EP3240649B1 - Enceinte pour le formage électro-hydraulique - Google Patents

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EP3240649B1
EP3240649B1 EP15820193.9A EP15820193A EP3240649B1 EP 3240649 B1 EP3240649 B1 EP 3240649B1 EP 15820193 A EP15820193 A EP 15820193A EP 3240649 B1 EP3240649 B1 EP 3240649B1
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EP
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electro
discharge
chamber
electrohydraulic
hydroforming
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ADM28 SARL
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    • B21D26/021—Deforming sheet bodies

Definitions

  • the present invention relates to the field of forming, and more particularly the field of electro-hydraulic forming.
  • the present invention relates to an electro-hydroforming enclosure, in particular for forming parts of small dimensions, according to the preamble of claim 1 (see for example US-A-3,188,844 ).
  • Hydroforming processes are generally used as manufacturing processes, especially for pieces of complex shapes. They consist in using the pressure of a fluid, preferably a liquid, to achieve the plastic deformation of a sheet held in a mold. The fluid then acts on the sheet to make it fit the shape of the mold.
  • This fluid can be pressurized in various ways.
  • the electro-hydroforming process known as the EHF process (from the Anglo-Saxon Electro Hydraulic Forming).
  • EHF process from the Anglo-Saxon Electro Hydraulic Forming
  • This method is a very high-speed deformation forming process which is based on an electrical discharge of a high energy stored in capacitors either between two electrodes placed in a chamber filled with fluid, or in an explosive wire placed in a chamber filled with fluid.
  • a shock wave is generated in said fluid, it propagates and projects the sheet against the mold.
  • the dynamic pressure thus generated on the sheet allows the high-speed deformation of the constituent material which is projected against the mold, thus allowing its shaping.
  • Such a method allows the forming of sheets but also other parts made of a plastically deformable material. It is used for producing large parts, that is to say parts whose characteristic length is significantly greater than a distance between the two electrodes.
  • Such a method has many advantages, including obtaining very fine details on the parts, such as for example engravings, the lack of springback, or low manufacturing costs.
  • the present invention is intended to provide an effective solution for forming parts, while reducing the cycle time and ensuring an equivalent result.
  • the part is intended to be positioned, in this electro-hydroforming chamber, between the discharge chamber and the forming chamber before activation of said electro-hydraulic discharge system, the activation of said electro-hydraulic discharge system causing the projection and deformation of the piece against the impression of the forming chamber.
  • activation is meant the creation, via the electro-hydraulic discharge system, of an electric discharge in the fluid in order to create a shock wave that propagates in the fluid.
  • the discharge frame is preferably made of a high-strength material, for example a metallic material such as steel, to contain the high pressures generated during activation of the electro-hydraulic discharge system.
  • the inner wall is covered by two non-metallic coatings.
  • a coating is a layer that is deposited on the surface of a part, a material, in this case here the inner wall, to confer special properties.
  • the constituent material of the coatings covers the inner wall, partially or totally, but so that said constituent material of the coatings is ultimately integral with this face.
  • One of the two non-metallic coatings is disposed on the inner wall, around and near the electro-hydraulic discharge system ports in the discharge chamber.
  • Such a non-metallic coating advantageously avoids the formation of an electric arc between the electro-hydraulic discharge system and the inner wall. Such an electric arc could damage the inner wall, and most importantly, greatly reduce the performance of the electro-hydraulic discharge system, not forming the sheet.
  • the dimensions of the discharge chamber can be reduced without fear of such an electric arc.
  • the reduced dimensions of the discharge chamber then advantageously make it possible to reduce the volume fluid necessary for filling said discharge chamber.
  • the cycle time required to perform a forming process using such an electro-hydroforming chamber is greatly reduced and the production rate is greatly increased.
  • Such an electro-hydroforming enclosure is particularly suitable for producing small parts, such as for example a USB key body ("Universal Serial Bus" in English terminology), embellished for example fine engravings.
  • the coating is a coating made of an electrically insulating material.
  • the electro-hydraulic discharge system comprises two electrodes intended to be connected to an electrical energy storage unit.
  • the electro-hydraulic discharge system comprises an explosive wire intended to be connected to an electrical energy storage unit.
  • the electro-hydraulic discharge system comprises an explosive wire connected between two electrodes.
  • the invention also relates to an electro-hydroforming machine comprising an electro-hydroforming chamber according to the invention and an electrical energy storage unit connected to the electro-hydraulic discharge system.
  • An electro-hydroforming enclosure 10 for forming a workpiece 50 according to one embodiment of the invention is illustrated on the figure 1 .
  • the parts to be formed may be flat or, alternatively, tubular.
  • the pieces can also be preformed by conventional stamping techniques.
  • This electro-hydroforming chamber is used as part of a conventional forming process which will be recalled later.
  • the electro-hydroforming chamber 10 is made in two parts.
  • the electro-hydroforming enclosure 10 comprises a first part, called the discharge frame 20, and a second part, called the matrix 30.
  • the discharge frame 20 may represent an upper part of the electro-hydroforming enclosure (according to FIG. the orientation of the figures) and the matrix 30 may represent a lower part, as illustrated in the figure.
  • the discharge frame 20 represents a lower portion of the electro-hydroforming enclosure (according to the orientation of the figures) and the matrix 30 represents an upper part.
  • the first part may represent a left part of the electro-hydroforming chamber (according to the orientation of the figures) and the second part may represent a right part of the electro-hydroforming chamber (according to FIG. the orientation of the figures) or vice versa.
  • the discharge frame 20 has an inner wall 21 defining a discharge chamber 22.
  • the die 30 has a forming chamber 32 intended to face the discharge chamber 22 when the discharge frame 20 and the die 30 are assembled.
  • the discharge frame 20 and the die 30 are removable relative to each other so as to allow insertion and removal of the workpiece 50 to be formed.
  • Said piece to be formed is disposed at an interface 33 between the die 30 and the discharge frame 20, and held in position hermetically. Once in position in the electro-hydroforming enclosure, the part to be formed separates the forming chamber 32 from the discharge chamber 22.
  • the piece to be formed is a piece of flat shape.
  • the workpiece is a tubular workpiece.
  • the forming chamber 32 has, facing the part to be deformed, an impression 31 corresponding to the shape that the workpiece must take after deformation.
  • the discharge frame 20 and the matrix 30 are preferably made of a metallic material, for example steel, in order to present a structural resistance of the respective chambers (discharge chamber 22 and forming chamber 32) and to contain the high pressures generated at the the moment of an electro-hydraulic discharge, during the forming process, because the voltage during an electro-hydraulic discharge can reach several tens of kilovolts.
  • the discharge chamber 22 is intended to be filled with an incompressible fluid, preferably a liquid, for example water.
  • a water supply conduit 23 is provided in the discharge frame 20 to allow the discharge chamber 22 to be connected to a tank (not shown) containing water and to supply said discharge chamber 20 with water.
  • a water discharge conduit (not shown) is provided in the discharge frame 20 to allow the discharge chamber 22 to be connected to a tank and to drain the water out of said discharge chamber into the tank.
  • the water supply duct 23 and the water discharge duct are one and the same duct allowing the supply and the emptying of the water in / out of the discharge chamber to / from a single tank.
  • the forming chamber 32 is in turn preferably under vacuum.
  • a duct (not shown) is made in the die 30 to allow the forming chamber 32 to be connected to a vacuum pump (not shown). However, as an alternative or in the absence of means to achieve this vacuum, it may also leave the forming chamber 32 in an atmosphere and provide vents allowing the evacuation of air during the forming process.
  • the electro-hydroforming enclosure 10 and the discharge chamber 22 have a substantially cylindrical geometric shape.
  • the electro-hydroforming chamber 10 and the discharge chamber 22 may have any geometric shape. More particularly, the discharge chamber 22 may preferably have a geometric shape such that the inner wall 21 reflects the shock wave, obtained during the electro-hydraulic discharge, in the direction of the workpiece 50. For example, a part top of the inner wall may have a conical shape, as illustrated on the figure 2 .
  • the electro-hydroforming enclosure 10 further comprises an electro-hydraulic discharge system 40.
  • the electro-hydraulic discharge system 40 has two separate electrodes 41.
  • Each electrode 41 passes through the discharge frame 20.
  • a first end 42 of each electrode is positioned inside the discharge frame 20, in the discharge chamber 22.
  • a second end 43, placed on the outside of the discharge frame 20, is connected, via a power cable, to an electrical energy storage unit (not shown).
  • Each electrode 41 is preferably covered with an envelope 44 of electrically insulating material to electrically isolate them from the metallic material constituting the discharge frame 20.
  • the electrodes 41 are disposed in the electro-hydroforming enclosure 10 so as to create an inter-electrode distance d 1 , between the first ends 42 of the two electrodes 41.
  • this inter-electrode distance d 1 makes it possible to define the power of the shock wave generated during the electro-hydraulic discharge, in terms of amplitude and duration.
  • the inter-electrode distance d 1 is increased or reduced, which modulates the energy reached during the electro-hydraulic discharge. and influences the power of the shock wave.
  • the inter-electrode distance d 1 can be adjusted by conventional adjustment means (not shown), such as for example a nut system, since the adjustment operations do not damage the electrodes 41.
  • the electrodes are also arranged, relative to the workpiece, so as to maintain a distance d 2 between the electro-hydraulic discharge location and the workpiece. This distance d 2 contributes to forming the workpiece by direct wave.
  • the electrical energy storage unit to which the two electrodes 41 are connected, comprises among others at least one capacitor.
  • the various components of the electrical energy storage unit are known to those skilled in the art in their form and operation and are not described in more detail in the present description.
  • the electro-hydroforming enclosure assembly and the electrical energy storage unit form an electro-hydroforming machine.
  • the inner wall 21 of the discharge frame 20 has in part a non-metallic coating 24.
  • the coating 24 is a layer deposited against all or part of the inner wall 21.
  • the coating 24 partially covers the inner wall 21 and is secured to it by appropriate means.
  • the coating 24 is chosen to have a thickness e sufficient to eliminate the risk of arcing between the first end 42 of an electrode 41 and the metal discharge frame.
  • the non-metallic coating 24 is made of an electrically insulating material.
  • the coating 24 is chosen from a material with a very high dielectric strength, greater than 20 kV / mm.
  • the coating 24 when the voltage reached during the electro-hydraulic discharge is 100kV, and the material chosen for the coating 24 has a dielectric strength of 20kV.mm -1 , then the coating will have a thickness of 5mm.
  • the coating is also subjected to stresses related to the impact of the shock wave against the inner wall.
  • the coating has a tensile strength, preferably greater than 20 MPa.
  • the coating material is a ceramic, such as, for example, porcelain.
  • the coating may also be composed of a combination of these materials.
  • Each electrode 41 passes through the discharge frame 20 at the non-metallic coating 24 of the inner wall 21.
  • an electric arc can propagate by ramping along the envelope 44 of an electrode 41 and propagate towards the discharge chamber 22, the risk of electric arc at the junction of the insulators (envelope 44 of the electrode 41 and insulating coating 24 of the inner wall 21) is strongly attenuated during the electro-hydraulic discharge between the electrodes 41. Indeed, the pressure wave compresses the electrode-envelope assembly in the direction of the electrode. In response, the electrode-casing assembly radially deforms in expansion at the insulating coating. This deformation increases the contact pressure between the insulators, and closes the passage for an electric arc potential.
  • the inner wall is covered by two non-metallic coatings.
  • the inner wall 21 illustrated figure 2 is covered with two nonmetallic coatings 24, 25.
  • the nonmetallic coating 24, located at the two electrodes, is chosen from a material with a higher dielectric strength than the second coating 25, in order to reinforce the structural and insulating nature of the frame. 20, near the electro-hydraulic discharge.
  • electro-hydraulic discharges per minute for example at least two electro-hydraulic discharges per minute, preferably six electro-hydraulic discharges per minute.
  • Such an electro-hydroforming enclosure 10 is particularly suitable for producing small-sized parts, such as, for example, a USB key body 80 embellished, for example, with fine engravings 81, as illustrated on FIG. figure 3 .
  • the present invention is not limited to the preferred embodiments described above as examples and to the variants mentioned. It also relates to the variants that are not outside the scope of the invention as defined in the claims.
  • the electro-hydraulic discharge system 40 may present as an alternative to the two electrodes, an explosive wire 46.
  • the explosive wire is known to those skilled in the art in its operation and will not be described in more detail in the present description.
  • a passage duct 26 is formed in the discharge frame 20, passing through it at the level of the non-metallic coating 24 of the internal wall 21, in order to allow the routing of the explosive wire 46 in the discharge chamber 22.
  • the explosive wire 46 is preferably positioned in the center of the discharge chamber, vis-à-vis the non-metallic coating of the inner wall.
  • the thickness of the coating 24 is also a function of the energy generated during the electro-hydraulic discharge.
  • the electro-hydraulic discharge system 40 may comprise an explosive wire between two electrodes.
  • a passage duct is made in an electrode, to allow the routing of the explosive wire between the two electrodes in the discharge chamber.
  • the method comprises a first step of positioning, in the electro-hydroforming enclosure 10, the workpiece.
  • the piece 50 for example initially flat, is positioned between the discharge frame 20 and the matrix 30.
  • the part 50 is disposed in the electro-hydroforming enclosure 10 so as to be opposite the impression 31, and to separate the discharge chamber 22 from the forming chamber 32.
  • the workpiece is held in position and in the electro-hydroforming chamber, so as to seal the forming chamber with respect to the discharge chamber.
  • the method then comprises a step of filling the discharge chamber with water.
  • Water is introduced into the discharge chamber via the water supply conduit 23 until it is filled.
  • the method then comprises a step of electro-hydraulic discharge in the fluid contained in the discharge chamber.
  • One way to accomplish this step is to quickly discharge the at least one capacitor from the electrical energy storage unit.
  • the electro-hydraulic discharge system is activated.
  • an electric arc is created between the electrodes, creating a bubble in the water.
  • the wire introduced into the discharge chamber explodes by vaporization, creating a bubble in the water.
  • This bubble collapses and releases its energy in the form of a shock wave, which propagates in the water and throws the piece against the impression of the forming chamber at very high speed (several hundred m / s) , causing its deformation and formatting.
  • the voltage reached during the discharge is of the order of a few tens of kV.
  • the parts are deformed by radial expansion, instead of being deformed by stamping.
  • the method then comprises a step of emptying the discharge chamber.
  • Water is pumped from the discharge chamber to the tank via the water drain.
  • the electro-hydroforming enclosure 10 is then open at the interface 33, releasing access to the forming chamber, from which the formed part is extracted.
  • the present invention achieves the objectives it has set for itself.
  • it offers an electro-hydroforming chamber suitable for forming small parts. It advantageously has an inner wall having two non-metallic coatings such that the dimensions of the discharge chamber can be significantly reduced, allowing a reduction in the volume of liquid required for the forming process. The cycle time is greatly reduced.

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Description

    Domaine de l'invention
  • La présente invention concerne le domaine du formage, et plus particulièrement le domaine du formage électro-hydraulique. La présente invention porte sur une enceinte d'électro-hydroformage, notamment pour le formage de pièces de faibles dimensions, selon le préambule de la revendication 1 (voir par exemple US-A-3 188 844 ).
    • Etat de la technique
  • Les procédés d'hydroformage sont généralement utilisés comme procédés de fabrication, notamment pour des pièces de formes complexes. Ils consistent à utiliser la pression d'un fluide, de préférence un liquide, pour réaliser la déformation plastique d'une tôle maintenue dans un moule. Le fluide agit alors sur la tôle pour lui faire épouser la forme du moule. Ce fluide peut être mis sous pression de diverses manières.
  • Parmi les procédés d'hydroformage existants, on peut citer le procédé d'électro-hydroformage, dit procédé EHF (de l'anglo-saxon Electro Hydraulic Forming). Ce procédé est un procédé de formage à très haute vitesse de déformation qui est basé sur une décharge électrique d'une forte énergie stockée dans des condensateurs soit entre deux électrodes placées dans une chambre remplie de fluide, soit dans un fil explosif placé dans une chambre remplie de fluide. Lorsqu'une décharge électrique est créée dans le fluide, une onde de choc est générée dans ledit fluide, elle se propage et vient projeter la tôle contre le moule. La pression dynamique ainsi générée sur la tôle permet la déformation à haute vitesse du matériau la constituant qui est projeté contre le moule, permettant ainsi sa mise en forme.
  • Un tel procédé permet la mise en forme de tôles mais aussi d'autres pièces réalisées dans un matériau déformable plastiquement. Il est utilisé pour la réalisation de pièces de grandes dimensions, c'est-à-dire de pièces dont la longueur caractéristique est significativement supérieure à une distance entre les deux électrodes.
  • Un tel procédé présente de nombreux avantages, notamment l'obtention de détails très fins sur les pièces, tels que par exemple des gravures, l'absence de retour élastique, ou encore des coûts de fabrication faibles.
  • Cependant, un des inconvénients réside dans le temps de cycle nécessaire au formage d'une pièce, comme indiqué dans le brevet US7493787 . En effet, de manière connue, un cycle de formage via le procédé EHF se décompose en plusieurs étapes :
    • mise en place de la pièce à former dans une enceinte d'électro-hydroformage,
    • remplissage d'une chambre creuse dans l'enceinte d'électro-hydroformage par un fluide,
    • décharge électro-hydraulique dans le fluide contenu dans la chambre creuse,
    • vidange de la chambre creuse,
    • retrait de la pièce formée.
  • Les étapes de remplissage et de vidange de la chambre creuse représentent les étapes les plus consommatrices en temps.
    • Exposé de l'invention
  • La présente invention a notamment pour but d'apporter une solution efficace permettant le formage de pièces, tout en réduisant le temps de cycle et en garantissant un résultat équivalent.
  • Ce but est atteint selon l'invention par une enceinte d'électro-hydroformage pour le formage d'une pièce avec les caractéristiques de la revendication 1.
  • La pièce est destinée à être positionnée, dans cette enceinte d'électro-hydroformage, entre la chambre de décharge et la chambre de formage avant une activation dudit système de décharge électro-hydraulique, l'activation dudit système de décharge électro-hydraulique entraînant la projection et la déformation de la pièce contre l'empreinte de la chambre de formage.
  • Par activation, on entend la création, via le système de décharge électro-hydraulique, d'une décharge électrique dans le fluide en vue de créer une onde de choc qui se propage dans le fluide.
  • Le châssis de décharge est de préférence réalisé dans un matériau de haute résistance, par exemple un matériau métallique comme de l'acier, pour contenir les fortes pressions générées lors de l'activation du système de décharge électro-hydraulique.
  • Selon l'invention, la paroi interne est recouverte par deux revêtements non métalliques.
  • Un revêtement est une couche qui est déposée à la surface d'une pièce, d'un matériau, en l'occurrence ici la paroi interne, pour lui conférer des propriétés particulières. Le matériau constitutif des revêtements couvre la paroi interne, de manière partielle ou totale, mais de sorte que ledit matériau constitutif des revêtements soit in fine solidaire de cette face.
  • Un des deux revêtements non métalliques est disposé sur la paroi interne, autour et à proximité des accès du système de décharge électro-hydraulique dans la chambre de décharge.
  • Un tel revêtement non métallique permet avantageusement d'éviter la formation d'un arc électrique entre le système de décharge électro-hydraulique et la paroi interne. Un tel arc électrique pourrait endommager la paroi interne, et surtout, diminuerait fortement les performances du système de décharge électro-hydraulique, ne permettant pas de former la tôle.
  • Ainsi, les dimensions de la chambre de décharge peuvent être réduites sans crainte d'un tel arc électrique. Les dimensions réduites de la chambre de décharge permettent alors avantageusement de réduire le volume de fluide nécessaire pour le remplissage de ladite chambre de décharge. En conséquence, le temps de cycle nécessaire à la réalisation d'un procédé de formage utilisant une telle enceinte d'électro-hydroformage s'en trouve très largement diminué et la cadence de production est grandement augmentée.
  • Une telle enceinte d'électro-hydroformage est particulièrement adaptée à la réalisation de pièces de petites dimensions, telles que par exemple un corps de clé USB (« Universal Serial Bus », en terminologie anglo-saxonne), agrémenté par exemple de fines gravures.
  • Selon des modes de réalisation préférés, pour atténuer encore plus le risque d'arc électrique, le revêtement est un revêtement réalisé dans un matériau électriquement isolant.
  • Selon des modes de réalisation préférés, le système de décharge électro-hydraulique comporte deux électrodes destinées à être reliées à une unité de stockage d'énergie électrique.
  • Selon des modes de réalisation préférés, le système de décharge électro-hydraulique comporte un fil explosif destiné à être relié à une unité de stockage d'énergie électrique.
  • Selon des modes de réalisation préférés, le système de décharge électro-hydraulique comporte un fil explosif relié entre deux électrodes.
  • L'invention est également relative à une machine d'électro-hydroformage comportant une enceinte d'électro-hydroformage conforme à l'invention et une unité de stockage d'énergie électrique reliée au système de décharge électro-hydraulique.
    • Présentation des figures
  • Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière des exemples de mise en oeuvre ci-après, fournis à simple titre illustratif de l'invention, avec l'appui des figures 1 à 3, dans lesquelles :
    • La figure 1 représente une vue en coupe d'une enceinte d'électro-hydroformage selon un mode de réalisation préféré de l'invention,
    • La figure 2 illustre une vue en coupe d'une enceinte d'électro-hydroformage selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention,
    • La figure 3 illustre un corps de clé USB gravé au moyen d'une enceinte d'électro-hydroformage selon l'un des modes de réalisation préférés de l'invention.
    Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention
  • Une enceinte d'électro-hydroformage 10 pour le formage d'une pièce 50 selon un mode de réalisation de l'invention est illustrée sur la figure 1. Les pièces à former peuvent être de forme plate, ou en variante, de forme tubulaire. Les pièces peuvent être aussi préformées par des techniques classiques d'emboutissage.
  • Cette enceinte d'électro-hydroformage est utilisée dans le cadre d'un procédé de formage classique qui sera rappelé ultérieurement.
  • L'enceinte d'électro-hydroformage 10 est réalisée en deux parties. L'enceinte d'électro-hydroformage 10 comporte une première partie, dite châssis de décharge 20, et une deuxième partie, dite matrice 30. Le châssis de décharge 20 peut représenter une partie supérieure de l'enceinte d'électro-hydroformage (selon l'orientation des figures) et la matrice 30 peut représenter une partie inférieure, comme illustré sur la figure. A titre de variante, et sans se départir du cadre de l'invention, il est envisageable que le châssis de décharge 20 représente une partie inférieure de l'enceinte d'électro-hydroformage (selon l'orientation des figures) et la matrice 30 représente une partie supérieure. A titre de variante également, la première partie peut représenter une partie gauche de l'enceinte d'électro-hydroformage (selon l'orientation des figures) et la deuxième partie représenter une partie droite de l'enceinte d'électro-hydroformage (selon l'orientation des figures) ou réciproquement.
  • Le châssis de décharge 20 comporte une paroi interne 21 délimitant une chambre de décharge 22.
  • La matrice 30 quant à elle comporte une chambre de formage 32 destinée à être en vis-à-vis de la chambre de décharge 22 lorsque le châssis de décharge 20 et la matrice 30 sont assemblés.
  • Le châssis de décharge 20 et la matrice 30 sont amovibles l'un par rapport à l'autre de sorte à autoriser l'insertion et le retrait de la pièce 50 à former.
  • Ladite pièce à former est disposée, au niveau d'une interface 33 entre la matrice 30 et le châssis de décharge 20, et maintenue en position de manière hermétique. Une fois en position dans l'enceinte d'électro-hydroformage, la pièce à former sépare la chambre de formage 32 de la chambre de décharge 22.
  • Dans l'exemple de la figure 1, la pièce à former est une pièce de forme plate. Dans l'exemple de la figure 2, la pièce à former est une pièce de forme tubulaire.
  • La chambre de formage 32 présente, face à la pièce à déformer, une empreinte 31 correspondant à la forme que la pièce à former doit prendre après déformation.
  • Le châssis de décharge 20 et la matrice 30 sont préférentiellement réalisés dans un matériau métallique, par exemple en acier, afin de présenter une résistance structurale des chambres respectives (chambre de décharge 22 et chambre de formage 32) et de contenir les fortes pressions générées au moment d"une décharge électro-hydraulique, lors du procédé de formage. En effet, la tension lors d'une décharge électro-hydraulique peut atteindre plusieurs dizaines de kilovolts.
  • La chambre de décharge 22 est destinée à être remplie par un fluide incompressible, de préférence un liquide, par exemple de l'eau.
  • Un conduit d'alimentation en eau 23 est réalisé dans le châssis de décharge 20 pour permettre de relier la chambre de décharge 22 à une cuve (non représentée) contenant de l'eau et d'approvisionner ladite chambre de décharge 20 en eau.
  • Un conduit d'évacuation de l'eau (non représenté) est réalisé dans le châssis de décharge 20 pour permettre de relier la chambre de décharge 22 à une cuve et de vidanger l'eau hors de ladite chambre de décharge, dans la cuve.
  • Dans une variante de réalisation, le conduit d'alimentation de l'eau 23 et le conduit d'évacuation de l'eau ne sont qu'un seul et même conduit permettant l'approvisionnement et la vidange de l'eau dans/hors de la chambre de décharge de/vers une cuve unique.
  • La chambre de formage 32 est quant à elle de préférence sous vide d'air.
  • Un conduit (non représenté) est réalisé dans la matrice 30 pour permettre de relier la chambre de formage 32 à une pompe à vide (non représentée). Cependant, à titre de variante ou en l'absence de moyens pour réaliser ce vide, on pourra également laisser la chambre de formage 32 sous atmosphère et prévoir des évents permettant l'évacuation de l'air lors du procédé de formage.
  • Dans un mode préféré de réalisation, l'enceinte d'électro-hydroformage 10 et la chambre de décharge 22 présentent une forme géométrique sensiblement cylindrique.
  • Cependant, sans se départir du cadre de l'invention, l'enceinte d'électro-hydroformage 10 et la chambre de décharge 22 peuvent présenter toute forme géométrique. Plus particulièrement, la chambre de décharge 22 peut préférentiellement présenter une forme géométrique telle que la paroi interne 21 réfléchisse l'onde de choc, obtenue lors de la décharge électro-hydraulique, en direction de la pièce à former 50. Par exemple, une partie supérieure de la paroi interne peut présenter une forme conique, comme illustrée sur la figure 2.
  • L'enceinte d'électro-hydroformage 10 comporte en outre un système de décharge électro-hydraulique 40.
  • Dans l'exemple non limitatif illustré sur la figure 1, le système de décharge électro-hydraulique 40 comporte deux électrodes distinctes 41.
  • Chaque électrode 41 traverse le châssis de décharge 20. Une première extrémité 42 de chaque électrode est positionnée à l'intérieur du châssis de décharge 20, dans la chambre de décharge 22. Une deuxième extrémité 43, placée à l'extérieur du châssis de décharge 20, est reliée, via un câble d'alimentation, à une unité de stockage d'énergie électrique (non représentée).
  • Chaque électrode 41 est préférentiellement recouverte d'une enveloppe 44 en matériau électriquement isolant afin de les isoler électriquement du matériau métallique constituant le châssis de décharge 20.
  • Les électrodes 41 sont disposées dans l'enceinte d'électro-hydroformage 10 de sorte à créer une distance inter-électrode d1, entre les premières extrémités 42 des deux électrodes 41. De manière connue, cette distance inter-électrode d1 permet de définir la puissance de l'onde de choc générée lors de la décharge électro-hydraulique, en termes d'amplitude et de durée.
  • Suivant la complexité de la forme à obtenir pour la pièce à former et/ou le matériau constituant la pièce à former, la distance inter- électrode d1 est augmentée ou réduite, ce qui module l'énergie atteinte lors de la décharge électro-hydraulique et influe sur la puissance de l'onde de choc.
  • Dans un mode de réalisation, la distance inter-électrode d1 peut être ajustée par des moyens de réglages conventionnels (non représentées), tels que par exemple un système d'écrou, dès lors que les opérations de réglage n'endommagent pas les électrodes 41.
  • Les électrodes sont également disposées, par rapport à la pièce, de sorte à maintenir une distance d2 entre le lieu de la décharge électro-hydraulique et la pièce. Cette distance d2 contribue au formage de la pièce par onde directe.
  • L'unité de stockage d'énergie électrique, à laquelle sont reliées les deux électrodes 41, comporte entre autres au moins un condensateur. Les divers composants de l'unité de stockage d'énergie électrique sont connus de l'homme du métier dans leur forme et dans leur fonctionnement et ne sont pas décrits plus en détail dans la présente description.
  • L'ensemble enceinte d'électro-hydroformage et l'unité de stockage d'énergie électrique forme une machine d'électro-hydroformage.
  • La paroi interne 21 du châssis de décharge 20 présente en partie un revêtement non métallique 24.
  • Le revêtement 24 est une couche déposée contre tout ou partie de la paroi interne 21. Le revêtement 24 recouvre en partie la paroi interne 21 et lui est solidaire par des moyens appropriés.
  • De préférence, le revêtement 24 est choisi de sorte à présenter une épaisseur e suffisante pour éliminer le risque d'arc électrique entre la première extrémité 42 d'une électrode 41 et le châssis de décharge 20 métallique.
  • Dans un mode préféré de réalisation, pour réduire son épaisseur e, le revêtement 24 non métallique est réalisé dans un matériau électriquement isolant.
  • De préférence, le revêtement 24 est choisi dans un matériau à très forte rigidité diélectrique, supérieure à 20 kV/mm.
  • Dans un exemple de réalisation, lorsque la tension atteinte lors de la décharge électro-hydraulique est de 100kV, et le matériau choisi pour le revêtement 24 présente une rigidité diélectrique de 20kV.mm-1, alors le revêtement présentera une épaisseur de 5mm.
  • Le revêtement est également soumis à des contraintes liées à l'impact de l'onde de choc contre la paroi interne. Le revêtement présente une résistance à la traction, de préférence supérieure à 20 MPa.
  • Dans des exemples préférés de réalisation, le matériau du revêtement est un plastique, par exemple :
    • un polyethylene haute densité (PEHD) ;
    • un polyTétraFluoroEthylène (PTFE) ;
    • un polyamide, tel que le polyamide 6 (PA6) ;
    • un polycarbonate (PC) ;
    • un polychlorure de vinyle (PVC) ;
    • un Polyether ether ketone (PEEK) ;
    • un polyuréthane (PU).
  • Dans d'autres exemples de réalisation, le matériau du revêtement est une céramique, tel que par exemple la porcelaine.
  • Le revêtement peut aussi être composé d'une combinaison de ces matériaux.
  • Chaque électrode 41 traverse le châssis de décharge 20 au niveau du revêtement 24 non métallique de la paroi interne 21.
  • Bien qu'un arc électrique puisse se propager par rampage le long de l'enveloppe 44 d'une électrode 41 et se propager vers la chambre de décharge 22 métallique, le risque d'arc électrique au niveau de la jonction des isolants (enveloppe 44 de l'électrode 41 et revêtement 24 isolant de la paroi interne 21) est fortement atténué lors de la décharge électro-hydraulique entre les électrodes 41. En effet, l'onde de pression comprime l'ensemble électrode-enveloppe selon la direction de l'électrode 41. En réponse, l'ensemble électrode-enveloppe se déforme radialement en expansion au niveau du revêtement 24 isolant. Cette déformation augmente la pression de contact entre les isolants, et obture le passage pour un potentiel arc électrique.
  • Selon l'invention, la paroi interne est recouverte par deux revêtements non métalliques.
  • La paroi interne 21 illustré figure 2 est recouverte de deux revêtements non métalliques 24, 25. Le revêtement non métallique 24, situé au niveau des deux électrodes, est choisi dans un matériau à plus forte rigidité diélectrique que le second revêtement 25, afin de renforcer le caractère structural et isolant du châssis de décharge 20, à proximité de la décharge électro-hydraulique.
  • Une telle enceinte d'électro-hydroformage 10, de part le revêtement 24 non métallique de tout ou partie de la paroi interne 21, permet avantageusement la réalisation d'une chambre de décharge 22 de faible volume, par exemple préférentiellement inférieure à 1 litre, encore plus préférentiellement inférieure à 0,5 litre. Ce faible volume permet un remplissage rapide de la chambre de décharge, de l'ordre de 5 secondes.
  • Il est ainsi envisageable de réaliser plusieurs décharges électro-hydraulique par minute, par exemple au moins deux décharges électro-hydraulique par minute, de préférence six décharges électro-hydraulique par minute.
  • Une telle enceinte d'électro-hydroformage 10 est particulièrement adaptée à la réalisation de pièces de petites dimensions, telles que par exemple un corps de clé USB 80 agrémenté par exemple de fines gravures 81, comme illustré sur la figure 3.
  • La présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation préférées décrites ci-dessus à titre d'exemples et aux variantes évoquées. Elle concerne également les variantes de réalisation qui ne sortent pas du cadre de l'invention telle que définie dans les revendications.
  • En particulier, comme illustré figure 2, le système de décharge électro-hydraulique 40 peut présenter comme variante aux deux électrodes, un fil explosif 46. Le fil explosif est connu de l'homme du métier dans son fonctionnement et ne sera pas décrit plus en détail dans la présente description.
  • Dans cette variante, un conduit de passage 26 est réalisé dans le châssis de décharge 20, le traversant au niveau du revêtement non métallique 24 de la paroi interne 21, pour permettre l'acheminement du fil explosif 46 dans la chambre de décharge 22.
  • Le fil explosif 46 est préférentiellement positionné au centre de la chambre de décharge, en vis-à-vis du revêtement non métallique de la paroi interne.
  • L'épaisseur du revêtement 24 est également fonction de l'énergie générée lors de la décharge électro-hydraulique.
  • Dans une autre variante de réalisation, le système de décharge électro-hydraulique 40 peut comporter un fil explosif entre deux électrodes.
  • Dans cette variante, un conduit de passage est réalisé dans une électrode, pour permettre l'acheminement du fil explosif entre les deux électrodes dans la chambre de décharge.
  • Un exemple de procédé de formage électro-hydraulique à partir de l'enceinte d'électro-hydroformage 10 est à présent décrit.
  • Pour former une pièce 50 par électro-hydroformage, le procédé comporte une première étape de positionnement, dans l'enceinte d'électro-hydroformage 10, de la pièce à former.
  • La pièce 50, par exemple initialement plate, est positionnée entre le châssis de décharge 20 et la matrice 30. La pièce 50 est disposée dans l'enceinte d'électro-hydroformage 10 de sorte à être en vis-à-vis de l'empreinte 31, et à séparer la chambre de décharge 22 de la chambre de formage 32.
  • La pièce est maintenue en position et dans l'enceinte d'électro-hydroformage, de sorte à rendre hermétique à l'eau la chambre de formage par rapport à la chambre de décharge.
  • Le procédé comporte ensuite une étape de remplissage de la chambre de décharge par l'eau.
  • De l'eau est introduite dans la chambre de décharge via le conduit d'alimentation en eau 23, jusqu'à son remplissage.
  • Le procédé comporte ensuite une étape de décharge électro-hydraulique dans le fluide contenu dans la chambre de décharge.
  • Un moyen pour réaliser cette étape consiste à décharger rapidement le au moins un condensateur de l'unité de stockage d'énergie électrique.
  • Le système de décharge électro-hydraulique s'active.
  • Dans la variante des électrodes, un arc électrique se créé entre les électrodes, créant une bulle dans l'eau.
  • Dans la variante du fil explosif, le fil introduit dans la chambre de décharge explose par vaporisation, créant une bulle dans l'eau.
  • Cette bulle se collapse et libère son énergie sous forme d'une onde de choc, qui se propage dans l'eau et vient projeter la pièce contre l'empreinte de la chambre de formage à très grande vitesse (plusieurs centaines de m/s), entrainant sa déformation et sa mise en forme. La tension atteinte lors de la décharge est de l'ordre de quelques dizaines de kV.
  • Dans le cas de pièces de forme tubulaire, les pièces sont déformées par expansion radiale, au lieu d'être déformée par emboutissage.
  • A l'issue de cette étape, la pièce est formée.
  • Le procédé comporte ensuite une étape de vidange de la chambre de décharge.
  • L'eau est pompée de la chambre de décharge vers la cuve, via le conduit d'évacuation de l'eau.
  • L'enceinte d'électro-hydroformage 10 est ensuite ouverte au niveau de l'interface 33, libérant l'accès à la chambre de formage, d'où est extraite la pièce formée.
  • La description ci-avant illustre clairement que par ses différentes caractéristiques et leurs avantages, la présente invention atteint les objectifs qu'elle s'était fixés. En particulier, elle propose une enceinte d'électro-hydroformage adaptée au formage de pièces de petites dimensions. Elle présente avantageusement une paroi interne présentant deux revêtements non métalliques tels que les dimensions de la chambre de décharge peuvent être significativement réduites, permettant une diminution du volume de liquide nécessaire au procédé de formage. Le temps de cycle est grandement diminué.

Claims (5)

  1. Enceinte d'électro-hydroformage (10) pour le formage d'une pièce (50) comportant :
    - une première partie, dite châssis de décharge (20), comportant une paroi interne (21) délimitant une chambre de décharge (22) destinée à recevoir un volume de fluide,
    - une deuxième partie, dite matrice (30), comportant une chambre de formage (32) présentant une empreinte (31) destinée à être complémentaire à la forme que doit prendre la pièce après déformation,
    - un système de décharge électro-hydraulique (40),
    ladite pièce (50) étant destinée à être positionnée entre la chambre de décharge (22) et la chambre de formage (32) avant une activation dudit système de décharge électro-hydraulique, l'activation dudit système de décharge électro-hydraulique entraînant la projection et la déformation de la pièce (50) contre l'empreinte (31) de la chambre de formage (32), caractérisée en ce que la paroi interne (21) est recouverte par deux revêtements (24, 25) non métalliques, et en ce que le premier revêtement non métallique (24) situé au niveau du système de décharge électro-hydraulique est choisi dans un matériau à plus forte rigidité diélectrique que le second revêtement (25).
  2. Enceinte d'électro hydroformage (10) selon la revendication 1 dans laquelle le revêtement (24) est un revêtement réalisé dans un matériau électriquement isolant.
  3. Enceinte d'électro hydroformage (10) selon l'une des revendications précédentes dans laquelle le système de décharge électro-hydraulique (40) comporte deux électrodes (41) destinées à être reliées à une unité de stockage d'énergie électrique.
  4. Enceinte d'électro hydroformage (10) selon l'une des revendications précédentes dans laquelle le système de décharge électro-hydraulique (40) comporte un fil explosif destinée à être relié à une unité de stockage d'énergie électrique.
  5. Machine d'électro-hydroformage comportant une enceinte d'électro-hydroformage (10) conforme à l'une des revendications 1 à 4 et une unité de stockage d'énergie électrique reliée au système de décharge électro-hydraulique.
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