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"APPAREIL ET PROCEDE DE FORMATION D'ALVEOLES
DANS DES TOLES"
La présente invention a trait aux appareils et procédés de formation de dépressions ou alvéoles à fond percé dans des tôles ou feuilles de métaux, en particulier dans des tôles faites des alliages très résistants ordinairement utilisés pour la construction des appareils d'aviation. Les alvéoles de ce genre ont tendance à s'allonger et à se fissurer et, pour surmonter cette difficulté, on a proposé de "frapper" ou forger le métal, à l'intérieur de l'alvéole, en faisant usage d'un coulisseau de frappe élastique supporté à l'intérieur de la matrice de formation qui entoure immédiatement le trou
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préalablement percé ou poinçonné.
A mesure que s'effectue l'appli- cation de la charge, le coulisseau de frappe comprime et forge le métal de la tôle autour de l'ouverture, en empêchant ainsi cette ouverture de s'élargir et en diminuant le risque de formation de fissures dans la matière déprimée.
Dans le procédé de formation d'alvéoles par matriçage, Inapplication d'une force correcte au coulisseau de matriçage est un facteur important et critique si l'on veut obtenir des alvéoles sains et exempts de fissures. A l'aide des équipements habituels, cette force est développée et appliquée par la poussée d'un ressort réglable. Inapplication d'un ressortà titre de source de poussée du coulisseau présente les inconvénients d'une limitation du mouvement limité, d'une variation de la force du ressort, d'une poussée accrue ou excessive pendant la flexion ou compression du ressort et d'un manque de moyen précis de réglage de la force. Dans certains cas, la colonne qui supporte le coulisseau de frappe s'écrase et se rompt sous la poussée d'un alvéole conique de profondeur excessive.
Le but général de l'invention est de régler la poussée du coulisseau de frappe de manière qu'on obtienne des alvéoles en forme de cuvettes à bord vif qui soient exempts de fendille- ments ou fissures et qui soient tous identiques.
D'autres buts de l'invention sont : de permettre l'appli- cation d'une force de frappe initiale élevée, tout en évitant que cette force s'accroîsse à mesure que l'opération progresse; d'accroître la force disponible totale du coulisseau de frappe; de permettre de régler commodément la charge appliquée au coulis- seau de frappe sans qu'il soit nécessaire de faire usage d'outils; de fournir une indication exacte et constamment visible de l'amplitude de la force de frappe appliquée ; d'élargir l'échelle du mouvement d'un coulisseau de frappe agissant en antagonisme à une force flexible ; et de permettrè un mouvement suffisant du
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coulisseau et de la colonne pour empêcher leur rupture.
Grâce à la présente invention, le ressort de poussée habituel utilisé pour maintenir le coulisseau de frappe est remplacé par une pression d'air commandée par un régulateur de pression. Une pression d'air est appliquée à la colonne du coulisseau de frappe de manière que ce dernier travaille sous une pression initiale élevée, qui reste sensiblement constante pendant toute la durée de l'opération. De cette façon, les forces qui provoquent la flexion de la tôle et les forces qui frappent ou matricent le métal ou celles qui l'obligent à fluer travail- lent simultanément et sont convenablement coordonnées à partir de l'instant où l'opération d'emboutissage commence.
Conformément à la présente invention, l'appareil permettant de former par emboutissage un alvéole autour d'un trou préalablement percé ou poinçonné dans une tôle comprend un poinçon, destiné à exercer une poussée vers le bas (ou vers l'avant) sur la zone à emboutir, une matrice destinée à entrer en contact avec la face de dessous (ou la face avant) de la tôle le long de la zone périphérique entourant l'alvéole à emboutir, un coulisseau de frappe destiné à entrer en eontact avec le bord inférieur (ou avant) de l'alvéole, immédiatement autour du trou, et un dispositif presseur servant à résister au mouvement du coulisseau vers le bas ou vers l'avant sous la poussée de l'alvéole;
et cet appareil est caractérisé par le fait que ledit dispositif presseur sollicite le coulisseau vers le haut (ou vers l'arriéra en exerçant sur lui une poussée qui reste sen- siblement constante pendant que la poussée de la matrice s'accroît brusquement.
Dans les dessins annexés : la figure 1 est une coupe longitudinale d'une portion d'une machine conforme à l'invention, servant à former des alvéoles par emboutissage;
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la figure 2 est une coupe transversale par la ligne 2-2 de figure 1 et représente le dispositif de centrage du poinçon formant l'alvéole; la figure 3 est une vue en élévation avec coupe verticale' partielle représentant la relation entre le poinçon, la matrice, le coulisseau de frappe et la tôle, à l'achèvement d'une opéra- tion de matriçage; la figure 4 est une vue en élévation représentant la tuyauterie d'admission de fluide sous pression destinée au cylindre à air, cette tuyauterie étant pourvue d'un manomètre et d'un indicateur;
les figures 5, 6 et 7 sont des vues à plus grande échelle de certaines portions de la figure 1, la figure 5 représentant l'ensemble porte-poinçon, la figure 6 l'ensemble de la matrice et du coulisseau de frappe et la figure 7 la partie inférieure de l'ensemble de la colonne à pression d'air; la figure 8 est une coupe longitudinale à grande échelle du régulateur de pression visible à la figure 1; la figure 9 est une coupe partielle àgrande échelle du cylindre à air et représente la soupape de vidange.
Dans la forme de réalisation représentée à titre d'exem- @ ple, la machine servant à 'former des alvéoles par matriçage comprend une chape massive 11, dont les mâchoires ou branches supérieure 12 et inférieure 13 ont été représentées en partie.
Comme représenté aux figures 1 et 5, la mâchoire supérieure supporte un poussoir 14 destiné à coulisser verticalement dans ladite machoire. A l'extrémité inférieure du poussoir 14 est fixée une pièce porte-poinçon 15 qui est percée d'un trou central recevant librement l'extrémité supérieure du porte-poinçon propre- ment dit 17. Comme représenté à la figure 2, la pièce 15 porte- quatre vis de blocage radiales 18 qui butent contre le pourtour du porte-poinçon proprement dit, près de son extrémité supérieure,
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ce qui permet de régler la position de l'axe du porte-poinçon de manière qu'il soit convenablement aligné avec la matrice 19. La pièce 17 présente aussi quatre ouvertures taraudées destinées à recevoir des boulons 20 qui supportent le porte-poinçon 17.
Ce dernier présente des trous élargis destinés à recevoir les boulons 20 et peut ainsi être déplacé transversalement lors du' réglage des vis 18. Le porte-poinçon 17 est alésé de manière à constituer un logement cylindrique destiné à recevoir la. por- tion supérieure d'un poinçon de matriçage 21, dont la portion inférieure est destinée à coopérer avec une matrice 19 dans la formation d'un alvéole conique.
Tout dispositif approprié, tel qu'un segment élastique 22 et une vis de blocage 23, peut être utilisé pour maintenir l'assemblage du poinçon et du porte- poinçon 17 avec le poinçon reposant sur l'extrémité inférieure du poinçon 21 est pourvue du téton habituel 24qui pénètre dans le trou de la tôle 25 dans laquelle des alvéoles doivent être formés,comme représenté à la figure 3.
La matrice fixe 19 est supportée par un épaulement annulaire d'un porte-matrice 26 et est maintenue en position par un prolongement de centrage cylindrique dudit porte-matrice.
Le porte-matrice 26 est supporté, à l'aide d'un assemblage fileté, par l'extrémité supérieure d'une vis de réglage 27 qui est vissée dans une douille 28 reçue dans un alésage 29 de la mâchoire 13.
Cette douille est pourvue d'un rebord radial 30 qui repose sur un rebord annulaire prévu près de la face supérieure de la . mâchoire. En faisant tourner la vis 27 par rapport à la douille 28, on règle la hauteur de la matrice 19 par rapport à la mâchoir 13, ce qui permet de l'adapter à différentes épaisseurs de tôle.
Pour faciliter ce réglage, la vis 27 est pourvue d'un bouton moleté 31 fixé ladite vis par une vis de blocage 32. Le degré de réglage est indiqué à l'aide d'une virole graduée 33 portée par la vis de réglage 27 près de l'extrémité inférieure de la douille 28.
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Comme représenté à la figure 3, la matrice 49 présente un alésage 34 et un élargissement alésé 35, dans lesquels s'ajus- te de façon coulissante un coulisseau de frappe à deux diamètres 36. Au-dessus de l'alésage 34, la matrice 19 est pourvue d'un biseau conique destiné à façonner la circonférence de la zone emboutie de la tôle 25 Le coulisseau 36 est alésé pour recevoir le téton 24 du poinçon et est pourvu d'une extrémité supérieure plate destinée à entrer en contact avec le bord inférieur de l'alvéole 37.
Le coulisseau 36 agit de manière à façonner par matriçage le bord de l'alvéole en exerçant sur lui une force de réaction qui est transversale au plan de la tôle 25 et qui provoque le refoulement du métal vers le haut pour le contrat dre à remplir l'angle vif formé à la surface supérieure de la tôle, près du poinçon.
Le coulisseau de frappe 36 est supporté par l'extrémité supérieure d'une colonne à pression d'air qui est composée de deux sections supérieure 38 et inférieure 39. Le corps principal de la section supérieure 38 de la colonne coulisse à frottement doux dans un élargissement alésé de la vis de réglage 27, alors que le prolongement supérieur rétréci de la colonne, sur lequel repose le coulisseau de frappe, coulisse à frottement doux dans l'alésage du porte-matrice 26. La section inférieure 39 de la colonne coulisse dans l'alésage principal de la vis de réglage 27.
L'extrémité inférieure de la colonne 39 repose sur l'extré- mité supérieure d'une vis dé réglage 40 qui se visse dans le petit bras d'un levier de coulisseau 41, pourvu d'un roulement à billes 42 à l'aide duquel il est monté sur un arbre horizontal 43. L'arbre 43 est monté sur un cylindre 44 qui présente à son extrémité inférieure un évidement 45 destiné à recevoir le levier et à lui permettre de pivoter à l'intérieur du cylindre 44. L'ex- trémité avant de l'évidement 45 communique avec un alésage verti- cal 46 du cylindre, lequel alésage reçoit la vis de réglage 27 qui est ajustée au dit alésage près de l'extrémité inférieure de ladite vis.
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Le cylindre 44 bute contre le bouton 31 à l'extrémité supérieure de l'alésage 46 et à l'extrémité inférieure du dit alésage et ce cylindre repose sur un segment annulaire 47 monté dans une rainure annulaire de la vis de réglage 27. Le segment 47 coopère avec le bouton 31 pour empêcher tout mouvement vertical du cylindre 4 par rapport à la vis de réglage. Lorsque les pièces sont assemblées, le segment annulaire 47 est presque entièrement encerclé par un contre-alésage 49 du cylindre et est verrouillé de ce fait en position de travail à l'intérieur de la gorge annulaire. Pour permettre d'élargir le segment et de l'enlever de la gorge annulaire, lorsqu'on démonte les pièces, le cylindre présente près de l'extrémité inférieure du contre-alésage 49 une fente courbe 50.
Pour régler la position de la vis 40 par rapport au levier 41, cette vis est pourvue d'un bouton 52, qui est ajusté à l'extrémité inférieure de la vis de réglage et verrouillé en place à l'aide d'une vis de blocage 53. Sur le bouton 52 repose un organe indicateur 54 qui présente un alésage à l'aide duquel il s'ajuste au prolongement cylindrique de la vis de réglage 40.
Immédiatement au-dessus de l'alésage se trouve un contre-alésage recevant un ressort hélicoïdal 55 destiné à maintenir l'organe indicateur 54 élastiquement en contact avec la face supérieure du bouton. La rotation de cet organe 54 est empêchée par le fait qu'un prolongement de cet organe est relié au cylindre. Un dispositif élastique est prévu pour verrouiller élastiquement le bouton 52 et empêcher ainsi la vis 40 de tourner par rapport à l'indicateur 54.
Ce dispositif élastique comprend un poussoir à ressort 56, monté pour effectuer un mouvement coulissant limité dans une forure verticale de l'indicateur 54, et un ressort 57 loge à l'intérieur de la même forure et servant à solliciter le.poussoir vers le bas pour l'engager de façon verrouillée dans,
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l'une quelconque choisie d'une série de creusures prévues à. la surface supérieure du bouton 52. Des indices appropriés sont prévus sur le bouton 52 et sur l'indicateur 54 pour indiquer le degré de réglage de la vis 40 par rapport au levier 41.
L'évidement 45 du cylindre 44 est fermé à sa partie inférieure par une plaque de garde 58 qui est fixée de façon amo- vible au cylindre par une série de vis 59. L'extrémité arrière de l'évidement 45 communique avec l'extrémité inférieure d'une chambre à piston 60. Un piston 61 monté pour coulisser dans la chambre 60 est pourvu d'une garniture annulaire 62 destinée à empêcher l'échappement de fluide sous pression de l'extrémité supérieure de la chambre 60. Cette chambre est normalement . fermée, ' à l'exception d'un petit orifice 63 (figures 1 et 9).
L'extrémité inférieure du piston 61 est évidée pour recevoir l'ex- trémité arrière du long bras du levier 41 et pour exercer une force sur ce bras dans un but qui sera indiqué plus loin.
L'extrémité inférieure de la chambre à piston 60 est fermée par un couvercle de cylindre 64, fixé à l'aide des vis habituelles 65.
Le cylindre 4 est pourvu d'un raccord 66 qui communique avec la chambre à piston 60 par l'orifice 63. Le raccord 66 est relié à l'aide d'un raccord d'accouplement rapide 67 à un tuyau à air souple 68.
Le tuyau souple 68 reçoit l'air sous pression d'un ré- gulateur de pression 69, auquel est assujetti un raccord 70 qui s'étend vers le haut et porte un manomètre 71. Le raccord 70 est supporté par un bloc 72 fixé sur la face latérale de la chape 11.
Le régulateur de pression, qui est représenté en coupe à la figure 8, n'est pas nouveau, en soi, et l'on n'en donnera donc qu'une, brève description. Il comprend un corps 73 auquel sont fixés un raccord d'admission 74 et un raccord d'échappement 75. Le corps 73 présente un alésage central qui est taraudé à ses extrémités supérieure et inférieure pour recevoir une cage-
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à soupape fileté 76 et un obturateur fileté 77, respectivement.
La cage constitue un siège pour une soupape mobile 78, pourvue d'une tige qui s'étend vers l'arrière et pénètre dans une ouver- ture de la cage. Lorsque la soupape est déplacée vers le bas à l'écart de son siège, un courant d'air sous pression est admis par le raccord 74 et un orifice ,80, :l'air passant ensuite au- dessus de la soupape proprement dite et traversant la cage 76 pour pénétrer dans une chambre 81, d'où il s'échappe par un orifice 82 et le raccord d'échappement 75. Un ressort de compression 83, interposé entre la soupape 78 et l'obturateur 77, maintient nor- malement ladite soupape en position de fermeture.
La soupape 78 est destinée à être ouverte par un disposi- tif sensible à la pression. Ce dispositif comprend un bouton in- férieur 84, destiné à buter contre l'extrémité' supérieure de la tige de soupape, ce bouton étant supporté au centre d'une membrane flexible 85 qui constitue la paroi supérieure de la chambre 81.
Les bords périphériques de la membrane 85 sont serrés entre le bord supérieur du corps 73 et un chapeau ou dôme 86 qui est vissé sur ce corps. La portion supérieure du bouton porte une rondelle 37 qui est sollicitée vers l'avant par un dispositif réglable, composé d'un ressort de compression 88 reposant sur la rondelle 87, d'une rondelle supérieure 89 qui repose sur le ressort et d'une vis de réglage 90 prenant appui sur la rondelle supérieure 89.La vis 90 est pourvue d'une poignée 91 qu'on peut faire tourner pour régler la poussée qui est transmise par l'intermédiaire du ressort, des rondelles et du bouton à l'extrémité supérieure de la tige de soupape à l'effet d'écarter la soupape 78 de son siège et qui tend ainsi à ouvrir la soupape en antagonisme à la poussée du ressort 83 et à la pression de l'air régnant dans la chambre 81.
La pression régnant dans la chambre correspond à la pression de l'air contenu dans le tuyau souple 68 qui communique en tout temps avec la chambre à piston 60 (figure 1).
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Pour permettre au fluide sous pression contenu dans la chambre à piston 60 de s'échapper rapidement, lorsque cela est désirable, le cylindre 44 est pourvu d'un obturateur de vidange 92 (figure 9) vissé dans une ouverture taraudée de la paroi de l'organe 44 et destiné à reposer normalement sur un joint annulaire 93 servant à empêcher l'échappement d'air à travers un orifice 94. En faisant tourner l'obturateur 92, l'opérateur peut l'écarter de son siège pour permettre l'échappement du fluide sous pression contenu dans la chambre à piston 60.
En fonctionnement, de l'air sous une pression relativement élevée (par exemple de 6 kg/cm2) est admis par un tuyau flexible (non représenté) au raccord' d'admission 74 et à l'orifice d'ad- mission 80 (figures 4 et 8) du régulateur de pression 69. La soupape mobile 78? maintenue à l'écart de son siège par le ressort 88, permet à l'air sous pression de passer à travers l'ouverture de la cage à soupape 76 dans la chambre 81. A mesure que la pres- sion de l'air règnant dans la chambre 81 augmente, cette pression agit sur l'ensemble du bouton 84 et de la membrane 85 de manière à soulever ledit bouton en surmontant la poussée du ressort 88.
Lorsque la pression prédéterminée pour laquelle le régulateur a été réglé est atteinte, la soupape 78 est fermée par le ressort 83, ce qui empêche tout nouvel accroissement de pression. La chambre 81 est par conséquent maintenue sous une pression constante relati- vement ]basse, par exemple -de 2 kg/cm2. Cette chambre communique par l'orifice d'échappement 82, le raccord d'échappement 75 et le tuyau souple 68 avec la chambre à piston 60 du cylindre 44 relié à la colonne à air. La chambre 81 du régulateur communique aussi le raccord 70 avec le manomètre 71, et l'opérateur peut, en observant le manomètre, connaître la pression régnant dans ladite chambre et dans la chambre à piston 60.
L'air contenu dans la chambre 60 agit par l'intermédiaire du piston 61, du levier 41, de la vis de réglage 40, des sections 39, 38 de la colonne et du coulisseau de frappe 36 de manière à maintenir ce coulisseau dans sa position la plus haute et à résister à la tendance dudit coulisseau à descendre.
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La tôle 25 est d'abord percée de trous dont le diame est plus petit que celui du trou destiné à être formé dans le produit fini. Cette tôle est placée initialement de façon qu'elle repose sur la matrice stationnaire 19, et laisse le poinçon 21 reposer sur elle. Le cycle des opérations est alors déclenché par l'opérateur lorsque celui-ci déplace manuellement la tôle jusqu'à ce qu'un des trous préalablement percés vienne en regard du poinçon, le téton 2- du poinçon tombant alors dans ce trou.
Ce mouvement déclenche automatiquement la course de tra- vail du poinçon, grâce à un des appareils bien connus de l'homme du métier, tels que celui décrit dans le brevet délivré aux Etats-Unis d'Amérique au nom de Fischer sous le N 2.592.672 le 15 Avril 1952. La force exercée de haut en bas par le poinçon
21 sur la tôle 25 provoque l'application d'une force de réaction, par l'intermédiaire de la chape, à la matrice rigide 19 et au coulisseau élastiquement flexible 36. La force exercée de haut en bas sur le poinçon 21 a pour effet d'emboutir le métal autour de l'ouverture.
A l'extrémité inférieure de l'alvéole ainsi ébau- che, le mouvement vers le bas rencontre une résistance qui résulte du contact du métal avec la face supérieure plate du coulisseau de frappe 36, lequel est soumis à une pression d'air. Cette action provoque la formation d'un fond plat entourant immédiate- ment le téton 2;-, :en même temps que s'effectue le façonnage de l'alvéole, il se produit une action d'étirage qui tend à allon- ger la section ou couche supérieure du métal de l'alvéole. L'ex- tension du métal engendre des efforts de traction qui, s'ils n'étaient pas contrecarrés, affaibliraient le métal et provoque- raient le développement de fissures.
L'action de forgeage du coulisseau de frappe à pression d'air 36 a toutefois pour effet de s'opposerà cette tendance à l'étirage au amincissement du mtal à l'orifice de l'alvéole et, au lieu d'un tel étirage, il se produit un refoulement radial du métal qui s'épanouit vers l'extérieur à mesure que s'effectue son extrudage vers le haut et vers l'extérieur autour du téton de guidage 24.
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Conformément à l'invention, l'action de frappe ou de forgeage du coulisseau 36 commence lorsque le coulis- seau occupe sa position la plus haute, vers le début de l'opération de matriçage. Il en résulte que le métal est re- foulé vers le haut et coule autour du téton 24 en remplis- sant ainsi l'espace entier qui existe entre le poinçon 21 et la matrice 19, ce qui empêche efficacement tous efforts exagérés et le fendillement de la tôle à l'orifice de l'al-
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En empêchant le métal déprimé d'être aminci ou de re- cevoir uns forme allant en G'.'1.3JG...ia invention assure û fE 1s métal ds l'alvéole aora m a-me angle a:u. 80::::::'':'(; et a la base., en permettant ainsi à deux tôles aae.3 . pourvus dlal¯véol3s de sesboltsr parfaitement luna dans 0 . a.Lveoes as s.em O8r parakemen .L'Qti6 ans .Lav.rso %.''s.:?L'.â.3'''s'a qt!3 'le poinçon ± COz:.-:;inD.6 soR. mo!i7eEi6. vers le bas, le coulisseau de frappe 3± :'.#.t?%xix.'i: e e'zj par s,' i 3:.
termédiaire des sections 38, 39de la colonne et de la vis de réglage 40, communique au levier un mouvement qui le fait pivoter dans le sens sinistrorsum, ce levier poussant à son tour le piston 61 vers le haut Comme la pression de l'air contenu dans la chambre à piston 60 est maintenue constante par le régulateur 69, la résistance offerte par le coulis- seau de frappe 36 reste sensiblement constante du commence- ment à la fin de l'opération de matriçage, les pièces occu- pant alors la position indiquée à la figure 3. De cette façon, les opérations de matriçage et de frappe s'effectuent simultanément pendant.toute la durée de la course da travail.
Dans les appareils du type habituel qui forment des alvéoles par matriçage en utilisant un coulisseau soumis à la poussée d'un ressort, il s'effectue un accroissement rapide de la force de matriçage qui, étant par exemple initialement de l'ordre de 500 kg, atteint une valeur de beaucoup. supérieure, telle que 1500 kg.
Avec le présent appareil, la force exer-
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cée à l'achèvement de l'opération n'excède la force initiale que d'une proportion relativement faible, par exemple de 405
Un autre avantage de la présente invention sur les colonnes chargées par un ressort réside dans le fait qu la colonne à pression d'air dispose d'une force totale beau- coup plus grande, par exemple de trois tonnes, alors qu'une colonne à ressort comparable serait soumise à des efforts excessifs sous une force de beaucoup inférieure, par exemple de 1500 kg. Un autre avantage réside dans le fait que le coulisseau 36 peut effectuer une course plus grande en vue de la formation d'alvéoles plus profonds, sans risque de rupture.
Un autre avantage de la présente invention est qu' elle fournit une indication précise et constamment visible de la force de matriçage appliquée, alors que dans l'appa- reil de matriçage classique la force du ressort ne peut être appréciée que d'une manière approximative Un autre avantage réside dans le fait qu'il est possible d'effectuer des 0- glages sans l'aide d'outils. Par exemple, si l'opérateur désire élever ou diminuer la pression ,d'air exercée sur le coulisseau de frappe 36, il fait simplement tourner la poignée 91 du régulateur 69 pour accroître ou diminuer la compression du ressort 88. On peut ainsi modifier la force de matriçage dons le même rapport et à l'intérieur d'une très large échelle.
.Après que l'alvéole a été formé, on supprime la poussée du poinçon 21 de manière à relever ce poinçon, on enlève la tôle et on fore ou alèse le trou de l'alvéole pour augmenter légèrement son diamètre.
Bien que l'invention ait été décrite en se référant à une machine stationnaire, elle est aussi applicable aux machines transportables. Elle s'applique aussi bien au ma- triçage à chaud qu'au matriçage à froid.