WO2018134271A1 - Dispositif d'emboutissage par magnéto-formage et procédé associé - Google Patents

Dispositif d'emboutissage par magnéto-formage et procédé associé Download PDF

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WO2018134271A1
WO2018134271A1 PCT/EP2018/051134 EP2018051134W WO2018134271A1 WO 2018134271 A1 WO2018134271 A1 WO 2018134271A1 EP 2018051134 W EP2018051134 W EP 2018051134W WO 2018134271 A1 WO2018134271 A1 WO 2018134271A1
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punch
magnetic field
anvil
generating
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PCT/EP2018/051134
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Gilles Avrillaud
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Adm28 S.Àr.L
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • B21D26/14—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces applying magnetic forces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20—Deep-drawing
    • B21D22/21—Deep-drawing without fixing the border of the blank

Definitions

  • the present invention relates to the field of forming, more particularly to stamping.
  • the present invention relates to a device and a process for stamping blanks by magnetic pulse for the production of stamped parts, in particular so-called deep-drawn parts.
  • stamping is a method very often chosen because robust and well controlled.
  • Embossing is commonly used in industry, especially in the automotive industry to form including trim panels, such as a hood or a door of a motor vehicle, because of high production rates eligible.
  • Embossing is a forming process consisting in obtaining by plastic deformation of a blank, under the action of a pressure, a piece of more or less complex shape.
  • the stamping device for implementing this method is essentially composed of a matrix and a punch of quasi-complementary shape, between which the blank is positioned. Obtaining the shape is done by driving the blank under the action of the punch in the matrix. The movement of the blank is generally controlled by a blank holder, imposing a retaining pressure, in order to reduce the appearance of wrinkles or tears on the final stamped part.
  • the hydroforming process In this process, the blanks are shaped by the action of a fluid under pressure.
  • the associated hydroforming device consists of a hermetically sealed enclosure formed in two parts, a hollow mold having a cavity complementary to the shape of the part that is desired.
  • the blank is placed inside the enclosure. Hydraulic pressure is exerted on the latter to press against the mold cavity.
  • the fluid can be pressurized in various ways.
  • the electro-hydroforming process known as the EHF process (from the Anglo-Saxon Electro Hydraulic Forming).
  • hot forming processes such as the superplastic forming process, known as the SPF (Superplastic Forming Anglo-Saxon) process.
  • SPF Superplastic Forming Anglo-Saxon
  • This process is based on the ability of certain alloys, for example titanium, to withstand significant deformation.
  • These alloys hereafter referred to as superplastic alloys, can reach elongations sometimes going beyond 1000% under certain conditions of temperature, pressure and deformation, whereas conventional alloys generally deform only by about 20%.
  • the associated SPF forming device consists of a closed chamber hermetically formed in two parts, including a hollow mold having a footprint complementary to the final external geometry of the part that is desired.
  • the blank is placed inside the enclosure and held firmly between the two parts. Pressurized gas is injected in the enclosure and comes to press the blank, by deforming it, against the imprint.
  • the pressure and the temperature, of the order of 900 ° C for titanium alloys, must be perfectly controlled.
  • the present invention aims in particular to overcome all or part of the limitations of prior art solutions, including those described above, by providing a solution that allows to obtain stamped parts, including deep-drawn parts .
  • the invention is aimed primarily at a device for stamping a blank for the production of a stamped part comprising:
  • blade is meant a thin plate, in particular of metallic material.
  • a plate is said to be thin when one of its dimensions is significantly smaller than the other two, typically at least an order of magnitude.
  • the stamping device In an initial position, that is to say before the stamping phase, the stamping device is configured such that:
  • the bearing face of the punch is intended to receive part of a first face of the blank
  • the anvil and the means for generating a magnetic field are intended to be arranged on either side of another part of the blank.
  • the anvil is vis-à-vis the first face, and the means for generating a magnetic field are vis-à-vis a second face, opposite the first face.
  • the means for generating a magnetic field are distant from said second face.
  • the means for generating a magnetic field are intended to and configured to print on the blank a pressure in the direction of the anvil in a direction ZZ '. This pressure projects the blank, in particular the portion of the blank opposite the anvil, against the anvil. Thus, the pressure exerted comes to partially flatten the blank against the anvil, causing deformation of said blank.
  • the stamping device further comprises displacement means arranged to move the punch, relative to the means for generating a magnetic field, in a direction Z'Z, opposite to the direction ZZ '.
  • the punch is advantageously moved in translation.
  • the punch and the anvil are preferably made of a metallic material to contain the high pressures generated by the means for generating a magnetic field.
  • the blank is intended to conform to the shape of the punch to form the final stamped part.
  • the stamping device according to the invention differs from conventional stamping devices in that stamping is not performed by the punch itself, but by the means for generating a magnetic field.
  • the means for generating a magnetic field are used differently from the conventional frame of a magneto-forming process which forms the entire blank at one time.
  • the means for generating a magnetic field are arranged so as to generate magnetic pulses only on a part of the blank. The relative displacement in translation of the punch relative to the generating means makes it possible to move the area of the blank that will be touched by the magnetic pulses.
  • Such a device thus advantageously makes it possible to work mainly in compression but also in expansion.
  • stamping device is thus particularly suitable for the production of stamped parts, particularly deep-drawn parts, without generating folds or tearing to the workpiece. It is also suitable for producing dropped edges, with the advantages that magnetoforming can bring, such as obtaining radii of curvature less than 2 mm, fine engravings, or tight tolerances, as well as the avoidance of cracking. material in areas of high elongation, especially for aluminum.
  • the invention also fulfills the following characteristics, implemented separately or in each of their technically operating combinations.
  • the displacement means comprise a linear actuator.
  • the means for generating a magnetic field comprises at least one coil.
  • the stamping device comprises adjustment means configured to adjust the space between the anvil and the means for generating a magnetic field.
  • the stamping device comprises a blank holder configured to impose a retaining pressure on the movement of the blank against the punch.
  • the invention also relates to a process for magnetic pulse stamping of a blank for the production of a stamped part, from a stamping device according to one of its embodiments.
  • the method comprises the steps of:
  • steps b) and c) being repeated, preferably in a synchronized manner, until the desired shape is obtained for the finished stamped part.
  • synchronized means that the steps are performed either successively, one after the other, or simultaneously.
  • the blank is positioned in the stamping device such that the blank rests solely on the bearing surface of the punch.
  • a magnetic pulse is generated by the generating means, exerting, on the one hand, an axial pressure on the blank towards the anvil, coming to press said blank on said anvil, and on the other hand, a radial pressure on the blank towards the punch, coming to press said blank on said punch.
  • the axial pressure projects a portion of the blank against the anvil.
  • the radial pressure projects another part of the blank against the punch.
  • FIG. 1 to 4 are diagrammatic sectional views of an embodiment of a stamping device according to the invention showing the successive steps of stamping a blank
  • Figure 5 a schematic view equivalent to Figure 1 illustrating a particular embodiment of the stamping device with a blank holder.
  • a stamping device 10, as illustrated in FIGS. 1 to 4, is intended for stamping blanks 50 in order to produce stamped parts, in particular deep-drawn parts.
  • the blanks 50 are made of a metallic material, such as steel.
  • the blank 50 has a first face 51 and a second face 52, opposite to the first.
  • the stamping device 10 is suitable for producing cups.
  • bucket is meant a stamped part having a hollow cylindrical shape.
  • the drawing device 10 comprises a first frame 20 and a second frame 30.
  • the first frame 20 may represent an upper part of the drawing device and the second frame 30, a lower part, as illustrated in the figures.
  • the first frame 20 may represent a lower portion, left or right, of the drawing device and the second frame 30, respectively an upper portion, right or left.
  • the first frame 20 carries a punch 21, preferably central.
  • Said punch comprises a bearing face 21 1 and side walls
  • the punch is in the form of a cylindrical body, preferably solid.
  • the blank 50 is intended to conform to the shape of an outer surface of the punch 21.
  • the punch 21 has, at the level of said outer surface, an imprint corresponding to the shape of the finished part, once stamped.
  • the punch 21 is movable in translation, along a vertical axis, by means of displacement 23 able to move the punch between a retracted position and an extended position.
  • the displacement means 23 are actuated manually or automatically.
  • the displacement means 23 comprise at least one linear, hydraulic or pneumatic actuator, such as a jack operating between the first frame 20 and the punch 21.
  • the fixed part of the linear actuator - for example the body of the jack - is housed in a recess (not shown) formed in the first frame 20.
  • the moving part of the linear actuator by example the piston of the cylinder, is able to move out of the recess to deploy the punch 21 and able to move to the recess to bring the punch 21 to its original position.
  • the movement of the punch 21 is controlled by control means.
  • the displacement means 23 are in the form of a support carrying a thrust screw adapted to cooperate with the punch 21 to move it in translation.
  • the first frame 20 further comprises an anvil 22.
  • Said anvil is arranged around the side walls 212 of the punch 21, when said punch is in its retracted position.
  • the anvil and the punch are spaced from each other by a predetermined distance.
  • the anvil 22 when the punch 21 is in the form of a cylindrical body, the anvil 22 has a shape in the form of an annular body surrounding the punch. In one embodiment, the anvil 22 can form the first frame 20.
  • the punch, at its bearing surface, and the anvil, at a free end 221, are at different heights.
  • the second frame 30 comprises a hollow body delimiting an open cavity 33.
  • the hollow body is formed of an upper portion 31 and lateral flanks 32.
  • the second frame 30 is arranged with respect to the first frame 20 so that:
  • the open cavity 33 of the hollow body is intended to receive the punch 21, when it moves vertically in a Z'Z direction, to its deployed position,
  • the free ends 321 of the lateral flanks 32 of the hollow body of the second frame are substantially vis-à-vis the free end of the anvil 22.
  • the hollow body and the punch 21 have dimensions such that the punch 21 can move freely in the open cavity 33 with, between their respective surfaces, a non-negligible clearance for the passage of the blank 50, in its thickness.
  • the open cavity 33 has a shape in the form of an annular body surrounding the punch.
  • the outer surface of the punch 21 and the inner wall of the hollow cavity 33 are of substantially complementary shape, the thickness of the final stamped piece and a set of operation.
  • the second frame 30 further comprises means for generating a magnetic field 34.
  • the means for generating a magnetic field 34 are arranged, at the free ends 321 of the lateral flanks 32 of the hollow body, facing the anvil 22.
  • the elements forming the stamping device namely the punch, the anvil and the means for generating a magnetic field 34 are arranged relative to one another so that:
  • the punch 21 is positioned so that its bearing surface 21 1, in a retracted or intermediate position, is intended to receive a central part of the first face 51 of the blank 50.
  • the blank 50 rests on the bearing surface of the punch.
  • the anvil is positioned facing the first face 51 of the blank 50, at a peripheral portion of said blank and the means for generating a magnetic field 34 are positioned opposite the second face 52 of the blank, also at the level of the peripheral portion of said blank.
  • the first face 51 of the blank is disposed at a distance from the free end 221 of the anvil 22.
  • the means for generating a magnetic field 34 are configured for and intended to create a concentrated magnetic field in a defined space and over a very short period.
  • the means for generating a magnetic field 34 are thus suitable and intended to print on the blank 50 a pressure in the direction of the anvil 22, according to a direction ⁇ '.
  • the pressure exerted comes to partially flatten the blank against the anvil 22, causing a deformation of said blank.
  • the means for generating a magnetic field 34 are a coil.
  • the means for generating a magnetic field are preferably part of an assembly which further comprises an electrical energy storage unit and one or more switches (not shown).
  • the electrical energy storage unit is configured for and intended to store a moderate energy, for example of the order of a few kilojoules to a few tens of kilojoules (kJ).
  • the storage unit is a discharge capacitor bank.
  • the first frame 20, the second frame 30, the anvil 22 and the punch 21 are preferably made of a metal material, for example steel, in order to have a structural strength to contain the high pressures generated by the impact of the blank 50 on the anvil 22, during the stamping process which will be described later.
  • the drawing device 10 comprises adjusting means (not shown) arranged to move the anvil 22 vertically, in translation.
  • Such means make it possible to reduce or increase the space e separating the anvil from the means for generating a magnetic field 34.
  • the dimensioning of the space e depends in particular on the material and the geometrical shape of the punch, and than the current pulse. The dimensioning of the space e is maximized so as to reduce the number of discharges and consequently the forming time.
  • the adjustment means are a linear, hydraulic or pneumatic actuator.
  • the stamping device 10 comprises a blank holder 60.
  • the blank holder is housed in the open cavity 33. It is configured to exert a pressure between the blank 50 and the punch 21, when said blank is in position on the punch. The adjustment of this pressure will condition the swallowing of the blank during its shaping.
  • the blank holder is held pressed against the second surface 52 of the blank 50 by compression means 61.
  • the compression means are a spring or a linear actuator, hydraulic or pneumatic, such as a jack, operating between the blank holder and an inner surface 31 1 of the second frame 30.
  • the blank 50 is cut to the desired dimensions (length and width, or diameter, and thickness) in a sheet.
  • step a the blank 50 is positioned in the drawing device 10.
  • the blank 50 is positioned between the first frame 20 and the second frame 30, as illustrated in FIG.
  • the blank 50 is disposed on the one hand at its central portion on the punch 21.
  • the blank 50 is arranged so that its first face 51 bears against the bearing face 21 1 of the punch.
  • the stamping device comprises a blank holder 60
  • the blank 50 is held in abutment against the bearing face 21 1 of the punch 21 by said blank holder.
  • the blank 50 is disposed on the other hand, at its peripheral portion, between the means for generating a magnetic field 34 and the anvil 22.
  • the first face 51 of the blank is disposed facing the anvil 22, distance from it.
  • the second face 52 of the blank is arranged facing the means for generating a magnetic field 34.
  • the blank bears on the bearing face 21 1 of the punch 21.
  • the blank does not rest on the anvil 22.
  • the punch 21 when the blank 50 has been deposited on the punch, the punch 21 is moved, from its retracted position, to translation in the direction Z'Z, to shift the blank 50 so that the second face 52 of said blank, at the peripheral portion of the blank, is placed in the immediate vicinity, for example of the order of a millimeter, means of generating a magnetic field 34.
  • the method then comprises a second step, called step b), of deformation of the blank 50 by magneto-forming.
  • the ends of the blank 50, located near the means for generating a magnetic field 34, are subjected to a magnetic field coming from the means for generating a magnetic field 34 so that an axial pressure is exerted against the second face 52 of the blank 50, and tightly presses said blank against the anvil 22.
  • the arrow illustrated in FIG. 2 represents the axial pressure exerted on the blank 50.
  • the blank 50 is deformed accordingly to come to rest against the anvil 22.
  • the means for generating a magnetic field 34 progressively deforms the peripheral portion of the blank 50 so as to obtain a first stamp of depth P1, less than a depth P of the stamping final sought.
  • the blank 50 is deformed and has a first stamp.
  • a third step said step c) the punch 21 is moved.
  • the punch 21 is translated by the displacement means 23, in the direction Z'Z, so as to cause the blank 50 to move in its movement, by moving the peripheral portion of the blank 50 away from the anvil 22, as illustrated in FIG. .
  • the punch 21 is moved in the Z'Z direction of a sufficient height so that the second face 52 of the blank 50 returns in the immediate vicinity of the magnetic field generating means 34.
  • the relative displacement of the punch 21 relative to the means for generating a magnetic field 34 and the anvil 22 is incrementally realized.
  • the relative displacement of the punch relative to the means for generating a magnetic field and the anvil is made continuously.
  • the shaping of the blank 50 by the means for generating a magnetic field 34 may be regarded as instantaneous with respect to the movement of the punch. Indeed, the duration of the movement of the punch is generally very slow (of the order of one second) with respect to the duration of the magnetic pulse generated by the means for generating a magnetic field 34 (of the order of the micro second).
  • the second and third steps are performed simultaneously without modifying the result of said steps.
  • steps b) and c) are reproduced sequentially.
  • Steps b) and c) are reproduced until the depth P of the final stamped part desired is obtained.
  • said means for generating a magnetic field 34 advantageously exert an axial pressure on the blank 50 towards the anvil 22. , plating said blank on said anvil.
  • Said means for generating a magnetic field 34 also exert a radial pressure on the blank 50 in the direction of the punch 21, plating said blank on said punch. This radial pressure of the blank 50 against the punch 21 advantageously allows said blank to perfectly fit the shape of the outer surface of the punch 21.
  • steps b) and c) depends in particular on the material constituting the blank, the desired depth of the stamped part.
  • the present invention is not limited to the preferred embodiments described above as non-limiting examples and variants. mentioned. It also relates to the embodiments within the scope of the skilled person.
  • the present invention achieves the objectives it has set for itself.
  • it proposes a stamping device adapted to the production of stamped parts, particularly deep-drawn parts, without generating folds or tearing parts.
  • Such a stamping device and the associated stamping process makes it possible to work the part mainly in compression but also in expansion.
  • the high speeds tend to minimize the appearance of folds, the invention advantageously makes it possible to produce dropped edges.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif d'emboutissage (10) d'un flan (50) pour la réalisation d'une pièce emboutie. Il comporte un poinçon (21) comportant une face d'appui (211), une enclume (22), des moyens de génération d'un champ magnétique (34). Le dispositif d'emboutissage étant configuré, dans une position initiale, de telle sorte que : - la face d'appui (211) du poinçon (21) est destinée à recevoir une partie d'une première face (51) du flan (50), - l'enclume et les moyens de génération d'un champ magnétique sont destinés à être disposés de part et d'autre d'une autre partie du flan, l'enclume (22) étant face à la première face (51), et les moyens de génération d'un champ magnétique face à une seconde face (52), opposée à la première face. Les moyens de génération d'un champ magnétique (34) sont aptes à imprimer au flan (50) une pression en direction de l'enclume, selon une direction ZZ'. Le dispositif d'emboutissage comporte en outre des moyens de déplacement (23) agencés pour déplacer le poinçon (21), relativement aux moyens de génération d'un champ magnétique (34), dans une direction opposée à la direction ZZ'.

Description

DISPOSITIF D'EMBOUTISSAGE PAR MAGNÉTO-FORMAGE ET
PROCÉDÉ ASSOCIÉ
Domaine de l'invention
La présente invention relève du domaine du formage, plus particulièrement de l'emboutissage.
La présente invention porte sur un dispositif et un procédé d'emboutissage de flans par impulsion magnétique pour la réalisation de pièces embouties, notamment de pièces dites à embouti profond.
Etat de la technique
Dans le domaine du formage, notamment métalliques, l'emboutissage est une méthode très souvent choisie, car robuste et bien maîtrisée.
L'emboutissage est couramment utilisé dans l'industrie, notamment dans l'industrie automobile pour former notamment des panneaux d'habillage, comme un capot ou une porte d'un véhicule automobile, en raison des cadences élevées de production admissibles.
L'emboutissage est un procédé de formage consistant à obtenir par déformation plastique d'un flan, sous l'action d'une pression, une pièce de forme plus ou moins complexe.
Le dispositif d'emboutissage pour mettre en œuvre ce procédé est composé essentiellement d'une matrice et d'un poinçon de forme quasi- complémentaire, entre lesquels est positionné le flan. L'obtention de la forme se fait par l'entraînement du flan sous l'action du poinçon dans la matrice. Le mouvement du flan est généralement contrôlé par un serre-flan, lui imposant une pression de retenue, dans le but de diminuer l'apparition de plis ou de déchirures sur la pièce emboutie finale.
Cependant, en présence d'une pièce difficile à mettre en forme, notamment une pièce à embouti profond, le choix de la force de serrage à imprimer au serre-flan s'avère difficile. Si la force de serre-flan est trop élevée, les plis sont supprimés mais le risque de déchirure est élevé. Si la force de serre-flan est trop faible, le risque de formation de plis est élevé. Pour réaliser des pièces à embouti profond, des alternatives au procédé d'emboutissage sont connues.
Parmi elles, on peut citer le procédé d'hydroformage. Dans ce procédé, les flans sont mis en forme par l'action d'un fluide sous pression.
Le dispositif d'hydroformage associé se compose d'une enceinte hermétiquement fermée formée en deux parties dont un moule creux présentant une empreinte complémentaire à la forme de la pièce que l'on souhaite obtenir. Le flan est placé à l'intérieur de l'enceinte. Une pression hydraulique est exercée sur celui-ci venant le plaquer contre l'empreinte du moule. Le fluide peut être mis sous pression de diverses manières. Parmi les procédés d'hydroformage existants, on peut citer le procédé d'électro- hydroformage, dit procédé EHF (de l'anglo-saxon Electro Hydraulic Forming).
Un tel procédé présente de nombreux avantages, notamment une réduction importante du retour élastique, ou encore des coûts de fabrication faibles. Cependant, les inconvénients majeurs résident dans le temps cycle nécessaire à l'emboutissage de la pièce (temps de gestion de l'eau) et dans la nécessité de mettre en contact la pièce à former avec de l'eau (corrosion possible) .
On peut également citer les procédés de mise en forme à chaud, tel que le procédé de formage superplastique, dit procédé SPF (de l'anglo-saxon Superplastic Forming). Ce procédé est basé sur la capacité de certains alliages, par exemple le titane, à supporter une déformation importante. Ces alliages, appelés par la suite alliages superplastiques, peuvent atteindre des allongements allant parfois au-delà de 1000% sous certaines conditions de température, de pression et de déformation alors que les alliages classiques se déforment généralement uniquement de l'ordre de 20%.
Le dispositif de formage SPF associé se compose d'une enceinte fermée hermétiquement formée en deux parties dont un moule creux présentant une empreinte complémentaire à la géométrie externe finale de la pièce que l'on souhaite obtenir. Le flan est placé à l'intérieur de l'enceinte et maintenu fixement entre les deux parties. Un gaz sous pression est injecté dans l'enceinte et vient plaquer le flan, en le déformant, contre l'empreinte. La pression et la température, de l'ordre de 900°C pour des alliages de titane, doivent être parfaitement maîtrisées.
Les désavantages manifestes liés à ce dispositif de formage SPF et au procédé associé résident dans le temps de cycle, le coût et le fait que seuls certains matériaux sont utilisables.
Exposé de l'invention
La présente invention a notamment pour objectif de remédier à tout ou partie des limitations des solutions de l'art antérieur, notamment celles exposées ci-avant, en proposant une solution qui permette l'obtention de pièces embouties, et notamment des pièces à embouti profond.
A cet effet, l'invention vise en premier lieu un dispositif d'emboutissage d'un flan pour la réalisation d'une pièce emboutie comportant :
- un poinçon comportant une face d'appui,
- une enclume,
- des moyens de génération d'un champ magnétique.
Par le terme de flan, on désigne une plaque mince, notamment en matériau métallique. Une plaque est dite mince lorsqu'une de ses dimensions est nettement inférieure aux deux autres, typiquement d'au moins un ordre de grandeur.
Dans une position initiale, c'est-à-dire avant la phase d'emboutissage, le dispositif d'emboutissage est configuré de telle sorte que :
- la face d'appui du poinçon est destinée à recevoir une partie d'une première face du flan,
- l'enclume et les moyens de génération d'un champ magnétique sont destinés à être disposés de part et d'autre d'une autre partie du flan.
L'enclume est en vis-à-vis de la première face, et les moyens de génération d'un champ magnétique sont en vis-à-vis d'une seconde face, opposée à la première face. Les moyens de génération d'un champ magnétique sont distants de ladite seconde face. Les moyens de génération d'un champ magnétique sont destinés à et configurés pour imprimer au flan une pression en direction de l'enclume, selon une direction ZZ'. Cette pression projette le flan, notamment la partie du flan en vis-à-vis de l'enclume, contre l'enclume. Ainsi, la pression exercée vient plaquer en partie le flan contre l'enclume, provoquant une déformation dudit flan.
Le dispositif d'emboutissage comporte en outre des moyens de déplacement agencés pour déplacer le poinçon, relativement aux moyens de génération d'un champ magnétique, dans une direction Z'Z, opposée à la direction ZZ'. Le poinçon est avantageusement déplacé en translation.
Le poinçon et l'enclume sont de préférence réalisés dans un matériau métallique pour contenir les fortes pressions générées par les moyens de génération d'un champ magnétique.
Selon l'invention, le flan est destiné à venir se conformer à la forme du poinçon pour former la pièce emboutie finale.
Le dispositif d'emboutissage selon l'invention se différentie des dispositifs d'emboutissage classiques en ce qui l'emboutissage n'est pas réalisé par le poinçon lui-même, mais par les moyens de génération d'un champ magnétique.
De même, les moyens de génération d'un champ magnétique sont utilisés différemment du cadre classique d'un procédé de magnéto-formage qui forme l'ensemble du flan en une seule fois. Les moyens de génération d'un champ magnétique sont agencés de sorte à ne générer des impulsions magnétiques que sur une partie du flan. Le déplacement relatif en translation du poinçon par rapport aux moyens de génération permet de déplacer la zone du flan qui sera touchée par les impulsions magnétiques.
Un tel dispositif permet ainsi avantageusement de travailler principalement en compression mais également en expansion.
Un tel dispositif d'emboutissage est ainsi particulièrement adapté à la réalisation de pièces embouties, notamment des pièces à embouties profond, sans générer de plis ni de déchirures à la pièce. Il est également adapté à la réalisation de bords tombés, avec les avantages que peut apporter le magnétoformage, tels que l'obtention de rayons de courbure inférieurs à 2mm, de gravures fines, ou de tolérances serrées, ainsi que l'évitement de la fissuration du matériau dans les zones à fort allongement, notamment pour l'aluminium.
Suivant des modes de mise en œuvre préférés, l'invention répond en outre aux caractéristiques suivantes, mises en œuvre séparément ou en chacune de leurs combinaisons techniquement opérantes.
Selon des modes de réalisation préférés, les moyens de déplacement comportent un actionneur linéaire.
Selon des modes de réalisation préférés, les moyens de génération d'un champ magnétique comporte au moins une bobine.
Selon des modes de réalisation préférés, le dispositif d'emboutissage comporte des moyens de réglage configurés pour ajuster l'espace entre l'enclume et les moyens de génération d'un champ magnétique.
Selon des modes de réalisation préférés, le dispositif d'emboutissage comporte un serre-flan configuré pour imposer une pression de retenue au mouvement du flan, contre le poinçon.
L'invention est également relative à un procédé d'emboutissage par impulsion magnétique d'un flan pour la réalisation d'une pièce emboutie, à partir d'un dispositif d'emboutissage conforme à l'un de ses modes de réalisation. Le procédé comporte les étapes de :
a) positionnement du flan dans le dispositif d'emboutissage, b) soumission du flan à un champ magnétique provoqué par les moyens de génération d'un champ magnétique de sorte qu'une pression s'exerce sur la deuxième face du flan selon une direction ZZ' et vient plaquer ledit flan contre l'enclume,
c) déplacement du poinçon par les moyens de déplacement selon une direction Z'Z, opposée à la direction ZZ',
les étapes b) et c) étant répétées, préférentiellement de manière synchronisée, jusqu'à l'obtention de la forme souhaitée pour la pièce emboutie finie. Par synchronisée, on entend que les étapes sont réalisées soit successivement, l'une après l'autre, soit simultanément.
Le flan est positionné dans le dispositif d'emboutissage de telle sorte que le flan repose uniquement sur la surface d'appui du poinçon.
Au fur et à mesure du déplacement du poinçon, une impulsion magnétique est générée par les moyens de génération, exerçant, d'une part, une pression axiale sur le flan en direction de l'enclume, venant plaquer ledit flan sur ladite enclume, et d'autre part, une pression radiale sur le flan en direction du poinçon, venant plaquer ledit flan sur ledit poinçon.
La pression axiale projette une partie du flan contre l'enclume. La pression radiale projette une autre partie du flan contre le poinçon.
Cette double pression, axiale et radiale, permet avantageusement à la fois de déformer le flan et de le plaquer contre le poinçon, lui faisant épouser la forme de celui-ci. Présentation des figures
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description ci-après, donnée à titre d'exemple nullement limitatif, et faite en se référant aux figures qui représentent :
Figure 1 à 4, des vues schématiques en coupe d'un mode de réalisation d'un dispositif d'emboutissage selon l'invention montrant les étapes successives d'emboutissage d'un flan,
Figure 5, une vue schématique équivalente à la figure 1 illustrant un mode particulier du dispositif d'emboutissage avec un serre-flan.
Dans ces figures, des références identiques d'une figure à une autre désignent des éléments identiques ou analogues. Pour des raisons de clarté, les éléments représentés ne sont pas à l'échelle, sauf mention contraires.
Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention
Un dispositif d'emboutissage 10, tel qu'illustré sur les figures 1 à 4, est destiné à l'emboutissage de flans 50, en vue de réaliser des pièces embouties, notamment des pièces à embouti profond. Dans un exemple de réalisation, les flans 50 sont réalisés dans un matériau métallique, tel que l'acier.
Le flan 50 présente une première face 51 et une seconde face 52, opposée à la première.
Dans un exemple préféré de réalisation, non limitatif de l'invention, le dispositif d'emboutissage 10, tel que représenté en coupe sur les figures 1 à 4, est adapté à la réalisation de godets. Par godet, on entend une pièce emboutie présentant une forme cylindrique creuse.
L'homme comprendra aisément que l'enseignement de la présente invention est transposable à d'autres formes de réalisation.
Dans la présente description, les termes tels que supérieur, inférieur, haut, bas, gauche, droit sont utilisés par souci de simplicité, en se référant à l'orientation des différents éléments présentés sur les figures 1 à 4. Toutefois, sauf indications contraires, ces termes caractérisent seulement la disposition relative de ces éléments, après une rotation imaginaire éventuelle par rapport à l'orientation effective de l'ensemble dans l'espace.
Le dispositif d'emboutissage 10 comporte un premier bâti 20 et un deuxième bâti 30. Le premier bâti 20 peut représenter une partie supérieure du dispositif d'emboutissage et le deuxième bâti 30, une partie inférieure, comme illustré sur les figures. A titre de variante, et sans se départir du cadre de l'invention, le premier bâti 20 peut représenter une partie inférieure, gauche ou droite, du dispositif d'emboutissage et le deuxième bâti 30, respectivement une partie supérieure, droite ou gauche.
Premier bâti
Le premier bâti 20 porte un poinçon 21 , de préférence central.
Ledit poinçon comporte une face d'appui 21 1 et des parois latérales
212.
Dans l'exemple particulier où la pièce emboutie finale est un godet, le poinçon se présente sous la forme d'un corps cylindrique, de préférence plein.
Selon l'invention, le flan 50 est destiné à venir se conformer à la forme d'une surface externe du poinçon 21 . Ainsi, le poinçon 21 présente, au niveau de ladite surface externe, une empreinte correspondant à la forme de la pièce finie, une fois emboutie.
Le poinçon 21 est mobile en translation, selon un axe vertical, grâce à des moyens de déplacement 23 aptes à déplacer le poinçon entre une position rétractée et une position déployée.
Dans l'exemple de la figure 4, le poinçon 21 est illustré en position déployée.
Les moyens de déplacement 23 sont actionnés manuellement ou de manière automatique.
Dans un exemple de réalisation, les moyens de déplacement 23 comportent au moins un actionneur linéaire, hydraulique ou pneumatique, tel qu'un vérin opérant entre le premier bâti 20 et le poinçon 21 . Dans cet exemple de réalisation, préférentiellement, la partie fixe de l'actionneur linéaire - par exemple le corps du vérin - est logé dans un renfoncement (non représenté) pratiqué dans le premier bâti 20. La partie mobile de l'actionneur linéaire, par exemple le piston du vérin, est apte à se déplacer hors du renfoncement pour déployer le poinçon 21 et apte à se déplacer vers le renfoncement pour ramener le poinçon 21 dans sa position initiale. De manière particulièrement avantageuse, le déplacement du poinçon 21 est commandé par des moyens de commande.
Dans une variante de réalisation, les moyens de déplacement 23 se présentent sous la forme d'un support portant une vis de poussée apte à coopérer avec le poinçon 21 pour le déplacer en translation.
Le premier bâti 20 comporte en outre une enclume 22.
Ladite enclume est agencée autour des parois latérales 212 du poinçon 21 , lorsque ledit poinçon est dans sa position rétractée.
L'enclume et le poinçon sont espacés l'un de l'autre d'une distance prédéterminée.
Dans un exemple de réalisation, lorsque le poinçon 21 se présente sous la forme d'un corps cylindrique, l'enclume 22 présente une forme se présentant sous la forme d'un corps annulaire entourant le poinçon. Dans une forme de réalisation, l'enclume 22 peut former le premier bâti 20.
Le poinçon, au niveau de sa surface d'appui, et l'enclume, au niveau d'une extrémité libre 221 , sont à des hauteurs distinctes.
Deuxième bâti
Le deuxième bâti 30 comporte un corps creux délimitant une cavité ouverte 33.
Comme illustré sur les figures 1 à 4, le corps creux est formé d'une partie supérieure 31 et de flancs latéraux 32.
Le deuxième bâti 30 est agencé par rapport au premier bâti 20 de façon telle que :
- la cavité ouverte 33 du corps creux est destinée à recevoir le poinçon 21 , lorsque celui-ci se déplace verticalement, dans une direction Z'Z, jusqu'à sa position déployée,
- les extrémités libres 321 des flancs latéraux 32 du corps creux sont sensiblement en vis-à-vis de l'enclume 22.
Les extrémités libres 321 des flancs latéraux 32 du corps creux du deuxième bâti sont sensiblement en vis-à-vis de l'extrémité libre de l'enclume 22.
Le corps creux et le poinçon 21 présentent des dimensions telles que le poinçon 21 puisse se déplacer librement dans la cavité ouverte 33 avec, entre leurs surfaces respectives, un jeu non négligeable pour le passage du flan 50, dans son épaisseur.
Dans un exemple non limitatif de réalisation, lorsque le poinçon 21 se présente sous la forme d'un corps cylindrique, la cavité ouverte 33 présente une forme se présentant sous la forme d'un corps annulaire entourant le poinçon.
Dans une forme de réalisation, la surface externe du poinçon 21 et la paroi interne de la cavité creuse 33 sont de forme quasi-complémentaire, à l'épaisseur de la pièce emboutie finale près et d'un jeu de fonctionnement. Le deuxième bâti 30 comporte en outre des moyens de génération d'un champ magnétique 34.
Les moyens de génération d'un champ magnétique 34 sont disposés, au niveau des extrémités libres 321 des flancs latéraux 32 du corps creux, face à l'enclume 22.
Comme illustré sur les figures 1 à 4, les éléments formant le dispositif d'emboutissage, à savoir le poinçon, l'enclume et les moyens de génération d'un champ magnétique 34 sont disposés les uns par rapport aux autres de telle sorte que :
- dans une position initiale du dispositif d'emboutissage (figure 1 ), c'est-à-dire avant le début du procédé d'emboutissage, le flan 50 est positionné à plat entre les divers éléments,
- dans une position finale du dispositif d'emboutissage (figure 4), c'est-à-dire à la fin du procédé d'emboutissage, le flan 50 est plaqué autour du poinçon 21 , formant la pièce emboutie.
Plus précisément, concernant la position initiale du dispositif d'emboutissage illustrée sur la figure 1 , le poinçon 21 est positionné de sorte que sa face d'appui 21 1 , dans une position rétractée ou intermédiaire, est destinée à recevoir une partie centrale de la première face 51 du flan 50. Le flan 50 repose sur la surface d'appui du poinçon. L'enclume est positionnée face à la première face 51 du flan 50, au niveau d'une partie périphérique dudit flan et les moyens de génération d'un champ magnétique 34 sont positionnés face à la seconde face 52 du flan, également au niveau de la partie périphérique dudit flan. La première face 51 du flan est disposée à distance de l'extrémité libre 221 de l'enclume 22.
Les moyens de génération d'un champ magnétique 34 sont configurés pour et destinés à créer un champ magnétique concentré dans un espace délimité et sur une période très brève.
Préférentiellement, tel qu'illustré sur les figures 1 à 4, les moyens de génération d'un champ magnétique 34, tels que positionnés, sont ainsi aptes et destinés à imprimer au flan 50 une pression en direction de l'enclume 22, selon une direction ΖΖ'. La pression exercée vient plaquer en partie le flan contre l'enclume 22, provoquant une déformation dudit flan.
Dans un exemple de réalisation, les moyens de génération d'un champ magnétique 34 sont une bobine.
Les moyens de génération d'un champ magnétique font de préférence partie intégrante d'un ensemble qui comporte en outre une unité de stockage d'énergie électrique et un ou plusieurs commutateurs (non représentés).
L'unité de stockage d'énergie électrique est configurée pour et destinée à emmagasiner une énergie modérée, par exemple de l'ordre de quelques kilojoules à quelques dizaines de kilojoules (kJ).
Dans un exemple préféré de réalisation, l'unité de stockage est une batterie de condensateurs de décharge.
Le premier bâti 20, le deuxième bâti 30, l'enclume 22 et le poinçon 21 sont préférentiellement réalisés dans un matériau métallique, par exemple en acier, afin de présenter une résistance structurale permettant de contenir les fortes pressions générées par l'impact du flan 50 sur l'enclume 22, lors du procédé d'emboutissage qui sera décrit ultérieurement.
Dans un mode de réalisation, le dispositif d'emboutissage 10 comporte des moyens de réglage (non représentés) agencés pour déplacer l'enclume 22 verticalement, en translation. De tels moyens permettent de réduire ou d'augmenter l'espace e séparant l'enclume des moyens de génération d'un champ magnétique 34. Le dimensionnement de l'espace e est fonction notamment du matériau et de la forme géométrique du poinçon, ainsi que de l'impulsion du courant. Le dimensionnement de l'espace e est maximisé de sorte à réduire le nombre de décharges et par conséquent le temps de formage.
Dans des exemples de réalisation, les moyens de réglage sont un actionneur linéaire, hydraulique ou pneumatique.
Dans un mode de réalisation, illustré sur la figure 5, le dispositif d'emboutissage 10 comporte un serre-flan 60. Le serre-flan est logé dans la cavité ouverte 33. Il est configuré pour exercer une pression entre le flan 50 et le poinçon 21 , lorsque ledit flan est en position sur le poinçon. L'ajustement de cette pression va conditionner avalement du flan lors de sa mise en forme.
Dans un exemple de réalisation, le serre-flan est maintenu plaqué contre la deuxième surface 52 du flan 50 par des moyens de compression 61 .
Dans des exemples de réalisation, les moyens de compression sont un ressort ou un actionneur linéaire, hydraulique ou pneumatique, tel qu'un vérin, opérant entre le serre-flan et une surface interne 31 1 du deuxième bâti 30.
Un exemple de procédé d'emboutissage à partir d'un tel dispositif d'emboutissage est à présent décrit.
Dans une étape préalable, le flan 50 est découpé, aux dimensions souhaitées (longueur et largeur, ou diamètre, et épaisseur), dans une tôle.
Dans une première étape, dite étape a), le flan 50 est positionné dans le dispositif d'emboutissage 10.
Le flan 50, de forme sensiblement plate, est positionné entre le premier bâti 20 et le deuxième bâti 30, comme illustré sur la figure 1 .
Dans un mode de mise en œuvre, le flan 50 est disposé d'une part au niveau de sa partie centrale sur le poinçon 21 . Le flan 50 est disposé de sorte que sa première face 51 vienne en appui contre la face d'appui 21 1 du poinçon.
Lorsque le dispositif d'emboutissage comporte un serre-flan 60, le flan 50 est maintenu en appui contre la face d'appui 21 1 du poinçon 21 par ledit serre-flan.
Le flan 50 est disposé d'autre part, au niveau de sa partie périphérique, entre les moyens de génération d'un champ magnétique 34 et l'enclume 22. La première face 51 du flan est disposée face à l'enclume 22, à distance de celle-ci. La deuxième face 52 du flan est disposée face aux moyens de génération d'un champ magnétique 34.
Le flan prend appui sur la face d'appui 21 1 du poinçon 21 . Le flan ne prend pas appui sur l'enclume 22.
Dans un exemple de mise en œuvre, lorsque le flan 50 a été déposé sur le poinçon, le poinçon 21 est déplacé, à partir de sa position rétractée, en translation selon la direction Z'Z, pour décaler le flan 50 de sorte que la deuxième face 52 dudit flan, au niveau de la partie périphérique du flan, se place à proximité immédiate, par exemple de l'ordre du millimètre, des moyens de génération d'un champ magnétique 34.
Le procédé comporte ensuite une deuxième étape, dite étape b), de déformation du flan 50 par magnéto-formage.
Les extrémités du flan 50, situées à proximité des moyens de génération d'un champ magnétique 34, sont soumises à un champ magnétique provenant des moyens de génération d'un champ magnétique 34 de sorte qu'une pression, axiale, s'exerce contre la seconde face 52 du flan 50, et vient plaquer étroitement ledit flan contre l'enclume 22. La flèche illustrée sur la figure 2 représente la pression axiale exercée sur le flan 50.
Le flan 50 se déforme en conséquence pour venir s'appuyer contre l'enclume 22.
Lors de cette étape b) représentée sur la figure 2, les moyens de génération d'un champ magnétique 34 déforme progressivement la partie périphérique du flan 50 de façon à obtenir un premier embouti de profondeur P1 , inférieur à une profondeur P de l'embouti final recherché.
A l'issue de cette étape b), le flan 50 est déformé et présente un premier embouti.
Dans une troisième étape, dite étape c), le poinçon 21 est déplacé. Le poinçon 21 est translaté par les moyens de déplacement 23, dans la direction Z'Z, de sorte à entraîner dans son déplacement le flan 50, en éloignant la partie périphérique du flan 50 de l'enclume 22, comme illustré sur la figure 3.
Le déplacement du poinçon 21 , et par conséquent celui du flan 50, est réalisé dans la direction opposée à la direction du déplacement du flan 50 lors de l'étape b).
Dans un mode de mise en œuvre de cette troisième étape, le poinçon 21 est déplacé dans la direction Z'Z d'une hauteur suffisante pour que la seconde face 52 du flan 50 revienne à proximité immédiate des moyens de génération d'un champ magnétique 34. Dans un exemple de mise en œuvre, le déplacement relatif du poinçon 21 par rapport aux moyens de génération d'un champ magnétique 34 et à l'enclume 22 est réalisé de manière incrémentale.
Dans un exemple de mise en œuvre, le déplacement relatif du poinçon par rapport aux moyens de génération d'un champ magnétique et à l'enclume est réalisé de manière continu. La mise en forme du flan 50 par les moyens de génération d'un champ magnétique 34 peut être considérée comme instantanée par rapport au déplacement du poinçon. En effet, la durée du déplacement du poinçon est généralement très lente (de l'ordre de la seconde) par rapport à la durée de l'impulsion magnétique générée par les moyens de génération d'un champ magnétique 34 (de l'ordre de la micro seconde). Dans le cas particulier de ce mode de mise en œuvre, les deuxième et troisième étapes sont réalisées simultanément sans modifier le résultat desdites étapes.
Dans une quatrième étape, les étapes b) et c) sont reproduites séquentiellement.
Les étapes b) et c) sont reproduites jusqu'à l'obtention de la profondeur P de la pièce emboutie finale que l'on souhaite obtenir.
Au fur et à mesure du déplacement relatif du poinçon 21 par rapport aux moyens de génération d'un champ magnétique 34, lesdits moyens de génération d'un champ magnétique 34 exercent avantageusement une pression axiale sur le flan 50 en direction de l'enclume 22, venant plaquer ledit flan sur ladite enclume. Lesdits moyens de génération d'un champ magnétique 34 exercent également une pression radiale sur le flan 50 en direction du poinçon 21 , venant plaquer ledit flan sur ledit poinçon. Cette pression radiale du flan 50 contre le poinçon 21 permet avantageusement audit flan de venir épouser parfaitement la forme de la surface externe du poinçon 21 .
Le nombre d'itérations des étapes b) et c) dépend notamment du matériau constituant le flan, de la profondeur souhaitée de la pièce emboutie. La présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation préférées décrites ci-dessus à titres d'exemples non limitatifs et aux variantes évoquées. Elle concerne également les variantes de réalisation à la portée de l'homme du métier.
La description ci-avant illustre clairement que par ses différentes caractéristiques et leurs avantages, la présente invention atteint les objectifs qu'elle s'était fixés. En particulier, elle propose un dispositif d'emboutissage adapté à la réalisation de pièces emboutie, notamment de pièces à embouti profond, sans générer de plis ni de déchirures à la pièce. Un tel dispositif d'emboutissage et du procédé d'emboutissage associé permet de travailler la pièce principalement en compression mais également en expansion. De plus, les hautes vitesses ayant tendance à minimiser l'apparition des plis, l'invention permet avantageusement de réaliser des bords tombés.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'emboutissage (10) d'un flan (50) pour la réalisation d'une pièce emboutie comportant :
- un poinçon (21 ) comportant une face d'appui (21 1 ),
- une enclume (22),
- des moyens de génération d'un champ magnétique (34), ledit dispositif d'emboutissage étant configuré, dans une position initiale, de telle sorte que :
- la face d'appui (21 1 ) du poinçon (21 ) est destinée à recevoir une partie d'une première face (51 ) du flan (50),
- l'enclume (22) et les moyens de génération d'un champ magnétique (34) sont destinés à être disposés de part et d'autre d'une autre partie du flan (50),
l'enclume (22) étant en vis-à-vis de la première face (51 ), et les moyens de génération d'un champ magnétique (34) en vis-à- vis d'une seconde face (52), opposée à la première face, à distance de ladite seconde face,
lesdits moyens de génération d'un champ magnétique (34) étant destinés à et configurés pour imprimer au flan (50) une pression en direction de l'enclume, selon une direction ZZ', venant plaquer ledit flan sur ladite enclume,
le dispositif d'emboutissage comportant des moyens de déplacement (23) agencés pour déplacer le poinçon (21 ), relativement aux moyens de génération d'un champ magnétique (34), dans une direction opposée à la direction ZZ'.
2. Dispositif d'emboutissage (10) selon la revendication 1 dans lequel les moyens de déplacement (23) comportent un actionneur linéaire.
3. Dispositif d'emboutissage (10) selon l'une des revendications précédentes comportant des moyens de réglage configurés pour ajuster l'espace entre l'enclume (22) et les moyens de génération d'un champ magnétique (34).
4. Dispositif d'emboutissage (10) selon l'une des revendications précédentes comportant un serre-flan (60) configuré pour imposer une pression de retenue au mouvement du flan, contre le poinçon (21 ).
5. Procédé d'emboutissage par impulsion magnétique d'un flan (50) pour la réalisation d'une pièce emboutie, à partir d'un dispositif d'emboutissage (10) conforme à l'une des revendications 1 à 4, comportant les étapes de :
a) positionnement du flan (50) dans le dispositif d'emboutissage (10),
b) soumission du flan à un champ magnétique provoqué par les moyens de génération d'un champ magnétique (34) de sorte qu'une pression s'exerce sur la deuxième face (52) du flan (50) selon une direction ZZ' et vient plaquer ledit flan contre l'enclume (22),
c) déplacement du poinçon (21 ) par les moyens de déplacement selon une direction opposée à la direction ZZ',
les étapes b) et c) étant répétées jusqu'à l'obtention de la forme souhaitée pour la pièce emboutie finie.
6. Procédé d'emboutissage selon la revendication 5 dans lequel, au fur et à mesure du déplacement du poinçon (21 ), une pression radiale s'exerce sur le flan (50) en direction dudit poinçon, venant plaquer ledit flan sur ledit poinçon.
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