulique dont la surface destinée à venir au contact du flan de tôle à emboutir est couverte, au moins partiellement, d'une coque métallique liée au béton, susceptible d'être obtenu par le procédé selon l'invention, caractérisé en ce que ladite coque est liée au béton à l'aide d'une couche de colle, des moyens mécaniques d'ancrage étant insérés en partie dans le béton, et en partie dans ladite couche de colle.The invention also relates to a hydraulic concrete stamping tool whose surface intended to come into contact with the sheet blank to be stamped is covered, at least partially, of a metal shell linked to the concrete, capable of being obtained by the method according to the invention, characterized in that said shell is linked to the concrete to using a layer of adhesive, mechanical anchoring means being inserted in part in concrete, and partly in said layer of glue.
D'autres caractéristiques avantageuses de l'outil d'emboutissage selon l'invention sont indiquées dans les revendications dépendantes.Other advantageous characteristics of the stamping tool according to the invention are indicated in the dependent claims.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre où la coque est préparée par électrodéposition, cette description étant donnée à titre d'exemple non limitatif.The invention will be better understood on reading the description which follows where the shell is prepared by electrodeposition, this description being given by way of nonlimiting example.
Les exemples qui suivent cette description servent à l'illustrer plus précisément, toujours à titre non limitatif et en référence :
- à la figure 1 qui est un schéma de principe des essais de cisaillement de l'exemple 1.
- aux figures 2 à 4 qui correspondent à différentes étapes de fabrication d'un outil d'emboutissage par le procédé selon l'invention tel que décrit à l'exemple 2 : figure 2 : réalisation de la réplique - figure 3 : fabrication de la coque - figure 4 : outil d'emboutissage selon l'invention.
- in Figure 1 which is a block diagram of the shear tests of Example 1.
- in Figures 2 to 4 which correspond to different stages of manufacturing a stamping tool by the method according to the invention as described in Example 2: Figure 2: making the replica - Figure 3: manufacturing the shell - Figure 4: stamping tool according to the invention.
Le procédé de fabrication d'outil d'emboutissage selon l'invention comprend donc principalement les étapes suivantes : préparation de la coque métallique, préparation d'un moule de coulée du béton intégrant cette coque, préparation d'une composition de béton, préparation et application d'une composition de collage pour la liaison béton-coque, coulée du béton, solidification du béton et réticulation de la colle, démoulage du béton.The process for manufacturing a stamping tool according to the invention therefore mainly comprises the following stages: preparation of the shell metallic, preparation of a concrete casting mold integrating this shell, preparation of a concrete composition, preparation and application of a bonding composition for the concrete-shell connection, concrete pouring, solidification of the concrete and crosslinking of the adhesive, demoulding of the concrete.
Pour préparer une coque métallique par électrodéposition ou électroformage, le document DE 40 21 384 décrit un procédé comprenant les étapes consistant à :
- réaliser une réplique présentant une surface correspondant à la forme prédéterminée de l'embouti,
- le cas échéant, rendre conductrice ladite surface de la réplique,
- revêtir ladite surface conductrice d'une couche métallique par électrodéposition jusqu'à former une coque métallique,
- make a replica with a surface corresponding to the predetermined shape of the stamping,
- if necessary, make said surface of the replica conductive,
- coating said conductive surface with a metallic layer by electrodeposition until forming a metallic shell,
On peut réaliser une réplique par exemple en pré-découpant un bloc de matériau tendre puis en l'usinant pour l'amener exactement et précisément aux dimensions souhaitées.We can make a replica for example by pre-cutting a block of soft material then by machining it to bring it exactly and precisely to desired dimensions.
Comme matériau tendre, on peut utiliser un matériau composite à matrice organique, préparé par exemple à partir d'une résine thermodurcissable additionnée de charges ; si ces charges sont conductrices, on peut obtenir un matériau composite conducteur du courant électrique.As a soft material, a matrix composite material can be used organic, prepared for example from a thermosetting resin added charges; if these charges are conductive, one can obtain a composite material conducting the electric current.
On peut également réaliser une réplique par moulage sur un « maítre-modèle » d'une résine, d'un béton de résine ou d'un béton hydraulique sur un « gel-coat » (en langue anglaise) ou de tout autre matériau compatible avec les contraintes de l'électroformage ; ces contraintes concernent en particulier la température et la chimie du bain d'électrodéposition et l'état de surface de la réplique.We can also make a replica by molding on a “master model »Of a resin, a resin concrete or a hydraulic concrete on a "Gel-coat" or in any other material compatible with constraints of electroforming; these constraints relate in particular to the temperature and chemistry of the plating bath and the surface condition of the replica.
L'une des faces de la réplique doit donc correspondre à la forme prédéterminée de l'embouti ; l'état de cette surface va conditionner celui de la surface de l'outil d'emboutissage et aussi la facilité de séparation réplique-coque, généralement après coulée du béton ; il est donc particulièrement important de contrôler cet état de surface, et des traitements de surface, comme par exemple de polissage, peuvent se révéler utiles à cette fin.One of the sides of the replica must therefore correspond to the shape predetermined stamped; the state of this surface will condition that of the surface of the stamping tool and also the ease of replica-shell separation, usually after pouring concrete; so it is particularly important to control this surface condition, and surface treatments, such as polishing, can be useful for this purpose.
Afin de garantir la géométrie de la pièce électroformée, et en particulier lorsque le dépôt électrolytique est réalisé dans un bain à température différente de la température ambiante, pour la réplique, il convient d'utiliser un matériau dont le coefficient de dilatation est proche de celui du métal de la coque, ou de tenir compte de ce coefficent dans les dimensions initiales de la réplique.In order to guarantee the geometry of the electroformed part, and in particular when the electrolytic deposition is carried out in a bath at a different temperature of ambient temperature, for the replica, it is necessary to use a material whose coefficient of expansion is close to that of the metal of the shell, or take this coefficient into account in the initial dimensions of the replica.
Ainsi, il est courant de réaliser des coques en cuivre dans des bains d'électrodéposition à température ambiante, alors que les coques en nickel sont préparées par électrodéposition à des températures en général plus élevées de l'ordre de 55°C.Thus, it is common to make copper shells in baths plating at room temperature, while the nickel shells are prepared by electrodeposition at generally higher temperatures high of the order of 55 ° C.
Si le matériau utilisé pour réaliser la réplique n'est pas conducteur, il convient alors de rendre conductrice la face de la réplique qui correspond à la forme de l'embouti, de manière à ce que, en plongeant cette surface dans un bain d'électrodéposition, on puisse faire passer un courant d'électrodéposition entre cette surface et une contre-électrode plongée dans le bain.If the material used to make the replica is not conductive, it the face of the replica which corresponds to the form of the stamped, so that, by immersing this surface in a electroplating bath, you can pass an electroplating current between this surface and a counter-electrode immersed in the bath.
On peut rendre la surface conductrice par exemple par application d'une couche de peinture conductrice ou par dépôt chimique ou physique d'un matériau conducteur (argent ou palladium, par exemple) ; de préférence, le matériau conducteur comprend du graphite.The surface can be made conductive for example by applying a layer of conductive paint or by chemical or physical deposition of a conductive material (silver or palladium, for example); preferably, the conductive material includes graphite.
Si l'épaisseur de la couche déposée est trop importante au regard des tolérances dimensionnelles de l'outil, il conviendra d'effectuer auparavant une dépouille de la surface de la réplique sur une profondeur correspondant à celle de la couche de peinture ; la qualité de surface de la couche déposée est aussi importante que celle de la réplique comme précédemment décrit. If the thickness of the deposited layer is too great with regard to dimensional tolerances of the tool, it will be advisable to carry out a strips the surface of the replica to a depth corresponding to that paint layer; the surface quality of the deposited layer is also important than that of the replica as previously described.
Afin de limiter l'épaisseur de cette couche et d'obtenir une surface conductrice reproduisant plus fidèlement celle de la réplique, on préfère procéder par dépôt chimique ou physique, plutôt que par peinture.In order to limit the thickness of this layer and obtain a surface conductor reproducing more faithfully that of the replica, we prefer proceed by chemical or physical deposition, rather than by painting.
L'étape suivante comprend une opération d'électrodéposition adaptée pour revêtir la surface conductrice d'une couche métallique d'une épaisseur apte à former la coque métallique de l'outil d'emboutissage.The next step includes a suitable plating operation for coating the conductive surface with a thick metallic layer suitable for forming the metal shell of the stamping tool.
Comme matériau d'électrodéposition apte à former une coque d'outil d'emboutissage, on peut utiliser du nickel, ou du cuivre, ou des alliages de ces métaux comme de alliages de nickel-cobalt.As plating material capable of forming a tool shell stamping, nickel, or copper, or alloys of these, can be used metals such as nickel-cobalt alloys.
L'épaisseur de la coque métallique est fonction de la forme de l'embouti, des caractéristiques mécaniques du béton de l'outil et du métal de sa coque, et des conditions prévues d'utilisation de l'outil ; ainsi par exemple, des formes complexes d'embouti, présentant de faibles rayons de courbure, vont provoquer des contraintes importantes sur la coque et nécessiter une épaisseur plus importante ; l'épaisseur qu'il convient de donner à la coque peut être évaluée par des méthodes connue en elles-mêmes qui ne seront pas décrites ici en détail ; cette épaisseur est en général supérieure à 1 mm.The thickness of the metal shell depends on the shape of the stamping, the mechanical characteristics of the tool concrete and the metal of its shell, and planned conditions for using the tool; so for example, shapes stamping complexes, with small radii of curvature, range cause significant stress on the hull and require thickness more important; the thickness which should be given to the shell can be evaluated by methods known per se which will not be described here in detail; this thickness is generally greater than 1 mm.
Pour l'électrodéposition, on plonge donc la surface conductrice dans un bain d'électrodéposition et on fait passer un courant d'électrodéposition entre cette surface et une contre-électrode plongée dans le bain.For electrodeposition, we therefore immerse the conductive surface in a electroplating bath and a plating current is passed between this surface and a counter-electrode immersed in the bath.
Les conditions d'électrodéposition, comme la composition et la température du bain, comme la densité de courant et la charge d'électrodéposition sont adaptées d'une manière connue en elle-même en fonction de la composition et de l'épaisseur de la couche métallique à déposer ; cette couche déposée forme la coque métallique de l'outil d'emboutissage.Electroplating conditions, such as composition and bath temperature, such as current density and charge electrodeposition are adapted in a manner known per se depending on the composition and thickness of the metal layer to be deposited; this deposited layer forms the metal shell of the stamping tool.
Ainsi, dans le cas de coques en nickel, on utilise de préférence des bains contenant principalement du sulfamate et du chlorure de nickel, et de l'acide borique ; on peut ajouter à ces bains des additifs organiques adaptés pour améliorer les propriétés mécaniques de la coque métallique.Thus, in the case of nickel shells, baths are preferably used containing mainly sulfamate and nickel chloride, and acid boric; can be added to these baths organic additives suitable for improve the mechanical properties of the metal shell.
Le dépôt de début d'électrodéposition étant destiné à constituer la surface travaillante de l'outil d'emboutissage, les conditions de dépôt sont particulièrement importantes pendant cette phase ; en particulier, en cas de faible conductivité de la couche conductrice de la réplique et/ou de manière à obtenir une électrodéposition homogène de bonne qualité et de faible rugosité, il convient d'appliquer pendant cette phase une densité de courant très faible, très inférieure à 1 A/dm2 ; on augmente ensuite la densité de courant selon les performances autorisées par le bain et selon les limites de contraintes internes autorisées dans l'épaisseur déposée.The deposit for the start of electrodeposition being intended to constitute the surface working of the stamping tool, the deposit conditions are particularly important during this phase; in particular, in the event of low conductivity of the conductive layer of the replica and / or so as to obtain a good quality homogeneous plating with low roughness, a very low current density should be applied during this phase, much less than 1 A / dm2; the current density is then increased according to the performances authorized by the bath and within the limits of internal constraints permitted in the thickness deposited.
Les bains contenant du sulfamate de nickel permettent d'atteindre des vitesses de dépôt élevées, ce qui permet de diminuer le coûts de fabrication.Baths containing nickel sulfamate allow to reach high deposition rates, which reduces manufacturing costs.
Pour des densités de courant moyennes généralement inférieures à 10 A/dm2, on peut ainsi obtenir des couches métalliques épaisses de nickel présentant une dureté Vickers comprise entre 150 et 250 HV, une contrainte limite d'élasticité comprise entre 250 et 660 MPa, une contrainte limite de rupture comprise entre 370 et 1050 MPa.For average current densities generally less than 10 A / dm2, it is thus possible to obtain thick metallic layers of nickel having a Vickers hardness between 150 and 250 HV, a constraint elastic limit between 250 and 660 MPa, a limiting stress of rupture between 370 and 1050 MPa.
L'addition de cobalt dans le bain permet d'augmenter la dureté du métal obtenu ; l'augmentation de la densité de-courant provoque en général une diminution de la dureté.Adding cobalt to the bath increases the hardness of the metal got ; the increase in the current density generally causes a decrease in hardness.
Après électrodéposition, on obtient une coque métallique appliquée contre la réplique par sa face dite « externe », la surface libre de la coque constituant la face dite « interne » de la coque qui correspond à l'épaisseur de couche métallique déposée en fin d'électrodéposition.After electrodeposition, we obtain a metal shell applied against the replica by its so-called "external" face, the free surface of the shell constituting the so-called "internal" face of the shell which corresponds to the layer thickness metal deposited at the end of electroplating.
A ce stade, on peut séparer la coque de la réplique ; on préfère cependant effectuer cette séparation ultérieurement.At this point, you can separate the shell from the replica; we prefer however, perform this separation later.
A partir d'éléments de moulage, on prépare alors un moule pour l'outil d'emboutissage, la coque métallique étant utilisée comme fond ou élément de moule, face « interne » tournée vers l'intérieur du moule ; d'autres éléments de moulage sont disposés sur le pourtour de la coque de manière à former un moule adapté aux dimensions de l'outil d'emboutissage à fabriquer ; ces autres éléments peuvent être fixés sur la réplique de la coque.From the molding elements, a mold is then prepared for the tool stamping, the metal shell being used as the bottom or element of mold, "internal" side facing the inside of the mold; other elements of molding are arranged on the periphery of the shell so as to form a mold adapted to the dimensions of the stamping tool to be manufactured; these others elements can be fixed on the replica of the hull.
On prépare alors d'une manière connue en elle-même une composition de béton hydraulique adaptée à la fabrication d'un outil d'emboutissage ; il s'agit en général de composition dites « BHP » ou Béton Hautes Performances qui contiennent, outre les composants classiques du béton, à savoir un liant hydraulique et des granulats, de la silice pyrogénée et un superplastifiant.One then prepares in a manner known per se a composition of hydraulic concrete suitable for the manufacture of a stamping tool; it's about in general of composition called "BHP" or High Performance Concrete which contain, in addition to the conventional components of concrete, namely a binder hydraulic and aggregates, fumed silica and a superplasticizer.
Les granulats sont par exemple constitués de sable et/ou de graviers.The aggregates are for example made up of sand and / or gravel.
Pour ces compositions « BHP », la proportion d'eau de gâchage et le retrait à la solidification sont très faibles.For these “BHP” compositions, the proportion of mixing water and the shrinkage upon solidification are very small.
La solidification complète de ces bétons peut être obtenue par stockage à température ambiante pendant au moins 28 jours ; elle peut également être obtenue de manière accélérée par traitement thermique.The complete solidification of these concretes can be obtained by storage at room temperature for at least 28 days; she can also be obtained in an accelerated manner by heat treatment.
Pour ces compositions, après solidification complète, on obtient des bétons dont la contrainte limite de rupture dépasse 50 MPa en compression et 7 MPa en traction.For these compositions, after complete solidification, concretes whose ultimate tensile stress exceeds 50 MPa in compression and 7 MPa in traction.
De préférence, la composition de préparation de béton qu'on utilise contient des fibres de renforcement ; ces fibres métalliques permettent de limiter les propagations de fissures dans le béton, ce qui permet d'augmenter sa résistance à la compression, surtout à la traction et à la fatigue et d'améliorer encore les performances de l'outil d'emboutissage.Preferably, the concrete preparation composition that is used contains reinforcing fibers; these metallic fibers allow limit the propagation of cracks in concrete, which increases its resistance to compression, especially tensile and fatigue and further improve the performance of the stamping tool.
On prépare et on applique ensuite une composition de collage sur la face interne de la coque métallique, en fond ou en élément de moule.A bonding composition is then prepared and applied to the face internal metal shell, bottom or mold element.
On procède par exemple comme décrit dans les essais n°4 à 6, ou n°13 à 15 de l'exemple 1 ; selon ces essais conformes à l'invention, pour préparer la composition de collage, on disperse, dans la phase liquide constituée par une colle classique adaptée au collage sur béton, une phase solide adaptée pour former des moyens mécaniques d'ancrage au béton.One proceeds for example as described in tests n ° 4 to 6, or n ° 13 to 15 of Example 1; according to these tests according to the invention, to prepare the bonding composition, dispersed in the liquid phase consisting of a classic adhesive suitable for bonding to concrete, a solid phase suitable for forming mechanical means of anchoring to concrete.
De préférence, cette colle est à base de polymères thermodurcissables, par exemple de type époxy ; ces types de colles sont généralement bi-composants, le mélange des composants organiques étant effectué juste avant l'application ; de préférence, cette colle est adaptée pour réticuler complètement dans les conditions de solidification du béton.Preferably, this adhesive is based on thermosetting polymers, for example of epoxy type; these types of glues are generally two-component, the mixing of the organic components being carried out just before the application; preferably, this adhesive is suitable for crosslinking completely under the conditions of concrete solidification.
Il convient d'éviter l'utilisation de colles à base de polymères thermoplastiques, car la cohésion coque-béton de l'outil risquerait d'être dégradée par l'échauffement de l'outil d'emboutissage en cours d'utilisation à cadence élevée, ce qui nuirait gravement aux performances de cet outil. The use of polymer-based adhesives should be avoided thermoplastics, because the shell-concrete cohesion of the tool could be degraded by overheating of the stamping tool in use at high rate, which would seriously affect the performance of this tool.
Les moyens mécaniques d'ancrage ont au moins une dimension qui s'étend perpendiculairement à la surface de la coque métallique de manière à dépasser de la surface de la phase liquide de la composition de collage après application sur cette coque, de façon à ce que, après coulée du béton, ces moyens d'ancrage soient noyés pour une partie dans la couche de colle et pour l'autre partie dans le béton.The mechanical anchoring means have at least one dimension which extends perpendicular to the surface of the metal shell so as to protrude from the surface of the liquid phase of the bonding composition after application on this hull, so that, after pouring the concrete, these anchoring means are partially embedded in the adhesive layer and for the other part in concrete.
Comme moyens mécaniques d'ancrage, on peut utiliser :
- des éléments isolés, comme les granulats minéraux ou les clous
métalliques cités en
exemple 1 ; - un fil « bi-dimensionnel » du type « fil de fer barbelé » ou un treillis « tri-dimensionnel », présentant des éléments régulièrement espacés s'étendant transversalement à la direction générale respectivement du fil ou du treillis, dont au moins une extrémité est destinée à être noyée dans le béton.
- isolated elements, such as mineral aggregates or metal nails mentioned in example 1;
- a “two-dimensional” wire of the “barbed wire” type or a “three-dimensional” lattice, having regularly spaced elements extending transversely to the general direction of the wire or lattice respectively, at least one end of which is intended to be embedded in concrete.
L'utilisation de granulats présente un avantage économique et un avantage sur le plan de l'ancrage dans le béton, notamment quand ces granulats sont de même nature que ceux du béton.The use of aggregates has an economic advantage and a advantage in terms of anchoring in concrete, especially when these aggregates are of the same nature as those of concrete.
Pour appliquer la composition de collage, on commence en général par enduire la face interne de la coque métallique d'une couche uniforme de colle classique à l'état fluide et on applique ensuite les moyens d'ancrage en les faisant pénétrer dans la couche de colle à l'état fluide ; il est très important que ces moyens d'ancrage soient noyés pour une partie dans la couche de colle et que l'autre partie émerge de la surface libre de la couche de colle de manière à pouvoir être noyée ultérieurement dans le béton ; après coulage du béton, les moyens d'ancrage doivent se trouver insérés à la fois dans l'épaisseur de la couche de colle et dans le béton.To apply the bonding composition, one generally starts with coat the inside of the metal shell with a uniform layer of glue classic in the fluid state and the anchoring means are then applied by causing the adhesive layer to penetrate in the fluid state; it is very important that these anchoring means are partially embedded in the adhesive layer and the other part emerges from the free surface of the glue layer so that be able to be embedded later in concrete; after pouring the concrete, the anchoring means must be inserted both into the thickness of the layer of glue and into concrete.
De préférence, la dimension des moyens d'ancrage qui s'étend perpendiculairement à la surface de la coque ou à la surface de la couche de colle est supérieure à l'épaisseur de la couche de colle appliquée.Preferably, the dimension of the anchoring means which extends perpendicular to the surface of the shell or to the surface of the layer of glue is greater than the thickness of the layer of glue applied.
Dans le cas de l'utilisation d'éléments d'ancrage isolés, on applique de préférence ces éléments en les répartissant d'une manière uniforme sur et dans la couche de colle. When using isolated anchors, apply preferably these elements by distributing them uniformly over and in the glue layer.
L'avantage de l'utilisation d'un fil ou d'un treillis comme moyen d'ancrage est que les éléments d'ancrage portés par ce fil ou ce treillis sont régulièrement pré-répartis.The advantage of using a wire or trellis as an anchor is that the anchoring elements carried by this wire or this mesh are regularly pre-divided.
On peut ensuite procéder à l'opération de coulage de la composition de béton dans le moule.We can then proceed to the casting operation of the composition of concrete in the mold.
Avant coulage :
- selon la nature de la colle classique utilisée, on peut, d'une manière connue en elle-même, laisser réticuler partiellement la colle ;
- si besoin, on peut prévoir des armatures de renforcement du béton et des inserts métalliques que l'on dispose alors dans le moule.
- depending on the nature of the conventional adhesive used, it is possible, in a manner known per se, to partially allow the adhesive to crosslink;
- if necessary, concrete reinforcements and metal inserts can be provided, which are then placed in the mold.
On coule ensuite la composition de béton dans le moule, on fait vibrer le béton à l'état fluide de manière à le dégazer et à le densifier, puis on laisse solidifier ce béton d'une manière connue en elle-même et adaptée à la composition de béton utilisée ; dans les conditions de solidification, la colle de la composition de collage est complètement réticulée.We then pour the concrete composition into the mold, we vibrate the concrete in a fluid state so as to degas and densify it, then we leave solidify this concrete in a manner known in itself and adapted to the concrete composition used; under solidification conditions, the glue the bonding composition is completely crosslinked.
Après solidification ou au moins après début de solidification, alors que la colle de la composition de collage est complètement réticulée, on peut démouler en enlevant si nécessaire les autres éléments de moulage, sauf la coque métallique qui est solidarisée par collage et ancrage avec le béton.After solidification or at least after beginning of solidification, while the glue of the bonding composition is completely crosslinked, one can unmold, removing if necessary the other molding elements, except the metal shell which is secured by gluing and anchoring with concrete.
Lorsque la colle est adaptée pour réticuler complètement dans les conditions de solidification du béton, il n'est pas nécessaire de prévoir une étape séparée de réticulation après coulage du béton.When the adhesive is suitable for crosslinking completely in the concrete solidification conditions, it is not necessary to provide a separate crosslinking step after pouring the concrete.
La colle assure alors une liaison chimique entre la coque et le béton, alors que les moyens mécaniques d'ancrage assurent essentiellement une liaison mécanique puisqu'ils sont noyés à la fois dans la couche de colle réticulée et dans le béton solidifié.The glue then provides a chemical bond between the shell and the concrete, then that the mechanical anchoring means essentially provide a connection mechanical since they are embedded both in the crosslinked adhesive layer and in solidified concrete.
L'avantage à utiliser des granulats comme moyens d'ancrage est que les distances entre les points d'ancrage sont très faibles, notamment lorsque le diamètre moyen de ces granulats est relativement faible, c'est à dire par exemple compris entre 1,5 et 3 fois l'épaisseur de la phase liquide de la composition de collage, après application. The advantage of using aggregates as anchors is that the distances between anchor points are very small, especially when the average diameter of these aggregates is relatively small, ie by example between 1.5 and 3 times the thickness of the liquid phase of the collage composition, after application.
On peut aussi utiliser des granulats non seulement de même nature mais aussi de même granulométrie que ceux de la composition de béton, ce qui est plus économique.It is also possible to use aggregates not only of the same kind but also of the same particle size as those of the concrete composition, which is more economical.
Il convient également, si cela n'a pas encore été fait, de séparer la réplique de la coque métallique, ce qui découvre la surface externe de la coque qui correspond à la surface travaillante de l'outil d'emboutissage.It is also appropriate, if this has not yet been done, to separate the replica of the metal shell, which uncovers the external surface of the shell which corresponds to the working surface of the stamping tool.
Avantageusement, lorsque la réplique est en matériau polymère et/ou lorsque la couche conductrice appliquée sur cette réplique est à base de graphite, cette séparation est facilitée.Advantageously, when the replica is made of polymer material and / or when the conductive layer applied to this replica is based on graphite, this separation is facilitated.
On obtient ainsi un outil d'emboutissage en béton hydraulique, adapté à la préparation d'emboutis de forme prédéterminée à partir de flans de tôle, outil dont la surface destinée à venir au contact du flan de tôle à emboutir est couverte, au moins partiellement, d'un coque métallique.A hydraulic concrete stamping tool is thus obtained, adapted to the preparation of stamps of predetermined shape from sheet metal blanks, tool whose surface intended to come into contact with the sheet blank to be stamped is covered, at least partially, with a metal shell.
La fabrication de l'outil peut être complétée par un léger usinage pour corriger si besoin les dimensions de l'outil et/ou par un traitement de la surface travaillante pour la durcir et/ou pour adapter sa rugosité et/ou pour améliorer l'effet de la lubrification en emboutissage.Tool manufacturing can be completed by light machining to correct the dimensions of the tool if necessary and / or by treating the surface working to harden it and / or to adapt its roughness and / or to improve the effect of lubrication in stamping.
On peut pratiquer sur la coque métallique de l'outil les mêmes traitements de surface que ceux qu'on utilise sur des outils d'emboutissage classiques en fonte ; pour des traitements thermiques, il convient de veiller à ne pas atteindre des températures qui risqueraient de détériorer la colle réticulée de la composition de collage qui assure la liaison entre la coque et le béton.We can practice on the metal shell of the tool the same treatments than those used on conventional stamping tools in melting ; for heat treatments, care must be taken not to reach temperatures that could damage the crosslinked glue of the bonding composition which ensures the connection between the shell and the concrete.
Grâce à l'invention, l'outil d'emboutissage qu'on obtient offre des performances nettement améliorées par rapport à ceux de même type de l'art antérieur, parce que la liaison entre la coque et le béton est très résistante, notamment aux contraintes de cisaillement ; l'amélioration de la résistance de cette liaison par rapport à l'art antérieur est illustrée à l'exemple 1 ci-dessous.Thanks to the invention, the stamping tool that is obtained offers significantly improved performance compared to those of the same type of art because the bond between the hull and the concrete is very strong, in particular to shear stresses; improving the resistance of this connection with respect to the prior art is illustrated in Example 1 below.
Grâce à l'invention, on peut fabriquer, à coût réduit, des outils d'emboutissage utilisables pour des séries plus importantes de fabrication d'emboutis et/ou pour des emboutis de formes plus complexes, c'est à dire des formes présentant de petits rayons de courbure.Thanks to the invention, tools can be manufactured at reduced cost. stamping machines usable for larger production series stampings and / or stampings of more complex shapes, i.e. shapes with small radii of curvature.
Les exemples suivants complètent la description. The following examples complete the description.
Cet exemple a pour but d'illustrer l'effet des moyens solides d'ancrage ajoutés à la colle sur la résistance de la liaison entre la coque d'un outil d'emboutissage et le béton que l'on coule dans cette coque.The purpose of this example is to illustrate the effect of solid anchoring means added to the glue on the resistance of the connection between the shell of a tool stamping and the concrete that is poured into this shell.
Pour évaluer cet effet, on mesure la résistance au cisaillement de joints de colle appliqués entre un bloc en béton et une plaque métallique selon le protocole défini en §1 ci-dessous, pour plusieurs types de joints collés définis en §2 ci-dessous ; les résultats sont reportés au §3.To assess this effect, we measure the shear strength of glue applied between a concrete block and a metal plate according to the protocol defined in §1 below, for several types of glued joints defined in §2 below; the results are reported in §3.
Le principe de la mesure est illustré à la figure 1.The principle of measurement is illustrated in Figure 1.
La plaque métallique 2 est constituée d'une tôle d'acier nu d'épaisseur 1,5
mm ; la plaque est dégraissée à l'aide de trichloréthylène.The
Après avoir, le cas échéant, mélangé les différents composants de la
colle, on enduit de colle l'une des faces de la plaque 2, le mode d'enduction
étant adapté au type de colle utilisé (voir ci-après).After having mixed the various components of the
glue, one of the faces of the
On applique ensuite, le cas échéant, les moyens mécaniques d'ancrage selon l'invention (voir ci-après) ; la composition de collage comprend alors la colle elle-même et les moyens mécaniques d'ancrage.Then, if necessary, the mechanical anchoring means are applied. according to the invention (see below); the collage composition then includes the glue itself and the mechanical anchoring means.
La préparation de l'assemblage diffère alors selon qu'il s'agit d'assemblage sur béton « ancien » ou d'assemblage sur béton « humide ».The preparation of the assembly then differs depending on whether it is assembly on "old" concrete or assembly on "wet" concrete.
A partir de la composition de béton n°1 (sans fibres) décrite à l'exemple 2
(Tableau III), on prépare un bloc de béton 1 à faces parallèles ; après maintien
au moins 28 jours en salle de conservation, le bloc obtenu présente une
résistance à la compression de l'ordre de 55 MPa.From concrete composition n ° 1 (without fibers) described in example 2
(Table III), a
Pour obtenir l'assemblage, on applique alors la plaque 2 encollée sur l'une
des faces du bloc 1. To obtain the assembly, we then apply the
Après séchage dans des conditions adaptées à la colle utilisée, la liaison
3 entre le bloc 1 et la plaque 2 est alors assurée par la composition de collage.After drying under conditions suitable for the adhesive used, the
Sur la face encollée de la plaque 2, et après un début de polymérisation
de la colle (1 à 2 heures suivant le type de colle utilisée), on moule un bloc 1 de
béton à partir d'une composition de béton identique à celle décrite au
paragraphe 1.1.1 ci-dessus.On the glued side of the
Après vibrage de la composition à l'état fluide, on laisse prendre le béton en masse et sécher dans les mêmes conditions que celles décrites au paragraphe 1.1.1 ci-dessus, c'est à dire qu'on maintient l'assemblage au moins 28 jours en salle de conservation.After vibrating the composition in the fluid state, let the concrete set en masse and dry under the same conditions as those described in paragraph 1.1.1 above, that is to say that the assembly is kept at least 28 days in the conservation room.
Comme au paragraphe 1.1.1, la liaison 3 entre le bloc 1 et la plaque 2 est
alors assurée par la composition de collage.As in paragraph 1.1.1, the
On effectue alors la mesure de résistance au cisaillement du joint de
liaison 3 de la manière suivante : en maintenant le bloc 1 entre un appui 4 sous
sa face inférieure et un autre appui 5 sur sa face supérieure, on applique une
force F verticale à la plaque 2 (voir flèche sur la figure 1) et on mesure la force
de rupture Fr de la liaison du joint 3.The measurement of the shear strength of the connecting joint 3 is then carried out as follows: by holding the
La sollicitation du joint 3 est alors essentiellement en cisaillement.The stress on the joint 3 is then essentially in shear.
Pour obtenir une évaluation plus précise de la résistance au cisaillement
d'un joint 3 de liaison, on réalise au moins trois assemblages à l'aide du même
joint de liaison et on mesure la résistance à la rupture Fr1, Fr2, Fr3 de chaque
assemblage ; la moyenne des trois mesures obtenues donne une évaluation
plus précise de la résistance au cisaillement du joint 3.To obtain a more precise evaluation of the shear strength of a joint 3 of connection, one carries out at least three assemblies using the same joint of connection and one measures the breaking strength F r1 , F r2 , F r3 of each assembly; the average of the three measurements obtained gives a more precise evaluation of the shear strength of the
Le choix d'une tôle métallique en acier s'explique comme suit : des essais de rupture ont été préalablement effectués en prenant, comme plaque métallique, des plaques électroformées dans les mêmes conditions que celles de la coque métallique de l'outil d'emboutissage selon l'invention ; on a alors observé que la rupture de la liaison du joint de colle se faisait toujours à l'interface béton-colle ; on a donc déduit que des mesures effectuées à l'aide de plaque métalliques en acier donneraient les mêmes résultats que celles effectuées sur des plaques électroformées ; pour simplifier les essais, on a donc effectué ensuite la plupart des mesures sur des plaques d'acier.The choice of a steel sheet is explained as follows: tests rupture were previously carried out by taking, as plate metallic, electroformed plates under the same conditions as those the metal shell of the stamping tool according to the invention; we have then observed that the break in the bonding of the adhesive joint was always done at the concrete-adhesive interface; we therefore deduced that measurements made using of metallic steel plates would give the same results as those performed on electroformed plates; to simplify the tests, we have so then carried out most of the measurements on steel plates.
Trois colles ont été testées :
- « Sikadur 31 »® de la Société SIKA : il s'agit d'une colle époxy bi-composants, adaptée au collage de métaux et de béton frais sur béton ancien ; cette colle peut être considérée comme un mortier de résine ; cette colle est appliquée à l'aide d'une raclette à dents triangulaires de 2 mm de hauteur.
- « Sikadur Imprégnation »® de la Société SIKA : colle époxy bi-composants, fluide, adaptée au collage de béton frais sur béton ancien et à la reprise de bétonnage ; il s'agit d'une résine pure s'imprégnant bien dans le béton ; cette colle est appliquée au pinceau.
- « Mybond Epiphen »® 1800 » de la Société LAMBIOTTE : résine
époxy bi-composants, fluide ; il s'agit d'une résine pure généralement
employée pour la fabrication de composites stratifiés et de bétons de
résine ; cette colle est appliquée sur 1 à 2 mm d'épaisseur par
coulage dans un moule dont le fond est la plaque métallique ; avant
application sur la plaque, on laisse réticuler partiellement
pendant 2 heures environ, de manière à obtenir une colle de viscosité plus élevée mais encore suffisamment fluide pour être coulée dans le moule.
- “Sikadur 31” ® from the SIKA Company: it is a two-component epoxy adhesive, suitable for bonding metals and fresh concrete to old concrete; this glue can be considered as a resin mortar; this glue is applied using a squeegee with
triangular teeth 2 mm high. - “Sikadur Impregnation” ® from the SIKA Company: two-component epoxy adhesive, fluid, suitable for bonding fresh concrete to old concrete and resuming concreting; it is a pure resin which impregnates well in concrete; this glue is applied with a brush.
- "Mybond Epiphen" ® 1800 "from LAMBIOTTE: two-component epoxy resin, fluid; it is a pure resin generally used for the manufacture of laminate composites and resin concretes; this glue is applied on 1 to 2 mm thick by pouring into a mold whose bottom is the metal plate; before application to the plate, it is left to partially crosslink for approximately 2 hours, so as to obtain an adhesive of higher viscosity but still sufficiently fluid to be poured into the mold.
Trois types de liaisons composites ont été testées sur béton « humide », les deux dernières correspondant à des compositions de collage selon l'invention :
- Double couche de colle : colle « Sikadur 31 » + « Sikadur Imprégnation » : on applique d'abord sur la plaque métallique une couche de « Sikadur 31 », on laisse cette colle réticuler partiellement pendant environ 2 h, puis on applique sur cette couche partiellement réticulée une couche de « Sikadur Imprégnation », bien adaptée au collage sur matériaux poreux.
- colle « Sikadur 31 » + liaison « minérale » : la polymérisation de la colle étant plus difficile en milieu humide, l'objectif poursuivi est de compléter la liaison par des liaisons mécaniques de même nature que le béton ; après application de la couche de colle sur la plaque métallique, on disperse des granulats sur cette couche, avant le début de polymérisation ; le diamètre moyen des granulats est largement supérieur à l'épaisseur de la couche de colle appliquée ; le taux de couverture des granulats dispersés est adapté pour que l'espace moyen entre les granulats soit du même ordre de grandeur que la taille moyenne des granulats ; on fait pénétrer les granulats dans la couche de colle.
- colle « Sikadur 31 » + liaison « métallique » : la polymérisation de la colle étant plus difficile en milieu humide, l'objectif poursuivi est de compléter la liaison par des liaisons métalliques comparables à des armatures de béton ; après application de la couche de colle sur la plaque métallique et avant le début de polymérisation, on disperse des clous de 40 mm de long environ sur cette couche, en noyant la tête de ces clous dans la couche de colle , la direction générale des clous étant transversale à la surface de la plaque ; le taux de couverture des clous dispersés est adapté pour que l'espacement minimum entre chaque clou soit supérieur au diamètre minimum des graviers du béton.
- Double layer of glue: "Sikadur 31" glue + "Sikadur Impregnation": first apply a layer of "Sikadur 31" on the metal plate, allow this glue to partially crosslink for approximately 2 h, then apply to this layer partially crosslinked a layer of "Sikadur Impregnation", well suited for bonding on porous materials.
- “Sikadur 31” glue + “mineral” bond: since the polymerization of the glue is more difficult in a humid environment, the objective is to complete the bond with mechanical bonds of the same nature as concrete; after application of the layer of adhesive on the metal plate, aggregates are dispersed on this layer, before the start of polymerization; the average diameter of the aggregates is much greater than the thickness of the layer of adhesive applied; the coverage rate of the dispersed aggregates is adapted so that the average space between the aggregates is of the same order of magnitude as the average size of the aggregates; the aggregates are made to penetrate the adhesive layer.
- "Sikadur 31" glue + "metallic" bond: the polymerization of the glue being more difficult in a humid environment, the objective is to complete the bond with metallic bonds comparable to concrete reinforcements; after application of the layer of glue on the metal plate and before the start of polymerization, nails are dispersed about 40 mm long on this layer, by embedding the head of these nails in the layer of glue, the general direction of the nails being transverse to the surface of the plate; the coverage rate of the dispersed nails is adapted so that the minimum spacing between each nail is greater than the minimum diameter of the gravels of the concrete.
Les résultats obtenus ainsi que le type et la localisation de la rupture
après test sont reportés au tableau I ci-dessous.
La comparaison des résultats des essais n°1, 2 et 3 à ceux des essais
n°25, 26 et 27 montre bien qu'une colle appliquée sur béton « frais » ou
« humide » présente en général des performances bien moindres, en termes
de résistance au cisaillement, que la même colle appliquée sur béton
« ancien », c'est à dire béton « pris » et sec. Comparison of the results of
C'est précisément un but essentiel de l'invention que d'éviter ou de compenser cette détérioration des performances.It is precisely an essential aim of the invention to avoid or compensate for this deterioration in performance.
Les performances obtenues avec d'autres colles sur béton humide (essais n°16 à 18 et n°22 à 24) peuvent être légèrement supérieures mais encore insuffisantes pour supporter les fortes sollicitations entre le béton et la coque métallique d'un outil d'emboutissage.The performances obtained with other adhesives on wet concrete (tests # 16 to 18 and # 22 to 24) may be slightly higher but still insufficient to withstand the heavy loads between the concrete and the hull metal of a stamping tool.
C'est également un but de l'invention que de proposer une liaison béton-métal résistant beaucoup mieux au cisaillement.It is also an object of the invention to propose a concrete-metal connection much better shear resistance.
Ainsi les essais n°4 à 6 et n°13 à 15, conformes à l'invention, montrent que les liaisons composites selon l'invention résistent beaucoup mieux au cisaillement que les liaisons « colle » selon l'art antérieur, sur béton humide (essais n°1 à 3 et n°16 à 24) ; l'invention porte donc sur l'utilisation d'une composition de collage comprenant des moyens mécaniques d'ancrage comme des granulats (essais n°4 à 6) ou des clous métalliques (essais n°13 à 15).Thus tests no. 4 to 6 and no. 13 to 15, in accordance with the invention, show that the composite bonds according to the invention resist much better shear that "glue" connections according to the prior art, on wet concrete (tests n ° 1 to 3 and n ° 16 to 24); the invention therefore relates to the use of a bonding composition comprising mechanical anchoring means such as aggregates (tests n ° 4 to 6) or metal nails (tests n ° 13 to 15).
En utilisant ce type de liaison composite pour la fabrication d'un outil d'emboutissage en béton doté d'une coque métallique, on améliore sensiblement la cohésion entre la coque et le béton et, par conséquent, les performances de l'outil.Using this type of composite bond for the manufacture of a tool concrete stamping with a metal shell, it improves substantially the cohesion between the shell and the concrete and, consequently, the tool performance.
Un avantage de la liaison composite selon l'invention réside dans la fiabilité de la résistance de cette liaison : la dispersion des résultats des essais effectués sur liaison composite est en effet beaucoup plus faible que celle des résultats des essais effectués sur liaison collée classique (voir Tableau I) ; cet avantage améliore donc la fiabilité des outils d'emboutissage fabriqués selon l'invention.An advantage of the composite bond according to the invention lies in the reliability of the resistance of this link: the dispersion of the test results effect on composite bond is indeed much lower than that of results of tests carried out on conventional bonded bond (see Table I); this advantage therefore improves the reliability of stamping tools manufactured according to the invention.
Cet exemple a pour but d'illustrer la fabrication d'un moule en béton hydraulique selon l'invention, en référence aux figures 2 à 4.The purpose of this example is to illustrate the manufacture of a concrete mold hydraulics according to the invention, with reference to Figures 2 to 4.
On pré-découpe un bloc de matériau tendre puis on l'usine pour l'amener exactement et précisément aux dimensions souhaitées et de manière à ce qu'une des faces 7 corresponde à la forme prédéterminée de l'embouti. We pre-cut a block of soft material then we machine it to bring it exactly and precisely to the desired dimensions and in such a way that one of the faces 7 corresponds to the predetermined shape of the stamped.
Comme matériau tendre, on peut prendre l'un des matériaux polymère
décrits au Tableau II ci-dessous.
Référence commerciale :
Lexan®
LAB 900
Ren Shape® 540
Commercial reference:
Lexan®
LAB 900
Ren Shape® 540
Les matériaux décrits dans ce tableau Il présentent les caractéristiques suivantes :
- coefficient de dilatation supérieur mais relativement proche de celui du nickel (17.10-6 environ) dans la gamme de température 20 - 100°C,
- densité supérieure à 1 kg/dm3 pour faciliter l'immersion dans le bain d'électrodéposition, température de transition vitreuse largement supérieure à la température d'utilisation du bain, bonne résistance à l'action chimique acide du bain et au gonflement à l'eau,
- bonne usinabilité à cause des propriétés mécaniques (résistance à la compression, allongement à la rupture, dureté).
- excellent état de surface après usinage, notamment au niveau de la rugosité et de la porosité, ce qui facilite la séparation coque-réplique.
- coefficient of expansion higher but relatively close to that of nickel (17.10 -6 approximately) in the temperature range 20 - 100 ° C,
- density greater than 1 kg / dm3 to facilitate immersion in the electroplating bath, glass transition temperature much higher than the temperature of use of the bath, good resistance to the acid chemical action of the bath and to swelling on water,
- good machinability due to mechanical properties (compressive strength, elongation at break, hardness).
- excellent surface condition after machining, particularly in terms of roughness and porosity, which facilitates the separation between shell and replica.
Après dégraissage, on rend ensuite la face 7 conductrice par application
d'une couche très fine d'une peinture conductrice contenant des particules
d'argent : la réplique 6 est alors dotée d'un film conducteur 8 sur sa surface 7 ;
l'épaisseur du film conducteur 8 est de l'ordre du micromètre.After degreasing, the face 7 is then made conductive by application
a very thin layer of conductive paint containing particles
silver: the
On peut également utiliser une peinture contenant des particules de graphite, ce qui facilite la séparation coque-réplique.You can also use a paint containing particles of graphite, which facilitates the shell-replica separation.
Par électrodéposition dans un bain, on revêt donc le film conducteur 8
d'une couche de nickel, qui formera la coque métallique 9 de l'outil
d'emboutissage.By electrodeposition in a bath, the
Composition du bain d'électrodéposition :
- acide borique H3BO3 : 80 g/l
- chlorure de nickel, NiCl2, 6 H2O 5 à 10 g/l
- sulfamate de nickel Ni(NH2 SO3)2 200 g/l
... de manière à obtenir |Ni2+| = 40 g/l - agent mouillant <1% en poids
- boric acid H 3 BO 3 : 80 g / l
- nickel chloride, NiCl 2 , 6 H 2 O 5 at 10 g / l
- nickel sulfamate Ni (NH 2 SO 3) 2 200 g / l
... so as to obtain | Ni2 + | = 40 g / l - wetting agent <1% by weight
Conditions d'électrodéposition :
- Bain : 4,2 < pH < 4,8 et température comprise entre 50 et 55°C,
- densité de courant : 0,1 A/dm2 au début, portée progressivement à 5 A/dm2.
- Bath: 4.2 <pH <4.8 and temperature between 50 and 55 ° C,
- current density: 0.1 A / dm2 at the start, gradually increased to 5 A / dm2.
Caractéristiques mécaniques du nickel obtenu :
- contrainte limite d'élasticité (à 0,2%) : 485 MPa,
- Module d'élasticité : 182,5 GPa,
- contrainte limite à la rupture : 840 MPa,
- Allongement à la rupture : 8,3 %
- dureté sur la face externe (vers film 8) : 210 HV
- dureté sur la face interne (fond de moule) 238 HV
- yield stress (at 0.2%): 485 MPa,
- Modulus of elasticity: 182.5 GPa,
- ultimate breaking stress: 840 MPa,
- Elongation at break: 8.3%
- hardness on the external face (to film 8): 210 HV
- hardness on the internal face (bottom of mold) 238 HV
On a également évalué la valeur des contraintes résiduelles dans l'épaisseur de la couche de nickel en effectuant des mesures sur des couches déposées dans les mêmes conditions, mais sur une tôle d'acier.We also evaluated the value of the residual stresses in the thickness of the nickel layer by making measurements on layers deposited under the same conditions, but on a steel sheet.
Sur ce substrat et contrairement au film conducteur 8 ou à la surface de la
réplique 7, le nickel est réputé fortement adhérent ; après dépôt de nickel, on
colle sur la face non revêtue de la tôle une jauge de déformation et on mesure
à l'aide de cette jauge la relaxation qui apparaít lorsqu'on enlève par
électroérosion des couches successives du dépôt de nickel.On this substrate and unlike the
Ces mesures ont permis d'estimer que les contraintes résiduelles sont comprises entre 90 et 150 MPa en traction.These measurements made it possible to estimate that the residual stresses are between 90 and 150 MPa in tension.
Le faible niveau des contraintes résiduelles permet de limiter les risques de « décollements » de certaines zones de la coque par rapport à la réplique en cours d'électrodéposition ou avant coulée du béton, ce qui permet de mieux garantir encore le respect des tolérances géométriques de la surface travaillante de l'outil.Low residual stress limits risk of “detachments” from certain areas of the hull in relation to the replica during electroplating or before pouring concrete, which allows better further guarantee compliance with the geometric tolerances of the surface working the tool.
Après électrodéposition, on obtient donc sur la réplique 6, une coque
métallique 9 présentant une face dite « externe » au contact du film conducteur
8 et une face opposée dite « interne ».After electrodeposition, we thus obtain on
Compte tenu de la forme de la coque 9 décrite à la figure 3, aucun
élément de moulage n'est ici à rajouter pour former le moule de coulée du
béton.Given the shape of the
On prépare des compositions avec les constituants suivants :
- liant hydraulique de type ciment et sable : mortier dénommé Clavex ® Lanko 701 de la Société LAFARGE ; ce mortier est déjà formulé avec des additifs limitant le retrait comme de la silice pyrogénée.
- graviers de granulométrie comprise
entre 3 et 8 mm, - fibres de renforcement : fibres de fonte amorphe se présentant sous forme de rubans souples très minces de dimensions 15 x 1 x 0,03 mm environ, dénommées Fibralex de la Société SEVA.
- fluidifiant ou agent superplastifiant : dénommé Sikament FF86 de la Société SIKA.
- eau de gâchage.
- hydraulic binder of cement and sand type: mortar called Clavex ® Lanko 701 from LAFARGE; this mortar is already formulated with additives limiting shrinkage such as fumed silica.
- gravel with a grain size between 3 and 8 mm,
- reinforcing fibers: amorphous cast iron fibers in the form of very thin flexible ribbons of dimensions approximately 15 x 1 x 0.03 mm, called Fibralex from the company SEVA.
- fluidizer or superplasticizer: called Sikament FF86 from the company SIKA.
- mixing water.
Les granulats sont donc ici formés par le sable du mortier et les graviers.The aggregates are therefore here formed by the sand of the mortar and the gravel.
On prépare trois types de composition différant par les proportions de ces
constituants, comme indiqué au tableau III.
Dans ce Tableau III, les proportions sont indiquées en masse volumique (kg/m3), les chiffres en parenthèses indiquent :
- dans la colonne « fibres », le volume de fibres par rapport au volume de béton,
- dans la colonne « fluidifiant », le volume de fluidifiant par rapport au volume de ciment.
- in the "fibers" column, the volume of fibers in relation to the volume of concrete,
- in the “fluidizer” column, the volume of fluidizer relative to the volume of cement.
La rapport E/C désigne le poids d'eau divisé par le poids de ciment.The W / C ratio designates the weight of water divided by the weight of cement.
Dans l'exemple 1, on utilise deux types de composition de collage : la
première correspondant aux essais n°4 à 6, et la seconde correspondant aux
essais n°13 à 15 ; la composition de collage est préparée et appliquée sur la
plaque métallique 2.In Example 1, two types of bonding composition are used:
first corresponding to tests n ° 4 to 6, and the second corresponding to
On utilise ici de la même façon soit la première soit la deuxième
composition de collage, sur la coque métallique 9 toujours supportée par la
réplique 6. We use here in the same way either the first or the second
bonding composition, on the
Avant coulage, on positionne des inserts métalliques 10 et 11.Before casting, metal inserts 10 and 11 are positioned.
On coule ensuite la composition de béton dans le moule formé par la
coque 9 supportée par la réplique 6, puis on fait vibrer le béton à l'état fluide à
l'aide d'une aiguille vibrante adaptée à cet effet.The concrete composition is then poured into the mold formed by the
Comme la coque 9 forme le moule correspondant à la forme de l'outil à
fabriquer, il n'y a pas, ici, d'autres éléments de moulage et il n'y a donc pas
d'étape ultérieure de démoulage.As the
On laisse ensuite prendre le béton dans les conditions suivantes : conservation pendant 28 jours en atmosphère à température constante (≈ 21°C) et taux d'humidité constante (95% environ), en protégeant de la dessiccation les surfaces de béton frais exposées à l'atmosphère.The concrete is then allowed to set under the following conditions: storage for 28 days in a constant temperature atmosphere (≈ 21 ° C) and constant humidity (around 95%), protecting from desiccation of fresh concrete surfaces exposed to the atmosphere.
On prépare des éprouvettes du même béton dans des conditions identiques, pour évaluer les propriétés mécaniques.Test pieces of the same concrete are prepared under conditions identical, to assess the mechanical properties.
On constate que le retrait à 30 jours est de l'ordre de 0,05 mm/m pour les trois compositions de béton.It is noted that the withdrawal at 30 days is of the order of 0.05 mm / m for the three concrete compositions.
On évalue les propriétés mécaniques de la manière suivante :
- résistance à la compression σ max.c : sur des éprouvettes de diamètre 110 mm et de longueur 220 mm ;
- résistance en traction σ max.t1 : par des essais de flexion (de type « trois points ») à déplacement imposé sur des éprouvettes de dimensions : 70 x 70 x 280 mm ;
- résistance en traction σ max.t2 : par des essais de flexion (de type « trois points ») à force imposée sur des éprouvettes pré-entaillées de dimensions : 47 x 70 x 280 mm ; ces essais sont effectués à un an.
- module d'élasticité en compression Ec et en flexion Ef.
- compressive strength σ max.c : on 110 mm diameter and 220 mm long test pieces ;
- tensile strength σ max.t1 : by bending tests (of the "three point" type) with imposed displacement on test pieces of dimensions: 70 x 70 x 280 mm;
- tensile strength σ max.t2 : by bending tests (of the “three point” type) with force imposed on pre-notched test pieces of dimensions: 47 x 70 x 280 mm; these tests are carried out at one year.
- modulus of elasticity in compression E c and in bending E f .
Les résultats obtenus sont reportés au Tableau IV pour chaque
composition de béton (cf. §3 ci-dessus)
Ce tableau illustre l'effet renforçateur des fibres introduites dans la composition de béton.This table illustrates the reinforcing effect of the fibers introduced into the concrete composition.
Après coulée et solidification, on sépare la réplique 6 de la coque
métallique 9 solidaire de la pièce en béton solidifié 12, et on obtient l'outil
d'emboutissage tel que représenté à la figure 4.After casting and solidification, the
La figure 4 illustre la liaison entre la pièce en béton 12 et la coque 9
assurée par la composition de collage comprenant de la colle réticulée 13 et
des granulats 14.Figure 4 illustrates the connection between the
La combinaison de l'effet chimique de liaison assuré par la colle 13 et de
l'effet mécanique de liaison assuré par les granulats 14 permet d'atteindre une
très forte cohésion de la coque 9 et de la pièce en béton.The combination of the chemical bonding effect provided by the
Les inserts et la partie de la surface de l'outil qui est en béton sont usinés
afin d'obtenir les cotes et les centrages souhaités ; la coque 9 électroformée ne
nécessite aucun traitement particulier avant utilisation de l'outil sous presse
d'emboutissage.The inserts and the part of the surface of the tool which is concrete are machined
in order to obtain the desired dimensions and centering;
On obtient ainsi un outil d'emboutissage particulièrement performant, résistant très bien à l'usure et permettant de réaliser à grandes cadences des emboutis de qualité.A particularly efficient stamping tool is thus obtained, very resistant to wear and allowing high-speed stamped quality.
Une étude complète sur le frottement en emboutissage et en particulier sur l'effet du nickel comme matériau de surface d'outil a montré qu'on obtenait des conditions de frottement pratiquement équivalentes avec un matériau de surface d'outil en acier et avec un matériau de surface d'outil en nickel électroformé ; sur une tôle d'acier simplement revêtue d'un film de lubrification de protection temporaire contre la corrosion, le coefficient de frottement a été estimé à 0,22 environ. A complete study on friction in stamping and in particular on the effect of nickel as a tool surface material has shown that practically equivalent friction conditions with a material of tool surface made of steel and with a tool surface material of nickel electroformed; on a steel sheet simply coated with a lubricating film temporary corrosion protection, the friction coefficient has been estimated at around 0.22.
Les outils d'emboutissage obtenus ont été testés sur presse industrielle et ont donné satisfaction dans des conditions classiques d'emboutissage ; les tests ont montré qu'un même outil permettait de réaliser plusieurs centaines de milliers d'emboutis.The stamping tools obtained were tested on an industrial press and have given satisfaction under conventional stamping conditions; the tests have shown that a single tool can perform several hundred thousands of stamps.
Claims (16)
- Method of manufacturing a pressing tool made of hydraulic concrete (12), suitable for the production of pressings of predetermined shape from sheet blanks, that surface of the tool which is intended to come into contact with the sheet blank to be pressed being at least partly covered with a metal shell (9), comprising the steps consisting in:producing the said metal shell (9) so that it has a face called the "external" face corresponding to the predetermined shape of the pressing and an opposite face called the "internal" face;producing a mould for the pressing tool by taking the said shell (9) as mould element or bottom, with the internal face turned towards the inside of the mould;pouring a composition for producing the said concrete, which includes aggregates, into the said mould;solidifying the said composition;
- Method according to Claim 1, characterized in that the said solid phase of the bonding composition is formed by aggregates.
- Method according to Claim 2, characterized in that the aggregates of the bonding composition are of the same kind as those of the concrete composition.
- Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the dimension of the said anchoring means (14) which extends perpendicular to the surface of the shell (9) is greater than the thickness of the liquid phase (13) of the applied bonding composition.
- Method according to any one of the preceding claims, characterized in that, to apply the said bonding composition, the liquid phase (13) of the bonding composition is firstly applied and then the said anchoring means (14) are applied by making them partially penetrate into the said liquid phase (13).
- Method according to Claim 5, characterized in that the anchoring means (14) are applied so that they partially emerge from the free surface of the said liquid phase (13).
- Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the liquid phase (13) of the bonding composition is thermosetting under the conditions for solidification of the said concrete composition.
- Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the said composition for producing concrete contains reinforcing fibres.
- Method of manufacture according to any one of the preceding claims, characterized in that the said shell (9) is produced by electrodeposition.
- Method according to Claim 9, characterized in that the said shell production comprises the steps consisting in:making a replica (6) having a surface (7) corresponding to the predetermined shape of the pressing;if required, making the said surface (7) of the replica (6) conducting; andcoating the said surface (7) or, if required, the said conducting surface (8) with a metal layer by electrodeposition until a metal shell (9) is obtained,
- Method according to either of Claims 9 and 10, characterized in that the said metal layer is based on nickel and in that the said electrodeposition is carried out in an electrodeposition bath containing essentially nickel sulphamate.
- Method according to either of Claims 9 and 10, characterized in that the said metal layer is based on copper.
- Method according to any one of Claims 9 to 12, characterized in that the said replica (6) is made of a polymer material.
- Pressing tool made of hydraulic concrete, whose surface intended to come into contact with the sheet blank to be pressed is covered, at least partly, with a metal shell (9) bonded to the concrete (12), capable of being obtained by the method according to any one of the preceding claims, characterized in that the said shell (9) is bonded to the concrete (12) by means of a layer of adhesive, mechanical anchoring means (14) being partly inserted into the concrete (12) and partly into the said adhesive layer.
- Tool according to Claim 14, characterized in that the mechanical anchoring means (14) are aggregates.
- Tool according to Claim 15, characterized in that the said aggregates are of the same kind as those of the concrete.
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