FR3062586A1 - Dispositif d'electrohydroformage - Google Patents
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Abstract
Dispositif d'électrohydroformage (100) d'un flan de matière (160) comprenant : - une chambre d'électrohydroformage (110), - un moule (150), - au moins une électrode centrale (120) s'étendant selon une direction dite longitudinale (XX') et comportant une première extrémité (122) disposée à l'intérieur de la chambre d'électrohydroformage (110), et -au moins une électrode périphérique (130) électriquement isolée de chaque électrode centrale (120), présentant une extrémité (132) disposée à distance et autour de l'extrémité (122) d'une électrode centrale (120), ladite extrémité (132) s'étendant dans un plan transversal par rapport à ladite électrode centrale (120).
Description
(57) Dispositif d'électrohydroformage (100) d'un flan de matière (160) comprenant:
- une chambre d'électrohydroformage (110),
- un moule (150),
- au moins une électrode centrale (120) s'étendant selon une direction dite longitudinale (XX') et comportant une première extrémité (122) disposée à l'intérieur de la chambre d'électrohydroformage (110), et
-au moins une électrode périphérique (130) électriquement isolée de chaque électrode centrale (120), présentant une extrémité (132) disposée à distance et autour de l'extrémité (122) d'une électrode centrale (120), ladite extrémité (132) s'étendant dans un plan transversal par rapport à ladite électrode centrale (120).
Arrière-plan de l’invention
La présente invention concerne un dispositif d’électrohydroformage.
Objet et résumé de l’invention
Le formage électrohydraulique, également appelé électrohydroformage, permet de déformer un flan de matière contre un moule par application d’une pression dynamique. A cet effet, on génère une décharge électrique entre au moins deux électrodes placées dans une chambre remplie de liquide, par exemple de l’eau. Un arc électrique est alors formé entre les deux électrodes provoquant un gradient de température élevé et la vaporisation du liquide. Une onde de pression, aussi communément appelée « onde de choc >>, se déplace à grande vitesse et vient plaquer le flan de matière contre le moule. Le formage électrohydraulique est particulièrement avantageux en comparaison avec les autres procédés de formage puisqu’il permet d’avoir un retour élastique réduit et d’obtenir des détails de type gravure et/ou des angles vifs et/ou des allongements locaux avant rupture améliorés sur les pièces à former.
Le formage électrohydraulique ou électrohydroformage présente cependant des inconvénients. L’un des inconvénients de l’électrohydroformage est que les électrodes s’usent rapidement. De ce fait, la distance entre les électrodes augmente et la décharge électrique est moins forte. L’efficacité de l’électrohydroformage diminue. Afin de pallier à cet inconvénient, les électrodes sont remplacées régulièrement. Le remplacement des électrodes engendre des coûts supplémentaires de maintenance et implique une baisse de la cadence de production suite à une immobilisation temporaire de l’appareil.
La présente invention vise notamment à pallier aux inconvénients de l’art antérieur précités.
À cet effet, la présente invention propose un dispositif d’électrohydroformage d’un flan de matière comprenant une chambre d’électrohydroformage, au moins deux électrodes et un moule. Selon l’invention, au moins une électrode dite électrode centrale s’étend selon une direction dite longitudinale et comporte une première extrémité disposée à l’intérieur de la chambre d’électrohydroformage et au moins une électrode dite électrode périphérique électriquement isolée de chaque électrode centrale, présente une extrémité disposée à distance et autour de l’extrémité d’une électrode centrale, ladite extrémité s’étendant dans un plan transversal par rapport à ladite électrode centrale.
L’usure de l’électrode périphérique étant répartie sur une plus grande surface, la distance entre les électrodes varie moins qu’avec un dispositif de l’art antérieur dans lequel deux électrodes, le plus souvent coniques, sont placées face à face et dont les parties actives sont de ce fait très localisées.
Les électrodes d’un dispositif selon l’invention peuvent donc être utilisées plus longtemps sans que l’efficacité de l’électrohydroformage, et notamment la pression générée par l’onde de choc, soit affectée.
Dans une forme de réalisation, le dispositif comporte une unique électrode périphérique et au moins une électrode centrale.
II peut être avantageux d’utiliser plusieurs électrodes centrales associées à une unique électrode périphérique, notamment dans le cas de pièces à former de grandes dimensions. En réalisant plusieurs décharges électriques simultanées ou différées à différents endroits, il est possible de réaliser un formage électrohydraulique plus homogène ou plus progressif ou plus profond qu’avec un dispositif d’électrohydroformage de l’art antérieur. Dans d’autres formes de réalisation, le dispositif d’électrohydroformage peut comporter plusieurs paires d’électrodes centrales et périphériques associées à un ou plusieurs moules. II est ainsi possible de réaliser plusieurs pièces en parallèle ou une grande pièce en mettant en œuvre parallèlement plusieurs décharges électriques.
Dans une forme de réalisation, la chambre d’électrohydroformage est formée par un corps et par l’extrémité de l’électrode périphérique, le corps étant traversé par la au moins une électrode centrale.
La chambre d’électrohydroformage est alors fermée par le flan de matière à déformer. Cette forme de réalisation est avantageuse car facile à usiner et à assembler.
Dans une forme de réalisation, le flan de matière est maintenu entre l’extrémité de l’électrode périphérique et le moule. On obtient ainsi un dispositif d’électrohydroformage compact et facile à assembler. De manière avantageuse, l’extrémité de l’électrode périphérique peut comprendre un épaulement dans lequel vient se loger le flan de matière. L’électrode périphérique fait alors office de serre-flan et permet de maintenir le flan de matière contre le moule.
Dans une variante de réalisation, le dispositif comprend un serre-flan disposé entre l’extrémité de l’électrode périphérique et le moule.
Dans une forme de réalisation, le dispositif comporte en outre un support de moule qui permet de changer plus facilement le moule en fonction de la pièce à former.
Dans une forme de réalisation, l’électrode centrale est entourée sur une partie de sa longueur par un isolant électrique.
Dans une autre variante de réalisation, le corps est en contact électrique avec l’électrode centrale et comprend en outre un isolant électrique destiné à isoler l’électrode périphérique de l’électrode centrale.
Lorsque l’électrode centrale est entourée sur une partie de sa longueur par un isolant électrique, le corps est plus facile à usiner et à assembler que lorsque le corps comprend l’isolant électrique destiné à isoler l’électrode périphérique de l’électrode centrale.
Dans une forme de réalisation, l’extrémité de l’électrode périphérique et le moule sont en contact électrique et soumis à un premier potentiel électrique, l’électrode centrale étant soumise à un second potentiel électrique.
Lorsque l’électrode périphérique et le moule sont en contact électrique, éventuellement par l’intermédiaire d’un support de moule et/ou d’un serre-flan, l’électrode centrale étant par ailleurs isolée, il est aisé de générer la décharge électrique en reliant l’électrode centrale ou le corps, s’il est en contact électrique avec l’électrode centrale, à l’une des bornes d’un générateur de tension impulsionnel et en reliant l’un des éléments au contact électrique de l’électrode périphérique à l’autre borne du générateur de tension impulsionnel. La conception du dispositif d’électrohydroformage est donc plus aisée puisque les connexions électriques avec les bornes du générateur impulsionnel hautetension ne sont pas nécessairement établies au niveau des électrodes centrales et périphériques.
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 : la figure 1 représente une vue en coupe d’un dispositif d’électrohydroformage selon une première forme de réalisation de l’invention, la figure 2 représente une vue en coupe d’un dispositif d’électrohydroformage selon une seconde forme de réalisation de l’invention, les figures 3A, 3B, 3C et 3D représentent une vue en coupe des parties actives de différentes électrode centrales et périphériques selon différentes variantes de réalisation.
Description détaillée de plusieurs modes de réalisation de l’invention
La figure 1 représente une première forme de réalisation d’un dispositif d’électrohydroformage selon l’invention. Le dispositif d’électrohydroformage 100 comprend une chambre d’électrohydroformage 110, une électrode centrale 120 et une électrode périphérique 130. L’électrode centrale 120 s’étend selon une direction longitudinale XX’ et comporte une première extrémité 122 disposée à l’intérieur de la chambre d’électrohydroformage 110. L’électrode périphérique 130 présente une extrémité 132 disposée à distance et autour de l’extrémité 122 de l’électrode centrale 120. L’extrémité 132 de l’électrode périphérique 130 s’étend dans un plan transversal par rapport à ladite électrode centrale 120, c’est-à-dire dans le plan perpendiculaire à l’axe XX’.
Le dispositif d’électrohydroformage 100 comprend également un corps 140 et un moule 150. Le corps 140 comporte une cavité interne 142 et est traversé par l’électrode centrale 120. La cavité interne 142 du corps forme, avec l’extrémité 132 de l’électrode périphérique 130, la chambre d’électrohydroformage 110.
La chambre d’électrohydroformage 110 est destinée à être remplie d’un liquide, par exemple de l’eau, et est fermée par un flan de matière 160 à déformer. Le flan de matière 160 est plaqué contre le moule 150 et se déforme contre le moule 150 sous l’action d’une onde de choc se propageant dans la chambre d’électrohydroformage 110. L’onde de choc est générée suite à l’application d’une impulsion électrique à haute tension entre les électrodes 120 et 130 et la génération d’une décharge électrique entre les électrodes. La décharge électrique entraîne la formation d’un arc électrique, une augmentation de température et la vaporisation du liquide provoquant la création de l’onde de choc.
Dans la forme de réalisation décrite ici, une partie de l’extrémité 132 de l’électrode périphérique 130 entoure l’extrémité 122 inférieure de l’électrode centrale 120. Un arc électrique se crée préférentiellement entre deux zones 124 et 134, appelées parties actives, de l’électrode centrale 120 et de l’électrode périphérique 130 respectivement. Après chaque décharge électrique, un arc électrique se crée préférentiellement entre deux points différents de la surface externe 125 de la partie active 124 de l’électrode centrale 120 et de la surface interne 135 de la partie active 134 de l’électrode périphérique 130 correspondant au plus court chemin entre l’électrode centrale 120 et l’électrode périphérique 130, respectivement. Ainsi, chaque électrode s’use localement en différents points répartis sur la surface externe 125 de la partie active 124 de l’électrode centrale 120 et sur la surface interne 135 de la partie active 134 de l’électrode périphérique 130. L’usure de l’électrode périphérique étant répartie sur une plus grande surface, la distance entre les électrodes varie moins qu’avec un dispositif de l’art antérieur dans lequel deux électrodes, le plus souvent coniques, sont placées face à face et dont les parties actives sont de ce fait très localisées. Les électrodes peuvent donc être utilisées plus longtemps sans que l’efficacité de l’électrohydroformage, et notamment la pression générée par l’onde de choc, soit affectée.
On notera par ailleurs que la section de l’électrode centrale n’est pas forcément constante le long de son axe longitudinal XX’ comme illustré par exemple en référence à la figure 2. En outre, la section de l’électrode n’est pas forcément axisymétrique.
Le flan de matière 160 est maintenu contre le moule 150 par l’électrode périphérique 130 (figure 1). A cet effet, l’électrode périphérique 130 comprend également, sur sa face inférieure, un épaulement dans lequel peut être logé le flan de matière 160. L’électrode périphérique 130 fait alors office de serre-flan et permet de maintenir le flan de matière 160 contre le moule 150.
Dans d’autres variantes de réalisation, une pièce supplémentaire 280 peut être utilisée pour faire office de serre-flan et maintenir le flan de matière à déformer contre le moule tel qu’illustré en référence à la figure 2, par exemple.
On remarquera par ailleurs que le corps 140, l’électrode périphérique 130 et le moule 150 sont en contact électrique l’un avec l’autre lorsque ceux-ci sont constitués d’un matériau conducteur tel que l’acier, ou tout autre alliage métallique. Dans la forme de réalisation décrite ici, un isolant 115 entoure l’électrode centrale 120 sur une partie de sa longueur au moins, notamment sur la partie de l’électrode centrale 120 logée dans le corps 140. L’électrode centrale 120 est donc isolée électriquement de l’électrode périphérique 130, même si le corps 140 est en contact électrique avec l’électrode périphérique 130. L’électrode centrale 120 peut donc être soumise à un premier potentiel électrique en la reliant à l’une des bornes d’un générateur impulsionnel haute tension 170 et en reliant le corps 140, l’électrode périphérique 130 ou le moule 150 à l’autre borne du générateur impulsionnel haute tension 170. Cette forme de mise en œuvre de l’invention est particulièrement avantageuse car facile à usiner et à assembler.
On notera que le moule 150 peut être constitué d’un seul tenant ou être fixé sur une pièce supplémentaire appelée support de moule, permettant ainsi de changer plus facilement le moule en fonction de la pièce à former.
On notera que les différents éléments constitutifs du dispositif d'électrohydroformage décrits ici sont fixés entre eux à l’aide de vis et que des joints peuvent être utilisés afin d’étanchéifier la chambre d’hydroformage, notamment au niveau de l’électrode centrale, de l’électrode périphérique et du moule par exemple. De tels moyens sont à la portée de l’homme du métier et ne sont pas décrits avec plus de détails ici par soucis de simplification.
On notera par ailleurs que la façon dont est maintenue l’électrode centrale dans le corps n’est pas représentée. L’électrode centrale peut être fixée dans le dispositif d'électrohydroformage par différents moyens. Elle peut, par exemple, être maintenue à l’aide d’une pièce supplémentaire (non représentée) isolée électriquement du corps.
De manière avantageuse, afin de pouvoir placer le flan de matière entre l’électrode périphérique et le moule, l’ensemble formé par le moule et l’électrode périphérique est mobile par rapport au corps comprenant l’électrode centrale et le corps est de préférence fixe. L’électrode périphérique est alors fixée sur le moule. Ainsi, il n’est pas nécessaire de déplacer les conducteurs d’amenée du courant reliés au corps lorsque l’on change le flan de matière à déformer.
Dans une variante de réalisation, le moule est monté sur le plateau d’une presse et l’électrode périphérique est fixée directement sur le corps. Le flan de matière est maintenu entre l’électrode périphérique et le moule lorsque le moule est maintenu contre l’électrode périphérique à l’aide de la presse.
Dans ces deux variantes de réalisation, l’électrode périphérique est facilement accessible et peut être facilement changée.
La figure 2 représente une deuxième forme de réalisation d’un dispositif d’électrohydroformage selon l’invention. Le dispositif d’électrohydroformage 200 est semblable à celui représenté en référence à la figure 1 en ce qu’il comprend également une chambre d’électrohydroformage 210, une électrode centrale 220, une électrode périphérique 230, un corps 240 et un moule 250. Contrairement au dispositif d'électrohydroformage représenté en référence à la figure 1, le dispositif d'électrohydroformage 200 comprend en outre une pièce supplémentaire 280 faisant office de serre-flan. Le dispositif comprend en outre un porte-électrode 232 sur lequel est fixée l’électrode périphérique 230. Le corps 240 comprend en outre un isolant 215 positionné, non plus entre le corps et l’électrode centrale, mais par exemple, sur la partie inférieure du corps 240. Dans ce cas, l’électrode centrale 220 et la partie supérieure 241 du corps 240 sont en contact électrique et la partie supérieure 241 du corps 240, par exemple, peut être reliée à une première borne du générateur impulsionnel haute tension 270. L’électrode périphérique 230, le porte-électrode 232, le serre-flan 280 et le moule 250 sont en contact électrique et l’électrode périphérique 230 est reliée à une seconde borne du générateur impulsionnel haute tension 270 par l’intermédiaire du porteélectrode 232, du serre-flan 280 ou du moule 250.
On notera que, comme dans la figure 1, le corps 240 comprend une cavité 242 et que la paroi latérale 243 et la paroi de fond 244 peuvent avoir différentes formes adaptées à un meilleur confinement des ondes de pression vers le flan de matière à déformer. Par exemple, la paroi de fond 244 peut être inclinée de façon à mieux réfléchir les ondes de choc vers le flan de matière à déformer.
On notera également que la partie active 224 et 234 de l’électrode centrale 220 et de l’électrode périphérique 230, respectivement, ne sont pas forcément de section constante et/ou axisymétrique comme illustré en référence à la figure 2.
Dans les formes de réalisation décrites en référence aux figures 1 et 2, les dispositifs d'électrohydroformage ne comportaient qu’une électrode centrale et qu’une électrode périphérique.
Dans d’autres formes de réalisation, le dispositif d’électrohydroformage peut comporter plusieurs paires d’électrodes centrales et périphériques associées à un ou plusieurs moules. Il est ainsi possible de réaliser plusieurs pièces en parallèle ou une grande pièce en mettant en œuvre parallèlement plusieurs décharges électriques.
Dans le cas de pièces à former de grandes dimensions, il peut être avantageux aussi d’utiliser plusieurs électrodes centrales associées à une unique électrode périphérique. En réalisant plusieurs décharges électriques simultanées ou différées à différents endroits, il est possible de réaliser un formage électrohydraulique plus homogène ou plus progressif ou plus profond.
Différentes formes d’électrodes et différentes dispositions d’électrodes centrales sont illustrées en référence aux figures 3A à 3D.
Les figures 3A à 3D illustrent plus particulièrement les parties actives d’électrodes centrales et périphériques vues en coupe selon un plan (YY’, ZZ’) perpendiculaire à l’axe longitudinal XX’ d’une électrode centrale.
Dans la figure 3A, la partie active 301 de l’électrode centrale est de forme circulaire et la partie active 302 de l’électrode périphérique a la forme d’un anneau circulaire.
Dans la figure 3B, les parties actives 303, 305, 307 de plusieurs électrodes centrales sont de section rectangulaire, de préférence à coins arrondis, et alignées selon une direction commune ZZ’ au centre d’un anneau de forme rectangulaire formant la partie active 308 de l’électrode périphérique correspondante.
Dans la figure 3C, les parties actives 309, 311 de plusieurs électrodes centrales sont de section elliptique et alignées selon une direction commune ZZ’ au centre d’un anneau de forme elliptique formant la partie active 312 de l’électrode périphérique correspondante.
Dans la figure 3D, les parties actives 313, 314, 315, 316 de quatre électrodes centrales sont de section rectangulaire carrées, de préférence à coins arrondis, et sont disposées à l’intérieur d’un anneau de forme carrée formant la partie active 317 de l’électrode périphérique correspondante.
On notera que d’autres formes géométriques peuvent également être utilisées pour peu que la distance entre la surface externe de la partie active de l’électrode centrale considérée et la surface interne de la partie active de l’électrode périphérique avoisinante soit sensiblement équidistante sur au moins une portion des surfaces des parties actives considérées dans le plan.
Comme discuté précédemment en référence à la figure 2, la section des parties actives des électrodes peut être constante ou varier selon leur direction longitudinale représentée par l’axe XX’ sur les figures 1 et 2.
Les diverses formes de réalisation d’un dispositif d’électrohydroformage décrites ci-dessus permettent le formage électrohydraulique de flans de matière avec une électrode périphérique entourant en partie une électrode centrale. La décharge électrique est donc distribuée sur la périphérie des parties actives des électrodes. L’électrode périphérique, qui possède une plus grande surface de contact, s’use plus lentement. Ainsi, la distance entre les électrodes varie peu, ce qui permet de maintenir l’efficacité de l’électrohydroformage en gardant une pression générée par la décharge électrique sensiblement constante. Toutefois, lorsque les électrodes doivent être changées, l’électrode périphérique peut, de manière avantageuse, facilement être changée lorsque le dispositif d’électrohydroformage est ouvert pour placer le flan de matière, le flan de matière étant préférentiellement placé entre l’électrode périphérique et le moule. De manière avantageuse, l’électrode centrale peut être déplacée selon son axe longitudinal afin de présenter à l’électrode périphérique une partie active moins dégradée.
La présente invention ne se limite pas aux différentes formes de réalisation décrites et illustrées et aux variantes évoquées mais elle concerne également les formes de réalisation à la portée de l’homme du métier dans le cadre des revendications ci-après.
Claims (9)
- REVENDICATIONS1. Dispositif d’électrohydroformage (100; 200) d’un flan de matière (160 ; 260) comprenant :- une chambre d’électrohydroformage (110 ; 210),- au moins deux électrodes (120, 130 ; 220, 230 ; 301, 302, 303, 305,307, 308, 309, 311,312, 313, 314, 315, 316, 317), et- un moule (150 ; 250), caractérisé en ce que- au moins une électrode dite électrode centrale (120 ; 220 ; 301, 303, 305, 307, 309, 311, 313, 314, 315, 316) s’étend selon une direction dite longitudinale (XX’) et comporte une première extrémité (122) disposée à l’intérieur de la chambre d’électrohydroformage (110 ; 210),- au moins une électrode dite électrode périphérique (130 ; 230 ; 302,308, 312, 317) électriquement isolée de chaque électrode centrale (120 ; 220 ; 301, 303, 305, 307, 309, 311, 313, 314, 315, 316), présente une extrémité (132) disposée à distance et autour de l’extrémité (122) d’une électrode centrale (120 ; 220 ; 301, 303, 305, 307, 309, 311, 313, 314, 315, 316), ladite extrémité (132) s’étendant dans un plan transversal (YY’, ZZ’) par rapport à ladite électrode centrale (120 ; 220 ; 301, 303, 305, 307, 309, 311, 313, 314, 315, 316).
- 2. Dispositif (100 ; 200) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif (100; 200) comporte une unique électrode périphérique (130; 230 ; 302, 308, 312, 317) et au moins une électrode centrale (120 ; 220 ; 301, 303, 305, 307, 309, 311,313, 314, 315, 316).
- 3. Dispositif (100 ; 200) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la chambre d’électrohydroformage (110 ; 210) est formée par un corps (140 ; 240) et par l’extrémité (132) de l’électrode périphérique (130), le corps (140 ; 240) étant traversé par la au moins une électrode centrale (120 ; 220).
- 4. Dispositif (100) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’électrode centrale (120) est entourée sur une partie de sa longueur par un isolant électrique (115).
- 5. Dispositif (200) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le corps (240) est en contact électrique avec l’électrode centrale (220) et comprend en outre un isolant électrique (215) destiné à isoler l’électrode périphérique (230) de l’électrode centrale (120).
- 6. Dispositif (100; 200) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif (100 ; 200) comporte en outre un support de moule.
- 7. Dispositif (100; 200) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le flan de matière (160; 260) est maintenu entre l’extrémité (132) de l’électrode périphérique (130 ; 230) et le moule (150 ; 250).
- 8. Dispositif (200) selon l’une des revendications 7, caractérisé en ce que le dispositif (200) comprend un serre-flan (280) disposé entre l’extrémité de l’électrode périphérique (230) et le moule (250).
- 9. Dispositif (100; 200) selon l’une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que l’extrémité (132) de l’électrode périphérique (130 ; 230) et le moule (150 ; 250) sont en contact électrique et soumis à un premier potentiel électrique, l’électrode centrale (120 ; 220) étant soumise à un second potentiel électrique.1/3120 οZ132 160 ,,^11352/3200 ο^rCM3/3
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