EP3496876A1 - Outil, dispositif et procédé de formage par emboutissage électrohydraulique indirect - Google Patents

Outil, dispositif et procédé de formage par emboutissage électrohydraulique indirect

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EP3496876A1
EP3496876A1 EP17751301.7A EP17751301A EP3496876A1 EP 3496876 A1 EP3496876 A1 EP 3496876A1 EP 17751301 A EP17751301 A EP 17751301A EP 3496876 A1 EP3496876 A1 EP 3496876A1
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EP
European Patent Office
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punch
chamber
tool
blank
die
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EP17751301.7A
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EP3496876B1 (fr
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Gilles Avrillaud
Eric Mandel
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ADM28 SARL
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ADM28 SARL
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
    • B21D26/06—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure by shock waves
    • B21D26/12—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure by shock waves initiated by spark discharge
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/02—Stamping using rigid devices or tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B1/00—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen
    • B30B1/001—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen by explosive charges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B1/00—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen
    • B30B1/005—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen by thermal expansion or evaporation
    • 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
    • B21D28/00—Shaping by press-cutting; Perforating
    • B21D28/007—Explosive cutting or perforating

Definitions

  • the invention relates to a tool, a device and a process for stamping indirect electrohydraulic materials.
  • stamping which consists in forcing a blank of material on its edges by a blank greenhouse and deforming the free portion of the blank of material by applying a punch - called a forming tool - in a matrix, the punch and the die each having an outer shape substantially identical, to the sheet thickness, to the desired shape of the piece to get.
  • the punch is applied against the blank of material to be deformed with a predetermined force.
  • the blank of material undergoes a permanent plastic deformation when the applied stress is greater than the elastic limit of the material to be deformed.
  • the stress fraction absorbed by elastic deformation induces an elastic return substantially modifying the dimensional characteristics of the part.
  • FR3000909 discloses a stamping forming process comprising a conventional stamping step and an electrohydraulic forming step.
  • the punch is formed by the lower surface of a chamber comprising a liquid and electrodes.
  • a quasi-static force is applied on the punch to plastically deform the workpiece. This force is maintained when an electric discharge is generated between the two electrodes so as to produce a shock wave elastically deforming the wall of the punch against the workpiece and transmitting a portion of the shock wave to the workpiece.
  • This step aims to reduce the elastic recovery suffered by the piece when the punch no longer exerts pressure on the piece.
  • this solution does not allow to move at high speed the entire punch on the workpiece, which does not allow real formatting of the piece and limits its application to the reduction of the springback.
  • the present invention aims in particular to overcome the disadvantages of the aforementioned prior art.
  • an indirect electrohydraulic embossing forming tool comprising:
  • a body comprising a tubular cylindrical zone
  • a chamber (1 15; 215) intended to be filled with a liquid
  • each of the electrodes having a portion disposed in the chamber (115, 215), a punch (11 1, 21 1).
  • the tool also comprises: a piston mounted to slide sealingly in the cylindrical zone and sealingly delimiting the chamber.
  • the punch is carried by the piston on a face of the latter opposite the chamber.
  • a shock wave propagates in the chamber and causes a displacement of the piston at high speed.
  • the punch carried by the piston then impacts the blank of material to deform with a high speed.
  • the workpiece is not in contact with water, which tends to increase production rates and to avoid contact of the workpiece with water which can cause problems of corrosion and / or a potential need for drying.
  • indirect electrohydraulic forming is meant the forming of a blank of material by the application of an electrohydraulic discharge in which the The blank of material is not directly in contact with the liquid of the chamber in which the electrodes are located. In the remainder of the application, an electrohydraulic discharge is considered to have occurred when an electrical discharge generated in the chamber liquid has generated a shock wave.
  • the tool according to the invention makes it possible to quickly and easily form parts exhibiting improvements over those formed by traditional stamping processes, in particular a reduced springback and / or refined engraving type details, and / or reduced shape radius, and / or improved local elongations before rupture.
  • the use of such a tool makes it possible to produce parts having the advantages of parts formed by electrohydraulic forming without presenting the disadvantages thereof, namely the existence of a direct contact between the liquid of the chamber and the blank of material to deform.
  • the lower surface of the punch can be flat or raised, depending on the geometry of the workpiece, just like the matrix.
  • one of the electrodes comprises one end immersed in the chamber and the other electrode comprises an internal surface of the body present in the chamber.
  • This configuration makes it possible to use the inner surface of the chamber as an electrode. With respect to a configuration in which two electrodes each have an end in the chamber, the risk of "undesirable" breakdown on the wall of the chamber is eliminated. On the other hand, this configuration is suitable only for small diameter chambers, in which the chamber electrode distance makes it possible to obtain a sufficient yield.
  • the two electrodes each have an end in the chamber.
  • Using two electrodes each having an end in the chamber makes it possible to adapt to different types of chambers by optimizing the arrangement of the electrodes and their spacing.
  • the maintenance of the electrodes is facilitated since they can both be easily replaced when they are eroded while, in the previous configuration, it would also be necessary to change the chamber.
  • the two electrodes must be isolated from the chamber. This configuration is particularly suitable for large rooms.
  • the body has an opening through which the projecting punch can exit the body.
  • the opening is made in a transverse wall and at least return means are disposed between said transverse wall and the face of the piston carrying the punch.
  • the return means allow the return of the piston to its original position when the tool is placed above the blank of material to be deformed. However, when the tool is placed below the material blank, the piston can return to its original position by gravity.
  • the return means may be springs, Belleville washers or elastomers having sufficient elasticity, for example.
  • the tool includes a pump for pressurizing the liquid in the chamber.
  • the pump makes it possible to put under quasi-static pressure the liquid of the chamber and makes it possible to initiate the displacement of the piston before the electrohydraulic discharge.
  • the quasi-static pressurization is sufficient, the punch can press the blank of material with enough quasi-static force to stamp the blank of material.
  • the electrohydraulic discharge provides dynamic pressure to accelerate the punch and obtain the benefits of indirect electrohydraulic forming.
  • the present invention provides an indirect electrohydraulic embossing forming device comprising a die and a tool comprising a body and a punch.
  • the matrix and the punch are of complementary general shape.
  • the device is able to hold the tool and the die in such a way that the punch and the die are opposite one another and at a predetermined distance from a blank of material to be deformed, the blank of material being in contact with the matrix and held against the matrix with a predetermined force.
  • the punch is carried by a piston slidably mounted in a tubular cylindrical zone of the body delimiting a sealed chamber intended to be filled with a liquid.
  • the punch is disposed on a face of the piston opposite the chamber.
  • the tool includes in addition to two electrodes, each of the electrodes having a portion disposed in the chamber.
  • a blank holder is used at the edge of the blank in order to control flaking of the blank during the action of the punch.
  • the force of the blank holder is controlled to prevent wrinkles on the part while allowing the material to be swept in the matrix and thus limit the elongation matter that could cause breaks.
  • the blank holder can be used to block the blank and prevent swallowing.
  • a blank holder can also be used in the device according to the invention.
  • one of the electrodes includes one end dipping into the chamber and the other electrode includes an inner surface of the body in the chamber.
  • This configuration makes it possible to use the inner surface of the chamber as an electrode. With respect to a configuration in which two electrodes each have an end in the chamber, the risk of "undesirable" breakdown on the wall of the chamber is eliminated. On the other hand, this configuration is suitable only for small diameter chambers, in which the chamber electrode distance makes it possible to obtain a sufficient yield.
  • the two electrodes each have an end in the chamber.
  • the body of the tool has a wall transversal in which is made an opening through which the punch can exit.
  • This transverse wall can be used to serve as a blank holder and control swallow blank during its shaping.
  • the tool comprises return means disposed between the transverse wall of the body and the face of the piston carrying the punch.
  • the return means allow the return of the piston to its original position when the tool is placed above the blank of material to be deformed. However, when the tool is placed below the material blank, the piston can return to its original position by gravity.
  • the indirect electrohydraulic embossing forming device includes a pump for pressurizing the liquid in the chamber.
  • the pump makes it possible to put under quasi-static pressure the liquid of the chamber and makes it possible to initiate the displacement of the piston before the electrohydraulic discharge.
  • the quasi-static pressurization is sufficient, the punch can press the blank of material with enough quasi-static force to stamp the blank of material.
  • the electrohydraulic discharge provides dynamic pressure to accelerate the punch and obtain the benefits of indirect electrohydraulic forming.
  • the present invention proposes, according to a third aspect, an indirect electrohydraulic drawing forming method comprising the following steps:
  • an indirect electrohydraulic embossing forming tool such as that described above and comprising a punch at a predetermined distance from the blank of material to be deformed
  • the method according to the invention makes it possible to obtain parts exhibiting a reduced elastic return and / or refined engraving type details, and / or reduced shape radii, and / or improved local elongations before rupture.
  • the tool is placed in contact with the blank of material to deform with a predetermined force.
  • the tool placed in contact with the blank of material serves as a blank holder. This makes the assembly more compact and reduce the size of the material blank to deform and thus reduce costs.
  • the chamber liquid is quasi-statically pressurized prior to the electric discharge.
  • the quasi-static pressurization of the liquid present in the chamber makes it possible to initiate the displacement of the piston before the electrohydraulic discharge.
  • the punch can press the blank of material with enough quasi-static force to stamp the blank of material.
  • the quasi-static pressurization is provided by a pump.
  • the punch is applied against the blank of material to be deformed with a predetermined quasi-static force.
  • the predetermined quasi-static force can be exerted directly on the tool or following the quasi-static pressurization of the liquid of the chamber.
  • a blank of material can thus be formed by combining a conventional stamping step and a step of forming by indirect electrohydraulic stamping by applying an electrohydraulic discharge.
  • FIGs. 1A and 1B show a first embodiment, Fig. 1A showing the forming device prior to the electrohydraulic discharge and FIG. 1B showing the device shortly after the electrohydraulic discharge, and
  • Figs. 2A and 2B show a second embodiment, Fig. 2A showing the forming device before the electrohydraulic discharge, and Fig. 2B showing the device shortly after the electrohydraulic discharge.
  • Fig. 2A showing the forming device before the electrohydraulic discharge
  • Fig. 2B showing the device shortly after the electrohydraulic discharge.
  • FIGS. 1A and 1B show an indirect electrohydraulic embossing forming device according to a first embodiment.
  • the indirect electrohydraulic drawing forming device 100 comprises a tool 1 10, a die 120 and a blank holder 140.
  • a blank of material to be deformed 130 here a metal sheet, is held between the blank holder 140 and the die 120
  • the blank holder is used to control the flaking of the blank during indirect electrohydraulic forming.
  • the strength of the blank holder is controlled to prevent wrinkles on the part while allowing the material to be swept into the matrix and thus limit the elongation of the material that could cause breaks.
  • the tool 1 10 is above the die 120 and the blank of material to be deformed 130.
  • the tool 1 10 comprises a punch 1 1 1 of a general shape complementary to that of the 120 to allow the insertion of the punch 1 1 1 in the matrix 120 to the sheet thickness close.
  • the punch 1 1 1 is placed opposite a cavity 122 of the matrix 120.
  • the surface 1 12 of the punch 1 1 1 comprises a relief substantially identical to that present on the imprint 122 of the matrix 120.
  • the tool 1 10 comprises a body 1 13 and a piston 1 14 carrying the punch 1 1 1.
  • the body 1 13 comprises a tubular cylindrical zone 1 13a closed by an upper transverse wall 1 13b and a lower transverse wall 1 13c.
  • the lower transverse wall 1 13c has an opening 1 13d through which the punch 1 1 1 can leave the body 1 13.
  • the piston 1 14 is slidably mounted in the tubular cylindrical zone 1 13a. It comprises an upper face 1 14a, a lower face 1 14b and sealing means 1 14c, here an O-ring.
  • the piston 1 14, and more particularly its lower face 1 14b, rests on return means, here an annular spring 1 18 supported on the lower transverse wall 1 13c.
  • a chamber 1 15 is formed in the tubular cylindrical zone between the upper transverse wall 1 13b and the upper wall 1 14a of the piston 1 14. This chamber 1 15 is sealed thanks to the sealing means 1 14c and is completely filled with a liquid such as water.
  • the tool 1 10 also comprises two electrodes 1 16a, 1 16b opening through sealed vias 1 17a, 1 17b in the chamber 1 15.
  • the electrodes 1 16a, 1 16b are electrically insulated on their periphery . Only the ends facing each other are stripped.
  • the device 100 therefore comprises means for maintaining the tool and the die so that the punch and the die are facing each other and at a predetermined distance from the blank of material.
  • the tool 1 10 and the matrix 120 are mounted between the plates of a press or a specific frame.
  • a blank holder is used with a controlled force to block the blank or to control its swallowing and prevent the formation of folds.
  • FIGS. 2A and 2B show an indirect electrohydraulic embossing forming device according to a second embodiment. Some elements of this device are similar to those described with reference to Figures 1A and 1B. Consequently, these elements will be numbered in the same way but will start with 200 instead of 100.
  • the indirect electrohydraulic drawing forming device 200 also includes a tool 210 and a die 220.
  • the tool 210 is below the die 220 and below the blank of material when it is maintained. between the die 220 and the tool 210.
  • the fingerprint 222 of the die is on the underside of the die, on the part in contact with the blank of material 230 when it is held between the tool 210 and the die 220.
  • the tool is arranged so that the punch is facing the cavity 222 of the die 220.
  • the device 200 does not include a blank holder as such.
  • the tool 210 being disposed against the blank of material to be deformed so as to exert a constant and predetermined force, acts as a blank holder.
  • the indirect electrohydraulic drawing forming device 200 thus comprises means making it possible to hold the tool 210 at a predetermined distance from the blank of material to be deformed with a predetermined force.
  • the tool 210 may be in contact with the blank to be deformed or at a distance of less than 1 mm, preferably 0.1 mm.
  • the device 200 also comprises means for maintaining the matrix 220 at a predetermined distance from the tool and the blank of material to be deformed.
  • the surface 212 of the punch 21 1 and the surface of the cavity 222 of the die 220 are planar. Any other form of the surface of the cavity 222 of the matrix may be considered.
  • the shape of the surface 1 12 of the punch may either remain flat or have a shape substantially similar to the cavity 222 of the die.
  • the tool 210 comprises a body 213 and a piston 214 bearing the punch 21 1.
  • the body 213 comprises a tubular cylindrical zone 213a closed by a lower transverse wall 213b and has no upper transverse wall. The upper part of the body 210 is not closed.
  • the tubular end section of the body 210 is flat and is directly in contact with the blank of material to be deformed.
  • the piston 21 1 is slidably mounted in the tubular cylindrical zone 213a. It comprises an upper face 214a, a lower face 214b and sealing means 214c.
  • the punch 214 is carried by the upper face 214b of the piston.
  • the piston 214 is able to move longitudinally towards the blank of material.
  • the body 213 of the tool is in contact with the blank of material.
  • the tool 210 could comprise a transverse wall having an opening for releasing the punch from the body.
  • the piston 214 delimits with sealing a chamber 215 intended to be filled with a liquid and the tool 210 also comprises two electrodes 216a, 216b each having an end disposed in the chamber.
  • one of the electrodes 216a, 216b comprises one end immersed in the chamber 215 and the other electrode comprises a conductive inner surface of the body 1 13, 213 present in the chamber 1 15, 215.
  • the movement of the piston can be initiated or facilitated by quasi-static pressure of the liquid in the chamber by means of a pump.
  • the pump is used to inject pressurized liquid into the chamber until the desired pressure in the chamber is reached. Valves and hoses adapted to withstand the pressure of the liquid injected into the chamber may be used. The pressurization must be done slowly enough so that the liquid pressure is uniform in the chamber, this is what is meant by "quasi-static pressurization" of the liquid.
  • the punch can press the blank of material with enough quasi-static force to stamp the blank of material.
  • the electrohydraulic discharge allows to exert a dynamic pressure to accelerate the punch.
  • the piston 214 then returns to its initial position, illustrated with reference to FIG. 2A, by simple gravity.
  • the water present in the chamber 215 serves as a non-return stop.
  • the body 213 comprises a non-return stop 218 'shown in dashed lines in FIG. 2B.
  • the tool presented in this second embodiment has the advantage of being lighter since it has no return means.
  • the electrohydraulic discharge makes it possible to move the punch at high speed thus generating a strong pressure on the part to be formed.
  • the stamping thus obtained has a reduced elastic return and / or a greater engraving fineness and / or reduced shape radii, and / or improved local elongations before rupture, potentially with fewer passes compared to conventional stamping.
  • a greater fineness of etching can be obtained when the surface of the punch and / or the matrix have reliefs.

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Abstract

Outil (110; 210) de formage par emboutissage électrohydraulique indirect comprenant : - un corps (113; 213) comportant une zone cylindrique tubulaire (113a; 213a), - une chambre (115; 215) destinée à être remplie avec un liquide, - deux électrodes (116a, 116b; 216a, 216b), chacune des électrodes présentant une partie disposée dans la chambre (115; 215), - un poinçon (111; 211). L'outil comporte également : - un piston (114; 214) monté coulissant de manière étanche dans la zone cylindrique et venant délimiter avec étanchéité la chambre (115; 215). Par ailleurs, le poinçon (111; 211) est porté par le piston (114; 214) sur une face de ce dernier opposée à la chambre (114b; 214a).

Description

Outil, dispositif et procédé de formage par emboutissage
électrohydraulique indirect Arrière-plan de l'invention
L'invention concerne un outil, un dispositif et un procédé de formage par emboutissage de matériaux électrohydraulique indirect.
L'un des procédés les plus utilisés pour le formage de matériaux, notamment de pièces en tôle telles que des pièces de carrosserie d'automobile, est l'emboutissage qui consiste à contraindre un flan de matière sur ses bords par un serre flan et à déformer la partie libre du flan de matière par application d'un poinçon - appelé outil de formage - dans une matrice, le poinçon et la matrice présentant chacun une forme extérieure sensiblement identique, à l'épaisseur de tôle près, à la forme souhaitée de la pièce à obtenir. Pour ce faire, on applique le poinçon contre le flan de matière à déformer avec une force prédéterminée. Le flan de matière subit une déformation plastique permanente lorsque la contrainte appliquée est supérieure à la limite élastique de la matière à déformer. Cependant, lorsque la contrainte appliquée est relâchée, la fraction de contrainte absorbée par déformation élastique induit un retour élastique modifiant sensiblement les caractéristiques dimensionnelles de la pièce. Afin de prendre en compte le retour élastique subi par la pièce, on utilise des géométries de poinçons et de matrices permettant de compenser le retour élastique subi par la pièce. Cependant, une phase de mise au point parfois longue des outils reste souvent nécessaire pour obtenir une pièce avec la géométrie souhaitée. Une autre difficulté rencontrée avec les procédés d'emboutissage est l'obtention de détails de type gravure ou d'angles vifs sur les pièces à former. Cette difficulté est souvent rencontrée par manque de pression disponible localement ou par l'atteinte des limites de formabilité du matériau.
Le document FR3000909 présente un procédé de formage par emboutissage comprenant une étape d'emboutissage classique et une étape de formage électrohydraulique. A cet effet, le poinçon est formé par la surface inférieure d'une chambre comprenant un liquide et des électrodes. Lors de l'étape d'emboutissage classique, une force quasi-statique est appliquée sur le poinçon afin de déformer plastiquement la pièce. Cette force est maintenue lorsqu'une décharge électrique est générée entre les deux électrodes de façon à produire une onde de choc déformant élastiquement la paroi du poinçon contre la pièce et transmettant une partie de l'onde de choc à la pièce. Cette étape vise à réduire le retour élastique subi par la pièce lorsque le poinçon n'exerce plus de pression sur la pièce. Cependant cette solution ne permet pas de déplacer à haute vitesse l'ensemble du poinçon sur la pièce, ce qui ne permet pas de réelle mise en forme de la pièce et limite son application à la réduction du retour élastique.
Objet et résumé de l'invention
La présente invention vise notamment à pallier aux inconvénients de l'art antérieur précités.
À cet effet, la présente invention propose, selon un premier aspect, un outil de formage par emboutissage électrohydraulique indirect comprenant :
- un corps comportant une zone cylindrique tubulaire,
- une chambre (1 15 ; 215) destinée à être remplie avec un liquide,
- deux électrodes (1 16a, 1 16b ; 216a, 216b), chacune des électrodes présentant une partie disposée dans la chambre (1 15 ; 215), - un poinçon (1 1 1 ; 21 1 ).
L'outil comporte également :un piston monté coulissant de manière étanche dans la zone cylindrique et venant délimiter avec étanchéité la chambre. Par ailleurs, le poinçon est porté par le piston sur une face de ce dernier opposée à la chambre.
Selon l'invention, lorsqu'une décharge électrique est générée dans la chambre remplie de liquide, une onde de choc se propage dans la chambre et provoque un déplacement du piston à grande vitesse. Le poinçon porté par le piston impacte alors le flan de matière à déformer avec une grande vitesse. Par rapport à un procédé de formage électrohydraulique classique, la pièce n'est pas en contact avec l'eau, ce qui tend à augmenter les cadences de fabrication et à éviter le contact de la pièce avec l'eau qui peut engendrer des problèmes de corrosion et/ou un potentiel besoin de séchage.
On entend par formage électrohydraulique indirect, le formage d'un flan de matière par application d'une décharge électrohydraulique dans laquelle le flan de matière n'est pas directement en contact avec le liquide de la chambre dans laquelle se trouvent les électrodes. Dans le reste de la demande, on considère qu'une décharge électrohydraulique s'est produite lorsqu'une décharge électrique générée dans le liquide de la chambre a engendré une onde de choc.
L'outil selon l'invention permet de former rapidement et simplement des pièces présentant des améliorations par rapport à celles formées par des procédés d'emboutissage traditionnels, notamment un retour élastique réduit et/ou des détails de type gravures affinés, et/ou des rayons de forme réduits, et/ou des allongements locaux avant rupture améliorés. De plus, l'utilisation d'un tel outil permet de réaliser des pièces présentant les avantages de pièces formées par formage électrohydraulique sans en présenter les inconvénients, à savoir l'existence d'un contact direct entre le liquide de la chambre et du flan de matière à déformer. On notera par ailleurs que la surface inférieure du poinçon peut être plane ou en relief, en fonction de la géométrie de la pièce à former, tout comme la matrice.
Dans une variante de réalisation, l'une des électrodes comprend une extrémité plongeant dans la chambre et l'autre électrode comprend une surface interne du corps présente dans la chambre.
Cette configuration permet d'utiliser la surface interne de la chambre comme électrode. Par rapport à une configuration dans laquelle deux électrodes présentent chacune une extrémité dans la chambre, on supprime le risque de claquage « indésirable » sur la paroi de la chambre. Par contre, cette configuration n'est adaptée que pour des chambres de faible diamètre, dans lesquelles la distance électrode chambre permet d'obtenir un rendement suffisant.
Dans une autre variante de réalisation, les deux électrodes présentent chacune une extrémité dans la chambre.
Utiliser deux électrodes présentant chacune une extrémité dans la chambre permet de s'adapter à différents types de chambres en optimisant la disposition des électrodes et leur écartement. De plus, la maintenance des électrodes est facilitée puisqu'elles peuvent toutes deux être facilement remplacées lorsqu'elles sont érodées alors que, dans la configuration précédente, il faudrait aussi changer la chambre. On notera que, pour éviter un claquage « indésirable », les deux électrodes doivent être isolées par rapport à la chambre. Cette configuration est particulièrement adaptée pour des chambres de grande dimension.
Dans un mode de réalisation, le corps comporte une ouverture par laquelle le poinçon en saillie peut sortir du corps.
Dans un mode de réalisation, l'ouverture est réalisée dans une paroi transversale et au moins des moyens de rappel sont disposés entre ladite paroi transversale et la face du piston portant le poinçon .
Les moyens de rappel permettent le retour du piston dans sa position d'origine lorsque l'outil est placé au-dessus du flan de matière à déformer. En revanche, lorsque l'outil est placé en dessous du flan de matière, le piston peut revenir dans sa position d'origine par simple gravité. Les moyens de rappel peuvent être des ressorts, des rondelles de Belleville ou des élastomères présentant une élasticité suffisante, par exemple.
Dans un mode de réalisation, l'outil comprend une pompe destinée à mettre sous pression le liquide de la chambre.
La pompe permet de mettre sous pression quasi-statique le liquide de la chambre et permet d'amorcer le déplacement du piston avant la décharge électrohydraulique. Par ailleurs, si la mise sous pression quasi-statique est suffisante, le poinçon peut appuyer sur le flan de matière avec suffisamment de force quasi-statique pour emboutir le flan de matière. La décharge électrohydraulique permet d'exercer une pression dynamique pour accélérer le poinçon et obtenir les avantages liés au formage électrohydraulique indirect.
La présente invention propose, selon un deuxième aspect, un dispositif de formage par emboutissage électrohydraulique indirect comprenant une matrice et un outil comportant un corps et un poinçon . La matrice et le poinçon sont de forme générale complémentaire. Le dispositif est apte à maintenir l'outil et la matrice de telle sorte que le poinçon et la matrice soient en regard l'un de l'autre et à une distance prédéterminée d'un flan de matière à déformer, le flan de matière étant en contact avec la matrice et maintenu contre la matrice avec une force prédéterminée. Le poinçon est porté par un piston monté coulissant de manière étanche dans une zone cylindrique tubulaire du corps en délimitant une chambre étanche destinée à être remplie avec un liquide. Le poinçon est disposé sur une face du piston opposée à la chambre. L'outil comprend en outre deux électrodes, chacune des électrodes présentant une partie disposée dans la chambre.
Dans la majorité des dispositifs d'emboutissage, un serre-flan est utilisé en bord de flan afin de contrôler ravalement du flan lors de l'action du poinçon. Dans certains cas, notamment lors d'un emboutissage profond d'une grande pièce, la force du serre-flan est contrôlée afin d'éviter les plis sur la pièce tout en permettant ravalement de la matière dans la matrice et ainsi limiter l'allongement de la matière qui pourrait engendrer des ruptures. Dans d'autres cas, notamment lors de l'emboutissage peu profond d'une petite pièce, le serre-flan peut être utilisé pour bloquer le flan et éviter tout avalement. Afin d'assurer ces fonctions, un serre-flan peut également être utilisé dans le dispositif selon l'invention.
Dans un mode de réalisation, l'une des électrodes comprend une extrémité plongeant dans la chambre et l'autre électrode comprend une surface interne du corps présente dans la chambre.
Cette configuration permet d'utiliser la surface interne de la chambre comme électrode. Par rapport à une configuration dans laquelle deux électrodes présentent chacune une extrémité dans la chambre, on supprime le risque de claquage « indésirable » sur la paroi de la chambre. Par contre, cette configuration n'est adaptée que pour des chambres de faible diamètre, dans lesquelles la distance électrode chambre permet d'obtenir un rendement suffisant.
Dans un mode de réalisation, les deux électrodes présentent chacune une extrémité dans la chambre.
Utiliser deux électrodes présentant chacune une extrémité dans la chambre permet de s'adapter à différents types de chambres en optimisant la disposition des électrodes et leur écartement. De plus, la maintenance des électrodes est facilitée puisqu'elles peuvent toutes deux être facilement remplacées lorsqu'elles sont érodées alors que, dans la configuration précédente, il faudrait aussi changer la chambre. On notera que, pour éviter un claquage « indésirable », les deux électrodes doivent être isolées par rapport à la chambre. Cette configuration est particulièrement adaptée pour des chambres de grandes dimensions.
Dans un mode de réalisation, le corps de l'outil comporte une paroi transversale dans laquelle est pratiquée une ouverture par laquelle peut sortir le poinçon.
Cette paroi transversale peut être utilisée pour servir de serre-flan et contrôler avalement du flan pendant sa mise en forme.
Dans un mode de réalisation, l'outil comprend des moyens de rappel disposés entre la paroi transversale du corps et la face du piston portant le poinçon.
Les moyens de rappel permettent le retour du piston dans sa position d'origine lorsque l'outil est placé au-dessus du flan de matière à déformer. En revanche, lorsque l'outil est placé en dessous du flan de matière, le piston peut revenir dans sa position d'origine par simple gravité.
Dans un mode de réalisation, le dispositif de formage par emboutissage électrohydraulique indirect comprend une pompe destinée à mettre sous pression le liquide de la chambre.
La pompe permet de mettre sous pression quasi-statique le liquide de la chambre et permet d'amorcer le déplacement du piston avant la décharge électrohydraulique. Par ailleurs, si la mise sous pression quasi-statique est suffisante, le poinçon peut appuyer sur le flan de matière avec suffisamment de force quasi-statique pour emboutir le flan de matière. La décharge électrohydraulique permet d'exercer une pression dynamique pour accélérer le poinçon et obtenir les avantages liés au formage électrohydraulique indirect.
La présente invention propose, selon un troisième aspect, un procédé de formage par emboutissage électrohydraulique indirect comprenant les étapes suivantes :
- placer un outil de formage par emboutissage électrohydraulique indirect tel que celui décrit précédemment et comportant un poinçon à une distance prédéterminée du flan de matière à déformer, et
- provoquer le déplacement du piston portant le poinçon par une décharge électrique générée entre les au moins deux électrodes.
Le procédé selon l'invention permet d'obtenir des pièces présentant un retour élastique réduit et/ou des détails de type gravures affinés, et/ou des rayons de forme réduits, et/ou des allongements locaux avant rupture améliorés.
Dans un mode de réalisation, on place l'outil au contact du flan de matière à déformer avec une force prédéterminée.
L'outil placé au contact du flan de matière fait office de serre-flan. Cela permet de rendre l'ensemble plus compact et de réduire la taille du flan de matière à déformer et donc de réduire les coûts.
Dans un mode de réalisation, on réalise une mise sous pression quasi- statique du liquide de la chambre avant la décharge électrique.
La mise sous pression quasi-statique du liquide présent dans la chambre permet d'amorcer le déplacement du piston avant la décharge électrohydraulique. Par ailleurs, si la mise sous pression quasi-statique est suffisante, le poinçon peut appuyer sur le flan de matière avec suffisamment de force quasi-statique pour emboutir le flan de matière.
De façon avantageuse, la mise sous pression quasi-statique est assurée par une pompe.
Dans un mode de réalisation, le poinçon est appliqué contre le flan de matière à déformer avec une force quasi-statique prédéterminée.
La force quasi-statique prédéterminée peut être exercée directement sur l'outil ou suite à la mise sous pression quasi-statique du liquide de la chambre.
Un flan de matière peut donc être formé en combinant une étape d'emboutissage classique puis une étape de formage par emboutissage électrohydraulique indirect par application d'une décharge électrohydraulique.
Brève description des dessins
Des détails et avantages de la présente invention apparaîtront mieux de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : les figures 1A et 1 B représentent un premier mode de réalisation, la figure 1A représentant le dispositif de formage avant la décharge électrohydraulique et la figure 1 B représentant le dispositif peu après la décharge électrohydraulique, et
les figures 2A et 2B représentent un second mode de réalisation, la figure 2A représentant le dispositif de formage avant la décharge électrohydraulique et la figure 2B représentant le dispositif peu après la décharge électrohydraulique. Description détaillée de plusieurs modes de réalisation de l'invention
Les figures 1A et 1 B représentent un dispositif de formage par emboutissage électrohydraulique indirect selon un premier mode de réalisation. Le dispositif de formage par emboutissage électrohydraulique indirect 100 comporte un outil 1 10, une matrice 120 et un serre-flan 140. Un flan de matière à déformer 130, ici une tôle métallique, est maintenu entre le serre-flan 140 et la matrice 120. Le serre-flan permet de contrôler ravalement du flan lors du formage électrohydraulique indirect. La force du serre-flan est contrôlée afin d'éviter les plis sur la pièce tout en permettant ravalement de la matière dans la matrice et ainsi limiter l'allongement de la matière qui pourrait engendrer des ruptures. Dans ce mode de réalisation, l'outil 1 10 se trouve au-dessus de la matrice 120 et du flan de matière à déformer 130. L'outil 1 10 comporte un poinçon 1 1 1 d'une forme générale complémentaire à celle de la matrice 120 afin de permettre l'insertion du poinçon 1 1 1 dans la matrice 120 à l'épaisseur de tôle près. Le poinçon 1 1 1 est placé en regard d'une empreinte 122 de la matrice 120. Dans la variante de réalisation illustrée en référence aux figures 1A et 1 B, la surface 1 12 du poinçon 1 1 1 comporte un relief sensiblement identique à celui présent sur l'empreinte 122 de la matrice 120.
L'outil 1 10 comporte un corps 1 13 et un piston 1 14 portant le poinçon 1 1 1 . Le corps 1 13 comporte une zone cylindrique tubulaire 1 13a fermée par une paroi transversale supérieure 1 13b et une paroi transversale inférieure 1 13c. La paroi transversale inférieure 1 13c comporte une ouverture 1 13d par laquelle le poinçon 1 1 1 peut sortir du corps 1 13. Le piston 1 14 est monté coulissant de manière étanche dans la zone cylindrique tubulaire 1 13a. Il comporte une face supérieure 1 14a, une face inférieure 1 14b et des moyens d'étanchéité 1 14c, ici un joint torique. Le piston 1 14, et plus particulièrement sa face inférieure 1 14b, repose sur des moyens de rappel, ici un ressort annulaire 1 18 s'appuyant sur la paroi transversale inférieure 1 13c. D'autres moyens de rappel peuvent être utilisés comme des rondelles de Belleville ou des élastomères présentant une élasticité suffisante pour provoquer le retour du piston dans sa position initiale. Le poinçon 1 1 1 est porté par la face inférieure 1 14b du piston. Une chambre 1 15 est formée dans la zone cylindrique tubulaire entre la paroi transversale supérieure 1 13b et la paroi supérieure 1 14a du piston 1 14. Cette chambre 1 15 est étanche grâce aux moyens d'étanchéité 1 14c et est entièrement remplie d'un liquide tel que de l'eau.
L'outil 1 10 comprend également deux électrodes 1 16a, 1 16b débouchant à travers des traversées étanches 1 17a, 1 17b dans la chambre 1 15. Dans ce mode de réalisation, les électrodes 1 16a, 1 16b sont isolées électriquement sur leur pourtour. Seules les extrémités en regard les unes des autres sont dénudées.
Lorsque les deux électrodes 1 16a, 1 16b sont soumises à une forte différence de potentiel, une décharge électrique a lieu entre les deux électrodes comme illustré dans la figure 1 B. Cette décharge électrique provoque une onde de choc qui se propage dans la chambre 1 15 et qui exerce une forte pression sur le piston 1 14 vers le bas. Le poinçon 1 1 1 vient alors impacter ou plutôt emboutir le flan de matière 130 contre l'empreinte 122 de la matrice 120 avec une grande vitesse. Lors de l'emboutissage, l'outil 1 10 et la matrice 120 sont maintenus l'un par rapport à l'autre. Le dispositif 100 comporte donc des moyens permettant de maintenir l'outil et la matrice de telle sorte que le poinçon et la matrice soient en regard l'un de l'autre et à une distance prédéterminée du flan de matière. A cet effet, l'outil 1 10 et la matrice 120 sont montés entre les plateaux d'une presse ou d'un bâti spécifique. Afin d'éviter un déchirement de la tôle, un serre-flan est utilisé avec une force maîtrisée afin de bloquer le flan ou de maîtriser son avalement et éviter la formation de plis.
Les figures 2A et 2B représentent un dispositif de formage par emboutissage électrohydraulique indirect selon un second mode de réalisation. Certains éléments de ce dispositif sont semblables à ceux décrits en référence aux figures 1A et 1 B. En conséquence, ces éléments seront numérotés de la même façon mais commenceront par 200 au lieu de 100.
Le dispositif de formage par emboutissage électrohydraulique indirect 200 comporte aussi un outil 210 et une matrice 220. Dans ce mode de réalisation, l'outil 210 se trouve en dessous de la matrice 220 et en dessous du flan de matière lorsque celui-ci est maintenu entre la matrice 220 et l'outil 210. L'empreinte 222 de la matrice se trouve sur la face inférieure de la matrice, sur la partie en contact avec le flan de matière 230 lorsque celui-ci est maintenu entre l'outil 210 et la matrice 220. L'outil est disposé de façon à ce que le poinçon soit en regard de l'empreinte 222 de la matrice 220. Dans ce mode de réalisation, le dispositif 200 ne comprend pas de serre-flan en tant que tel. L'outil 210, en étant disposé contre le flan de matière à déformer de façon à exercer une force constante et prédéterminée, joue le rôle de serre-flan. Le dispositif de formage par emboutissage électrohydraulique indirect 200 comprend donc des moyens permettant de maintenir l'outil 210 à une distance prédéterminée du flan de matière à déformer avec une force prédéterminée. L'outil 210 peut être au contact du flan à déformer ou à une distance inférieure à 1 mm, préférentiellement 0,1 mm. Le dispositif 200 comprend également des moyens permettant de maintenir la matrice 220 à une distance prédéterminée par rapport à l'outil et au flan de matière à déformer.
Dans la variante de réalisation illustrée en référence aux figures 2A et 2B, la surface 212 du poinçon 21 1 et la surface de l'empreinte 222 de la matrice 220 sont planes. Toute autre forme de la surface de l'empreinte 222 de la matrice peut être envisagée. La forme de la surface 1 12 du poinçon peut soit rester plane soit avoir une forme sensiblement similaire à l'empreinte 222 de la matrice.
Tout comme dans le premier mode de réalisation, l'outil 210 comporte un corps 213 et un piston 214 portant le poinçon 21 1 . Dans ce second mode de réalisation, le corps 213 comporte une zone cylindrique tubulaire 213a fermée par une paroi transversale inférieure 213b et ne comporte pas de paroi transversale supérieure. La partie supérieure du corps 210 n'est donc pas fermée. La section terminale de forme tubulaire du corps 210 est plane et est directement en contact avec le flan de matière à déformer. Le piston 21 1 est monté coulissant de manière étanche dans la zone cylindrique tubulaire 213a. Il comporte une face supérieure 214a, une face inférieure 214b et des moyens d'étanchéité 214c. Le poinçon 214 est porté par la face supérieure 214b du piston. Le piston 214 est apte à se déplacer longitudinalement vers le flan de matière. Dans ce mode particulier de réalisation, le corps 213 de l'outil est en contact avec le flan de matière. Toutefois, dans une variante de réalisation, l'outil 210 pourrait comporter une paroi transversale comportant une ouverture destinée à laisser sortir le poinçon du corps. Tout comme dans le premier mode de réalisation, le piston 214 vient délimiter avec étanchéité une chambre 215 destinée à être remplie avec un liquide et l'outil 210 comprend également deux électrodes 216a, 216b présentant chacune une extrémité disposée dans la chambre. Dans une autre variante de réalisation, l'une des électrodes 216a, 216b comprend une extrémité plongeant dans la chambre 215 et l'autre électrode comprend une surface interne conductrice du corps 1 13, 213 présente dans la chambre 1 15, 215.
Lorsque les deux électrodes 216a, 216b sont soumises à une forte différence de potentiel, une décharge électrique a lieu entre les deux électrodes comme illustré dans la figure 2B. Cette décharge électrique provoque une onde de choc qui se propage dans la chambre 215 et qui exerce une forte pression sur le piston 214 vers le haut. Le poinçon 21 1 vient alors exercer une forte pression sur le flan de matière 230 avec une grande vitesse. Dans une variante de réalisation, le déplacement du piston peut être amorcé ou facilité en mettant sous pression quasi-statique le liquide de la chambre au moyen d'une pompe. La pompe permet d'injecter du liquide pressurisé dans la chambre jusqu'à ce que la pression voulue dans la chambre soit atteinte. Des valves et des tuyaux aptes à supporter la pression du liquide injecté dans la chambre peuvent être utilisés. La mise sous pression doit être faite suffisamment lentement pour que la pression de liquide soit uniforme dans la chambre, c'est ce que l'on entend par « mise sous pression quasi-statique » du liquide.
Si la mise sous pression quasi-statique est suffisante, le poinçon peut appuyer sur le flan de matière avec suffisamment de force quasi-statique pour emboutir le flan de matière. La décharge électrohydraulique permet d'exercer une pression dynamique pour accélérer le poinçon.
Le piston 214 revient ensuite à sa position initiale, illustrée en référence à la figure 2A, par simple gravité. L'eau présente dans la chambre 215 fait office de butée anti-retour. Dans une autre variante, le corps 213 comporte une butée anti-retour 218' illustrée en pointillés sur la figure 2B. L'outil présenté dans ce second mode de réalisation présente l'avantage d'être plus léger puisqu'il ne comporte pas de moyens de rappel.
La décharge électrohydraulique permet de déplacer le poinçon à grande vitesse générant ainsi une forte pression au niveau de la pièce à former. L'emboutissage ainsi obtenu présente un retour élastique réduit et/ou une plus grande finesse de gravure et/ou des rayons de forme réduits, et/ou des allongements locaux avant rupture améliorés, potentiellement avec un moins grand nombre de passes par rapport à un emboutissage classique. Une plus grande finesse de gravure peut être obtenue lorsque la surface du poinçon et/ou de la matrice présentent des reliefs.
L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites ci- dessus et aux variantes évoquées mais concerne également toute forme de réalisation à la portée de l'homme du métier dans le cadre des revendications ci-après.

Claims

REVENDICATIONS
1. Outil (110; 210) de formage par emboutissage électrohydraulique indirect, caractérisé en ce qu'il comprend :
-un corps (113; 213) comportant une zone cylindrique tubulaire
(113a ; 213a),
- une chambre (115 ; 215) destinée à être remplie avec un liquide, -deux électrodes (116a, 116b ; 216a, 216b), chacune des électrodes présentant une partie disposée dans la chambre (115 ; 215),
- un poinçon (111 ; 211),
caractérisé en ce que l'outil comporte également :
-un piston (114 ; 214) monté coulissant de manière étanche dans la zone cylindrique et venant délimiter avec étanchéité la chambre (115 ; 215), et en ce que le poinçon (111 ; 211) est porté par le piston (114 ; 214) sur une face de ce dernier opposée à la chambre (114b ; 214a).
2. Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'une des électrodes (116a, 116b, 216a, 216b) comprend une extrémité plongeant dans la chambre (115 ; 215) et l'autre électrode comprend une surface interne du corps (113 ; 213) présente dans la chambre (115 ; 215).
3. Outil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux électrodes (116a, 116b ; 216a, 216b) présentent chacune une extrémité dans la chambre (115 ; 215).
4. Outil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le corps (113 ; 213) comporte une ouverture (113d ; 213d) par laquelle le poinçon en saillie (111 ; 211 ) peut sortir du corps (113 ; 213).
5. Outil selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'ouverture
(113d) est réalisée dans une paroi transversale (113c) et au moins des moyens de rappel (116) sont disposés entre ladite paroi transversale (113c) et la face du piston portant le poinçon (114b).
6. Outil selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une pompe destinée à mettre sous pression le liquide de la chambre.
7. Dispositif de formage par emboutissage électrohydraulique indirect
(100 ; 200) comprenant une matrice (120 ; 220) et un outil (1 10 ; 210) comportant un corps (1 13 ; 213) et un poinçon (1 1 1 ; 21 1 ), la matrice (120 ; 220) et le poinçon (1 1 1 ; 21 1 ) étant de forme générale complémentaire, ledit dispositif (100 ; 200) étant apte à maintenir l'outil (1 10 ; 210) et la matrice (120 ; 220) de telle sorte que le poinçon (1 1 1 ; 21 1 ) et la matrice (120 ; 220) soient en regard l'un de l'autre et à une distance prédéterminée d'un flan de matière (130 ; 230) à déformer, le flan de matière (130 ; 230) étant en contact avec la matrice (120 ; 220) et maintenu contre la matrice (120 ; 220) avec une force prédéterminée, caractérisé en ce que l'outil (1 10 ; 210) est un outil de formage par emboutissage selon l'une des revendications 1 à 6.
8. Procédé de formage par emboutissage électrohydraulique indirect, comprenant les étapes suivantes :
- placer un outil (1 10 ; 210) de formage par emboutissage électrohydraulique indirect selon l'une des revendications 1 à 6 et comportant un poinçon (1 1 1 ; 21 1 ) à une distance prédéterminée du flan de matière à déformer, et
- provoquer le déplacement du piston (1 14 ; 214) portant le poinçon (1 14 ; 214) par une décharge électrique générée entre les au moins deux électrodes (1 16a, 1 16b).
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel on place l'outil (1 10, 210) au contact du flan de matière à déformer (130 ; 230) avec une force prédéterminée.
10. Procédé selon l'une des revendications 8 ou 9, dans lequel, on réalise une mise sous pression quasi-statique du liquide de la chambre (1 15 ; 215) avant la décharge électrique.
11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel la mise sous pression quasi-statique est assurée par une pompe.
12. Procédé selon la revendication 1 1 , dans lequel le poinçon (1 10, 210) est appliqué contre le flan de matière à déformer (130 ; 230) avec une force quasi-statique prédéterminée.
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