FR3031054A1

FR3031054A1 - Dispositif d'electro-hydroformage avec chambre optimisee

Info

Publication number: FR3031054A1
Application number: FR1463411A
Authority: FR
Inventors: Gilles Avrillaud; Julien Fuzeau
Original assignee: ADM28 SARL
Current assignee: ADM28 SARL
Priority date: 2014-12-29
Filing date: 2014-12-29
Publication date: 2016-07-01
Anticipated expiration: 2034-12-29
Also published as: FR3031054B1; EP3240648A1; JP6677744B2; CN107206455A; EP3240648B1; US10953450B2; CN107206455B; US20180021837A1; JP2018501116A; WO2016107884A1

Abstract

Dispositif d'électro-hydroformage (2) comportant un moule (4), une cuve (6) présentant une première paroi (8), une première électrode (10), une seconde électrode (12) placées toutes deux dans la cuve (6) et adaptées pour générer une décharge électrique pour créer au moins une onde de pression. Selon l'invention, la première paroi (8) présente une forme de révolution selon un axe de révolution, les électrodes (10, 12) présentent des axes de révolution confondus avec l'axe de révolution de la première paroi, et la première paroi (8) présente une concavité orientée vers le moule (4).

Description

1 La présente invention concerne un dispositif d'électro-hydroformage avec chambre optimisée. Depuis une dizaine d'années, des procédés de fabrication de pièces par hydroformage sont utilisés dans de nombreuses industries. En effet, grâce à l'évolution de ces procédés de fabrication, il est maintenant possible d'obtenir des pièces mécaniques dont la forme est relativement complexe avec des coûts de production compétitifs. Un procédé d'hydroformage est un procédé de fabrication par déformation. Il permet la déformation plastique d'une pièce en métal d'une épaisseur relativement faible. Pour réaliser cette déformation, un fluide est utilisé qui, lorsqu'il est mis sous pression, permet la déformation de ladite pièce sur un moule. Plusieurs techniques sont utilisées pour mettre le fluide sous pression. Un des procédés utilisés est un procédé dit par électro-hydroformage.

Ce procédé repose sur le principe d'une décharge électrique dans le fluide stocké dans une cuve. La quantité d'énergie électrique libérée engendre une onde de pression dont la propagation dans le fluide est très rapide et permet la déformation plastique de la pièce mécanique contre le moule. Des électrodes positionnées dans le fluide permettent ainsi de libérer une charge électrique stockée dans des capacités de stockage d'énergie. Le brevet US.6.591.649 présente un dispositif d'électro-hydroformage. Celui-ci comporte une cuve de forme sensiblement elliptique fermée par un moule et un jeu d'électrodes couplé à un dispositif de stockage d'énergie électrique. Le jeu d'électrodes est placé dans la cuve parallèlement au moule et est adapté pour générer un arc électrique permettant la création d'ondes de pression allant directement déformer une pièce à former placée face au moule. La fabrication de pièces comportant des détails d'une grande précision est possible par électro-hydroformage mais cela nécessite une quantité d'énergie notable ou de réaliser plusieurs décharges électriques. Optimiser la quantité d'énergie à délivrer permet à la fois de réduire la taille du générateur et donc les investissements nécessaires, mais aussi de réduire les contraintes mécaniques appliquées aux outils, notamment à la chambre de décharge et aux électrodes. La répétition des décharges augmente de manière significative 3031054 2 les temps de production et ainsi augmente les coûts de production. De plus, malgré l'augmentation de l'énergie ou la répétition des décharges, les résultats obtenus pour la réalisation de pièces à grand facteur de forme par électrohydroformage ne sont parfois pas très bons et certains détails d'une grande 5 précision ne peuvent être obtenus que très difficilement. Le facteur de forme est défini par un ratio entre une surface occupée par la pièce à former et une hauteur de ladite pièce. La présente invention a alors pour but de fournir un dispositif d'électro- hydroformage qui permet la fabrication de pièces d'une grande précision et/ou 10 avec un facteur de forme élevé, avec moins d'énergie ou en réduisant le nombre de décharges nécessaires. Ainsi, les investissements, les coûts de production et éventuellement les temps de productions sont réduits. De plus, la présente invention a pour autre but de fournir un dispositif d'électro-hydroformage ayant une fiabilité et une durée de vie améliorées par 15 rapport aux dispositifs de l'art antérieur. Avantageusement, il sera facile d'utilisation et aura un coût de fabrication compétitif. A cet effet, la présente invention propose un dispositif d'électrohydroformage comportant un moule, une cuve présentant une première paroi, une première électrode, une seconde électrode placées toutes deux dans la 20 cuve et adaptées pour générer une décharge électrique pour créer au moins une onde de pression. Selon la présente invention, la première paroi présente une forme de révolution selon un axe de révolution, les électrodes présentent des axes de révolution confondus avec l'axe de révolution de la première paroi, et la 25 première paroi présente une concavité orientée vers le moule. Ainsi, contrairement aux dispositifs d'électro-hydroformage de l'art antérieur, où principalement des ondes directes sont utilisées pour déformer la pièce à former, ici, grâce à la géométrie de la cuve et au positionnement des électrodes, des ondes de pression indirectes sont favorisées pour déformer 30 ladite pièce à former. Dans un exemple de réalisation, la première paroi est de forme tronconique permettant une amélioration de la concentration des ondes de pression indirectes afin d'augmenter un moment de pression appliqué sur la 3031054 3 pièce à former. Afin de contrôler avec précision une direction des ondes indirectes la première paroi présente un demi-angle au sommet ayant une valeur comprise entre 20° et 35°.

5 Pour fabriquer des pièces avec de grands facteurs de forme, la cuve comporte avantageusement une seconde paroi située entre le moule et la première paroi. Pour concentrer les ondes indirectes, la seconde paroi est de préférence de forme tronconique. Pour ne pas gêner la propagation des ondes 10 indirectes et améliorer la concentration de celles-ci, la seconde paroi présente un demi-angle au sommet ayant une valeur comprise entre 20° et 35°. Dans un autre exemple de réalisation, la première paroi est de forme conique. Dans un dernier exemple de réalisation, la seconde paroi est de forme 15 paraboloïde permettant de retarder l'arrivée des ondes indirectes sur la pièce à former. Une forme avantageuse de réalisation de l'invention prévoit qu'un espace inter-électrodes réglable sépare la première électrode de la seconde électrode de manière à pouvoir adapter le dispositif à différents moules.

20 Afin d'améliorer la durée de vie ainsi que la fiabilité de la cuve celle-ci est en métal, ou en alliage métallique. Des détails et avantages de la présente invention apparaitront mieux de la description qui suit, faite en référence au dessin schématique annexé sur lequel : 25 La figure 1 est une vue schématique en coupe transversale d'un dispositif d'électro-hydroformage selon la présente invention, Les figures 2 à 5 sont chacune une vue schématique simplifiée d'une chambre selon à chaque fois une variante de réalisation du dispositif d'électrohydroformage de la figure 1, et 30 La figure 6 est un graphique comparatif représentant des performances d'un dispositif d'électro-hydroformage de l'art antérieur, et pour chacune des variantes de réalisation présentées aux figures 2, 3 et 5. Le dessin annexé concerne un dispositif d'électro-hydroformage 2 qui 3031054 4 comporte un moule 4 positionné sur une cuve 6 contenant un fluide 18, au moins une première électrode 10 et une seconde électrode 12 positionnées dans la cuve 6. La figure 1 présente une vue en coupe simplifiée de ce dispositif d'électro-hydroformage 2.

5 Le moule 4 comporte une partie basse 38 et un centre de moule 40. Il est de forme adaptée pour permettre la réalisation d'une pièce à former 16 pouvant avoir un grand facteur de forme avec des détails d'une grande précision. En fonction de la conformation de la pièce à former 16, le moule 4 peut être par exemple de forme cylindrique. Préférentiellement, le moule 4 est 10 positionné sur une partie supérieure 20 de la cuve 6 et est amovible. Le moule 4 comporte une canalisation 22 couplée à des moyens pour faire le vide (non représentés sur les figures) pour supprimer toute présence d'air entre la pièce à former 16 et le moule 4. Ainsi, pendant un procédé de formage de la pièce à former 16, aucune contre réaction (provoquée par la 15 présence d'air entre la pièce à former 16 et le moule 4) ne s'oppose à la déformation de la pièce à former 16. La cuve 6 est adaptée pour contenir le fluide 18 qui ici est préférentiellement de l'eau. Optionnellement, une canalisation (non représentée sur les figures) peut être utilisée pour maintenir un niveau du fluide 20 18 constant dans la cuve 6. Préférentiellement, la cuve 6 est composée d'un matériau à forte densité comme par exemple un métal ou un alliage métallique. La cuve 6 comporte une première paroi 8 et un fond de cuve 24 positionnés au niveau d'une partie inférieure 26. Elle comporte également une seconde paroi 14 positionnée au niveau de la partie supérieure 20 (figure 1).

25 La première paroi 8 et la seconde paroi 14 se rejoignent dans une zone de jonction comme présenté à la figure 1. Le fond de cuve 24 est de forme plane et est parallèle à un plan de séparation entre la cuve 6 et le moule 4. La première paroi 8 et la seconde paroi 14 présentent une forme de révolution par rapport à un axe de révolution 30 A-A' tel que représenté sur la figure 1. Dans un mode de réalisation préféré, la première paroi 8 est tronconique d'axe A-A' et présente un demi-angle au sommet al (figure 1). La seconde paroi 14 est également de forme tronconique d'axe A-A' et présente 3031054 5 un demi-angle au sommet a2 (figure 1). La valeur du demi-angle au sommet al est comprise entre 20° et 35°. La valeur du demi-angle au sommet a2 est comprise entre 20° et 35° et peut être différente de la valeur du demi-angle au sommet a1. A partir du fond de cuve 24, la première paroi 8 est divergente 5 vers le moule 4 tandis que la seconde paroi 14 est convergente vers le moule 4. La première paroi 8 présente une hauteur hl et la seconde paroi 14 présente une hauteur h2 (figure 1). Les hauteurs hl et h2 sont déterminées lors de la fabrication de la cuve 6 afin que les caractéristiques du dispositif 10 d'électro-hydroformage 2 correspondent aux caractéristiques d'un cahier des charges déterminé. La première électrode 10 et la seconde électrode 12 présentent chacune un axe de révolution. Les axes de révolutions de la première électrode 10 et de la seconde électrode 12 sont confondus avec l'axe de révolution A-A' 15 de la première paroi 8. L'arc électrique généré entre la première électrode 10 et la seconde électrode 12 est ainsi à proximité de l'axe de révolution A-A'. La première électrode 10 est une électrode haute tension (plusieurs dizaines de kV). Elle est maintenue sur l'axe de révolution A-A' à l'aide d'au moins deux bras de maintien 34. Les bras de maintien 34 peuvent être réalisés 20 en métal ou en matière synthétique et sont fixés à la cuve 6. Lorsque les bras de maintien 34 sont en métal, ceux-ci sont isolés de la cuve 6 afin d'éviter des départs d'arcs électriques parasites entre les bras de maintien 34 et la cuve 6. La seconde électrode 12 est fixée sur le fond de cuve 24. Elle est réalisée en une pièce métallique et est au même potentiel que la cuve 6. Un 25 isolant 36 peut être installé entre la cuve 6 et la seconde électrode 12. Dans un exemple de réalisation, la cuve 6 et la seconde électrode 12 sont couplées à la masse électrique. La première électrode 10 présente une première extrémité 30 et la seconde électrode 12 présente une seconde extrémité 32. Un espace inter- 30 électrodes réglable, correspondant à l'espacement entre la première extrémité 30 et la seconde extrémité 32, permet de maîtriser un déclenchement de l'arc électrique entre la première électrode 10 et la seconde électrode 12. L'espace inter-électrodes est réglé de sorte que celui-ci soit inférieur à une distance 3031054 6 séparant la première extrémité 30 de la première paroi 8. Il est utilisé un dispositif de stockage électrique (non représenté sur les figures) adapté pour stocker une quantité d'énergie électrique suffisante sous une tension également suffisante (typiquement de 1 kV à 100kV) afin de 5 générer au moins un arc électrique entre la première électrode 10 et la seconde électrode 12 et pour déformer la pièce à former 16. Afin de maîtriser la durée et la quantité d'énergie électrique délivrée par le dispositif de stockage électrique sur la première électrode 10 et la seconde électrode 12, un générateur d'impulsions (non représenté sur les 10 figures) est couplé au dispositif de stockage d'énergie. Le générateur d'impulsions ainsi que le dispositif de stockage électrique étant connus de l'homme de l'art, ils ne seront pas présentés dans la suite de la description. Dans un souci de clarté de la description, les figures 2 à 5 représentent de façon simplifiée et schématique la première électrode 10, la seconde 15 électrode 12, la cuve 6, et le moule 4. L'arc électrique entre la première électrode 10 et la seconde électrode 12 a également été schématisé. L'arc électrique généré entre la première électrode 10 et la seconde électrode 12 donne naissance à des ondes de pression directes. Ces ondes de pression directes se déplacent de façon concentrique autour de l'espace inter- 20 électrodes et une onde de pression directe (OD1 sur la figure 2) se propage en direction du moule 4. Des ondes de pression directes sont représentées sur les figures 2 à 5 par des flèches en traits continus. Pour déformer la pièce à former 16 avec des détails importants et/ou un grand facteur de forme, il est proposé un dispositif d'électro-hydroformage 2 25 avec sa première paroi 8 dont le demi-angle au sommet al est tel qu'un maximum d'ondes de pression directes percutant la première paroi 8 de la cuve 6 donnent naissance à des ondes de pression indirectes (trait discontinu) qui se propagent vers l'axe de révolution A-A' en direction de la partie basse 38 du moule 4.

30 Par exemple, une onde de pression directe provenant de la première extrémité 30 (figure 2) qui se déplace parallèlement au fond de cuve 24 en direction de la première paroi 8 est réfléchie (angle a1) et donne naissance à une onde indirecte qui se déplace vers l'axe de révolution A-A' en direction de 3031054 7 la partie basse 38 du moule 4. De même, une onde de pression directe provenant de la seconde extrémité 32 (figure 2) qui se déplace parallèlement au fond de cuve 24 en direction de la première paroi 8 est réfléchie (angle a1) et donne naissance à 5 une onde indirecte qui passe au-dessus de la première électrode 10 et se déplace vers l'axe de révolution A-A'. Ainsi, le demi-angle al au sommet de la première paroi 8 tronconique permet de diriger les ondes de pression indirectes vers l'axe de révolution A-A' en direction de la partie basse 38 du moule 4. Le demi-angle a2 au sommet de 10 la seconde paroi 14 tronconique quant à lui est adapté pour confiner une partie des ondes de pressions indirectes sur l'axe de révolution A-A' en direction de la partie basse 38 du moule 4. Une onde de pression directe présente une puissance d'onde de pression directe et un temps d'application sur la pièce à former 16. Une onde 15 de pression indirecte présente une puissance d'onde de pression indirecte et un temps d'application sur la pièce à former 16. Le temps d'application d'une onde correspond au temps où la pièce à former se voit appliquer la pression correspondant à ladite onde. Un moment de pression (Pa.$) appelé aussi impulsion peut donc être 20 déterminé. Il correspond à une intégration dans le temps de la pression exercée par une onde de pression sur la pièce à former 16. Les moments de pression des ondes de pression directes et les moments de pression des ondes de pression indirectes exercés sur une surface déterminée de la pièce à former 16 sont additionnés.

25 Grâce aux caractéristiques de la première paroi 8 et de la seconde paroi 14, la pièce à former 16 se voit appliquer un moment de pression pouvant être trois fois supérieur à un moment de pression d'un dispositif d'électrohydroformage de l'art antérieur qui utilise essentiellement les moments de pression des ondes directes.

30 Grâce à l'utilisation des ondes de pression indirectes, il est possible de fabriquer une pièce à former 16 ayant des détails à former donnés ou un facteur de forme donné avec moins d'énergie stockée. La figure 6 représente des moments de pression, en fonction du temps d'application des ondes de 3031054 8 pression directes et indirectes pour différentes formes de cuve 6. Une courbe A présente le moment de pression pour un dispositif de l'art antérieur et une courbe C présente le moment de pression pour le mode de réalisation décrit précédemment (figure 2).

5 Dans un autre exemple de réalisation (figure 3), le demi-angle au sommet al de la première paroi 8 permet de diriger les ondes de pression indirectes vers l'axe de révolution A-A' en direction du centre du moule 40. Le demi-angle au sommet a2 de la seconde paroi 14 est adapté pour confiner les ondes de pression indirectes sur l'axe de révolution A-A' en direction du centre 10 du moule 40. Ainsi, le confinement des ondes de pression indirectes est amélioré permettant une augmentation du moment de pression de l'onde de pression totale pouvant être cinq fois supérieur au moment de pression d'un dispositif d'électro-hydroformage de l'art antérieur. Une courbe B (figure 6) présente le 15 moment de pression pour le mode de réalisation présenté ci-dessus (figure 3). Dans un autre exemple de réalisation (figure 4), le fond de cuve 24 est pointu donnant une forme conique à la première paroi 8. De plus, la première électrode 10 et la seconde électrode 12 sont positionnées à proximité du fond de cuve 24 (toujours sur l'axe de révolution A-A'). Grâce à la forme conique de 20 la première paroi 8, et à la pente (angle a2) de la seconde paroi 14 les ondes de pression indirectes sont réfléchies plusieurs fois par la seconde paroi 14 avant de se recombiner de façon à obtenir un décalage temporel entre l'onde de pression directe et les différentes ondes de pression indirectes. Dans un autre exemple de réalisation, la seconde paroi 14 peut être de 25 forme paraboloïde dont la dimension h2 (figure 5) et la position de son foyer sont adaptées pour réfléchir plusieurs fois les ondes de pression indirectes afin de décaler l'arrivée de celles-ci sur la pièce à former 16 (figure 6 ; courbe D). Dans un autre exemple de réalisation de l'invention (non illustré), la cuve 6 pourrait ne pas comporter de seconde paroi 14 ni de partie supérieure 30 20. Ainsi, le moule 4 est couplé à la première paroi 8 permettant la fabrication d'une pièce à former 16 de forme relativement plane. Il est ainsi proposé un dispositif d'électro-hydroformage permettant de former des pièces ayant des niveaux de détails importants et/ou à grand 3031054 9 facteur de forme. Grâce à la première paroi 8 ainsi qu'à la position de la première électrode 10 et de la seconde électrode 12, la pièce à former est principalement formée à l'aide d'ondes de pression indirectes. Les performances du dispositif d'électro-hydroformage selon l'invention sont 5 améliorées par rapport aux performances des dispositifs de l'art antérieur. La présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites ci-dessus à titre d'exemples non limitatifs et aux formes représentées sur le dessin et aux autres variantes évoquées mais elle concerne toute forme de réalisation à la portée de l'homme du métier dans le cadre des 10 revendications ci-après.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif d'électro-hydroformage (2) comportant un moule (4), une cuve (6) présentant une première paroi (8), une première électrode (10), une seconde électrode (12) placées toutes deux dans la cuve (6) et adaptées pour générer une décharge électrique pour créer au moins une onde de pression, caractérisé en ce que la première paroi (8) présente une forme de révolution selon un axe de révolution, en ce que les électrodes (10, 12) présentent des axes de révolution confondus avec l'axe de révolution de la première paroi (8), et en ce que la première paroi (8) présente une concavité orientée vers le moule (4).
2. Dispositif d'électro-hydroformage (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première paroi (8) est de forme tronconique.
3. Dispositif d'électro-hydroformage (2) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première paroi (8) présente un demi-angle au sommet (al ) ayant une valeur comprise entre 20° et 35°.
4. Dispositif d'électro-hydroformage (2) selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la cuve (6) comporte une seconde paroi (14) située entre le moule (4) et la première paroi (8).
5. Dispositif d'électro-hydroformage (2) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la seconde paroi (14) est de forme tronconique.
6. Dispositif d'électro-hydroformage (2) selon la revendication 5, caractérisé en ce que la seconde paroi (14) présente un demi-angle au sommet (a2) ayant une valeur comprise entre 20° et 35°.
7. Dispositif d'électro-hydroformage (2) selon la revendication 1, 3031054 11 caractérisé en ce que la première paroi (8) est de forme conique.
8. Dispositif d'électro-hydroformage (2) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la seconde paroi (14) est de forme paraboloïde. 5
9. Dispositif d'électro-hydroformage (2) selon les revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'un espace inter-électrodes réglable sépare la première électrode (10) de la seconde électrode (12). 10
10. Dispositif d'électro-hydroformage (2) selon les revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la cuve (6) est en un métal, ou en alliage métallique.