WO2022043373A1 - Procédé de mise en forme d'une pièce tubulaire comportant une cavité - Google Patents

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    • B21D26/037—Forming branched tubes

Definitions

  • TITLE Process for shaping a tubular part comprising a cavity
  • the invention relates to a method for producing a substantially tubular part comprising at least one sleeve of a first section and a cavity of a second section, the ratio of the second section to the first section being greater than the capacity of expansion of matter.
  • cavity is called a closed bulge, including a significant increase in section relative to the initial section of the tubular part.
  • a cavity forms, in particular in an internal combustion engine exhaust line, an acoustic volume making it possible to dampen pressure vibrations and sound vibrations.
  • a part comprising a cavity can be arranged in series on the exhaust line and then requires two openings or end sleeves. It can also be arranged as a branch and then requires only one opening or end sleeve.
  • this part can be produced from a tube by hydroforming. Via the end or ends, a pressurized liquid is injected into the tube so that the walls of the tube conform to the walls of the mould. This technique can be applied to make a cavity. However, it is not possible to deform the material of the tube beyond its intrinsic capacity for expansion.
  • stamping which deforms and moves the material of a blank between a punch and a die. But the type of tooling does not make it possible to produce a cavity in a tube. Also, for these new designs, the required section ratios cannot be achieved by deforming a tube by the hydroforming operation alone.
  • the subject of the invention is a method for producing a substantially tubular part comprising at least one sleeve of a first section and a cavity of a second section, the ratio of the second section to the first section being greater than that allows the intrinsic capacity for expansion of the material, comprising the following steps: cutting of a substantially rectangular blank blank, increased on two opposite edges, additions of material capable of allowing the formation of a pre-cavity, stamping of the blank blank to obtain a substantially U-shaped section, by forming a pre-cavity using the additions of material, so as to make the edges straight, while maintaining a substantially uniform thickness, rolling of the stamping to bring the facing edges, docking and welding of the edges to form a blank shape, hydroforming the cavity by expanding the blank shape, mainly at the level of the pre-cavity, in order to form the cavity.
  • the method further comprises at least one step of laser welding or splicing to assemble several elementary blanks to obtain the blank blank,
  • the method further comprises a cutting step, between the stamping step and the rolling step, to make the edges straight
  • the process also includes a bending step along the longitudinal axis between the welding step and the hydroforming step,
  • the method further comprises a step of forming said at least one sleeve, before the hydroforming step,
  • the method further comprises a step of annealing to normalize the blank shape obtained, - the method is applied to the production of a tube comprising an acoustic cavity,
  • the acoustic cavity is not axisymmetric.
  • an exhaust line comprising such a part.
  • FIG. 1 shows a blank blank
  • FIG. 2 shows the stamping obtained by a first stamping operation from the blank blank
  • FIG. 3 shows the blank shape obtained by a second forming/rolling operation, starting from the stamping
  • FIG. 4 shows the respective sections of the blank shape of figure 3
  • FIG. 5 shows the final part, after hydroforming the blank shape.
  • the invention relates to a method for shaping a part 1, such as that illustrated in FIG. 5.
  • a part 1 comprises at least one substantially cylindrical sleeve 2, 3 with a longitudinal axis A.
  • Said at least one sleeve 2, 3 presents a first section S1, S3.
  • Part 1 further comprises a cavity 4 of second section S4, such that the ratio of the second section S4 to the first section S1 is greater than the intrinsic expansion capacity of the material allows.
  • the principle of the invention is to produce a blank shape, illustrated in Figure 3, comprising a pre-cavity 9.
  • the ratio of the second section S4 to the section S2 of this pre-cavity 9 is, for its part, less than the intrinsic capacity for expansion of the material allows.
  • a hydroforming of the blank shape then makes it possible to obtain the part 1 while respecting the deformation constraints of the material.
  • the invention produces, by stamping, a tube comprising more material at the level of a pre-cavity 9. This additional material then makes it possible to form the final cavity 4.
  • the method according to the invention comprises the following steps.
  • the first four steps are used to form the blank shape.
  • the fifth and final step is the hydroforming step.
  • a first step consists in cutting out a blank blank 6.
  • This blank blank 6, illustrated in FIG. 1, is substantially rectangular, as if to obtain a cylindrical tube by rolling. However, it is increased on two opposite edges 8, by addition of material 7. These additions of material 7 are shaped and dimensioned so as to allow the formation of the desired pre-cavity 9.
  • the blank blank 6 is stamped. This forming is performed along an axis normal to the plane of the blank shape. It is such that the stamping, as illustrated in FIG. 2, generally adopts a U-shape. A pre-cavity 9 is simultaneously formed, presenting an even deeper U. This is made possible by the use of material additions 7. This is done in such a way as to make the edges 8 straight.
  • the initial shape of the material additions 7 is decisive.
  • the constraint of obtaining straight edges 8 after stamping determines the initial shape of the additions of material 7.
  • the stamping operation is again carried out so as to maintain, at any point of the stamping, a substantially uniform thickness.
  • the stamping operation makes it possible to move material to bring it into the zone of the pre-cavity 9 where it is then used.
  • the constancy of the thickness makes it possible to start the hydroforming operation with a material in a slightly stretched state and therefore having a maximum capacity for expansion.
  • the stamping is rolled or otherwise shaped, so as to bring the edges 8 facing each other.
  • the cavity 4 is hydroformed by expanding the blank shape, mainly at the level of the pre-cavity 9, in order to form the cavity 4.
  • Figure 4 shows the comparative sections, perpendicular to the longitudinal axis A.
  • S1 and S3 are the sections of the sleeves 2, 3.
  • S2 is the section of the pre-cavity 9.
  • S4 is the section of the final cavity 4.
  • the blank blank 6 can be obtained by assembling several elementary blanks of different shades or thicknesses. This assembly is advantageously made by welding and/or laser butting.
  • edges 8 are not completely straight. Also, it is possible to add a cutting step to make the edges 8 straight. This cutting step occurs between the stamping step and the rolling step,
  • the ends of the part 1 can also be shaped, by forming the sleeve or sleeves 2, 3, according to any technique known to those skilled in the art. This is done, if necessary, before the hydroforming step.
  • the method is advantageously applicable to the production of a tube comprising an acoustic cavity.
  • the method is advantageously particularly suitable for producing an acoustic cavity not axisymmetric, which is interesting in exhaust lines arranged under the hood or under the floor to accept the installation constraints.
  • the invention also relates to any part 1 made by means of such a process.
  • the invention also relates to an exhaust line comprising such a part

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Abstract

L'invention concerne un procédé de réalisation d'une pièce (1) sensiblement tubulaire comprenant au moins un manchon (2, 3) et une cavité (4), comprenant les étapes suivantes : - découpe d'un flan ébauche (6) sensiblement rectangulaire, augmenté sur deux bords opposés (8), des ajouts de matière (7) aptes à permettre la formation d'une pré-cavité (9) - emboutissage du flan ébauche (6) selon une section sensiblement en forme de U, en formant une pré-cavité (9) en utilisant les ajouts de matière (7), de telle manière à rendre rectilignes les bords (8), - roulage de l'embouti pour amener les bords (8) en regard, - accostage et soudage des bords (8), pour former une forme ébauche, - hydroformage de la cavité (4) en expansant la forme ébauche, principalement au niveau de la pré-cavité (9), afin de former la cavité (4).

Description

TITRE : Procédé de mise en forme d’une pièce tubulaire comportant une cavité
Domaine technique
L’invention concerne un procédé de réalisation d’une pièce sensiblement tubulaire comprenant au moins un manchon d’une première section et une cavité d’une deuxième section, le rapport de la deuxième section à la première section étant supérieur à la capacité d’expansion de la matière.
Technique antérieure
Il est connu de réaliser des cavités dans des pièces tubulaires. On nomme ici cavité un renflement fermé, incluant une augmentation importante de la section relativement à la section initiale de la pièce tubulaire. Une telle cavité forme, notamment dans une ligne d’échappement de moteurs à explosion, un volume acoustique permettant d’amortir les vibrations de pression et les vibrations sonores.
L’évolution des designs conduit à implanter maintenant dans un espace plus limité mais de forme plus complexe une cavité acoustique réduite à un volume de l’ordre de 2 à 3 litres. Une pièce comportant une cavité peut être disposée en série sur la ligne d’échappement et nécessite alors deux ouvertures ou manchons d’extrémité. Elle peut encore être disposée en dérivation et ne nécessite alors qu’une seule ouverture ou manchon d’extrémité.
Pour réaliser une telle cavité comportant un ou deux manchons et pouvant présenter une forme complexe, il est connu que l’on peut produire cette pièce à partir d’un tube par hydroformage. Par la ou les extrémités est injecté dans le tube un liquide sous pression de manière à ce que les parois du tube viennent épouser les parois du moule. Cette technique peut être appliquée pour réaliser une cavité. Cependant, il n’est pas possible de déformer la matière du tube au-delà de sa capacité intrinsèque d’expansion.
Une autre technique connue est le formage par emboutissage, qui permet de déformer et de déplacer la matière d’un flan entre un poinçon et une matrice. Mais le type d’outillage ne permet pas de réaliser une cavité dans un tube. Aussi, pour ces nouveaux designs, les rapports de section demandés ne sont pas atteignables par la déformation d’un tube par la seule opération d’hydroformage.
Résumé de l'invention
L’invention a pour objet un procédé de réalisation d’une pièce sensiblement tubulaire comprenant au moins un manchon d’une première section et une cavité d’une deuxième section, le rapport de la deuxième section à la première section étant supérieur à ce que permet la capacité intrinsèque d’expansion de la matière, comprenant les étapes suivantes : découpe d’un flan ébauche sensiblement rectangulaire, augmenté sur deux bords opposés, d’ajouts de matière aptes à permettre la formation d’une pré-cavité, emboutissage du flan ébauche pour obtenir une section sensiblement en forme de U, en formant une pré-cavité en utilisant les ajouts de matière, de telle manière à rendre rectilignes les bords, tout en conservant une épaisseur sensiblement uniforme, roulage de l’embouti pour amener les bords en regard, accostage et soudage des bords pour former une forme ébauche, hydroformage de la cavité en expansant la forme ébauche, principalement au niveau de la pré-cavité, afin de former la cavité.
Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont :
- le procédé comprend encore au moins une étape de soudage ou raboutage laser pour assembler plusieurs flans élémentaires pour obtenir le flan ébauche,
- le procédé comprend encore une étape de découpe, entre l’étape d’emboutissage et l’étape de roulage, pour rendre rectilignes les bords
- le procédé comprend encore une étape de cintrage selon l’axe longitudinal entre l’étape de soudage et l’étape d’hydroformage,
- le procédé comprend encore une étape de formage dudit au moins un manchon, avant l’étape d’hydroformage,
- le procédé comprend encore une étape de recuit de normalisation de la forme ébauche obtenue, - le procédé est appliqué à la réalisation d’un tube comprenant une cavité acoustique,
- la cavité acoustique n’est pas axisymétrique.
Dans un deuxième aspect de l’invention, une pièce réalisée au moyen d’un tel procédé.
Dans un troisième aspect de l’invention, une ligne d’échappement comprenant une telle pièce.
Brève description des dessins
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d’exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles :
[Fig. 1] montre un flan ébauche,
[Fig. 2] montre l’embouti obtenu par une première opération d’emboutissage à partir du flan ébauche,
[Fig. 3] montre la forme ébauche obtenue par une deuxième opération de formage/roulage, à partir de l’embouti,
[Fig. 4] montre les sections respectives de la forme ébauche de la figure 3,
[Fig. 5] montre la pièce finale, après hydroformage de la forme ébauche.
Description des modes de réalisation
L’invention concerne un procédé de mise en forme d’une pièce 1 , telle que celle illustrée à la figure 5. Une telle pièce 1 comprend au moins un manchon 2, 3 sensiblement cylindrique d’axe longitudinal A. Ledit au moins un manchon 2, 3 présente une première section S1 , S3. La pièce 1 comprend encore une cavité 4 de deuxième section S4, telle que le rapport de la deuxième section S4 à la première section S1 est supérieur à ce qu’autorise la capacité intrinsèque d’expansion de la matière.
Comme vu précédemment, il n’est pas possible de réaliser une telle cavité 4 par une unique opération d’hydroformage à partir d’un tube de section S1 , car elle impliquerait une trop grande déformation de la matière. Aussi le principe de l’invention est de réaliser une forme ébauche, illustrée à la figure 3, comprenant une pré-cavité 9. Le rapport de la deuxième section S4 à la section S2 de cette pré-cavité 9 est, quant à lui, inférieur à ce qu’autorise la capacité intrinsèque d’expansion de la matière. Un hydroformage de la forme ébauche permet alors d’obtenir la pièce 1 en respectant les contraintes de déformation de la matière.
Pour réaliser cette forme ébauche, l’invention réalise, par emboutissage un tube comprenant plus de matière au niveau d’une pré-cavité 9. Ce supplément de matière permet ensuite de former la cavité 4 finale.
Aussi, le procédé selon l’invention comprend les étapes suivantes. Les quatre premières étapes permettent de former la forme ébauche. La cinquième et dernière étape est l’étape d’hydroformage.
Une première étape consiste à découper un flan ébauche 6. Ce flan ébauche 6, illustré à la figure 1 , est sensiblement rectangulaire, comme pour obtenir un tube cylindrique par roulage. Cependant, il est augmenté sur deux bords opposés 8, d’ajout de matière 7. Ces ajouts de matière 7 sont conformés et dimensionnés de manière à permettre la formation de la pré-cavité 9 souhaitée.
Au cours d’une deuxième étape est réalisé un emboutissage du flan ébauche 6. Ce formage est réalisé suivant un axe normal au plan de la forme ébauche. Il est tel que l’embouti, tel qu’illustré à la figure 2, adopte généralement une forme de U. Il est simultanément formé une pré-cavité 9, présentant un U encore plus creusé. Ceci est rendu possible par l’utilisation des ajouts de matière 7. Ceci se fait de telle manière à rendre rectilignes les bords 8. Ici la forme initiale des ajouts de matière 7 est déterminante. Inversement, la contrainte d’obtenir des bords 8 rectilignes après emboutissage détermine la forme initiale des ajouts de matière 7. L’opération d’emboutissage est encore réalisée de manière à conserver, en tout point de l’embouti, une épaisseur sensiblement uniforme. L’opération d’emboutissage permet de déplacer de la matière pour l’apporter dans la zone de la pré-cavité 9 où elle est ensuite utilisée. La constance de l’épaisseur permet de débuter l’opération d’hydroformage avec une matière dans un état peu étirée et donc disposant d’un maximum de capacité d’expansion. Au cours d’une troisième étape est réalisé un roulage ou un autre formage de l’embouti, de manière à ramener les bords 8 en regard.
Il est ensuite possible, au cours d’une quatrième étape, de réaliser un accostage et un soudage des bords 8. La forme ébauche, illustrée à la figure 3, est alors obtenue.
Au cours d’une dernière étape il est procédé à un hydroformage de la cavité 4 en expansant la forme ébauche, principalement au niveau de la pré-cavité 9, afin de former la cavité 4.
La figure 4 montre les sections comparatives, perpendiculairement à l’axe longitudinal A. S1 et S3 sont les sections des manchons 2, 3. S2 est la section de la pré-cavité 9. S4 est la section de la cavité 4 finale.
D’autres opérations annexes peuvent être réalisées.
Ainsi, le flan ébauche 6 peut être obtenu par assemblage de plusieurs flans élémentaires de nuances ou d’épaisseurs différentes. Cet assemblage est avantageusement réalisé par soudage et ou raboutage laser.
Il est possible qu’à l’issue de l’opération d’emboutissage, les bords 8 ne soient pas tout à fait rectilignes. Aussi, il est possible d’ajouter une étape de découpe pour rendre rectilignes les bords 8. Cette étape de découpe intervient entre l’étape d’emboutissage et l’étape de roulage,
Il est encore possible de cintrer, selon l’axe longitudinal A, la forme ébauche, avant l’étape d’hydroformage et préférentiellement après l’étape de soudage.
Il peut encore être procédé à une mise en forme des extrémités de la pièce 1 , par formage du ou des manchons 2, 3, selon toute technique connue de l’homme du métier. Ceci est réalisé, le cas échéant, avant l’étape d’hydroformage.
De même, il est possible et préférable de réaliser une étape de recuit de normalisation de la soudure.
Tel que décrit précédemment, le procédé est avantageusement applicable à la réalisation d’un tube comprenant une cavité acoustique.
Selon l’exemple décrit et illustré sur les figures, il apparaît que le procédé est avantageusement particulièrement adapté à la réalisation d’une cavité acoustique non axisymétrique, ce qui est intéressant dans des lignes d’échappement disposée sous capot ou sous plancher pour accepter les contraintes d’implantation.
L’invention concerne encore toute pièce 1 réalisée au moyen d’un tel procédé.
L’invention concerne encore une ligne d’échappement comprenant une telle pièce
1.
L’invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d’exemple et non comme limitant l’invention à cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles.
Liste des signes de référence
1 : pièce,
2, 3 : manchon,
4 : cavité,
6 : flan ébauche,
7 : ajouts de matière,
8 : bord,
9 : pré-cavité,
A : axe,
S1 , S3 : section de manchon,
S2 : section de la pré-cavité,
S4 : section de la cavité.

Claims

7
REVENDICATIONS Procédé de réalisation d’une pièce (1 ) sensiblement tubulaire comprenant au moins un manchon (2, 3) d’une première section (S1 ) et une cavité (4) d’une deuxième section (S4), le rapport de la deuxième section (S4) à la première section (S1 ) étant supérieur à ce que permet la capacité intrinsèque d’expansion de la matière, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
- découpe d’un flan ébauche (6) sensiblement rectangulaire, augmenté sur deux bords opposés (8), d’ajouts de matière (7) aptes à permettre la formation d’une pré-cavité (9),
- emboutissage du flan ébauche (6) selon une direction normale à sa surface et selon une section sensiblement en forme de U, en formant une pré-cavité (9) en utilisant les ajouts de matière (7), de telle manière à rendre rectilignes les bords (8), tout en conservant une épaisseur sensiblement uniforme,
- roulage de l’embouti pour amener les bords (8) en regard,
- accostage et soudage des bords (8) pour former une forme ébauche,
- hydroformage de la cavité (4) en expansant la forme ébauche, principalement au niveau de la pré-cavité (9), afin de former la cavité (4). Procédé selon la revendication précédente, comprenant encore au moins une étape de soudage ou raboutage laser pour assembler plusieurs flans élémentaires pour obtenir le flan ébauche (6). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant encore une étape de découpe, entre l’étape d’emboutissage et l’étape de roulage, pour rendre rectilignes les bords (8). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant encore une étape de cintrage selon l’axe longitudinal (A) entre l’étape de soudage et l’étape d’hydroformage. 8 Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant encore une étape de formage dudit au moins un manchon (2, 3), avant l’étape d’hydroformage. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant encore une étape de recuit de normalisation. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, appliqué à la réalisation d’un tube comprenant une cavité acoustique. Procédé selon la revendication précédente, où la cavité acoustique n’est pas axisymétrique. Pièce (1 ) caractérisée en ce qu’elle est réalisée au moyen du procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes. Ligne d’échappement caractérisée en ce qu’elle comprend une pièce (1 ) selon la revendication précédente.
PCT/EP2021/073501 2020-08-27 2021-08-25 Procédé de mise en forme d'une pièce tubulaire comportant une cavité WO2022043373A1 (fr)

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US20140076016A1 (en) * 2012-09-14 2014-03-20 Industrial Technology Research Institute Pipe manufacturing method and hydroforming mold thereof
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