FR3143389A1 - Coil for deformation of metal parts by magnetic pulse, processes for producing and reconditioning such a coil - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne une bobine (100) pour déformer une pièce métallique (200) par impulsion magnétique comportant un corps (120) présentant une première surface (122) destinée à être positionnée en regard de la pièce à déformer (200). La bobine (100) comporte au niveau de ladite première surface (122) un renfort (180), ledit renfort (180) étant constitué par un matériau métallique déposé par projection thermique à froid. Figure pour l’abrégé : Fig. 6The invention relates to a coil (100) for deforming a metal part (200) by magnetic pulse comprising a body (120) having a first surface (122) intended to be positioned facing the part to be deformed (200). The coil (100) comprises at said first surface (122) a reinforcement (180), said reinforcement (180) being constituted by a metallic material deposited by cold thermal spraying. Figure for abstract: Fig. 6
Description
La présente invention s’inscrit dans le domaine du formage, soudage ou sertissage de pièces métalliques. Plus particulièrement, elle s’inscrit dans le domaine du formage, soudage ou sertissage de pièces métalliques par impulsion magnétique, communément dénommé magnéto-formage (Magnetic Pulse Forming – MPF en anglais), magnéto-soudage (Magnetic Pulse Welding – MPW en anglais) ou magnéto-sertissage (Magnetic Pulse Crimping – MPC en anglais). La présente invention porte sur une bobine améliorée permettant de prolonger sa durée de vie. La présente invention porte également sur un procédé de réalisation de ladite bobine et un procédé de reconditionnement de ladite bobine.The present invention relates to the field of forming, welding or crimping of metal parts. More particularly, it is part of the field of forming, welding or crimping of metal parts by magnetic pulse, commonly called magneto-forming (Magnetic Pulse Forming – MPF in English), magneto-welding (Magnetic Pulse Welding – MPW in English) or magneto-crimping (Magnetic Pulse Crimping – MPC in English). The present invention relates to an improved coil for extending its service life. The present invention also relates to a method of producing said coil and a method of reconditioning said coil.
La déformation des pièces métalliques par impulsion magnétique est réalisée sous l’action de forces électromagnétiques générées par une bobine. Cette déformation permet de réaliser soit des opérations de formage pour façonner une pièce métallique selon la forme d’une matrice, soit des opérations de soudage ou de sertissage pour assembler de manière permanente deux pièces entre elles.The deformation of metal parts by magnetic pulse is carried out under the action of electromagnetic forces generated by a coil. This deformation makes it possible to carry out either forming operations to shape a metal part according to the shape of a matrix, or welding or crimping operations to permanently assemble two parts together.
Classiquement, un dispositif pour déformer les pièces métalliques par impulsion magnétique comporte plusieurs condensateurs, formant une unité de stockage d’énergie électrique, et un commutateur, reliés à une bobine pour créer un champ magnétique bref et intense. L’unité de stockage d’énergie électrique sert au stockage d’une grande quantité d’énergie électrique. Lorsque le commutateur se ferme, l’énergie électrique stockée dans l’unité de stockage électrique est déchargée très rapidement dans la bobine, sous la forme d’un courant variable de très forte intensité, en un temps très court, créant ainsi un champ magnétique intense. A titre d'exemple, certains dispositifs peuvent atteindre un courant de quelques centaines de milliers d'ampères en quelques microsecondes.Conventionally, a device for deforming metal parts by magnetic pulse comprises several capacitors, forming an electrical energy storage unit, and a switch, connected to a coil to create a brief and intense magnetic field. The electrical energy storage unit is used for storing a large amount of electrical energy. When the switch closes, the electrical energy stored in the electrical storage unit is discharged very quickly into the coil, in the form of a variable current of very high intensity, in a very short time, thus creating a magnetic field intense. For example, some devices can reach a current of a few hundred thousand amperes in a few microseconds.
Le courant génère un champ magnétique variable et intense entre la bobine et la pièce métallique à déformer, préalablement placée à proximité, et induit des courants de Foucault dans cette pièce. Ces courants de Foucault, associés au champ magnétique environnant, développent dans la pièce métallique à déformer des forces de Laplace qui engendrent une vive accélération de la pièce en direction soit d’une matrice soit d’une autre pièce.The current generates a variable and intense magnetic field between the coil and the metal part to be deformed, previously placed nearby, and induces eddy currents in this part. These eddy currents, associated with the surrounding magnetic field, develop Laplace forces in the metal part to be deformed which generate a strong acceleration of the part towards either a matrix or another part.
Selon notamment le niveau d’intensité du courant généré, l’angle de collision et la vitesse de collision, une pièce est soit formée, soit soudée ou sertie à une autre pièce.Depending in particular on the intensity level of the current generated, the collision angle and the collision speed, a part is either formed, welded or crimped to another part.
Les procédés de déformation par impulsion magnétique présentent cependant l’inconvénient de nécessiter de très fortes intensités pour former une pièce ou la souder/sertir à une autre pièce, ce qui implique l’utilisation d’une quantité d’énergie électrique considérable. Le recours à de telles intensités engendre également localement, dans la bobine, des températures et des contraintes mécaniques importantes pouvant la fragiliser, raccourcissant sa durée de vie, et conduire à des dommages irrémédiables sur la bobine, notamment au niveau d’une zone, dite « partie active ». Par partie active, on entend une zone de la bobine où se concentre et circule le courant, délivré par l’unité de stockage d’énergie électrique, pour créer le champ magnétique.However, magnetic pulse deformation processes have the disadvantage of requiring very high intensities to form a part or weld/crimp it to another part, which involves the use of a considerable amount of electrical energy. The use of such intensities also generates locally, in the coil, significant temperatures and mechanical stresses which can weaken it, shorten its lifespan, and lead to irreparable damage to the coil, particularly in a zone, called “active part”. By active part, we mean an area of the coil where the current, delivered by the electrical energy storage unit, concentrates and circulates to create the magnetic field.
Les dommages sur la bobine, généralement sous la forme de fissures et/ou des faïençages, dégradent la performance des procédés de déformation par impulsion magnétique.Damage to the coil, usually in the form of cracks and/or crazing, degrades the performance of magnetic pulse deformation processes.
A titre d'exemple, pour une bobine réalisée classiquement dans un matériau en alliage de cuivre, tel que le CuCr, la durée de vie de la bobine est estimée à 25000 décharges. Après 25000 décharges, le faïençage au niveau de la partie active sur la bobine dégrade de manière critique la performance du procédé de déformation par impulsion magnétique, et impacte trop fortement la qualité du formage, du soudage ou du sertissage. Pour une bobine réalisée classiquement dans un matériau en acier tel que le 40CMD8, la durée de vie de la bobine est quant à elle estimée à 15000 décharges.For example, for a coil conventionally made of a copper alloy material, such as CuCr, the lifespan of the coil is estimated at 25,000 discharges. After 25,000 discharges, cracking at the active part on the coil critically degrades the performance of the magnetic pulse deformation process, and has too strong an impact on the quality of forming, welding or crimping. For a coil conventionally made of a steel material such as 40CMD8, the lifespan of the coil is estimated at 15,000 discharges.
Or, ces durées de vie s’avèrent très limitantes lorsque les bobines sont utilisées en industrie, sur des chaines de production par exemple. Les bobines nécessitent d’être changées régulièrement, ce qui entraine un arrêt de la chaîne de fabrication et engendre des coûts non négligeables.However, these lifespans prove to be very limiting when the coils are used in industry, on production lines for example. The coils need to be changed regularly, which leads to a shutdown of the manufacturing line and generates significant costs.
Il existe donc un besoin réel de prolonger la durée de vie des bobines utilisées dans les procédés de déformation de pièces métalliques par impulsion magnétique.There is therefore a real need to extend the life of the coils used in the processes of deformation of metal parts by magnetic pulse.
La présente invention, qui résulte de travaux réalisés en collaboration avec l’UTBM (Université de Technologie de Belfort Montbéliard), a pour objectif de pallier les inconvénients précités.The present invention, which results from work carried out in collaboration with the UTBM (University of Technology of Belfort Montbéliard), aims to overcome the aforementioned drawbacks.
La présente invention a notamment pour but d’apporter une solution efficace permettant de prolonger la durée de vie d’une bobine pour déformer une pièce métallique par impulsion magnétique (par exemple, par magnéto-formage et/ou magnéto-soudage et/ou magnéto-sertissage).The present invention aims in particular to provide an effective solution making it possible to extend the life of a coil for deforming a metal part by magnetic pulse (for example, by magneto-forming and/or magneto-welding and/or magneto -crimping).
L’invention concerne ainsi une bobine pour déformer une pièce métallique par impulsion magnétique, comportant un corps qui présente une première surface destinée à être positionnée en regard de la pièce métallique à déformer. Au niveau de ladite première surface, la bobine comporte un renfort, et ledit renfort est constitué par un matériau métallique déposé par projection thermique à froid.The invention thus relates to a coil for deforming a metal part by magnetic pulse, comprising a body which has a first surface intended to be positioned opposite the metal part to be deformed. At said first surface, the coil comprises a reinforcement, and said reinforcement consists of a metallic material deposited by cold thermal spraying.
Le renfort forme ainsi un revêtement sur la première surface du corps de la bobine. Or l’ajout d’un revêtement sur la première surface du corps de la bobine va à l’encontre d’un préjugé constant dans l’état de la technique selon lequel l’ajout d’un revêtement sur cette première surface n’est pas viable. En effet, d’une part, il s’avère difficile de maintenir une continuité électrique à l’interface entre le corps de la bobine et le revêtement. Une discontinuité électrique va influencer la création du champ magnétique et peut dégrader la qualité du produit final par le procédé de la déformation par impulsion magnétique. D’autre part, l’ajout d’un revêtement sur la première surface peut créer des cavités potentielles à l’interface entre le corps de la bobine et le revêtement. Il existe un risque non négligeable qu’un arc électrique se forme dans ces cavités et entraine une dégradation de la bobine.The reinforcement thus forms a coating on the first surface of the body of the coil. However, the addition of a coating on the first surface of the body of the coil goes against a constant prejudice in the state of the art according to which the addition of a coating on this first surface is not not viable. Indeed, on the one hand, it proves difficult to maintain electrical continuity at the interface between the body of the coil and the coating. An electrical discontinuity will influence the creation of the magnetic field and can degrade the quality of the final product through the process of deformation by magnetic pulse. On the other hand, adding a coating to the first surface can create potential cavities at the interface between the coil body and the coating. There is a significant risk that an electric arc will form in these cavities and cause damage to the coil.
La présente invention pallie les inconvénients précités et vainc le préjugé technique en déposant un matériau métallique par le procédé de projection thermique à froid. Le procédé de projection thermique à froid est généralement connu sur le nom anglophone de cold spray.The present invention overcomes the aforementioned drawbacks and overcomes technical prejudice by depositing a metallic material by the cold thermal spraying process. The cold thermal spraying process is generally known by the English name cold spray.
Le procédé de projection thermique à froid consiste à projeter des particules de matériau métallique à très grande vitesse, par un gaz sous forte pression, sur la première surface du corps. La force d’impact réalise le soudage à froid de ce matériau métallique sur ladite première surface du corps, et la cohésion des particules pour y former un renfort dense. Les particules de matériau métallique viennent se souder, d’abord sur la première surface du corps de la bobine, puis sur elles-mêmes. Le procédé de projection thermique à froid permet avantageusement une bonne cohésion avec la première surface du corps soumise à la projection ainsi qu’une faible porosité du matériau métallique déposé. Ainsi, la continuité électrique est bien maintenue à l’interface entre le corps de la bobine et le renfort, et la formation d’un arc électrique à cette interface est réduit. De plus, grâce à la faible porosité du matériau métallique déposé, la formation d’un arc électrique dans le renfort est aussi réduite.The cold thermal spraying process consists of projecting particles of metallic material at very high speed, using a gas under high pressure, onto the first surface of the body. The impact force causes the cold welding of this metallic material on said first surface of the body, and the cohesion of the particles to form a dense reinforcement. The particles of metallic material weld together, first on the first surface of the body of the coil, then on themselves. The cold thermal spraying process advantageously allows good cohesion with the first surface of the body subjected to the spraying as well as low porosity of the deposited metallic material. Thus, electrical continuity is well maintained at the interface between the body of the coil and the reinforcement, and the formation of an electric arc at this interface is reduced. In addition, thanks to the low porosity of the metallic material deposited, the formation of an electric arc in the reinforcement is also reduced.
Ainsi, lors de l’utilisation de la bobine selon l’invention dans un procédé pour déformer la pièce métallique par impulsion magnétique, le courant qui circule dans ladite bobine est concentré dans une partie active qui est alors située au niveau du renfort, alors qu’initialement, sans le renfort, le courant est concentré sur la première surface du corps.Thus, when using the coil according to the invention in a method for deforming the metal part by magnetic pulse, the current which circulates in said coil is concentrated in an active part which is then located at the level of the reinforcement, while Initially, without the reinforcement, the current is concentrated on the first surface of the body.
Un tel renfort permet ainsi d’augmenter significativement la durée de vie de la bobine.Such reinforcement thus makes it possible to significantly increase the lifespan of the coil.
De préférence, le matériau utilisé pour former le renfort présente des caractéristiques de résistance mécanique et thermique supérieures au matériau du corps, afin d’améliorer encore plus la durée de vie de la bobine.Preferably, the material used to form the reinforcement has mechanical and thermal resistance characteristics superior to the body material, in order to further improve the life of the coil.
Suivant des modes réalisation préférés, l’invention répond de plus aux caractéristiques suivantes, mises en œuvre séparément ou en chacune de leurs combinaisons techniquement opérantes.According to preferred embodiments, the invention also meets the following characteristics, implemented separately or in each of their technically effective combinations.
Selon des modes de réalisation préférés, la bobine comporte un concentrateur de champ magnétique au niveau de la première surface du corps. Le concentrateur de champ magnétique comporte une première surface destinée à être positionnée en regard de la pièce métallique à déformer. Dans le cas de l’utilisation du concentrateur de champ magnétique, le renfort est formé sur la première surface du concentrateur de champ magnétique et non plus sur la première surface du corps de la bobine. Lors de l’utilisation de la bobine dans un procédé pour déformer la pièce métallique par impulsion magnétique, le courant qui circule dans la bobine est concentré dans une partie active qui est alors située au niveau du renfort, alors qu’initialement, sans le renfort, le courant est concentré sur la première surface du concentrateur de champ magnétique.According to preferred embodiments, the coil includes a magnetic field concentrator at the first surface of the body. The magnetic field concentrator comprises a first surface intended to be positioned opposite the metal part to be deformed. In the case of using the magnetic field concentrator, the reinforcement is formed on the first surface of the magnetic field concentrator and no longer on the first surface of the body of the coil. When using the coil in a process for deforming the metal part by magnetic pulse, the current which circulates in the coil is concentrated in an active part which is then located at the level of the reinforcement, whereas initially, without the reinforcement , the current is concentrated on the first surface of the magnetic field concentrator.
L’invention est également relative à un procédé de réalisation d’une bobine dans au moins l’un de ses modes de réalisation. Le procédé de réalisation comporte les étapes successives de :
- dépôt, sur la première surface du corps de la bobine, ou du concentrateur de champ lorsqu’il est présent, d’un matériau métallique par projection thermique à froid pour former le renfort,
- traitement thermique de revenu du corps, ou du concentrateur de champ magnétique, et du renfort,
- usinage de finition du renfort.
- deposition, on the first surface of the body of the coil, or of the field concentrator when present, of a metallic material by cold thermal spraying to form the reinforcement,
- thermal tempering treatment of the body, or of the magnetic field concentrator, and of the reinforcement,
- finishing machining of the reinforcement.
Suivant des modes de mise en œuvre préférés, l’invention répond de plus aux caractéristiques suivantes, mises en œuvre séparément ou en chacune de leurs combinaisons techniquement opérantes.According to preferred modes of implementation, the invention also meets the following characteristics, implemented separately or in each of their technically effective combinations.
Selon des modes de mise en œuvre préférés, le procédé de réalisation comporte, préalablement à l’étape de dépôt, une étape de retrait, depuis une surface initiale du corps de la bobine, ou du concentrateur de champ magnétique lorsqu’il est présent, d’une couche de matériau formant ledit corps, ou ledit concentrateur de champ, jusqu’à la première surface du corps de la bobine, ou du concentrateur de champ magnétique.According to preferred embodiments, the production method comprises, prior to the deposition step, a removal step, from an initial surface of the body of the coil, or of the magnetic field concentrator when it is present, of a layer of material forming said body, or said field concentrator, to the first surface of the body of the coil, or of the magnetic field concentrator.
L’invention est également relative à un procédé de reconditionnement d’une bobine dans au moins l’un de ses modes de réalisation, lorsqu’elle est usagée. Le procédé de reconditionnement comporte les étapes successives de :
- retrait du renfort sur toute son épaisseur,
- retrait, depuis la première surface du corps, ou du concentrateur de champ magnétique lorsqu’il est présent, d’une couche de matériau formant ledit corps ou ledit concentrateur de champ magnétique, d’une épaisseur prédéfinie, jusqu’à une deuxième surface du corps, ou du concentrateur de champ magnétique,
- dépôt au niveau de la deuxième surface du corps ou du concentrateur de champ, d’un matériau métallique par projection thermique à froid pour former un nouveau renfort, sur une épaisseur prédéfinie, correspondant au moins à la somme de l’épaisseur du renfort précédent retiré et de l’épaisseur de la couche de matériau retirée,
- traitement thermique de revenu du corps, ou du concentrateur de champ magnétique, et du nouveau renfort,
- usinage de finition du nouveau renfort.
- removal of the reinforcement over its entire thickness,
- removal, from the first surface of the body, or of the magnetic field concentrator when present, of a layer of material forming said body or said magnetic field concentrator, of a predefined thickness, to a second surface of the body, or magnetic field concentrator,
- deposition at the level of the second surface of the body or of the field concentrator, of a metallic material by cold thermal spraying to form a new reinforcement, over a predefined thickness, corresponding at least to the sum of the thickness of the previous reinforcement removed and the thickness of the layer of material removed,
- thermal tempering treatment of the body, or of the magnetic field concentrator, and of the new reinforcement,
- finishing machining of the new reinforcement.
L’étape de retrait du renfort permet avantageusement de supprimer toute trace de fissures et/ou faïençages qui pourrait impacter la performance future de la bobine reconditionnée.The step of removing the reinforcement advantageously makes it possible to remove any trace of cracks and/or crazing which could impact the future performance of the reconditioned coil.
L‘étape de retrait d’une couche de matériau formant le corps de la bobine, ou le concentrateur de champ magnétique, permet avantageusement de supprimer toute trace de la déformation de la première surface par la projection des particules de matériau métallique. On garantit ainsi une nouvelle surface propre pour recevoir un nouveau dépôt de matériau métallique par projection thermique à froid.The step of removing a layer of material forming the body of the coil, or the magnetic field concentrator, advantageously makes it possible to remove any trace of the deformation of the first surface by the projection of particles of metallic material. This guarantees a new clean surface to receive a new deposit of metallic material by cold thermal spraying.
A l’issue de l’usinage de finition, le nouveau renfort présente ainsi une épaisseur égale à la somme de l’épaisseur du renfort précédent retiré et de l’épaisseur de la couche de matériau retirée.At the end of the finishing machining, the new reinforcement thus has a thickness equal to the sum of the thickness of the previous reinforcement removed and the thickness of the layer of material removed.
Suivant des modes de mise en œuvre préférés, l’invention répond de plus aux caractéristiques suivantes, mises en œuvre séparément ou en chacune de leurs combinaisons techniquement opérantes.According to preferred modes of implementation, the invention also meets the following characteristics, implemented separately or in each of their technically effective combinations.
Selon des modes de mise en œuvre préférés, à chaque fois que le renfort de la bobine est usagé, on répète successivement les étapes de retrait du renfort sur toute son épaisseur et de retrait d’une couche supplémentaire de matériau du corps de la bobine, ou du concentrateur de champ magnétique, puis l’étape de dépôt d’un matériau métallique par un procédé de projection thermique à froid jusqu’à l’obtention d’un nouveau renfort, ledit nouveau renfort présentant, après chaque reconditionnement, une épaisseur correspondant à l’épaisseur du précédent renfort, augmentée de l’épaisseur de la couche de matériau du corps de la bobine, ou du concentrateur de champ magnétique retirée.According to preferred modes of implementation, each time the reinforcement of the coil is used, the steps of removing the reinforcement over its entire thickness and removing an additional layer of material from the body of the coil are successively repeated, or the magnetic field concentrator, then the step of depositing a metallic material by a cold thermal spraying process until a new reinforcement is obtained, said new reinforcement having, after each reconditioning, a thickness corresponding to to the thickness of the previous reinforcement, increased by the thickness of the layer of material of the body of the coil, or of the magnetic field concentrator removed.
Un tel procédé de reconditionnement permet de renouveler la bobine à un coût significativement réduit comparé à un remplacement total de la bobine ou du concentrateur du champ magnétique.Such a reconditioning process makes it possible to renew the coil at a significantly reduced cost compared to a total replacement of the coil or the magnetic field concentrator.
Selon des modes de mise en œuvre préférés, les étapes du procédé de reconditionnement sont répétées jusqu’à ce qu’une épaisseur maximum prédéfinie du renfort. En effet, le procédé de projection thermique à froid générant de fortes contraintes dans les particules de matériau métallique, si le renfort présente une épaisseur trop importante, des décollements dudit renfort pourraient apparaitre.According to preferred implementation modes, the steps of the reconditioning process are repeated until a predefined maximum thickness of the reinforcement. Indeed, the cold thermal spraying process generates strong stresses in the particles of metallic material, if the reinforcement has too great a thickness, separations of said reinforcement could appear.
Cette épaisseur maximum prédéterminée est dépendante notamment du matériau du revêtement métallique et du matériau du corps de la bobine ou du concentrateur de champ magnétique.This predetermined maximum thickness is dependent in particular on the material of the metal coating and the material of the body of the coil or the magnetic field concentrator.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple nullement limitatif, et faite en se référant aux figures qui représentent :The invention will be better understood on reading the following description, given by way of non-limiting example, and made with reference to the figures which represent:
La
La
La
La
La
La
La
La
La
Les différentes figures ainsi que les éléments d’une même figure ne sont pas nécessairement représentées à la même échelle. Sur l’ensemble des figures, les éléments identiques portent la même référence numérique.The different figures as well as the elements of the same figure are not necessarily represented at the same scale. In all the figures, identical elements bear the same numerical reference.
La terminologie employée dans la présente description ne doit en aucun cas être interprétée de manière limitative ou restrictive, simplement parce qu’elle est employée en conjonction avec une description détaillée de certains modes de réalisation de l’invention.The terminology used in this description should in no way be construed in a limiting or restrictive manner, simply because it is used in conjunction with a detailed description of certain embodiments of the invention.
La présente invention concerne une bobine pour déformer des pièces métalliques par impulsion magnétique, tel que par magnéto-formage, par magnéto-soudage ou par magnéto-sertissage.The present invention relates to a coil for deforming metal parts by magnetic pulse, such as by magneto-forming, by magneto-welding or by magneto-crimping.
La bobine 100 fait partie intégrante d’un dispositif comportant en outre une unité de stockage 500 et un ou plusieurs commutateurs 510, comme illustré sur la
L’unité de stockage 500 est reliée classiquement à la bobine 100 et au(x) commutateur(s) 510. L’unité de stockage 500 est configurée pour emmagasiner une forte énergie, par exemple de l’ordre de quelques dizaines de kilojoules (kJ). L’unité de stockage 500 est par exemple une batterie de condensateurs.The storage unit 500 is conventionally connected to the coil 100 and to the switch(es) 510. The storage unit 500 is configured to store high energy, for example of the order of a few tens of kilojoules ( K J). The storage unit 500 is for example a bank of capacitors.
Une décharge très rapide de cette énergie électrique dans la bobine 100, sous la forme d’un courant variable de très forte intensité, permet de créer un champ magnétique intense.A very rapid discharge of this electrical energy in the coil 100, in the form of a variable current of very high intensity, makes it possible to create an intense magnetic field.
Dans la suite du texte, comme illustré sur les figures 1 à 8, l’invention sera décrite, de manière non limitative, dans une configuration de bobine où la bobine est du type bobine annulaire. Cette configuration de bobine est particulièrement adaptée à la réalisation d’opérations de déformation de pièces tubulaires.In the remainder of the text, as illustrated in Figures 1 to 8, the invention will be described, in a non-limiting manner, in a coil configuration where the coil is of the annular coil type. This coil configuration is particularly suitable for carrying out deformation operations on tubular parts.
La bobine 100 comporte un corps 120. Une ouverture 110, tubulaire, est pratiquée dans ledit corps. Ladite ouverture est dimensionnée et configurée pour recevoir :
- soit deux pièces tubulaires, dites première pièce 200 et seconde pièce 300, disposées l’une dans l’autre en vue de leur soudage ou sertissage, comme illustrée sur la
- soit une matrice 400 et une pièce tubulaire, dite première pièce 200, disposée autour de la matrice, en vue du formage de ladite première pièce, comme illustrée sur la
- or two tubular parts, called first part 200 and second part 300, arranged one inside the other with a view to their welding or crimping, as illustrated in the
- either a die 400 and a tubular part, called the first part 200, arranged around the die, with a view to forming said first part, as illustrated in the
Le corps 120 de la bobine 100 présente une surface périphérique, dite première surface 122, délimitant l’ouverture 110. Ainsi la première surface 122 du corps 120 est destinée à être positionnée en regard de la pièce à déformer, donc la première pièce 200, reçue dans l’ouverture 110.The body 120 of the coil 100 has a peripheral surface, called the first surface 122, delimiting the opening 110. Thus the first surface 122 of the body 120 is intended to be positioned opposite the part to be deformed, therefore the first part 200, received in the opening 110.
Le corps 120 de la bobine 100 comporte en outre une fente 130, étroite, s’étendant depuis l’ouverture 110. Le corps peut comprendre deux plaques de contact 140a, 140b, symétriquement opposées, s’étendent de part et d’autre de la fente 130. Les plaques de contact 140a, 140b sont reliées à l’unité de stockage d’énergie 500 et au(x) commutateur(s) 510.The body 120 of the coil 100 further comprises a narrow slot 130, extending from the opening 110. The body may comprise two contact plates 140a, 140b, symmetrically opposed, extending on either side of the slot 130. The contact plates 140a, 140b are connected to the energy storage unit 500 and to the switch(es) 510.
Le corps 120 de la bobine est réalisé dans un matériau présentant des propriétés spécifiques en termes, d’une part, de conductivité électrique pour y faire circuler un courant de très forte intensité, de l’ordre de quelques centaines de milliers d’Ampères et, d’autre part, de résistance mécanique pour ne pas se déformer plastiquement pendant le procédé de magnéto-formage, magnéto-soudage ou magnéto-sertissage.The body 120 of the coil is made of a material having specific properties in terms of, on the one hand, electrical conductivity to circulate a very high intensity current, of the order of a few hundred thousand amperes and , on the other hand, of mechanical resistance so as not to deform plastically during the magneto-forming, magneto-welding or magneto-crimping process.
Dans un exemple préféré de réalisation, le matériau du corps 120 de la bobine est en acier, du type 40CMD8, en cuivre, du type Cu 1/2 dur ou 3/4 dur, ou en alliage de cuivre, du type CuCr.In a preferred embodiment, the material of the body 120 of the coil is made of steel, of the 40CMD8 type, of copper, of the 1/2 hard or 3/4 hard Cu type, or of a copper alloy, of the CuCr type.
La bobine est donc configurée pour qu’un courant de forte intensité puisse y circuler et produire un champ magnétique.The coil is therefore configured so that a high intensity current can flow through it and produce a magnetic field.
La bobine 100 est également configurée pour que la densité du courant dans une zone de la bobine, soit suffisante pour satisfaire les conditions de déformation souhaitées. Cette zone est appelée partie active.The coil 100 is also configured so that the current density in a region of the coil is sufficient to satisfy the desired deformation conditions. This area is called the active part.
Dans le cas d’une bobine annulaire classique de l’art antérieur, le courant est concentré dans la partie active, sur une couche délimitée par la première surface 122 et d’épaisseur correspondant à l’épaisseur de peau. Le courant génère un champ magnétique concentré entre la partie active de la bobine et la première pièce 200.In the case of a conventional annular coil of the prior art, the current is concentrated in the active part, on a layer delimited by the first surface 122 and of thickness corresponding to the thickness of the skin. The current generates a concentrated magnetic field between the active part of the coil and the first part 200.
Dans l’exemple non limitatif d’une bobine 100 réalisée en acier, l’épaisseur de peau est de l’ordre de quelques millimètres pour une fréquence de quelques dizaines de kHz.In the non-limiting example of a coil 100 made of steel, the skin thickness is of the order of a few millimeters for a frequency of a few tens of kHz.
Dans une variante de réalisation de la bobine, illustrée sur les figures 4 à 6, la bobine 100 peut comporter, au niveau de la première surface 122 du corps, un concentrateur de champ magnétique, dit concentrateur 160. Ledit concentrateur est une pièce annulaire destinée à être disposée dans l’ouverture 110 du corps 120 de la bobine et qui permet de concentrer encore plus le champ magnétique dans l’ouverture 110 du corps 120 de la bobine. Le concentrateur 160 présente une ouverture, également tubulaire, dimensionnée et destinée à recevoir soit les première et seconde pièces 200, 300, soit la première pièce 200 et la matrice 400. Le concentrateur 160 présente une surface périphérique, dite première surface 162, délimitant l’ouverture du concentrateur 160. La première surface 162 du concentrateur 160 est ainsi destinée à être positionnée en regard de la pièce à déformer, donc la première pièce 200, reçue dans l’ouverture du concentrateur 160.In a variant embodiment of the coil, illustrated in Figures 4 to 6, the coil 100 can include, at the first surface 122 of the body, a magnetic field concentrator, called concentrator 160. Said concentrator is an annular part intended to be arranged in the opening 110 of the body 120 of the coil and which makes it possible to concentrate the magnetic field even more in the opening 110 of the body 120 of the coil. The concentrator 160 has an opening, also tubular, dimensioned and intended to receive either the first and second parts 200, 300, or the first part 200 and the matrix 400. The concentrator 160 has a peripheral surface, called the first surface 162, delimiting the the opening of the concentrator 160. The first surface 162 of the concentrator 160 is thus intended to be positioned opposite the part to be deformed, therefore the first part 200, received in the opening of the concentrator 160.
Le concentrateur 160 comporte en outre une fente 150, étroite, s’étendant depuis l’ouverture dudit concentrateur. La fente 150 est alignée avec la fente 130 du corps 120 de la bobine 100.The concentrator 160 further comprises a narrow slot 150, extending from the opening of said concentrator. Slot 150 is aligned with slot 130 of body 120 of coil 100.
Dans un exemple préféré de réalisation, le matériau du concentrateur 160 est en acier, du type 40CMD8, ou en alliage de cuivre, du type CuCr. Préférentiellement, le matériau du concentrateur 160 est identique au matériau du corps 120 de la bobine.In a preferred embodiment, the material of the concentrator 160 is steel, of the 40CMD8 type, or a copper alloy, of the CuCr type. Preferably, the material of the concentrator 160 is identical to the material of the body 120 of the coil.
Dans le cas de cette variante de réalisation de la bobine 100, le courant est concentré dans la partie active qui est alors située au niveau de la première surface 162 du concentrateur 160. Le courant est concentré, dans la partie active, sur une couche délimitée par la première surface 162 du concentrateur 160 et d’épaisseur correspondant à l’épaisseur de peau. Le courant génère, entre la partie active du concentrateur et la première pièce 200, un champ magnétique encore plus concentré que le champ magnétique créé entre la partie active de la bobine et la première pièce 200, en l’absence de concentrateur.In the case of this alternative embodiment of the coil 100, the current is concentrated in the active part which is then located at the first surface 162 of the concentrator 160. The current is concentrated, in the active part, on a delimited layer by the first surface 162 of the concentrator 160 and of thickness corresponding to the thickness of the skin. The current generates, between the active part of the concentrator and the first part 200, a magnetic field even more concentrated than the magnetic field created between the active part of the coil and the first part 200, in the absence of a concentrator.
Selon l’invention, la bobine 100 comporte avantageusement, au niveau de la première surface 122 du corps 120, ou au niveau de la première surface 162 du concentrateur 160 lorsque la bobine 100 comporte un concentrateur 160, un renfort 180, comme illustré dans les figures 1 à 3 et 4 à 6 respectivement.According to the invention, the coil 100 advantageously comprises, at the level of the first surface 122 of the body 120, or at the level of the first surface 162 of the concentrator 160 when the coil 100 comprises a concentrator 160, a reinforcement 180, as illustrated in the Figures 1 to 3 and 4 to 6 respectively.
Le renfort 180 présente une première surface 181 destinée à être en vis-à-vis de la pièce à déformer, donc de la première pièce 200.The reinforcement 180 has a first surface 181 intended to face the part to be deformed, therefore the first part 200.
Ce renfort 180 résulte d’un dépôt de matériau métallique réalisé par un procédé de projection thermique à froid.This reinforcement 180 results from a deposition of metallic material produced by a cold thermal spraying process.
Le procédé de projection thermique à froid est un procédé classique de métallisation. Des particules de matériau métallique sont projetées à très grande vitesse, par un gaz sous forte pression, sur la première surface 122 du corps 120 (ou sur la première surface 162 du concentrateur 160 lorsque la bobine 100 comporte un concentrateur 160). La pression et la vitesse de projection des particules de matériau métallique provoquent une déformation plastique du matériau métallique projeté lors de son contact avec la première surface 122 (ou 162) à revêtir, la force d’impact réalisant alors le soudage à froid de ce matériau métallique sur ladite première surface 122 (ou 162), et la cohésion des particules pour y former un renfort dense. Le procédé de projection thermique à froid permet avantageusement une bonne cohésion avec la première surface 122 (ou 162) soumise à la projection, une faible porosité du matériau métallique déposé, et un niveau d’oxydation réduit du fait de la température modérée à laquelle est porté le matériau métallique.The cold thermal spraying process is a classic metallization process. Particles of metallic material are projected at very high speed, by a gas under high pressure, onto the first surface 122 of the body 120 (or onto the first surface 162 of the concentrator 160 when the coil 100 includes a concentrator 160). The pressure and speed of projection of the particles of metallic material cause a plastic deformation of the metallic material projected during its contact with the first surface 122 (or 162) to be coated, the impact force then cold welding this material metallic on said first surface 122 (or 162), and the cohesion of the particles to form a dense reinforcement there. The cold thermal spraying process advantageously allows good cohesion with the first surface 122 (or 162) subjected to the spraying, low porosity of the metallic material deposited, and a reduced level of oxidation due to the moderate temperature at which is worn the metal material.
Le procédé de projection thermique à froid permet en outre d’atteindre des épaisseurs de plusieurs millimètres tout en conservant ces qualités.The cold thermal spraying process also makes it possible to achieve thicknesses of several millimeters while maintaining these qualities.
Le procédé de projection thermique à froid est avantageusement mis en œuvre dans l’invention pour obtenir des performances mécaniques et électriques souhaitées du renfort sans détériorer le corps 120 de la bobine ou du concentrateur 160.The cold thermal spraying process is advantageously implemented in the invention to obtain the desired mechanical and electrical performance of the reinforcement without damaging the body 120 of the coil or the concentrator 160.
Le matériau utilisé pour former le renfort 180 présente avantageusement des propriétés spécifiques, notamment en termes d’une part de conductivité électrique pour y faire circuler un courant de très forte intensité, par exemple de l’ordre de quelques centaines de milliers d’Ampères, et d’autre part de résistance mécanique à la déformation plastique et à des températures élevées (c'est-à-dire une température de fusion élevée) pour ne pas fondre pendant le procédé de magnéto-formage, magnéto-soudage ou magnéto-sertissage.The material used to form the reinforcement 180 advantageously has specific properties, in particular in terms of electrical conductivity to circulate a very high intensity current, for example of the order of a few hundred thousand amps, and on the other hand mechanical resistance to plastic deformation and to high temperatures (i.e. a high melting temperature) so as not to melt during the magneto-forming, magneto-welding or magneto-crimping process .
De préférence, le matériau utilisé pour former le renfort 180 est différent du matériau constituant le corps 120 et/ou le concentrateur 160. De préférence, le matériau utilisé pour former le renfort 180 présente des caractéristiques de résistance mécanique et thermique supérieures au matériau du corps 120 ou du concentrateur 160, pour renforcer la bobine 100 et améliorer la durée de vie de la bobine 100.Preferably, the material used to form the reinforcement 180 is different from the material constituting the body 120 and/or the concentrator 160. Preferably, the material used to form the reinforcement 180 has mechanical and thermal resistance characteristics superior to the material of the body 120 or the concentrator 160, to reinforce the coil 100 and improve the life of the coil 100.
Dans des exemples préférés de réalisation, lorsque le matériau du corps de la bobine, ou du concentrateur 160, est en alliage de cuivre, tel que le CuCr, le matériau utilisé pour former le renfort 180 est en alliage de cuivre argent CuAg.In preferred embodiments, when the material of the body of the coil, or of the concentrator 160, is a copper alloy, such as CuCr, the material used to form the reinforcement 180 is a CuAg silver copper alloy.
Ainsi, dans la bobine 100 selon l’invention, le courant est concentré dans la partie active qui est alors située au niveau du renfort 180.Thus, in the coil 100 according to the invention, the current is concentrated in the active part which is then located at the level of the reinforcement 180.
Le courant est concentré sur une couche délimitée par la première surface 181 du renfort et d’épaisseur correspondant à l’épaisseur de peau. Dans l’exemple non limitatif d’un renfort réalisé en CuAg, l’épaisseur de peau est de l’ordre de 1 mm pour une fréquence de quelques dizaines de kHz.The current is concentrated on a layer delimited by the first surface 181 of the reinforcement and of thickness corresponding to the thickness of the skin. In the non-limiting example of a reinforcement made of CuAg, the skin thickness is of the order of 1 mm for a frequency of a few tens of kHz.
Préférentiellement, le renfort 180 présente une épaisseur minimumh min au moins égale à cette épaisseur de peau. Ainsi, le courant est alors uniquement concentré dans le renfort 180. Lors de l’utilisation de la bobine 100, les fissures et/ou les faïençages se limitent ainsi au renfort 180 et ne se propagent pas dans le corps 120 de la bobine 100, ou dans le concentrateur 160 lorsque la bobine comporte un tel concentrateur.Preferably, the reinforcement 180 has a minimum thickness h min at least equal to this skin thickness. Thus, the current is then only concentrated in the reinforcement 180. When using the coil 100, the cracks and/or cracking are thus limited to the reinforcement 180 and do not propagate in the body 120 of the coil 100, or in the concentrator 160 when the coil includes such a concentrator.
Préférentiellement, le renfort 180 présente une épaisseur maximumh max prédéfinie. Cette épaisseur maximale est définie pour éviter des décollements du renfort 180 de la première surface 122 du corps 120 de la bobine 100, ou de la première surface 162 du concentrateur 160. Il est en effet connu que le procédé de projection thermique à froid génère de fortes contraintes dans les particules de matériau métallique, et avec de trop grandes épaisseurs, des décollements du renfort peuvent apparaitre.Preferably, the reinforcement 180 has a predefined maximum thickness h max . This maximum thickness is defined to avoid separation of the reinforcement 180 from the first surface 122 of the body 120 of the coil 100, or from the first surface 162 of the concentrator 160. It is in fact known that the cold thermal spraying process generates strong stresses in the particles of metallic material, and with too great thicknesses, separation of the reinforcement can appear.
Selon des modes de réalisation préférés, l’épaisseur de renfort 180 est comprise entre 1 mm et 20 mm.According to preferred embodiments, the thickness of reinforcement 180 is between 1 mm and 20 mm.
Dans un exemple de réalisation, lorsque le matériau du corps 120 de la bobine 100, ou du concentrateur 160, est en CuCr et le matériau du renfort 180 est en CuAg, l’épaisseur minimumh min du renfort 180 est de l’ordre de 5 mm et l’épaisseur maximumh max du renfort 180 est de l’ordre de 9 mm.In an exemplary embodiment, when the material of the body 120 of the coil 100, or of the concentrator 160, is CuCr and the material of the reinforcement 180 is CuAg, the minimum thickness h min of the reinforcement 180 is of the order of 5 mm and the maximum thickness h max of the reinforcement 180 is of the order of 9 mm.
Des tests de traction uni-axial ont également été réalisés sur des échantillons avec différents substrats (acier, CuCr…) et différentes particules de matériau métallique (CuAg, CuNiCoSi…) pour évaluer la tenue de l’adhérence. La traction a été évaluée au niveau de l’interface particules/substrat. En effet, en utilisation, lors d’une décharge, des forces de Laplace vont venir déformer la pièce métallique à déformer, comme décrit dans l’état de la technique. Par action/réaction, des forces similaires seront créées dans le corps 120 de la bobine 100 (ou dans le concentrateur 160), ce qui va engendrer des tensions au niveau de la première surface 122 (ou 162). Les tests ont montré que le couple CuCr/CuAg présente une traction de l’ordre de 190MPa, valeur suffisante pour supporter les décharges répétées lors de l’utilisation de la bobine 100.Uni-axial tensile tests were also carried out on samples with different substrates (steel, CuCr, etc.) and different particles of metallic material (CuAg, CuNiCoSi, etc.) to evaluate adhesion performance. Traction was evaluated at the particle/substrate interface. Indeed, in use, during a discharge, Laplace forces will deform the metal part to be deformed, as described in the state of the art. By action/reaction, similar forces will be created in the body 120 of the coil 100 (or in the concentrator 160), which will generate tensions at the level of the first surface 122 (or 162). Tests have shown that the CuCr/CuAg couple has a traction of around 190MPa, a value sufficient to withstand repeated discharges when using coil 100.
Un tel renfort 180 permet ainsi d’augmenter significativement la durée de vie de la bobine 100. Par exemple, comme mentionné dans l’état de la technique, la durée de vie d’une bobine 100 classique (c'est-à-dire sans renfort) réalisée dans un matériau en CuCr, est estimée à 25 000 décharges. La durée de vie d’une bobine 100 avec un renfort 180 réalisé dans un matériau en CuAg permet d’atteindre au moins 100 000 décharges. La durée de vie de la bobine est ainsi multipliée par quatre.Such reinforcement 180 thus makes it possible to significantly increase the lifespan of the coil 100. For example, as mentioned in the state of the art, the lifespan of a conventional coil 100 (i.e. without reinforcement) made from a CuCr material, is estimated at 25,000 discharges. The lifespan of a 100 coil with a 180 reinforcement made from a CuAg material makes it possible to reach at least 100,000 discharges. The lifespan of the coil is thus multiplied by four.
Un procédé de réalisation d’une bobine 100 selon l’invention est à présent décrit. Le procédé sera décrit ci-après, à titre non limitatif, pour la réalisation d’une bobine 100 avec un concentrateur 160. Il y sera uniquement question de la première surface 162 du concentrateur 160. Il est clair cependant que, par analogie, lorsque la bobine 100 ne comporte pas de concentrateur, la première surface énoncée sera celle du corps 120 de la bobine 100.A method of producing a coil 100 according to the invention is now described. The process will be described below, without limitation, for the production of a coil 100 with a concentrator 160. It will only be a question of the first surface 162 of the concentrator 160. It is clear, however, that, by analogy, when the coil 100 does not include a concentrator, the first surface stated will be that of the body 120 of the coil 100.
La
Pour réaliser une bobine 100 selon l’invention, une première étape consiste à déposer, sur une bobine sans renfort, un matériau métallique par un procédé de projection thermique à froid, pour former le renfort 180. Le dépôt dudit matériau métallique est réalisé sur la première surface 162 du concentrateur 160.To produce a coil 100 according to the invention, a first step consists of depositing, on a coil without reinforcement, a metallic material by a cold thermal spraying process, to form the reinforcement 180. The deposition of said metallic material is carried out on the first surface 162 of the concentrator 160.
Des particules de matériau métallique sont projetées à très grande vitesse, par un gaz sous pression, sur la première surface 162 du concentrateur. Les particules viennent se souder, d’abord sur la première surface 162 du concentrateur 160, puis sur elles-mêmes jusqu’à l’obtention d’une épaisseur souhaitée pour le renfort 180.Particles of metallic material are projected at very high speed, by a gas under pressure, onto the first surface 162 of the concentrator. The particles are welded, first on the first surface 162 of the concentrator 160, then on themselves until a desired thickness is obtained for the reinforcement 180.
Les particules de matériau métallique sont projetées notamment avec une vitesse et selon un angle d’impact prédéfinis. La vitesse de projection et l’angle d’impact permettent de garantir avantageusement une bonne adhérence du dépôt des particules de matériau métallique et de limiter les efforts de cisaillement au niveau de la première surface 162.The particles of metallic material are projected in particular with a predefined speed and angle of impact. The projection speed and the impact angle advantageously guarantee good adhesion of the deposit of the particles of metallic material and limit the shearing forces at the level of the first surface 162.
Dans un exemple de mise en œuvre, les particules de matériau métallique sont projetées avec une buse. La buse peut se déplacer pour former le renfort sur l’ensemble de la première surface 162.In an example implementation, particles of metallic material are projected with a nozzle. The nozzle can move to form the reinforcement over the entire first surface 162.
Dans une forme de mise en œuvre, cette première étape de dépôt peut être réalisée selon l’un ou plusieurs des paramètres opératoires suivants :
- particules comprises préférentiellement entre 5 et 80 µm,
- température du gaz comprise entre 400°C et 1000°C, de préférence de l’ordre de 500 °C,
- pression du gaz comprise entre 20 et 50 bars, de préférence de l’ordre de 30 bars,
- vitesse de projection des particules comprise entre 0.5 et 1.5 km/s,
- choix du gaz porteur : azote ou hélium ou un mélange de ces deux gaz.
- particles preferably between 5 and 80 µm,
- gas temperature between 400°C and 1000°C, preferably of the order of 500°C,
- gas pressure between 20 and 50 bars, preferably of the order of 30 bars,
- particle projection speed between 0.5 and 1.5 km/s,
- choice of carrier gas: nitrogen or helium or a mixture of these two gases.
L’homme du métier a les compétences pour choisir les paramètres opératoires à mettre en œuvre afin d’obtenir une épaisseur de renfort souhaitée, préférentiellement comprise entre les deux valeurs hminet hmax.Those skilled in the art have the skills to choose the operating parameters to be implemented in order to obtain a desired reinforcement thickness, preferably between the two values h min and h max .
La vue (b) de la
De manière préférentielle, pour favoriser les conditions de l’accroche des particules de matériau métallique sur la première surface 162 du concentrateur, le procédé peut comporter une étape, préalable à la première étape de dépôt, de retrait d’une couche de matériau du concentrateur 160. La couche de matériau est retirée depuis une surface initiale 164 jusqu’à la première surface 162. Comme précisé auparavant, l’angle d’impact des particules de matériau métallique sur la première surface permet de garantir avantageusement une bonne adhérence du dépôt desdites particules de matériau métallique et de limiter les efforts de cisaillement au niveau de la première surface 162. L’homme du métier a les compétences pour déterminer l’angle d’impact nécessaire.Preferably, to promote the conditions for adhesion of the particles of metallic material to the first surface 162 of the concentrator, the method may comprise a step, prior to the first deposition step, of removing a layer of material from the concentrator 160. The layer of material is removed from an initial surface 164 to the first surface 162. As previously specified, the angle of impact of the particles of metallic material on the first surface advantageously guarantees good adhesion of the deposit of said particles of metallic material and to limit the shearing forces at the level of the first surface 162. Those skilled in the art have the skills to determine the necessary impact angle.
Le retrait de la couche de matériau du concentrateur 160 est préférentiellement réalisé par usinage.The removal of the layer of material from the concentrator 160 is preferably carried out by machining.
La vue (a) de la
Le procédé de réalisation d’une bobine 100 selon l’invention comporte, après la première étape de dépôt, une deuxième étape de traitement thermique de revenu du corps de la bobine, du concentrateur magnétique 160 et du renfort 180.The method for producing a coil 100 according to the invention comprises, after the first deposition step, a second step of tempering heat treatment of the body of the coil, the magnetic concentrator 160 and the reinforcement 180.
Cette deuxième étape est classique en tant que telle et a pour but de conférer au renfort 180 les propriétés élastiques et de conductivité électrique souhaitées.This second step is classic as such and aims to give the reinforcement 180 the desired elastic and electrical conductivity properties.
Dans un exemple de mise en œuvre, la bobine est placée dans un four de revenu, à une température prédéfinie, et pendant une durée prédéfinie.In an example implementation, the coil is placed in a tempering oven, at a predefined temperature, and for a predefined duration.
Le traitement thermique de revenu est effectué de préférence à une température comprise entre 200 et 400 °C, pendant une période comprise entre 2 et 8 heures.The tempering heat treatment is preferably carried out at a temperature between 200 and 400°C, for a period between 2 and 8 hours.
Le procédé de réalisation d’une bobine 100 selon l’invention comporte ensuite une troisième étape d’usinage de finition du renfort 180.The method of producing a coil 100 according to the invention then comprises a third step of finishing machining of the reinforcement 180.
L’étape d’usinage de finition est classique en tant que telle et permet d’éliminer des défauts de surface pour atteindre la forme et les côtes dimensionnelles finales désirées du renfort 180.The finishing machining step is classic as such and makes it possible to eliminate surface defects to achieve the desired final shape and dimensional dimensions of the reinforcement 180.
La vue (c) de la
A l’issue de cette troisième étape, la bobine 100 est prête à être utilisée pour un procédé de formage, de soudage ou de sertissage.At the end of this third step, the coil 100 is ready to be used for a forming, welding or crimping process.
Dans un mode de mise en œuvre, le procédé de fabrication peut comporter, avant ou après la troisième étape, une étape de découpage du renfort 180, dans son épaisseur, au niveau de la fente 150 du concentrateur 160 de sorte que le renfort 180 présente une fente dans l’alignement de la fente 150 du concentrateur 160 et de la fente 130 du corps 120 de la bobine 100. En effet, lors de la première étape de dépôt des particules de matériau métallique par le procédé de projection thermique à froid, les particules viennent recouvrir la fente 150. Si la fente est obstruée, en utilisation, le courant ne pourra pas circuler dans la bobine 100 et créer le champ magnétique nécessaire pour réaliser les procédés de formage, soudage ou sertissage.In one embodiment, the manufacturing process may include, before or after the third step, a step of cutting the reinforcement 180, in its thickness, at the level of the slot 150 of the concentrator 160 so that the reinforcement 180 presents a slot in the alignment of the slot 150 of the concentrator 160 and the slot 130 of the body 120 of the coil 100. Indeed, during the first step of depositing the particles of metallic material by the cold thermal spraying process, the particles cover the slot 150. If the slot is obstructed, in use, the current will not be able to flow in the coil 100 and create the magnetic field necessary to carry out the forming, welding or crimping processes.
Dans un mode de mise en œuvre, le procédé peut comporter en amont de la première étape de dépôt, une étape de masquage du concentrateur 160 sur les parties du concentrateur 160 autre que la première surface 162. Une telle étape permet d’éviter que d’autres parties du concentrateur 160 reçoivent les particules de matériau métallique lors de la première étape. En conséquence, après la première étape, le procédé comporte une étape de démasquage du concentrateur 160.In one mode of implementation, the method can include, upstream of the first deposition step, a step of masking the concentrator 160 on the parts of the concentrator 160 other than the first surface 162. Such a step makes it possible to avoid that The other parts of the concentrator 160 receive the particles of metallic material during the first stage. Consequently, after the first step, the method includes a step of unmasking the concentrator 160.
Le découpage du renfort 180 est préférentiellement réalisé par électroérosion.The cutting of the reinforcement 180 is preferably carried out by electroerosion.
Outre le fait que la bobine 100 selon l’invention soit renforcée au niveau de la partie active et présente ainsi une durée de vie très supérieure à la durée de vie d’une bobine classique, la bobine 100 selon l’invention peut également être reconditionnée plusieurs fois en vue d’être réutilisée et de prolonger d’autant plus sa durée de vie. Après une première utilisation de la bobine 100 selon l’invention pour déformer une pièce par magnéto-formage, magnéto-soudage ou magnéto-sertissage, et lorsque le faïençage au niveau de la partie active sur le renfort dégrade de manière critique la performance du procédé de déformation par impulsion magnétique et impacte trop fortement la qualité du formage, soudage ou sertissage, la bobine 100 peut être reconditionnée avec un nouveau renfort 180.In addition to the fact that the coil 100 according to the invention is reinforced at the level of the active part and thus has a lifespan much greater than the lifespan of a conventional coil, the coil 100 according to the invention can also be reconditioned several times in order to be reused and to further extend its lifespan. After a first use of the coil 100 according to the invention to deform a part by magneto-forming, magneto-welding or magneto-crimping, and when the cracking at the level of the active part on the reinforcement critically degrades the performance of the process deformation by magnetic pulse and has too strong an impact on the quality of forming, welding or crimping, the coil 100 can be reconditioned with a new reinforcement 180.
Un procédé sera décrit ci-après, à titre non limitatif, pour le reconditionnement d’une bobine 100 avec un concentrateur 160. Il y sera uniquement question de la première surface 162 du concentrateur 160. Il est clair cependant que, par analogie, lorsque la bobine 100 ne comporte pas de concentrateur, la première surface énoncée sera celle du corps 120 de la bobine 100.A process will be described below, without limitation, for the reconditioning of a coil 100 with a concentrator 160. It will only be a question of the first surface 162 of the concentrator 160. It is clear, however, that, by analogy, when the coil 100 does not include a concentrator, the first surface stated will be that of the body 120 of the coil 100.
La
La vue (a) de la
Le procédé de reconditionnement comporte une première étape de retrait du renfort 180. Le renfort est retiré, sur toute son épaisseur, jusqu’à la première surface 162 du concentrateur 160.The reconditioning process includes a first step of removing the reinforcement 180. The reinforcement is removed, over its entire thickness, up to the first surface 162 of the concentrator 160.
Le retrait du renfort 180 est préférentiellement réalisé par usinage.The removal of the reinforcement 180 is preferably carried out by machining.
La vue (b) de la
Le procédé de reconditionnement comporte ensuite une deuxième étape de retrait, depuis la première surface 162 du concentrateur 160, d’une couche de matériau dudit concentrateur.The reconditioning process then comprises a second step of removing, from the first surface 162 of the concentrator 160, a layer of material from said concentrator.
La couche de matériau du concentrateur 160 est réduite d’une épaisseur prédéfinie, de préférence constante, jusqu’à une deuxième surface 162’ du concentrateur 160.The layer of material of the concentrator 160 is reduced by a predefined thickness, preferably constant, to a second surface 162' of the concentrator 160.
De préférence, l’épaisseur prédéfinie de couche de matériau retirée est inférieure à l’épaisseur retirée du renfort.Preferably, the predefined thickness of layer of material removed is less than the thickness removed from the reinforcement.
L‘étape de retrait d’une couche de matériau formant le concentrateur 160 permet avantageusement de supprimer toute trace de la déformation de la première surface 162 par la projection des particules de matériau métallique.The step of removing a layer of material forming the concentrator 160 advantageously makes it possible to eliminate any trace of the deformation of the first surface 162 by the projection of particles of metallic material.
Le retrait de la couche de matériau est préférentiellement réalisé par usinage.The removal of the layer of material is preferably carried out by machining.
La vue (c) de la
Le procédé de reconditionnement comporte ensuite une troisième étape de dépôt d’un matériau métallique par le procédé de projection thermique à froid pour former un nouveau renfort 180.The reconditioning process then includes a third step of depositing a metallic material by the cold thermal spraying process to form a new reinforcement 180.
Le dépôt du matériau métallique est réalisé sur la deuxième surface 162’ du concentrateur 160.The metallic material is deposited on the second surface 162' of the concentrator 160.
Le dépôt du matériau métallique est réalisé sur une épaisseur prédéfinie, légèrement supérieure à la somme des épaisseurs du renfort précédent retiré et de la couche de matériau du concentrateur retirée.The metallic material is deposited to a predefined thickness, slightly greater than the sum of the thicknesses of the previous reinforcement removed and the layer of concentrator material removed.
La mise en œuvre de cette troisième étape est identique à la première étape du procédé de réalisation de la bobine.The implementation of this third step is identical to the first step of the coil production process.
La vue (d) de la
Le procédé de reconditionnement comporte ensuite une quatrième étape de traitement thermique de revenu du corps 120, du concentrateur 160, et du nouveau renfort 180.The reconditioning process then comprises a fourth step of tempering heat treatment of the body 120, the concentrator 160, and the new reinforcement 180.
La mise en œuvre de cette quatrième étape est identique à la deuxième étape du procédé de réalisation de la bobine 100. Cette quatrième étape permet ainsi de conférer au nouveau renfort 180 les propriétés élastiques et de conductivité électrique souhaitées. Le procédé de reconditionnement comporte ensuite une cinquième étape d’usinage de finition du renfort 180.The implementation of this fourth step is identical to the second step of the process for producing the coil 100. This fourth step thus makes it possible to give the new reinforcement 180 the desired elastic and electrical conductivity properties. The reconditioning process then includes a fifth step of finishing machining of the reinforcement 180.
La mise en œuvre de cette cinquième étape est identique à la troisième étape du procédé de réalisation de la bobine 100. Cette cinquième étape permet d’atteindre la forme et les côtes dimensionnelles finales désirées du nouveau renfort 180.The implementation of this fifth step is identical to the third step of the process for producing the coil 100. This fifth step makes it possible to achieve the desired final shape and dimensional dimensions of the new reinforcement 180.
L’épaisseur du nouveau renfort 180 correspond ainsi préférentiellement à la somme de l’épaisseur du renfort précédent retiré et de l’épaisseur de la couche de matériau retirée.The thickness of the new reinforcement 180 thus preferably corresponds to the sum of the thickness of the previous reinforcement removed and the thickness of the layer of material removed.
La vue (e) de la
A l’issue de cette cinquième étape, la bobine avec son nouveau renfort peut être utilisée.At the end of this fifth step, the coil with its new reinforcement can be used.
La bobine avec son nouveau renfort 180 peut de nouveau être utilisée pour un procédé de formage, de soudage ou de sertissage.The coil with its new reinforcement 180 can again be used for a forming, welding or crimping process.
Dans un mode de mise en œuvre du procédé de reconditionnement, le procédé de reconditionnement peut comporter, avant ou après la cinquième étape, une étape de découpage du renfort, dans son épaisseur, au niveau de la fente 150 du concentrateur 160 de sorte que le renfort 180 présente une fente dans l’alignement de la fente 150 du concentrateur 160 et de la fente 130 du corps 120 de la bobine 100.In one mode of implementing the reconditioning process, the reconditioning process may include, before or after the fifth step, a step of cutting the reinforcement, in its thickness, at the level of the slot 150 of the concentrator 160 so that the reinforcement 180 has a slot in alignment with the slot 150 of the concentrator 160 and the slot 130 of the body 120 of the coil 100.
Dans un mode de mise en œuvre du procédé de reconditionnement, le procédé peut comporter en amont de la troisième étape, une étape de masquage du concentrateur 160 sur les parties du concentrateur 160 autre que la première surface 162.In one mode of implementing the reconditioning process, the process may include, upstream of the third step, a step of masking the concentrator 160 on the parts of the concentrator 160 other than the first surface 162.
Le découpage du renfort 180 est préférentiellement réalisé par électroérosion.The cutting of the reinforcement 180 is preferably carried out by electroerosion.
A chaque fois que le renfort 180 de la bobine 100 est usagé et que le faïençage au niveau du renfort impacte trop fortement la qualité du procédé de déformation d’une pièce métallique par impulsion magnétique, il est possible de répéter avantageusement le procédé de reconditionnement plusieurs fois, pour prolonger à nouveau la durée de vie de la bobine 100. A chaque fois, le renfort est retiré sur tout son épaisseur et une couche supplémentaire de matériau du concentrateur 160 est retirée. Le nouveau renfort présente ainsi à chaque fois une épaisseur correspondant à l’épaisseur du précédent renfort, augmentée de l’épaisseur de la couche de matériau du concentrateur 160 retirée.Each time the reinforcement 180 of the coil 100 is used and the cracking at the level of the reinforcement has too strong an impact on the quality of the process of deforming a metal part by magnetic pulse, it is possible to advantageously repeat the reconditioning process several times. times, to once again extend the life of the coil 100. Each time, the reinforcement is removed over its entire thickness and an additional layer of material from the concentrator 160 is removed. The new reinforcement thus each time has a thickness corresponding to the thickness of the previous reinforcement, increased by the thickness of the layer of material from the concentrator 160 removed.
Préférentiellement, le procédé de reconditionnement peut être répété jusqu’à ce que l’épaisseur du renfort 180 atteigne l’épaisseur maximum prédéfinieh max .Preferably, the reconditioning process can be repeated until the thickness of the reinforcement 180 reaches the predefined maximum thickness h max .
Dans un exemple de mise en œuvre, le matériau du concentrateur 160 est en CuCr et le matériau du renfort 180 est en CuAg. L’épaisseur minimale du renfort est de 5 mm. L’épaisseur maximale du renfort est de 9mm. En ne retirant que 0.2mm d’épaisseur de couche de matériau du concentrateur à chaque reconditionnement, la bobine 100 peut ainsi être reconditionnée 20 fois et donc être utilisée 21 fois.In an example of implementation, the material of the concentrator 160 is made of CuCr and the material of the reinforcement 180 is made of CuAg. The minimum thickness of the reinforcement is 5 mm. The maximum thickness of the reinforcement is 9mm. By removing only 0.2mm of material layer thickness from the concentrator at each reconditioning, the reel 100 can thus be reconditioned 20 times and therefore used 21 times.
Par conséquent, la durée de vie totale de ladite bobine 100 peut atteindre 2100000 décharges (21 x 100 000). Comparée avec la durée de vie de la bobine en CuCr sans renfort qui est de l’ordre de 25 000 décharges, la durée de vie de la bobine 100 en CuCr avec le renfort 180 en CuAg, en recourant au procédé de reconditionnement, est considérablement augmentée.Consequently, the total lifespan of said coil 100 can reach 2100000 discharges (21 x 100,000). Compared with the lifespan of the CuCr coil without reinforcement which is of the order of 25,000 discharges, the lifespan of the CuCr coil 100 with the CuAg reinforcement 180, using the reconditioning process, is considerably increased.
L’invention a été décrite dans la configuration préférée d’une bobine annulaire. Il est cependant possible, sans se départir du cadre de l’invention, d’adapter l’invention à toute autre configuration de bobine, telle que par exemple les bobines de type plate.The invention has been described in the preferred configuration of an annular coil. It is however possible, without departing from the scope of the invention, to adapt the invention to any other coil configuration, such as for example flat type coils.
La
La bobine 100 comporte un corps 120. Le corps 120 se présente sous la forme d’une platine. Une ouverture 110, traversante, est pratiquée dans le corps. L’ouverture 110 est dimensionnée et configurée pour venir en vis-à-vis de la première pièce 200 à déformer (non représentée).The coil 100 comprises a body 120. The body 120 is in the form of a plate. A through opening 110 is made in the body. The opening 110 is sized and configured to come opposite the first part 200 to be deformed (not shown).
Dans une forme non limitative de réalisation, comme illustrée sur la
Le corps 120 de la bobine 100 comporte en outre une fente 130, étroite, s’étendant depuis l’ouverture 110. Le corps peut comprendre deux plaques de contact 140a, 140b, symétriquement opposées, s’étendent de part et d’autre de la fente 130. Les plaques de contact 140a, 140b sont reliées à l’unité de stockage d’énergie 500 et au(x) commutateur(s) 510.The body 120 of the coil 100 further comprises a narrow slot 130, extending from the opening 110. The body may comprise two contact plates 140a, 140b, symmetrically opposed, extending on either side of the slot 130. The contact plates 140a, 140b are connected to the energy storage unit 500 and to the switch(es) 510.
Ledit corps présente, sur une face de la platine, un bossage 126 agencé autour de la périphérie de l’ouverture 110.Said body has, on one face of the plate, a boss 126 arranged around the periphery of the opening 110.
Le corps 120 de la bobine 100 comporte, au sommet du bossage 126, une première surface 122, destinée à être positionnée en regard de la première pièce 200 à déformer (non présentée).The body 120 of the coil 100 comprises, at the top of the boss 126, a first surface 122, intended to be positioned opposite the first part 200 to be deformed (not shown).
Selon l’invention, la bobine 100 comporte, au niveau de la première surface 122 du corps 120, un renfort 180 formé par un matériau métallique déposé par projection thermique à froid.According to the invention, the coil 100 comprises, at the first surface 122 of the body 120, a reinforcement 180 formed by a metallic material deposited by cold thermal spraying.
Dans cette configuration de bobine plate, le courant est également concentré dans la partie active qui est située dans le renfort 180.In this flat coil configuration, the current is also concentrated in the active part which is located in the reinforcement 180.
Le procédé de fabrication de la bobine plate et le procédé de reconditionnement de cette bobine plate sont identiques aux procédés décrits pour la bobine annulaire.
The manufacturing process for the flat coil and the process for reconditioning this flat coil are identical to the processes described for the annular coil.
Claims (7)
caractérisée en ce que la bobine (100) comporte, au niveau de ladite première surface (122), un renfort (180), ledit renfort (180) étant constitué par un matériau métallique déposé par projection thermique à froid.Coil (100) for deforming a metal part (200) by magnetic pulse comprising a body (120) having a first surface (122) intended to be positioned facing the metal part (200) to be deformed,
characterized in that the coil (100) comprises, at said first surface (122), a reinforcement (180), said reinforcement (180) being constituted by a metallic material deposited by cold thermal spraying.
- dépôt, sur la première surface (122, 162) du corps (120) ou du concentrateur de champ magnétique (160), d’un matériau métallique par projection thermique à froid pour former le renfort (180),
- traitement thermique de revenu du corps (120) ou du concentrateur de champ magnétique (160) et du renfort (180),
- usinage de finition du renfort (180).
- depositing, on the first surface (122, 162) of the body (120) or of the magnetic field concentrator (160), a metallic material by cold thermal spraying to form the reinforcement (180),
- tempering heat treatment of the body (120) or the magnetic field concentrator (160) and the reinforcement (180),
- finishing machining of the reinforcement (180).
- retrait du renfort (180) sur toute son épaisseur,
- retrait, depuis la première surface (122, 162) du corps (120) ou du concentrateur de champ magnétique (160), d’une couche de matériau formant ledit corps (120) ou ledit concentrateur de champ magnétique (160), d’une épaisseur prédéfinie, jusqu’à une deuxième surface du corps (120) ou du concentrateur de champ magnétique (160),
- dépôt au niveau de la deuxième surface du corps (120) ou du concentrateur de champ magnétique (160), d’un matériau métallique par un procédé de projection thermique à froid pour former un nouveau renfort (180), sur une épaisseur prédéfinie correspondant au moins à la somme de l’épaisseur du renfort précédent retiré et de l’épaisseur de la couche de matériau retirée,
- traitement thermique de revenu du corps (120) ou du concentrateur de champ magnétique (160) et du nouveau renfort (180),
- usinage de finition du nouveau renfort (180), le nouveau renfort (180) présentant une épaisseur égale à la somme de l’épaisseur du renfort précédent retiré et de l’épaisseur de la couche de matériau retirée.
- removal of the reinforcement (180) over its entire thickness,
- removal, from the first surface (122, 162) of the body (120) or of the magnetic field concentrator (160), of a layer of material forming said body (120) or said magnetic field concentrator (160), of a predefined thickness, up to a second surface of the body (120) or of the magnetic field concentrator (160),
- deposition at the second surface of the body (120) or of the magnetic field concentrator (160), of a metallic material by a cold thermal spraying process to form a new reinforcement (180), over a predefined thickness corresponding to the minus the sum of the thickness of the previous reinforcement removed and the thickness of the layer of material removed,
- tempering heat treatment of the body (120) or of the magnetic field concentrator (160) and of the new reinforcement (180),
- finishing machining of the new reinforcement (180), the new reinforcement (180) having a thickness equal to the sum of the thickness of the previous reinforcement removed and the thickness of the layer of material removed.
Priority Applications (2)
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| FR2213530A FR3143389A1 (en) | 2022-12-16 | 2022-12-16 | Coil for deformation of metal parts by magnetic pulse, processes for producing and reconditioning such a coil |
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| FR2213530 | 2022-12-16 | ||
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| FR2213530A Pending FR3143389A1 (en) | 2022-12-16 | 2022-12-16 | Coil for deformation of metal parts by magnetic pulse, processes for producing and reconditioning such a coil |
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2022
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- 2023-12-14 WO PCT/EP2023/085935 patent/WO2024126738A1/en unknown
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| WO2024126738A1 (en) | 2024-06-20 |
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Effective date: 20240621 |