CH632682A5 - Procede d'emboutissage en matrice liquide et dispositif pour sa mise en oeuvre. - Google Patents

Description

La présente invention concerne un procédé d'emboutissage en matrice liquide ainsi qu'un dispositif permettant la mise en œuvre du procédé.

L'emboutissage classique consiste à déformer mécaniquement un élément plan appelé flan au moyen d'un poinçon et d'une matrice pour obtenir un objet en forme d'étui ou godet. Le poinçon repousse la partie centrale du flan au fond de la matrice et entraîne le bord du flan ou collerette qui est avalée dans l'espace entre poinçon et matrice. La collerette, le plus souvent circulaire de diamètre maximal (F), forme ainsi la paroi latérale cylindrique de l'objet de diamètre (D) correspondant à celui du poinçon. Pour éviter que la collerette plane ne forme des plis au cours de sa déformation, il est nécessaire de la guider étroitement. En particulier, la collerette doit être initialement appliquée sur la face plane supérieure de la matrice par un serre-flan.

Comme cela est connu depuis longtemps, le procédé a été perfectionné et a donné naissance au procédé d'emboutissage en matrice liquide. Ce procédé perfectionné est décrit par exemple aux pages 17 à 23 de la revue «Machine Moderne» de septembre 1966, où il est appelé emboutissage hydromécanique.

Dans l'emboutissage en matrice liquide (ou hydromécanique), la matrice métallique est remplacée par une chambre remplie de liquide dans lequel peut s'enfoncer le flan lorsqu'il est repoussé par le poinçon. Le liquide se met en pression et applique le flan contre la surface du poinçon au cours de son déplacement. Le liquide sous pression tient ainsi lieu de matrice. Comme dans l'emboutissage classique, la collerette du flan doit cependant être guidée mécaniquement au cours de sa déformation. Pour cela, la section libre supérieure de la chambre est fermée par une bague d'emboutissage comportant une ouverture dont la section correspond à celle de l'objet embouti, soit la plus grande section du poinçon majorée de l'épaisseur du flan, avec le jeu nécessaire pour laisser le passage au métal de la collerette lorsqu'il est entraîné pour former la paroi latérale de l'objet.

Dans le procédé connu d'emboutissage en matrice liquide, le niveau du liquide doit affleurer exactement le niveau supérieur de la bague. Le flan posé sur la bague au début de l'opération d'emboutissage affleure ainsi très exactement le niveau du liquide sans laisser de poche d'air de quelque importance. Comme dans le procédé classique, la collerette du flan est serrée sur la bague par un serre-flan.

Dès que la partie centrale du flan est repoussée par le poinçon dans la chambre à travers la bague, le liquide se met en pression et tend à s'échapper en refluant entre la collerette du flan et la bague d'emboutissage. La collerette est soulevée contre le serre-flan en laissant fuir du liquide entre sa face inférieure et la bague.

La pression dans la chambre et le débit de fuite sont déterminés à chaque instant par la vitesse de descente du poinçon, la pression de serrage du serre-flan et la largeur de la portion de collerette qui reste appliquée contre le serre-flan formant joint.

La partie centrale du flan étant constamment appliquée contre le poinçon par la pression du liquide, les risques de plissement de la paroi cylindrique latérale au cours de sa formation sont réduits. On peut se permettre des rapports d'emboutissage F/D de l'ordre de 2,7 impossibles à obtenir par emboutissage classique.

Ce procédé permet également d'obtenir en une seule opération des pièces coniques ou même ogivales qui exigeraient plusieurs passes par la méthode classique. Enfin, l'outillage est relativement simplifié, puisqu'il suffit d'usiner une bague d'emboutissage de faible épaisseur et non une matrice dont la hauteur soit égale à celle de la pièce emboutie.

Malgré tous ces avantages, l'emboutissage en matrice liquide est encore peu utilisé. En effet, ce procédé exige des soins et des précautions particuliers. La partie libre du flan à l'intérieur de la bague doit s'appuyer dès le début de la déformation et en tout point sur la surface liquide sans qu'il y ait de poche d'air. Le niveau de liquide doit affleurer très exactement au plan supérieur de la bague, cela au début de chaque opération.

Le poinçon doit entraîner de façon très régulière et symétrique la collerette dans la chambre pour constituer la paroi latérale de la pièce emboutie. La collerette doit ainsi être serrée et freinée sous le serre-flan de façon très régulière lors de sa déformation. Il importe de nettoyer soigneusement la surface de la bague ainsi que celle du serre-flan, cela pour éliminer toute goutte de liquide qui amènerait une irrégularité, et même souvent rupture du flan.

Enfin, comme dans l'emboutissage classique, le flan doit être lubrifié de façon très homogène pour faciliter son glissement contre la bague et le serre-flan, cela dès le début de l'emboutissage, avant que le liquide ne s'échappe entre bague et collerette et serve de lubrifiant.

A moins d'un dispositif assez complexe de réglage de pression par pompe et soupape de réglage, les pressions dans la chambre sont généralement très élevées, de l'ordre de 1000 bar, ce qui accroît la puissance demandée à la presse.

On peut aussi mettre un joint circulaire solidaire de la bague et faisant étanchéité entre collerette et bague, puis régler la pression dans la chambre uniquement par pompe et soupape, mais le glissement radial de la collerette sur la surface supérieure du joint est délicat. On a de nombreux incidents.

L'invention a pour but de permettre de remédier aux divers inconvénients de l'emboutissage en matrice liquide tout en conservant tous ses avantages.

A cet effet, le procédé selon l'invention présente les caractéristiques spécifiées dans la revendication 1.

Ainsi, ce procédé consiste à ne pas faire coïncider au début de l'opération d'emboutissage le niveau de liquide avec le plan supérieur de la bague mais, au contraire, à maintenir ce niveau au-dessus de celui de la bague d'emboutissage et même au-dessus du flan. Le flan se trouve ainsi complètement immergé dès le début de l'emboutissage.

Le flan étant constamment immergé, c'est le liquide de mise en pression qui assure dès le début de l'emboutissage la lubrification entre flan et bague. Le liquide peut être simplement de l'eau ou, de préférence, une solution diluée d'huile soluble.

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Le flan étant complètement immergé, il n'y a pas à craindre qu'il reste, en dessous, de gouttes ou poches de liquide ou d'air entraînant des tensions dissymétriques lors de la descente du poinçon. L'essuyage des surfaces est inutile. Le flan étant complètement immergé, ni une horizontalité absolument parfaite de la bague ni un réglage rigoureux du niveau de liquide ne sont nécessaires. Il n'est pas utile de graisser le flan.

Pour simplifier les opérations, la chambre de pression et sa bague d'emboutissage peuvent être simplement immergées dans un bac rempli de liquide. Lors de l'emboutissage, le liquide expulsé de la chambre de pression par le poinçon déborde tout naturellement dans le bac. Le liquide revient ensuite tout naturellement par gravité dans la chambre en fin d'opération, lorsque le poinçon est relevé puis lorsque l'objet fabriqué est expulsé. Il est bien évident cependant que, pour des emboutissages particulièrement délicats, ou des cadences de production très rapides, le transfert de liquide et sa pression dans la chambre peuvent être commandés par pompe.

Dans ce nouveau procédé, il se pose cependant un problème, en particulier pour des fabrications à des cadences rapides. Le flan devant être complètement immergé, comment le centrer avec précision sur la bague d'emboutissage? Cependant, un centrage rigoureux est indispensable pour éviter toute sortie préférentielle de liquide d'un côté plutôt que de l'autre, lors de la descente du poinçon. Cela entraînerait des efforts et déformations dissymétriques pouvant former des plis allant même jusqu'à déchirure du flan en cours d'emboutissage.

La solution est de réaliser un dispositif de centrage par rapport à la bague et dans lequel le flan vient s'encastrer avec un très léger jeu. Ce dispositif peut être simplement un anneau de centrage, d'épaisseur supérieure à la hauteur de liquide au-dessus de la bague d'emboutissage de façon à émerger du liquide. Cet anneau de centrage doit comporter des caniveaux ou des trous de communication radiaux pour permettre à tout instant une bonne égalisation des niveaux liquides à l'intérieur et à l'extérieur. Le dispositif de centrage doit être bien fixé sur la bague d'emboutissage, par exemple par un emboîtement concentrique. La hauteur h entre les génératrices inférieures des caniveaux ou trous et la surface de la bague sera de préférence supérieure à l'épaisseur e du flan.

L'invention sera mieux comprise grâce à la description qui va suivre d'un exemple de réalisation en se référant au dessin annexé dans lequel:

la fig. 1 représente, en coupe, un outillage d'emboutissage comportant un anneau de centrage, selon l'invention; cette figure est coupée en deux selon l'axe XX'; la demi-figure de gauche représente l'outillage en début d'emboutissage, la demi-figure de droite représente le même outillage en fin d'emboutissage;

la fig. 2 représente un détail de l'outillage auquel on a adjoint un éjecteur.

Sur la fig. 1, on voit, en coupe, la matrice constituée d'une chambre de pression 1 délimitée à la partie supérieure par une bague d'emboutissage 2, le tout immergé dans un liquide 3 retenu dans un bac de grand diamètre 4. Le liquide utilisé est un mélange d'eau et d'huile soluble. On reconnaît un poinçon d'emboutissage 5 solidaire du plateau supérieur 6 de la presse qui l'entraîne de la position de repos à gauche jusqu'à la position de fin d'emboutissage représentée dans la demi-coupe de droite. Un serre-flan 7 est actionné par des chandelles 8 comme dans les outillages classiques et serre la collerette 9 du flan 10 contre la bague 2.

On remarque sur la demi-coupe de gauche que le niveau 11 du liquide avant emboutissage est au-dessus du plan supérieur de la bague d'emboutissage 2 et même du flan 10 qui se trouve complètement immergé. Ce flan est centré par un anneau de centrage 12. Le jeu latéral du flan 10 dans l'anneau 12 n'est que de quelques dixièmes de millimètre. L'anneau 12 comporte huit trous radiaux 13 qui permettent aux niveaux de liquide à l'intérieur et à l'extérieur de la bague de s'égaliser constamment, cela bien que, en position de repos, la face supérieure 14 de l'anneau de centrage 12 émerge du liquide 3 comme représenté dans la demi-figure de gauche. Evidemment, pour que le serre-flan 7 joue son rôle, il doit comporter une surépaisseur centrale 15 s'emboîtant avec un jeu de quelques dixièmes dans l'anneau de centrage 12.

Pour avoir un bon centrage, l'anneau 12 est lui-même fixé selon un emboîtement 16 sur la bague d'étirage.

On remarque que la distance h entre les génératrices inférieures des trous 13 et la face supérieure de la bague 2 est supérieure à l'épaisseur e du flan 10.

Ainsi, au début de l'opération d'emboutissage, le liquide refoulé de la chambre de pression 1 ne peut s'échapper directement vers le bac 4, mais doit suivre un parcours sinueux comportant une portion verticale, d'abord entre le flan 10 et l'anneau 12, puis entre le serre-flan 7 et l'anneau 12, avant de sortir vers le bac 4 par les trous 13.

Cela crée une certaine perte de charge qui uniformise le débit autour du flan 10 et évite une rupture locale du film d'huile entre flan et bague d'emboutissage 2 au droit des trous 13 qui mettent en communication le liquide de la chambre 1 avec le bac 4. Cette rupture du film provoquerait un contact métal sur métal entre flan 10 et bague 2. Elle amènerait, par suite, la cassure du flan dans la zone où s'amorce la déformation donnant naissance à la jupe de la pièce 17.

On notera que le jeu entre le serre-flan 7 et l'anneau 12 est lui-même très faible, de l'ordre de 1/10 mm sur le rayon.

Dans l'exemple représenté sur la demi-coupe de droite, la pièce emboutie 17 est un solide de révolution autour de l'axe XX', mais par le procédé on peut également obtenir des objets dont la section par des plans horizontaux n'est pas circulaire, par exemple rectangulaire à bords arrondis.

La chambre de pression 1 comporte enfin un orifice de vidange 18 qui peut aussi bien être utilisé pour un remplissage commandé par pompe.

En considérant la fig. 1, le procédé est facilement compréhensible. Le poinçon 5 et le serre-flan 7 étant tous deux relevés, on remplit la cuve 4 et la chambre de pression 1 de liquide 3 jusqu'au niveau 11 très légèrement en dessous du niveau supérieur 14 de l'anneau de centrage 12. Les niveaux 11 à l'intérieur et à l'extérieur de l'anneau 12 s'équilibrent très facilement grâce aux trous radiaux 13 de communication. On met alors facilement en place le flan 10 dans l'anneau qui émerge du liquide. Le serre-flan 7 est abaissé et appuie fermement sur la collerette 9 du flan. Le niveau 11 a très légèrement monté, mais la face supérieure 14 de l'anneau 12 reste visible. Le poinçon 5 descend et donne au flan 10 la forme de l'objet souhaité 17. La pression monte rapidement dans la chambre 1 ; le liquide 3 applique le flan 10 contre le poinçon 5 et s'échappe sous la collerette 9 en l'appliquant contre le serre-flan 7. Il fait monter le niveau dans le bac 4 jusqu'en 11'. La pièce 17 peut alors être éjectée par un dispositif quelconque, par exemple un dispositif à ressort fixé au fond de la chambre 1.

L'emboutissage peut être effectué très rapidement sans risque de mauvais centrage, ni défaut de remplissage de la chambre, ou graissage défectueux du flan.

On a intérêt à faire des trous radiaux 13 aussi nombreux et larges que possible. Ce peut être des caniveaux ouverts à la partie supérieure de l'anneau 12. Il suffît que la face supérieure 14 de l'anneau 12 soit apparente pour que la mise en place du flan soit facile.

Avec le dispositif décrit, on a réalisé aisément à partir de flans de diamètre F = 160 mm, d'épaisseur = 0,27 mm, des étuis cylindriques de dimensions D = 65 mm, H = 78 mm; le métal utilisé était un alliage d'aluminium qualité 3003. On a également fabriqué des étuis à parois latérales tronconiques comme la pièce 17 représentée ici, et même des étuis à parois latérales coniques et à fond sphérique ou ogival.

Pour réduire le travail du poinçon 5, on peut utiliser un éjecteur en forme de bague cylindrique 19 analogue à celui représenté en coupe partielle en fig. 2. Cet éjecteur 19 est appliqué dès le début de l'emboutissage contre le flan 10 et l'éjecteur 19 sur un cercle de

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diamètre d à l'intérieur du joint 21. Le poinçon 5 n'a à vaincre que la pression s'exerçant sur une couronne de diamètre intérieur d et de diamètre extérieur D.

Après que le poinçon est arrivé en fin de course, l'éjecteur 19 se relève en éjectant la pièce 17.

On peut enfin prévoir un jimiteur ou régulateur de pression de liquide raccordé sur un orifice tel que l'orifice 18 traversant la paroi de la chambre 1.

Ce procédé évite de graisser le flan avant emboutissage et de dégraisser la pièce après emboutissage.

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1 feuille dessin

Claims (6)

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1. Procédé d'emboutissage en matrice liquide, dans lequel une chambre remplie de liquide est délimitée à la partie supérieure par une bague d'emboutissage dont l'ouverture a une section correspondant à la plus grande section du poinçon, le liquide de la chambre étant mis en pression par la descente du poinçon, caractérisé en ce que le niveau (11) du liquide est maintenu constamment au-dessus de la bague (2) et au-dessus du plan supérieur du flan (10), celui-ci se trouvant ainsi immergé dès avant le début de l'emboutissage.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, avant l'emboutissage, le flan est centré au-dessus de la bague d'emboutissage par un dispositif de centrage partiellement immergé dans le liquide et comportant des trous de communication radiaux.

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REVENDICATIONS

3. Dispositif pour la mise en œuvre du procédé d'emboutissage suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'outillage d'emboutissage comporte un dispositif de centrage du flan (10) par rapport à la bague (2) et un bac (4) retenant le liquide au-dessus du plan supérieur du flan.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de centrage est constitué par un anneau (12) comportant des canaux radiaux (13) et fixé sur la bague d'emboutissage.

5. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la distance (h) entre les génératrices inférieures des canaux (13) et la surface de la bague (2) est supérieure à l'épaisseur (e) du flan (10).

6. Dispositif selon l'une des revendications 3,4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comporte un éjecteur (19) muni d'un joint (21) qui s'applique contre le flan (10), à l'opposé du poinçon (5) et interdit l'accès du liquide sous pression sous la partie centrale du flan.