FR3104041A1

FR3104041A1 - Méthode de pliage de matériau métallique en plaque et installation de mise en œuvre

Info

Publication number: FR3104041A1
Application number: FR1914089A
Authority: FR
Inventors: André MAILLARD; Christophe PIAT
Original assignee: Centre Technique des Industries Mecaniques CETIM
Current assignee: Centre Technique des Industries Mecaniques CETIM
Priority date: 2019-12-10
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2021-06-11
Anticipated expiration: 2039-12-10
Also published as: FR3104041B1

Abstract

La présente invention concerne une méthode de pliage de plaque métallique et une installation de mise en œuvre. La méthode comprend les étapes suivantes : a) on fournit, une matrice (12) présentant deux portées d’appui (16, 18) espacées l’une de l’autre, un évidement de déformation (20) situé entre lesdites deux portées d’appui (16, 18), et un poinçon mobile (14) monté au droit dudit évidement de déformation (20) ; b) on installe une plaque (30) d’un matériau métallique présentant deux faces opposées (32, 34), de façon à pouvoir appliquer l’une (32) desdites faces contre lesdites deux portées d’appui (16, 18) ; c) on entraîne ledit poinçon (14) contre l’autre (34) desdites faces de façon à entraîner ladite plaque dans ledit évidement de déformation (20) pour plier ladite plaque. Et après l’étape b) on fournit de l’énergie thermique localement à ladite une (32) desdites faces entre lesdites deux portées d’appui (16, 18). Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 2

Description

Méthode de pliage de matériau métallique en plaque et installation de mise en œuvre

La présente invention se rapporte à une méthode de pliage de matériau métallique en plaque et à une installation de mise en œuvre de ladite méthode.

Le pliage est une opération courante dans l’industrie où on vient déformer une plaque métallique au-delà de la limite élastique du matériau pour imprimer une déformation permanente selon une ligne de pliage. Durant la flexion, la partie extérieure au pli est étirée tandis que la partie intérieure est comprimée.

Dans l’industrie de la chaudronnerie ou de la tôlerie, la plupart des matériaux métalliques en feuilles, sont mis en œuvre par pliage. Cependant ce pliage peut s’avérer difficile, notamment pour les matériaux métalliques comme les aciers à haute limite d’élasticité, HLE, ou à très haute résistance, THR, les aciers inoxydables écrouis, des alliages d’aluminium ou de cuivre durs, le titane ou encore l’inconel.

Des méthodes connues de pliage de matériau métallique en feuille ou en plaques sont mises en œuvre au moyen d’une matrice munie de deux portées d’appui espacées l’une de l’autre et présentant un évidement de déformation situé entre lesdites deux portées d’appui, ainsi que d’un poinçon mobile monté au droit de l’évidement de déformation. Une plaque d’un matériau métallique présentant deux faces opposées est installée sur ladite matrice, de façon que l’une des faces vienne en applique contre les deux portées d’appui.

Le poinçon alors mû par un organe d’entraînement est entraîné en translation contre la plaque de façon à pouvoir déformer localement à force ladite plaque dans l’évidement de déformation pour plier la plaque selon la ligne de pliage.

Les matériaux métalliques comportent des aptitudes plus ou moins grandes à se déformer plastiquement sans se rompre et lors du pliage la partie extérieure risque d’être endommagée.

Par conséquent, il convient, en fonction du type de matériau métallique, de prévoir des outils de pliage adaptés et de les mettre en œuvre dans des conditions prédéfinies pour éviter toute détérioration du matériau.

Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention est de fournir une méthode et une installation de mise en œuvre qui puisse s’affranchir des difficultés de mise en œuvre des matériaux, sans pour autant compromettre les cadences lors du pliage et partant, les coûts de transformation.

Dans le but de résoudre ce problème, et selon un premier objet, il est proposé une méthode de pliage de matériau métallique en plaque du type comprenant les étapes suivantes: a) on fournit, d’une part une matrice présentant deux portées d’appui espacées l’une de l’autre et un évidement de déformation situé entre lesdites deux portées d’appui, et d’autre part un poinçon mobile monté au droit dudit évidement de déformation; b) on installe sur ladite matrice une plaque d’un matériau métallique présentant deux faces opposées, de façon à pouvoir appliquer l’une desdites faces contre lesdites deux portées d’appui; c) on entraîne ledit poinçon en translation contre l’autre desdites faces de ladite plaque de façon à pouvoir entraîner à force localement ladite plaque dans ledit évidement de déformation pour plier ladite plaque. Et après l’étape b) on fournit de l’énergie thermique localement à ladite une desdites faces entre lesdites deux portées d’appui.

Ainsi, une caractéristique de l’invention réside dans la mise en œuvre d’énergie thermique précisément sur la face de la plaque métallique extérieure à la pliure de manière à augmenter les capacités de déformation plastique locale du matériau et conséquemment, éviter sa détérioration. Autrement dit, en augmentant la température de la plaque métallique du côté de la face externe à la pliure, on augmente la ductilité du matériau dans cette partie de plaque, et on favorise le pliage sans affecter le matériau.

De la sorte, il est possible de former un pli sans générer de dégradation du matériau, des criques ou des ruptures, tout en maintenant les cadences de formation des plis dans les plaques. Autrement dit la pièce pliée est devenue réalisable sans crique ni rupture tout en maintenant la productivité, et les coûts de transformation le sont parallèlement.

Selon un mode de mise en œuvre de l’invention particulièrement avantageux, l’étape c) comprend une première sous-étape dans laquelle on maintient ledit poinçon contre l’autre desdites faces de ladite plaque, tandis qu’on fournit une première fraction de l’énergie thermique. De la sorte, on maintient en prise la plaque de matériau métallique entre le poinçon et la matrice, sans toutefois déformer la plaque, tandis qu’on fournit de l’énergie thermique à la plaque localement avant de procéder à sa déformation et au pliage.

Préférentiellement, à ladite première sous-étape, on maintient ledit poinçon contre l’autre desdites faces de ladite plaque et on fournit ladite première fraction de l’énergie thermique, durant une période de temps prédéterminée. Cette période de temps prédéterminé est calibrée de façon à ce que la plaque de matériau métallique atteigne une température suffisante sur une épaisseur équivalente, par exemple à la moitié de l’épaisseur totale de la plaque. Par exemple, cette période de temps permet de porter la température locale de la plaque à une température comprise entre 200 °C et 500 °C. Aussi, cette période de temps est de l’ordre de la seconde, par exemple deux secondes.

Aussi, selon une caractéristique de l’invention préférée, l’étape c) comprend une seconde sous-étape dans laquelle on entraîne à force localement ladite plaque dans ledit évidement de déformation, tandis qu’on fournit une seconde fraction de l’énergie thermique. Autrement dit, on fournit de l’énergie thermique localement à la plaque avant de la déformer et également durant la déformation. De la sorte, on continue à améliorer la ductilité du matériau tandis qu’il se déforme au cours du pliage. Le temps de pliage est effectué également sur une période voisine de la seconde, par exemple une seconde.

Préférentiellement, on fournit un organe chauffant mobile entre lesdites deux portées d’appui pour pouvoir fournir de l’énergie thermique. Ainsi, on vient chauffer aisément la plaque de matériau métallique avant qu’elle ne soit déformée. Puis l’organe chauffant s’escamote au fur et à mesure du pliage tout en continuant à fournir de l’énergie thermique à la plaque métallique.

En outre, selon un mode de réalisation de l’invention particulièrement avantageux, on fournit de l’énergie thermique à ladite une desdites faces de ladite plaque par contact dudit organe chauffant avec ladite une desdites faces. De la sorte, on fournit de l’énergie thermique à la plaque par conduction, ce qui permet d’élever très rapidement la température de la plaque. Partant, on peut augmenter la vitesse du pliage sans détériorer le matériau métallique.

Conformément à l’invention, et selon un autre objet, il est proposé une installation de pliage de matériau métallique en plaque comprenant: une matrice présentant deux portées d’appui espacées l’une de l’autre et un évidement de déformation situé entre lesdites deux portées d’appui, ladite matrice étant adaptée à recevoir une plaque d’un matériau métallique présentant deux faces opposées, l’une desdites faces venant en applique sur lesdites deux portées d’appui; et, un poinçon mobile monté au droit dudit évidement de déformation, ledit poinçon mobile étant adapté à être entraîné contre l’autre desdites faces de ladite plaque de façon à pouvoir entraîner à force localement ladite plaque dans ledit évidement de déformation pour plier ladite plaque. L’installation comprend en outre un organe chauffant monté sur ladite matrice pour pouvoir fournir de l’énergie thermique localement à ladite une desdites faces entre lesdites deux portées d’appui. Aussi, l’installation comporte tous les avantages énoncés au droit des caractéristiques de la méthode objet de l’invention et qu’elle permet de mettre en œuvre.

Aussi, ledit organe chauffant est préférentiellement monté mobile entre lesdites deux portées d’appui pour pouvoir fournir de l’énergie thermique. Grâce a sa mobilité il peut être escamoté lors de l’opération de pliage tout en fournissant de l’énergie thermique à la plaque métallique.

En outre, ledit organe chauffant est maintenu préférentiellement en appui contre ladite une desdites faces pour pouvoir fournir de l’énergie thermique par conduction. De la sorte, la plaque métallique est portée en température de manière plus rapide.

De plus, ledit organe chauffant est monté mobile en translation selon une ligne droite colinéaire à la direction d’entraînement dudit poinçon. Avantageusement, l’organe chauffant est maintenu en appui contre la plaque métallique au moyen d’une pièce mobile sous pression, de façon à ce que, lorsque la plaque se déforme et se plie, elle puisse repousser l’organe chauffant tandis que la pièce mobile sous pression se comprime. La pièce mobile sous pression, peut avantageusement être un élément élastiquement déformable, tel un élément ressort, par exemple un ressort à gaz, ou encore un ressort mécanique. De la sorte, l’organe chauffant demeure en contact avec la plaque métallique durant le pliage comme on l’expliquera ci-après.

D’autres particularités et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après de modes de réalisation particuliers de l’invention, donnés à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels:
est une vue schématique partielle de l’installation de pliage conforme à l’invention dans une première phase de fonctionnement;
est une vue schématique partielle de l’installation de pliage illustrée sur la figure [Fig. 1] dans une deuxième phase de fonctionnement; et,
est un organigramme de la méthode de pliage selon l’invention.

La Figure 1 montre partiellement une installation de pliage 10 conforme à l’invention. Elle comprend une matrice 12 installée sur une embase non représentée, et au-dessus de la matrice, un poinçon 14.

La matrice 12 comprend une empreinte longitudinale en U 13 s’étendant selon une direction perpendiculaire au plan de la figure et présentant deux ailes d’appui opposées 15, 17. Les ailes d’appui opposées 15, 17 définissent deux portées d’appui opposées l’une de l’autre 16, 18 et un évidement de déformation 20, s’étendant entre les portées d’appui opposées 16, 18 selon la direction de l’empreinte longitudinale en U. L’évidement de déformation 20 s’étend également selon une composante perpendiculaire à la direction de l’empreinte longitudinale en U 13.

Les deux portées d’appui 16, 18 s’étendent en regard l’une de l’autre et parallèlement l’une à l’autre selon la direction perpendiculaire au plan de la figure. En outre, on observera que les portées d’appui opposées 16, 18 sont arrondies. On en expliquera ci-après les raisons.

Le poinçon 14 est ici représenté partiellement. Il s’étend parallèlement à l’empreinte longitudinale en U au droit de l’évidement de déformation 20 en regard de toute sa longueur. Autrement dit, le poinçon de 14 s’étend au-dessus de l’évidement de déformation 20. Aussi, il définit une extrémité libre arrondie 22 de symétrie cylindrique.

Le poinçon 14 est mobile en translation selon une direction D sensiblement perpendiculaire à la direction de l’empreinte longitudinale en U 13 et entre les deux ailes d’appui opposées 15, 17 et à équidistance des deux portées d’appui opposées 16, 18. Aussi, le poinçon 14 est adapté à être entraîné en translation vers l’évidement de déformation 20 et entre les deux ailes d’appui opposées 15, 17 et les deux portées d’appui correspondantes 16, 18, au moyen d’organes usuels et non représentés. Ces organes usuels peuvent être mécaniques ou bien encore hydrauliques. L’installation de pliage 10 est apparentée à une presse industrielle dans laquelle sont installés la matrice 12 et le poinçon 14.

De surcroît, l’installation de pliage 10 comprend un organe chauffant 24 installé dans l’évidement de déformation 20. L’organe chauffant 24 forme une rampe qui s’étend longitudinalement à l’intérieur de l’empreinte en U 13. Il présente une surface de contact active 26 qui vient s’étendre, sur la figure sensiblement dans le plan défini par les deux portées d’appui opposées 16, 18 parallèles.

Aussi, l’organe chauffant 24 est équipé, dans l’exemple présenté ici, d’une pluralité de cartouches chauffantes électriques, installées côte à côte de manière à ce que leur extrémité vienne affleurer la surface de contact active 26. Ces cartouches chauffantes sont des résistances électriques de forte puissance qui permettent de porter la température de la surface de contact active 26 à une température de l’ordre de la centaine de degrés, par exemple 400 °C. Tous les autres moyens de chauffage de la partie externe du pli sont également possibles et pourraient remplacer le système présenté.

Par ailleurs, l’organe chauffant 24 est monté mobile en translation dans le fond de l’empreinte en U 13, selon la direction D colinéaire au mouvement de translation du poinçon 14.

Aussi, selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l’invention, l’organe chauffant 24 est monté sur un support 28 lui-même monté à coulissement dans la matrice 12. Et le support 28 est en appui sur des ressorts de rappel non représentés, de manière à ce qu’à l’équilibre, la surface de contact active 26 demeure dans la position où elle est représentée sur la figure . Comme on va l’expliquer ci-après, l’organe chauffant 24 peut alors être entraîné en translation vers le fond de l’empreinte longitudinale en U 13 tandis que les ressorts précités se compriment.

Ainsi, une plaque 30, par exemple en alliage d’aluminium présentant deux faces opposées, une face inférieure 32 et une face supérieure 34, est installée sur la matrice 12 de manière à ce que la face inférieure 32 vienne en applique sur les deux ailes d’appui opposées 15, 17 et respectivement les deux portées d’appui 16, 18. Dans l’exemple présenté sur la figure la plaque métallique 30 présente une épaisseur e de deux millimètres.

En outre, entre les deux portées d’appui 16, 18, la face inférieure 32 de la plaque métallique 30 est en contact avec la surface de contact active 26 de l’organe chauffant 24. Ainsi, la surface de contact active 26 est précisément en contact avec la surface externe de la plaque au niveau du pli qui se formera. Aussi, avant que la plaque 30 ne vienne en applique sur les deux ailes d’appui opposées 15, 17, l’organe chauffant 24 est dans une position de repos telle que la surface de contact active 26 soit située sensiblement au-dessus du plan d’applique défini par les deux ailes d’appui opposé 15, 17. De la sorte, l’organe chauffant 24 transfert de l’énergie thermique à la face inférieure 32 de la plaque métallique 30 juste avant qu’elle ne puisse être pliée.

On décrira à présent la méthode de pliage selon l’invention et ses différentes étapes au regard de l’organigramme représenté sur la figure et des figures [Fig. 1] et [Fig. 2].

Ainsi, après une première étape 36 de préparation de l’installation de pliage 10, dans laquelle on fournit la matrice 12 et le poinçon 14 et on les monte l’un au-dessus de l’autre, on installe selon une deuxième étape 38 la plaque métallique 30 sur la matrice 12 comme illustré sur la figure .

Puis dans une troisième étape 40 on commande l’abaissement du poinçon 14 selon la flèche F jusqu’à ce que son extrémité libre 22 vienne en appui sur la face supérieure 34 de la plaque métallique 30. De la sorte, cette dernière est en prise entre le poinçon 24 et les deux portées d’appui 16, 18 des deux ailes d’appui opposées 15, 17. Aussi, de cette façon, on s’assure également que la face inférieure 32 de la plaque métallique 30 est bien en contact avec la surface de contact active 26 de l’organe chauffant 24. On observera en effet sur la Figure que le poinçon 14 vient précisément au droit de l’organe chauffant 24.

Puis, dans une quatrième étape 42, on met en œuvre l’organe chauffant 24, et par conduction entre la surface de contact active 26 et la face inférieure 32 de la plaque métallique 30, de l’énergie thermique lui est fournie. De la sorte, la face inférieure 32 est portée rapidement à une température de 300 °C par exemple. Ainsi, compte tenu de l’épaisseur de deux millimètres de la plaque métallique 30, celle-ci atteint rapidement et localement, entre l’extrémité libre 22 du poinçon 14 et la surface de contact active 26 de l’organe chauffant 24, une température voisine de 400 °C. La température de la face inférieure 32 est toutefois supérieure à la température de la face supérieure 34 et un gradient de température s’opère donc entre les deux faces.

Selon un mode de mise en œuvre particulièrement avantageux, une seconde après l’engagement de la quatrième étape 42, le poinçon 14 est abaissé plus encore et à force selon une cinquième étape 44, tandis que l’organe chauffant 24 demeure actif. Partant, le poinçon 14 déforme la plaque métallique 30 entre les deux portées d’appui 16, 18 pour former une pliure 46 le long de l’extrémité libre arrondie 22 du poinçon 14 et deux pans opposés 45, 47, à mesure que ce dernier s’enfonce selon la flèche F’ représentée sur la figure , dans l’évidement de déformation 20. La course du poinçon 14 peut alors être opérée sur une période de temps courte, par exemple d’une demi seconde.

La course du poinçon 14 et l’écartement des deux portées d’appui 16, 18 permettent de déterminer ici, l’angle formé par les deux pans opposés 45, 47. Il est ici sensiblement de 45°. On observera qu’une géométrie différente de l’extrémité libre 22 du poinçon 14 et de la matrice 12, pourrait permettre par exemple de former un pliage en U et non plus en V.

On observera que l’extrémité libre arrondie 22 du poinçon 14 a formé localement, du côté de la face supérieure 34, une zone concave 48, et du côté de la face inférieure 32, une zone convexe 50. Durant l’enfoncement du poisson 14, et la formation de la zone convexe 50, celle-ci demeure en contact avec la surface de contact active 26 qui lui fournit toujours de l’énergie thermique, tandis que l’organe chauffant 24 s'enfonce dans l’évidement de déformation 20 à mesure de la progression du poinçon 14.

Ainsi, grâce au chauffage préalable de la plaque métallique 30 dans sa zone de déformation située entre les deux portées d’appui 16, 18, ce qui correspond à une première fraction d’énergie thermique fournie, puis immédiatement après, durant la déformation, à la fourniture d’une deuxième fraction d’énergie thermique à la zone en déformation, le matériau est plus ductile. De la sorte, le matériau métallique, dans la zone convexe 50, à l’extérieur de la pliure 46, s’étire plus aisément sans craquellement ni rupture. En revanche, le matériau métallique se comprime à l’opposé dans la zone concave 48 sans dommage non plus du matériau.

Dans une ultime étape 52, après que le poinçon 14 a atteint sa course maximale prédéfinie, l’organe chauffant 24 revient à sa position initiale, tandis que le poinçon 14 est remonté dans sa position originelle, telle qu’illustrée sur la figure . L’organe chauffant 24 retrouve ainsi sa position originelle soit, où la surface de contact active 26 est en affleurement du niveau des portées d’appui opposées 16, 18 ou à une position au dessus de l’affleurement de façon à augmenter le temps de chauffage de la face inférieure 26 comme indiqué ci-dessus. La matrice 12 peut alors accueillir une nouvelle plaque métallique.

Une telle mise en œuvre permet de conserver une vitesse du poinçon 14 équivalente à ce qui se fait à température ambiante tout en conservant l’intégrité du matériau métallique de la plaque 30. Partant, on peut maintenir le nombre de plaques métalliques pliées par unité de temps, et ainsi abaissé les coûts du pliage des plaques de matériau difficiles à plier auparavant.

Claims

Méthode de pliage de matériau métallique en plaque du type comprenant les étapes suivantes:
- a) on fournit, d’une part une matrice (12) présentant deux portées d’appui (16, 18) espacées l’une de l’autre et un évidement de déformation (20) situé entre lesdites deux portées d’appui (16, 18), et d’autre part un poinçon mobile (14) monté au droit dudit évidement de déformation(20) ;
- b) on installe sur ladite matrice (12) une plaque (30) d’un matériau métallique présentant deux faces opposées (32, 34), de façon à pouvoir appliquer l’une (32) desdites faces contre lesdites deux portées d’appui (16, 18) ;
- c) on entraîne ledit poinçon (14) en translation contre l’autre (34) desdites faces de ladite plaque (30) de façon à pouvoir entraîner à force localement ladite plaque dans ledit évidement de déformation (20) pour plier ladite plaque;
caractérisée en ce qu’après l’étape b) on fournit de l’énergie thermique localement à ladite une (32) desdites faces entre lesdites deux portées d’appui (16, 18).
Méthode de pliage selon la revendication 1, caractérisée en ce que l’étape c) comprend une première sous-étape dans laquelle on maintient ledit poinçon (14) contre l’autre (34) desdites faces de ladite plaque (30), tandis qu’on fournit une première fraction de l’énergie thermique.
Méthode de pliage selon la revendication 2, caractérisée en ce qu’à ladite première sous-étape, on maintient ledit poinçon (14) contre l’autre (34) desdites faces de ladite plaque (30) et on fournit ladite première fraction de l’énergie thermique, durant une période de temps prédéterminée.
Méthode de pliage selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que l’étape c) comprend une seconde sous-étape dans laquelle on entraîne à force localement ladite plaque (30) dans ledit évidement de déformation (20), tandis qu’on fournit une seconde fraction de l’énergie thermique.
Méthode de pliage selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu’on fournit un organe chauffant (24) mobile entre lesdites deux portées d’appui (16, 18) pour pouvoir fournir de l’énergie thermique.
Méthode de pliage selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu’on fournit de l’énergie thermique à ladite une (32) desdites faces de ladite plaque (30) par contact dudit organe chauffant (24) avec ladite une (32) desdites faces.
Installation de pliage (10) de matériau métallique en plaque comprenant:
- une matrice (12) présentant deux portées d’appui (16, 18) espacées l’une de l’autre et un évidement de déformation (20) situé entre lesdites deux portées d’appui (16, 18), ladite matrice (12) étant adaptée à recevoir une plaque (30) d’un matériau métallique présentant deux faces opposées (32, 34), l’une (32) desdites faces venant en applique sur lesdites deux portées d’appui (16, 18);
- un poinçon mobile (14) monté au droit dudit évidement de déformation (20), ledit poinçon mobile (14) étant adapté à être entraîné contre l’autre (34) desdites faces de ladite plaque (30) de façon à pouvoir entraîner à force localement ladite plaque (30) dans ledit évidement de déformation (20) pour plier ladite plaque(30) ;
caractérisée en ce qu’elle comprend en outre un organe chauffant (24) monté sur ladite matrice (12) pour pouvoir fournir de l’énergie thermique localement à ladite une (32) desdites faces entre lesdites deux portées d’appui (16, 18).
Installation de pliage selon la revendication 7, caractérisée en ledit organe chauffant (24) est monté mobile entre lesdites deux portées d’appui (16, 18) pour pouvoir fournir de l’énergie thermique.
Installation de pliage selon la revendication 8, caractérisée en ce que ledit organe chauffant (24) est maintenu en appui contre ladite une (32) desdites faces pour pouvoir fournir de l’énergie thermique par conduction.
Installation de pliage selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que ledit organe chauffant (24) est monté mobile en translation selon une ligne droite colinéaire à la direction d’entraînement dudit poinçon (14).