FR2548577A1 - Procede de constitution d'une matrice adaptable, permettant de donner a un produit mince une configuration quelconque, et matrice realisee selon ce procede - Google Patents

Procede de constitution d'une matrice adaptable, permettant de donner a un produit mince une configuration quelconque, et matrice realisee selon ce procede Download PDF

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Abstract

LE PROCEDE CONSISTE A REALISER UNE STRUCTURE BIDIMENSIONNELLE AYANT UN PLAN FIXE X, Y ET DES STRUCTURES MOBILES9 PERPENDICULAIRES AU PLAN FIXE, LA DISTANCE ENTRE LE SOMMET10 DE CES STRUCTURES MOBILES9 ET LE PLAN FIXE X, Y POUVANT ETRE COMMANDEE A PARTIR DES COORDONNEES SPATIALES DE POINTS DE LA SURFACE GAUCHE F2 ATTENDUE. L'ENSEMBLE DES SOMMETS, QUI DEFINIT AINSI UNE SURFACE SEMBLABLE A CELLE QUE L'ON DESIRE OBTENIR, RECOIT UNE FEUILLE MINCE F1 D'UN MATERIAU QUI SUBIT UNE ACTION CONFORMATRICE LA FAISANT EPOUSER LE PROFIL DES SOMMETS DES STRUCTURES MOBILES.

Description

La présente invention concerne un procédé pour le formage de produits minces afin de leur donner une configuration de surface gauche, ainsi qu'une matrice permettant la mise en oeuvre du procédé.
Par produit mince, on entend un produit dont l'épais- seur est faible par rapport aux deux autres dimensions.
Bien que la présente invention puisse trouver des applications dans des domaines variés, elle a été mise au point essentiellement pour la réalisation de formes gauches, c'est-à-dire présentant une surface complexe tridimensionnelle, à partir d'un produit mince en matériau métallique, en verre, en matières synthétiques, telles que les composites ou toute autre matière appropriée.
Par ailleurs, l'invention présente un intérêt surtout dans le cas de fabrication de petites ou moyennes séries, comme c'est le cas, par exemple, en aéronautique.
Dans les procédés connus, pour obtenir de tels produits à surface complexe tridimensionnelle en matériau composite, on constitue un moule présentant une empreinte souvent métallique sur laquelle sont ensuite posées des couches successives de produits (tissu de verre, résine, etc ...) de façon à former un composite que l'on passe ensuite à l'étuve pour obtenir le produit final.
Ces procédés connus sont onéreux, longs et délicats à mettre en oeuvre, et s'opposent par conséquent au développement de l'utilisation des composites qui présentent, par ailleurs, des qualités qui les rendraient adéquats pour des usages très variés.
La fabrication de l'empreinte ou matrice représente une part très importante du coût et de la durée de mise en oeuvre du procédé, cela d'autant plus que ladite matrice n'est utilisée que pour la réalisation de quelques pièces.
Par ailleurs, lorsqu'on utilise les procédés connus, étant donné qu'il faut réaliser une matrice pour chaque nouvelle forme, cela pose des problèmes de stockage et de conservation des matrices qui sont cux-inémes coûteux.
La présente invention a pour but de remédier à ces divers inconvénients en proposant un procédé selon lequel, au lieu de réaliser une matrice originale pour toute nouvelle configuration, on fabrique une matrice de base à configuration adaptable en fonction de données ayant préalablement été calculées, notamment par un ordinateur, et numérisées ; lesdites données caractérisant la forme à obtenir.
On peut ainsi très facilement stocker les informations concernant toutes ces formes sans avoir besoin de conserver les matrices elles-mêmes.
Par ailleurs, les modifications de la matrice peuvent se faire très rapidement et à un coût très faible.
Selon le procédé de l'invention - on détermine, de façon connue en soi, notamment à l'aide d'un ordinateur, la surface gauche finale à obtenir - on numérise les coordonnées spatiales d'un certain nombre de points caractéristiques de ladite surface calculée à partir d'un espace de référence tridimensionnel - on réalise une structure tridimensionnelle ayant au moins un plan de référence bidimensionnel fixe et une série de structures mobiles au moins dans une direction perpendiculaire au plan fixe, ces structures étant indépendantes les unes des autres et s'étendant toutes d'un côté dudit plan de référence - on pilote, grâce aux données fournies par l'ordinateur, la distance relative de tous les sommets libres desdites structures par rapport au plan de référence, chacun des sommets correspondant à un des points caractéristiques de la surface gauche à obtenir, la face active de la matrice étant ainsi constituée par un ensemble de points écartés les uns des autres - on assure une immobilisation temporaire en position relative des structures mobiles et on met directement le produit mince à conformer en contact avec la partie libre de la structure ainsi constituée en soumettant le produit à une action conformatrice de telle manière qu'il vienne épouser le profil constitué par l'ensemble des sommets libres de toutes les structures mobiles.
Une matrice permettant la mise en oeuvre de 1 ' invention comporte quant à elle - un bâti délimitant au moins un plan fixe bidimensionnel - un ensemble de structures mobiles au moins dans une direction perpendiculaire au plan fixe et s'étendant d'un même côté de celui-ci, lesdites structures mobiles étant indépendantes les unes des autres - des moyens de réglage de chaque structure mobile dans la direction perpendiculaire au plan fixe et des moyens d'immobilisation temporaire des structures mobiles dans une position déterminée - des moyens d'asservissement du déplacement de chacune des structures mobiles en réponse à des informations déterminées préalablement et caractéristiques des coordonnées spatiales d'une série de points matérialisant une surface tridimensionnelle.
L'ensemble des structures mobiles peut être réalisé de diverses manières selon le type de matériau constituant le produit à surface gauche que l'on veut obtenir, et le type d'action conformatrice qui lui sera appliqué.
On notera que la matrice de l'invention pourra soit servir directement d'empreinte pour la conformation d'un composite par exemple, soit servir d'empreinte pour conformer la partie active d'un moule (cas d'une plaque métallique) qui servira ensuite de façon classique pour conformer un produit final.
On décrira à présent l'invention à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 est un schéma représentant le principe général de l'invention,
- la figure 2 représente en élévation une première forme de réalisation d'une matrice selon l'invention,
- la figure 3 est une vue en plan de l'ensemble de ; réglage de la matrice de la figure 2
- la figure 4 représente en élévation une deuxième forme de réalisation schématique de l'invention.
Sur la figure 1, on a représenté schématiquement les diverses phases du procédé selon l'invention.
De façon connue, on détermine grâce à un ordinateur O équipé d'un terminal à écran graphique T, la configuration dans un espace- tridimensionnel de la surface gauche à obtenir visualisée en SG sur l'écran. On utilise pour cela un logiciel classique. On sélectionne sur cette représentation de la surface gauche un certain nombre de points caractéristiques P1, P2, ...pu en nombre suffisant pour disposer d'une bonne définition de la surface. On stocke ensuite dans l'ordinateur O les données numériques concernant les coordonnées de chacun des points sélectionnés, par rapport à l'espace tridimensionnel représenté par les axes
X-Y et Z.
Ce sont ces données numériques qui permettront directement de commander le réglage de la matrice selon l'invention que l'on a désignée de façon générale en M.
On décrira à présent en référence aux figures 2 et 3 une forme de réalisation de matrice selon l'invention.
La matrice comporte un bâti fixe 1, par exemple rectangulaire, dont la longueur L correspond à l'axe X et la largeur 1 à l'axe Y de l'espace tridimensionnel figurant sur l'écran de la figure 1 et rappelé à la figure 2.
La surface du bâti 1 est divisée par un réseau réel ou fictif de lignes longitudinales et transversales parallèles respectivement aux côtés L et 1, 11 intersection de ces lignes déterminant des points 4, 5, 6, ... n etc, correspondant aux points de la surface gauche.
Au niveau de chacun de ces points, le bâti 1 est percé d'un logement taraudé 7 dans lequel est engagé de façon tournante l'extrémité filetée 8 d'une tige ou colonnette 9 s'étendant perpendiculairement au bâti 1. Toutes les colonnettes sont disposées d'un même côté du bâti.
Le réglage en hauteur des colonnettes est obtenu en vissant ou dévissant leur extrémité filetée de telle manière que leur extrémité libre 10, qui peut par exemple être arrondie comme dans l'exemple représenté, puisse venir occuper une coordonnée h définie sur l'axe Z. Le sommet 10 de toutes les colonnettes matérialise alors la position de tous les points sélectionnés sur la surface gauche sur l'écran graphique T.
Le pilotage et le réglage des colonnettes sont réalisés dans l'exemple représenté par un bloc de réglage amovible 11 sur lequel peut être placé temporairement le bâti 1 pour le réglage, seul le bâti et les colonnettes servant ensuite pour l'opération de formage du produit à obtenir. Cette disposition est particulièrement intéressante dans le cas notamment où la matrice doit passer en étuve pour une action de conformation par fluage.
On évite ainsi que les organes de réglage fragiles du bloc 11 ne soient détériorés.
Le bloc de réglage 11 comporte sur sa face supérieure une série d'organes d'accouplement 12 destinés à coopérer avec les colonnettes et à les entraîner en rotation. Il peut s'agir, comme dans l'exemple représenté, d'une simple tête à tenon venant s'engager dans une fente pratiquée dans l'extrémité filetée de la colonnette, mais tout autre système approprié pourra être utilisé.
L'actionnement sélectif des organes d'accouplement 12 pourra être obtenu par tout moyen approprié. Dans l'exemple représenté, tous les organes 12 sont montés respectivement sur un axe vertical 13 ; chaque axe 13 est équipé d'un pignon 14. Sur chacun des arbres d'une série d'arbres 15 horizontaux est calée une série d'éléments de vis sans fin 16, chaque élément de vis sans fin étant en prise avec un des pignons 14. Entre l'arbre 15 et chaque élément de vis sans fin 16 est calé un embrayage électro-magnétique 17 qui assure, sous l'action d'une impulsion électrique délivrée par l'ordinateur 0, soit la solidarisation, soit la désolidariation de l'arbre 15 et de L'élément de vis sans fin 16 adjacent, ce qui permet de régler en hauteur les colonnettes 9.
Tous les arbres 15, maintenus de façon tournante dans le bâti, sont équipés à leur extrémité extérieure d'une roue dentée 18, l'ensemble des roues dentées étant entraîné en rotation constante par un système d'entraînement classique commandé par un moteur 19.
On notera que, de préférence, chaque pignon 14 peut être en prise sélective avec deux éléments de vis sans fin, l'un des éléments assurant là rotation de l'organe 12 dans un sens et l'autre élément dans l'autre sens.
Ainsi, à la figure 3, les arbres 15 s'étendent parallèlement dans le sens de la longueur et assurent par exemple le vissage alors que des arbres 15' tournant en sens inverse, assurent le dévissage en entraînant des éléments de vis sans fin 16' équipés d'embrayage 17' électro-magnétiques.
Lorsque les colonnettes 9 sont réglées à la bonne hauteur, on dépose sur elles la feuille plane Fi de composite et on enfourne le bâti 1 dans une étuve ou l'action de la chaleur provoque le fluage de la matière de telle manière que la feuille épouse la surface discontinue constituée par les sommets 10 des colonnettes et prend la configuration F2 de la figure 2.
Dans la structure décrite, les moyens de réglage des colonnettes dans la direction perpendiculaire au plan fixe
X,Y servent également de moyens d'immobilisation temporaire de ces colonnettes dans la position voulue. On conçoit cependant que, dans d'autres formes d'exécution et selon la nature des moyens de réglage choisis, il peut être nécessaire de prévoir des moyens d'immobilisation distincts.
Dans la forme de réalisation de la figure 2, les colonnettes sont écartées les unes des autres et ménagent entre elles des espaces libres.
Au contraire, dans la forme de réalisation de la figure 4, les colonnettes 30 occupent toute la surface du bâti et sont en contact les unes avec les autres. Ainsi, les colonnettes jouent-elles le rôle de guide les unes pour les autres. On obtient ainsi une définition beaucoup plus fine de la surface gauche.
Naturellement, la section transversale des colonnettes peut être circulaire, carrée, rectangulaire ou de toute autre forme polygonale régulière. Le réglage en hauteur des colonnettes peut être obtenu par tout système approprié, tel qu'une tige filetée terminant des colonnettes de forme circulaire comme dans la forme de réalisation précédent dans le cas de colonnettes à section polygonale ne pouvant pas tourner sur elles-mêmes, le système de réglage pourra être constitué de poussoirs de type vérins par exemple.
Le verrouillage temporaire en position réglée des colonnettes pourra de même être obtenu par tout moyen approprié notamment mécanique. Comme on l'a représenté en trait interrompu à la figure 4, un lit de billes 31 libres les unes par rapport aux autres peut être répandu sur les sommets des colonnettes, afin d'obtenir une meilleure continuité de la surface active.

Claims (8)

REVENDICATIONS
1 - Procédé de constitution d'une matrice adaptable permettant de donner à des produits minces une conformation de surface gauche, notamment pour la réalisation économique de moules pour petites et moyennes séries, caractérisé en ce que - on détermine, de façon connue en soi, notamment à l'aide
d'un ordinateur (O), la surface gauche finale (F2) à
obtenir - on numérise les coordonnées spatiales d'un certain nombre
de points (P1, P2,...PN) caractéristiques de ladite
surface, calculée à partir d'un espace de référence
tridimensionnel (X, Y, Z) ~ - on réalise une structure tridimensionnelle ayant au moins
un plan de référence bidimensionnel fixe (X,Y) et une
série de structures mobiles (9, 30) au moins dans une
direction perpendiculaire au plan fixe (X,Y), ces struc
tures (9, 30) étant indépendantes les unes des autres et
s'étendant toutes d'un même côté dudit plan de référence
(X,Y) - on pilote, grâce aux données fournies par l'ordinateur
(O), la distance relative de tous les sommets libres (10)
desdites structures (9, 30) par rapport au plan de
référence (X,Y), chacun des sommets (10) correspondant à
un des points caractéristiques (P1, P2,...PN) de la
surface gauche à obtenir (F2), la face active de la
matrice étant ainsi constituée par un ensemble de points
écartés les uns des autres - on assure une immobilisation temporaire en position
relative des structures mobiles (9, 30) et on met
directement le produit mince à conformer (Fl) en contact
avec la partie libre de la structure ainsi constituée en
soumettant le produit (F1) à une action conformatrice de
telle manière qu'il vienne épouser le profil constitué par
l'ensemble des sommets libres (10) de toutes les structu
res mobiles (9, 30).
2 - Matrice adaptable pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte - un bâti (1) délimitant au moins un plan fixe bidimension
nel (X, Y) - un ensemble de structures (9, 30) mobiles au moins dans
une direction perpendiculaire au plan fixe (X, Y) et
s'étendant d'un même côté de celui-ci, lesdites structures
mobiles (9, 30) étant indépendantes les unes des autres - des moyens de réglage (13, 14, 15, 15', 16, 16') de chaque
structure mobile (9, 30) dans la direction perpendiculaire
au plan fixe (X, Y) et des moyens d'immobilisation
temporaire (13, 14, 15, 15', 16, 16') des structures mobi
les dans une position déterminée ; et, - des moyens d'asservissement (17, 17') du déplacement de
chacune des structures mobiles (9, 30) en réponse à des
informations déterminées préalablement et caractéristiques
des coordonnées spatiales (1, L, h) d'une série de points
(P1, P2,...PN) matérialisant une surface tridimensionnel
le.
3 - Matrice selon la revendication 2, caractérisée en ce que les structures mobiles (9, 30) sont constituées de colonnettes parallèles entre elles, dont les pieds (8) sont logés de façon à pouvoir se déplacer en translation à l'intérieur d'un logement (7) du bâti (1), ces colonnettes (9, 30) étant guidées indépendamment les unes des autres dans une direction perpendiculaire au bâti (1).
4 - Matrice selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que les colonnettes (9)sont séparées les unes des autres par des intervalles libres.
5 - Matrice selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que les colonnettes (30) sont en contact les unes avec les autres selon des génératrices, ce contact assurant un auto-guidage des colonnettes (30) qui coulissent les unes par rapport aux autres.
6 - Matrice selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que le déplacement en hauteur des colonnettes (9) est réalisé par une tige filetée (8) fixee à chaque colonnette (9) et solidaire en déplacement axial de celle-ci, ladite tige filetée (8) étant engagée dans un logement taraudé (7) du bâti (1) et portant à son extrémité opposée aux colonnettes (9) un organe de manoeuvre (12) de ladite tige (8).
7 - Matrice selon la revendication 6, caractérisée en ce que le moyen de réglage des colonnettes (9) est constitué par un ensemble amovible (11) comportant sur une face une série d'organes d'actionnement (16, 16') destinés à s'accoupler de façon amovible respectivement avec un des organes de manoeuvre (14) de colonnettes et, par ailleurs, une batterie de mécanismes d'entraînement en rotation sélective (15, 15') de chaque organe d'actionnement (16, 16'), chaque mécanisme d'entraînement (15, 15') étant animé sélectivement en réponse à un signal représentatif de la position du sommet (10) de la colonnette (9) par rapport au bâti (1).
8 - Matrice selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'ensemble de structures mobiles (9, 30) est constitué par au moins une couche superficielle formée d'éléments (31) libres de s'agencer les uns par rapport aux autres de façon à former un lit continu et par une zone porteuse intermédiaire située entre le bâti (1) et la couche superficielle dont le hauteur en divers points est réglable, la couche superficielle reposant simplement sur la zone intermédiaire de façon à en épouser la conformation.
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