FR2980990A1 - Procede de fabrication d'un corps tubulaire, et bras de guidage fabrique a l'aide de ce procede - Google Patents

Abstract

Dans ledit procédé, un matériau (3) devant être mis en forme à chaud, introduit dans un outil (1) de mise en forme, est comprimé à travers une matrice (4) dudit outil (1), jusque dans une première cavité de formage (5) d'un outil de formage (6), pour façonner une première zone d'extrémité (9). Ladite première cavité (5) est ensuite mise en mouvement dans la même direction (P) qu'un mandrin (2) s'engageant dans ladite matrice (4), provoquant ainsi l'extrusion d'une zone médiane tubulaire. Ledit mandrin (2) est ensuite remplacé par une seconde cavité de formage, dans laquelle une seconde zone d'extrémité est façonnée d'un seul tenant à l'autre extrémité de ladite zone médiane.

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UN CORPS TUBULAIRE, ET BRAS DE GUIDAGE FABRIQUE A L'AIDE DE CE PROCEDE La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un corps tubulaire. L'invention concerne, en outre, un bras de guidage, en particulier pour train de roulement d'un véhicule automobile, et, fabriqué à l'aide du procédé susmentionné. Des corps tubulaires revêtant, par exemple, la forme de bras d'une seule pièce en aluminium doués d'élasticité, sont par exemple décrits dans le document DE-102 41 406 Al. Pour procéder à la fabrication, l'on utilise un tube d'aluminium extrudé ou soudé longitudinalement, à partir duquel le bras élastique est produit par déformation sous forte pression intérieure. Lors d'une étape de production successive, la forme dudit bras est calibrée et, au cours du calibrage ou dans l'enchaînement direct de ce dernier, ledit bras est soumis à un usinage mécanique afin de créer des zones de rattachement affectées à d'autres éléments structurels. Le document DE-600 29 124 T2 a trait à un procédé de fabrication d'un bras de guidage dédié à une suspension de roues d'un véhicule automobile, un profilé creux en aluminium, venu d'extrusion, étant alors uniquement soumis à un usinage mécanique à froid incluant le pressage, le découpage et le matriçage. Ledit bras est réputé présenter une section transversale rectangulaire. Le document DE-600 20 508 T2 traite d'un procédé, ainsi que d'un dispositif d'extrusion d'objets dont la section transversale est variable. Il est proposé d'employer, au stade de l'extrusion, un couvercle d'extrémité dont le diamètre est plus fort que celui de la matrice, et d'extruder des régions creuses et des régions pleines par mouvement correspondant imprimé à un mandrin. Un déplacement axial dudit mandrin permet d'ajuster la largeur de l'interstice annulaire, réservé entre ledit mandrin et la matrice, et donc de faire varier l'épaisseur de paroi de la pièce structurelle produite par extrusion.

D'après le document US-3 176 494 A, l'on connaît un autre procédé d'extrusion de pièces structurelles par utilisation d'un mandrin étagé. Une autre largeur d'interstice annulaire s'instaure en fonction de l'emplacement occupé par ledit mandrin à l'intérieur de la matrice, de sorte que le produit venu d'extrusion présente des régions à épaisseurs de paroi différentes.

La fabrication de bras de ce type exige toujours plusieurs passes de travail. Les zones de rattachement doivent, en particulier, être produites lors d'une étape distincte. Cela a pour effet d'allonger les temps cycliques conditionnés par la fabrication. Qui plus est, la présence d'outils et de machines différents s'avère nécessaire. L'espace de production est accru, pareillement, suite à la multiplicité d'outils et de machines.

L'invention a pour objet de fournir un procédé de fabrication d'un corps tubulaire, ainsi qu'un bras de guidage d'un train de roulement de véhicule automobile, ledit procédé permettant de réduire la complexité technique de fabrication en diminuant le nombre d'outils et de machines, et la fabrication dudit corps tubulaire s'opérant en des temps cycliques plus courts.

Le procédé conforme à l'invention prévoit les étapes suivantes : a) un matériau, dédié à la mise en forme à chaud, est introduit dans un outil de mise en forme ; b) ledit matériau est comprimé à travers une matrice dudit outil, jusque dans une première cavité de formage située en aval de ladite matrice, en vue de façonner une première zone d'extrémité ; c) à l'issue du façonnage de ladite première zone d'extrémité, la première cavité de formage est mise en mouvement dans la même direction qu'un mandrin s'engageant dans ladite matrice, provoquant ainsi l'extrusion d'une zone médiane tubulaire ; et d) à l'issue de l'extrusion de ladite zone médiane, ledit mandrin est remplacé, suite à un changement d'outillage, par une seconde cavité de formage, dans laquelle une seconde zone d'extrémité est façonnée. Au cours de la première étape de production, un matériau assigné à la mise en forme à chaud est introduit dans un outil de mise en forme. Ledit matériau peut se présenter, de préférence, comme un matériau de type aluminium. Un matériau de type magnésium, voire une matière plastique, peut toutefois aussi être traité(e) par le procédé conforme à l'invention. Les matières plastiques revêtent, en particulier, la forme de matières plastiques à armatures de fibres renfermant, par exemple, des fibres découpées (chopped fibers).

Le développement ci-après se fonde sur le cas d'application préférentiel dans lequel de l'aluminium, ou un alliage d'aluminium, est utilisé en tant que matériau. 11 s'agit, de préférence, d'alliages corroyés conformes aux normes DIN EN 573-3 et DIN EN 573-4, portant les caractérisations 6XXX et 7XXX. Les alliages corroyés du groupe 6XXX peuvent être traités à chaud. Ils présentent des résistances de 120 N/mm2 à 400 N/mm2. 11 s'agit d'alliages d'aluminium/magnésium-silicium, dans lesquels la part de silicium et la part de magnésium sont d'environ 1 %.

Les alliages de caractérisation 7XXX se présentent comme des alliages d'aluminium corroyés aptes au traitement à chaud, dotés de résistances comprises entre 220 N/mm2 et 600 N/mm2. Des alliages de ce type renferment du zinc (Zn) dont l'ordre de grandeur est de 0,8 % en poids à 12 % en poids.

Conformément à l'invention, la mise en forme du matériau est opérée à l'état chaud. Dans le cas de l'aluminium par conséquent, il est prévu de chauffer le matériau, préalablement à l'introduction dans l'outil de mise en forme, jusqu'à des températures situées entre 450°C et 550°C. Si ledit matériau se présente majoritairement comme de l'aluminium, il est chauffé, dans l'outil de mise en forme, jusqu'à une température de mise en forme située dans une plage de 450°C à 550°C, ou bien a été chauffé jusqu'à ladite température de mise en forme préalablement à l'introduction dans ledit outil de mise en forme. Des alliages d'aluminium portant les caractérisations 6XXX sont, de préférence, chauffés jusqu'à des températures situées dans une plage de 520°C-540°C, tandis que des alliages d'aluminium portant les caractérisations 7XXX sont chauffés, en revanche, jusqu'à des températures avoisinant 480°C. Un chauffage, en mode inductif par exemple, est également possible à l'intérieur de l'outil de mise en forme. Ledit outil peut être chauffé intégralement ou partiellement au cours du processus en mise en forme. Ledit outil est avantageusement chauffé, en particulier, dans les cavités de formage dans lesquelles la mise en forme s'opère. Le chauffage dudit outil s'effectue de préférence, au moins par zones, jusqu'à une température située dans une plage de 400°C à 540°C. Dans le procédé conforme à l'invention, après l'introduction du matériau dans l'outil de mise en forme, il est prévu de combler tout d'abord une première cavité de formage à l'aide dudit matériau, en vue du façonnage d'une première zone d'extrémité jusqu'à la formation du profil de ladite première zone. A cette fin, ledit matériau est comprimé à travers une matrice dudit outil. A l'issue du façonnage de la première zone d'extrémité pouvant, par exemple, se présenter comme une bride, un oeillet de montage ou une structure en forme de fourche, une zone médiane tubulaire est façonnée par extrusion. A cet effet, la première cavité de formage est éloignée de la matrice conjointement à la première zone d'extrémité. Le matériau, comprimé à travers un espace annulaire de ladite matrice, forme ladite zone centrale se rattachant, d'un seul tenant, à ladite première zone. Il s'agit alors d'un procédé d'extrusion avec mouvement d'avance. Lorsque, non seulement, la première zone d'extrémité est guidée, mais également lorsqu'elle sert à transmettre des forces de traction afin de conforter l'extrusion, le processus d'extrusion est conforté par une traction exercée au niveau de la zone médiane devant être façonnée. En vue de prévenir une dépression à l'intérieur de la zone médiane tubulaire, le mandrin est percé d'un petit orifice d'arrivée d'air assurant le nécessaire équilibrage de pression entre l'espace intérieur de ladite zone médiane, et l'espace environnant. Lors d'une troisième étape de production, à l'issue de l'extrusion de la zone médiane, le mandrin est enlevé et remplacé par un autre outil de formage. Ce dernier est muni d'une cavité de formage. Cette cavité est prévue pour recevoir du matériau, de manière à façonner une seconde zone d'extrémité. Ladite cavité peut, pour sa part, présenter n'importe quelle configuration. Des géométries de zones d'extrémité envisageables, façonnées dans ladite cavité, sont des brides, des oeillets de montage ou des structures en forme de fourche ou chape. Dans le cas d' oeillets de montage ou de structures en forme de fourche, ou chape, il est concevable de disposer, à l'intérieur de la cavité de formage, au moins un mandrin déplaçable, qui est cerné par le matériau au cours du façonnage, si bien que des discontinuités correspondantes, destinées par exemple à des oeillets de montage, sont encore façonnées dans ladite cavité de formage. Ainsi, lorsqu'une zone d'extrémité munie d'au moins une discontinuité est façonnée dans la seconde cavité de formage, au moins un mandrin déplaçable est de préférence prévu, dans ladite cavité, pour le façonnage de ladite au moins une discontinuité. Dans le procédé conforme à l'invention, il est important que le corps tubulaire puisse être enlevé de l'outil de mise en forme à l'issue de sa fabrication. C'est pourquoi ledit outil revêt la forme d'un outil en plusieurs parties, au moins composé d'outils supérieur et inférieur. Un outil scindé en deux parties est uniquement nécessaire pour permettre l'éloignement de la matrice formant la zone médiane tubulaire au cours de la production. Au stade du façonnage de la seconde zone d'extrémité, le remplacement du mandrin par la cavité de formage peut être concrètement obtenu à l'aide d'un plateau tournant. D'autres mandrins peuvent être additionnellement déposés sur ledit plateau, par exemple lorsqu'il convient d'utiliser, pour le façonnage de la première zone d'extrémité, un mandrin dont la géométrie s'écarte de celle du mandrin affecté au façonnage de la zone médiane tubulaire. Dans le procédé conforme à l'invention, de surcroît, du matériau additionnel peut encore être comprimé dans la seconde cavité de formage, en vue de façonner la seconde zone d'extrémité. A cette fin, dans le cas de l'aluminium, ledit matériau additionnel est chauffé jusqu'à une température de 450°C à 550°C, puis comprimé dans ladite cavité. Le matériau additionnellement introduit se lie au matériau déjà présent dans ladite seconde cavité, de manière à former ladite seconde zone d'extrémité.

Dans un perfectionnement avantageux de l'invention, le mandrin employé pour le façonnage de la zone médiane possède un diamètre variant dans sa direction longitudinale. Cela gouverne une variation de la largeur de l'interstice annulaire réservé entre la matrice et ledit mandrin, en fonction de l'emplacement que ledit mandrin occupe vis-à-vis de ladite matrice. De ce fait, une quantité de matériau plus ou moins grande est comprimée à travers la matrice, selon la largeur dudit interstice annulaire, d'où résulte une variation de l'épaisseur de paroi de la zone médiane tubulaire. De la sorte, il est possible de réaliser ladite zone médiane tubulaire avec au moins deux épaisseurs de paroi différentes, qui peuvent être choisies en fonction des exigences imposées à la rigidité du corps tubulaire.

Outre une section transversale circulaire, des profils polygonaux ou non circulaires sont également envisageables pour la zone médiane tubulaire du corps. Par exemple, la section transversale de ladite zone peut être triangulaire, carrée ou généralement polygonale, ovale ou elliptique. Le procédé conforme à l'invention procure l'avantage consistant en ce que les zones d'extrémité peuvent présenter quasiment n'importe quelles configurations. Dans le procédé selon l'invention, qui plus est, trois étapes de mise en forme sont combinées les unes aux autres sans que la pièce travaillée doive quitter l'outil de mise en forme. Cela autorise respectivement une diminution des temps cycliques voués à la production, ou une accélération significative des processus de production.

En particulier le façonnage des zones d'extrémité, d'un seul tenant avec la zone médiane tubulaire, se déroule de façon notablement plus rapide que lors d'un transfert multiple à différents outils. Le corps tubulaire peut, dans son intégralité, être respectivement fabriqué en une étape de production ou dans un unique outil de mise en forme. Des passes d'usinage supplémentaires telles que le découpage, le perçage ou l'ajout de pièces complémentaires, ne sont pas requises en théorie. L'invention n'exclut cependant pas que la pièce structurelle, constituée d'un bras, soit soumise à un autre usinage de mise en forme au cours d'étapes de production ultérieures, en dehors de l'outil de mise en forme. Il convient notamment de citer, à cet égard, l'usinage par enlèvement de copeaux visant à produire des perforations ou des surfaces d'ajustement. Le soudage dudit corps tubulaire avec d'autres éléments constitutifs peut, pareillement, avoir lieu après coup. L'invention va à présent être décrite plus en détail, à titre d'exemples de réalisation nullement limitatifs, en regard des dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une illustration en coupe d'un dispositif affecté à la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention ; les figures 2 à 4 montrent, par des coupes, un mandrin et une matrice occupant différents emplacements de travail au cours de l'extrusion d'une zone médiane tubulaire ; et la figure 5 est une représentation en coupe d'une seconde cavité de formage pour le façonnage d'une zone d'extrémité supplémentaire. La figure 1 illustre un outil 1 de mise en forme, servant à la fabrication d'un corps tubulaire. Un matériau 3, devant être mis en forme, se trouve dans ledit outil 1 et est représenté par des hachures entrecroisées. Ledit matériau 3 est, de préférence, un matériau de type aluminium. 11 a été chauffé jusqu'à une température de mise en forme située dans une plage de 450°C à 550°C. Le chauffage peut être effectué préalablement à l'introduction du matériau dans l'outil 1. D'une manière non illustrée en détail, ledit outil 1 est chauffé par des moyens chauffants, par exemple par induction, jusqu'à une température excédant 400°C.

L'outil 1 de mise en forme inclut un mandrin 2 pouvant être déplacé dans la direction d'une flèche P. Ledit mandrin 2 est prévu pour pousser le matériau 3 à travers une matrice 4, de haut en bas dans le plan du dessin. Une première cavité de formage 5, déjà comblée par le matériau 3, est située dans la continuité directe de ladite matrice 4. Ladite cavité 5 se trouve dans un outil de formage 6 pouvant être déplacé dans la direction d'une flèche Pl. Ledit outil 6 est prévu pour être déplacé vers le bas, dans le plan du dessin, lorsque la première cavité 5 est remplie. Lors d'une poursuite du déplacement du mandrin 2 dans la direction de la flèche P, ledit mandrin 2 réserve, avec la matrice 4, un interstice annulaire 7 à travers lequel la part restante du matériau 3 doit être comprimée. Cela est commenté, ci-après, à l'appui des figures 2 à 4. La figure 2 représente, en variante, un mandrin 2a, le matériau 3 devant être comprimé, la matrice 4, ainsi que l'interstice annulaire 7 réservé entre ledit mandrin 2a et ladite matrice 4. A la différence de la forme de réalisation selon la figure 1, il ressort que le mandrin 2a possède un diamètre qui varie dans sa direction longitudinale. Sensiblement dans la région centrale de sa longueur, ledit mandrin 2a est pourvu d'une creusure 8. Etant donné que le mandrin 2a présente une réalisation à symétrie de révolution impliquant également l'épaulement dudit mandrin et ladite creusure 8, l'illustration de la moitié considérée dudit mandrin, ou de l'outil 1 de mise en forme, suffit pour mettre le principe en lumière.

L'on constate que le déplacement du mandrin 2a dans la direction de la flèche P donne naissance à une région tubulaire fusionnant, d'un seul tenant, avec une première zone d'extrémité 9 qui a été préalablement façonnée sur la figure 1. Etant donné qu'une seconde zone d'extrémité est encore façonnée à un stade ultérieur, ladite région tubulaire forme une zone médiane 10 du corps à l'état achevé.

Une observation de la figure 3 atteste que la creusure 8 franchit le niveau de la matrice 4 lors d'une poursuite du déplacement du mandrin 2a dans la direction de la flèche P. 11 en résulte un accroissement de l'interstice annulaire 7, entre ledit mandrin 2a et ladite matrice 4. En conséquence, une plus grande quantité de matériau peut également fluer par ledit interstice 7. L'épaisseur de paroi de la zone médiane tubulaire 10 croît. 11 ressort que le fluage dudit matériau 3 gouverne un accroissement de l'épaisseur de paroi dans la région extérieure, mais toutefois pas dans la région intérieure de ladite zone 10. La figure 4 montre la condition dans laquelle la creusure 8 a outrepassé le niveau de la matrice 4, et l'interstice annulaire 7 est de nouveau plus petit.

L'épaisseur de paroi de la zone médiane 10 diminue elle aussi dans ce cas. Le matériau flue en regard de la creusure 8, si bien que le mandrin 2a peut être de nouveau rétracté, en définitive, sans que ladite creusure 8 n'entrave la rétraction dudit mandrin 2a. A cet égard, l'aspect déterminant réside dans le fait que la creusure 8 a déjà outrepassé le niveau de la matrice 4 à l'emplacement extrême du mandrin 2a illustré sur la figure 4, de sorte que la dépouille formée par ladite creusure 8 n'est pas comblée par le matériau 3. Après que la zone médiane tubulaire 10 a été façonnée dans un seul et même outil 1 de mise en forme, conjointement à la première zone d'extrémité 9, il est procédé à une troisième étape de production consécutive résidant dans le façonnage d'une seconde zone d'extrémité 11. La figure 5 montre que, dans cet exemple de réalisation, ladite seconde zone 11 se présente pour l'essentiel comme un renflement directement attenant à ladite zone médiane 10. Pour façonner la zone 11 épaissie, le mandrin 2a a été remplacé par une seconde cavité de formage 12. Lors de la fermeture de la seconde cavité 12, du matériau est déplacé vers la région supérieure de ladite cavité 12, depuis la région inférieure dans le plan du dessin. Cela s'opère par compression dudit matériau dans la direction d'une flèche P2 à partir d'une région de la cavité 12 désignée par « région protubérante » 13, pour l'introduire dans la région supérieure de ladite cavité 12, jusqu'à ce que cette dernière soit comblée. Du matériau additionnellement introduit dans la cavité 12, le cas échéant, a été chauffé au préalable. Dans le cas d'un matériau de type aluminium, il a été préalablement chauffé jusqu'à une température de 450°C à 550°C. Le chauffage a de préférence lieu par induction. Dans l'enchaînement direct, l'outil 1 de mise en forme peut être ouvert, puis le corps tubulaire ainsi fabriqué peut être enlevé. La possibilité est ainsi offerte de fabriquer, à l'aide d'un unique outil de mise en forme, un corps tubulaire pourvu de zones d'extrémité ménagées d'un seul tenant. 11 n'est pas fait usage de moules perdus. Conjuguée au matériau de type aluminium, la zone médiane tubulaire permet au corps fabriqué de présenter une réalisation très légère, et très rigide à la flexion. A présent, il peut être procédé à un post-usinage consécutif, notamment par enlèvement de copeaux, en vue du formage de surfaces fonctionnelles. Le procédé conforme à l'invention permet, en particulier, de fabriquer des pièces structurelles pour train de roulement d'un véhicule automobile. La pièce structurelle se présente notamment comme un bras de guidage dédié à un train de roulement. Ledit bras se singularise par son type de réalisation monobloc dans lequel la zone médiane tubulaire est rattachée, par extrusion, aux première et seconde zones d'extrémité. 11 va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'invention telle que décrite et représentée, sans s'écarter du cadre de cette dernière. Liste des références numériques et alphanumériques : 1 outil de mise en forme 2 mandrin 2a mandrin 3 matériau à mettre en forme 4 matrice 5 première cavité de formage 6 outil de formage 7 interstice annulaire entre le mandrin et la matrice 8 creusure dans le mandrin 9 première zone d'extrémité du corps 10 zone médiane tubulaire du corps 11 seconde zone d'extrémité du corps 12 seconde cavité de formage 13 région protubérante de la seconde cavité P flèche directionnelle du déplacement du mandrin P1 flèche directionnelle du déplacement de l'outil de formage P2 flèche directionnelle de la compression du matériau

Claims (10)

1. REVENDICATIONS- 1. Procédé de fabrication d'un corps tubulaire et caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes : a) un matériau (3), dédié à la mise en forme à chaud, est introduit dans un outil (1) de mise en forme ; b) ledit matériau (3) est comprimé à travers une matrice (4) dudit outil (1), jusque dans une première cavité de formage (5) située en aval de ladite matrice (4), en vue de façonner une première zone d'extrémité (9) ; c) à l'issue du façonnage de ladite première zone d'extrémité (9), la première cavité de formage (5) est mise en mouvement dans la même direction qu'un mandrin (2 ; 2a) s'engageant dans ladite matrice (4), provoquant ainsi l'extrusion d'une zone médiane tubulaire (10) ; et d) à l'issue de l'extrusion de ladite zone médiane (10), ledit mandrin (2 ; 2a) est remplacé, suite à un changement d'outillage, par une seconde cavité de formage (12), dans laquelle une seconde zone d'extrémité (11) est façonnée.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le matériau se présente majoritairement comme de l'aluminium et est chauffé, dans l'outil (1) de mise en forme, jusqu'à une température de mise en forme située dans une plage de 450°C à 550°C, ou bien a été chauffé jusqu'à ladite température de mise en forme préalablement à l'introduction dans ledit outil (1) de mise en forme.
3. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'outil (1) de mise en forme est chauffé, au moins par zones, jusqu'à une température située dans une plage de 400°C à 540°C.
4. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un matériau de type magnésium est utilisé en tant que matériau.
5. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une matière plastique est utilisée en tant que matériau.
6. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la matière plastique employée est une matière plastique à armature de fibres.
7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que du matériau (3) additionnel est comprimé dans la seconde cavité de formage (12), en vue de façonner la seconde zone d'extrémité (11).
8. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le mandrin (2a) possède un diamètre variant dans sa directionlongitudinale, de sorte que la largeur d'un interstice annulaire (7), entre la matrice (4) et ledit mandrin (2a), est modifiée en fonction de l'emplacement que ledit mandrin (2a) occupe vis-à-vis de ladite matrice (4).
9. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'une zone d'extrémité (11), munie d'au moins une discontinuité, est façonnée dans la seconde cavité de formage (12), au moins un mandrin déplaçable étant prévu, dans ladite cavité de formage, pour le façonnage de ladite au moins une discontinuité.
10. 10. Bras de guidage pour train de roulement de véhicule automobile, ledit bras étant fabriqué à l'aide du procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9, et étant caractérisé par le fait qu'il comprend une première zone d'extrémité (9) avec laquelle est ménagée d'un seul tenant, par extrusion, une zone médiane tubulaire (10), à l'autre extrémité de laquelle une seconde zone d'extrémité (11) est ménagée d'un seul tenant, en un matériau unitaire.