La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de formage d'un flan de tôle notamment pour réaliser un masque de tube cathodique.
Dans un procédé classique de formage d'un flan de tôle, on tient le flan de tôle à sa partie périphérique et on agit sur la partie centrale de ce dernier sous l'action de descente ou de montée d'un poinçon qui forme progressivement le flan en tombant le bord périphérique. Dans ce procédé, la partie périphérique subit un rétreint compte-tenu de la diminution du périmètre en partant de l'extérieur, alors que la partie centrale est en expansion. On est donc conduit pour éviter la formation de plis à accroître la pression sous serre-flan, ce qui conduit à accroître la force de traction à exercer sur la partie centrale en fonction des efforts périphériques et par voie de conséquence l'allongement du métal dans cette partie.
Or ceci est inacceptable pour certaines applications dans lesquelles on ne peut tolérer de déformation par allongement, en particulier dans le cas de tôles extra-minces ou/et perforées notamment pour des masques de tubes cathodiques.
En effet, on sait que les masques pour tubes cathodiques sont réalisés à partir d'un flan de tôle extra-mince comportant à sa partie centrale un réseau de micro-perforations devant répondre à des exigences extrêmement sévères de positionnement et de forme des perforations.
Jusqu'à présent, les masques pour tubes cathodiques sont réalisés par un emboutissage classique de la partie centrale avec poinçon et matrice, en chauffant la partie périphérique du flan de tôle à une température adaptée pour rendre cette dernière plus ductile et donc favoriser sa déformation en limitant l'effort de traction dans la partie centrale.
Mais, le chauffage a toutefois pour inconvénient de provoquer l'apparition d'oxydes et de nécessiter un décapage et un refroidissement dans la partie centrale du flan de tôle.
Par ailleurs, pour tenir compte de l'allongement du métal sous l'effet du poinçon dans l'opération d'emboutissage, il était nécessaire de donner aux micro-perforations réalisées par un procédé d'attaque chimique sur le flan de tôle une forme initiale spécifique telle que ces dernières aient, après emboutissage, la forme désirée.
L'invention a pour but de fournir un procédé fonctionnant à froid, de formage d'un flan de tôle et réalisant, en une seule opération, le galbe de la partie centrale et le tombage ou le relevage de la zone périphérique du flan de tôle, sans déformer le réseau de perforations, tout en évitant les inconvénients de l'apport calorifique mentionné précédemment.
L'énergie de la déformation périphérique n'est dont plus d'origine thermo-mécanique, mais d'origine mécanique.
On connaît également dans le US-A-3 296 850, un procédé de formage d'un masque de tube cathodique à partir d'un flan de tôle, dans lequel on dispose le flan de tôle entre un poinçon et une matrice, on tient la partie périphérique du flan de tôle sur une faible largeur dans un organe de serrage périphérique, on serre la partie centrale du flan de tôle entre le poinçon et la matrice et on rabat la partie périphérique du flan de tôle en déplaçant l'organe de serrage périphérique.
L'invention a pour objet un procédé de formage d'un flan de tôle, notamment pour réaliser un masque de tube cathodique, sur une presse, selon lequel:
L'invention a également pour objet un dispositif de formage d'un flan de tôle, notamment pour réaliser un masque de tube cathodique, sur une presse comprenant une matrice et un poinçon supporté par une semelle supérieure par l'intermédiaire d'une semelle intermédiaire, un organe de serrage de la périphérie du flan de tôle, caractérisé en ce que la matrice et le poinçon sont réalisés en un matériau déformable et en ce qu'il comporte des moyens pour exercer dans des zones localisées une action mécanique sur l'organe de serrage en rapprochant dans la direction latérale les éléments opposés de l'organe de serrage, des moyens de déplacement vertical de l'organe de serrage par rapport à l'ensemble poinçon - matrice et une lame périphérique déformable pour contrôler le flambage et dérouler la partie périphérique du flan de tôle le long des parois latérales du poinçon ou de la matrice afin d'obtenir le bord tombé final.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
La Fig. 1 représente un flan de tôle 1 de très faible épaisseur à partir duquel est réalisé un masque de tube cathodique. Ce flan de tôle comporte une partie centrale la munie d'un réseau de micro-perforations et une partie périphérique 1b non perforée.
Le masque réalisé après formage a donc sa partie centrale 1a correspondant au réseau de micro-perforations galbé et son bord périphérique 1b relevé, comme cela apparaît à la figure 2.
Le dispositif de formage représenté à la figure 3 pour réaliser un masque de tube cathodique comporte une semelle inférieure 10 sur laquelle repose un fond de matrice 11. Ce fond de matrice 11 est muni à sa partie centrale d'une empreinte 12.
Au-dessus du fond de matrice 11, le dispositif de formage comporte une matrice déformable 13 qui repose sur le fond de matrice 11 par sa partie périphérique 14.
La matrice 13 est reliée par une tige 15 à un système de verrouillage 16 constitué par exemple par un vérin.
Le dispositif de formage comprend également un poinçon déformable 17 supporté par une semelle intermédiaire 18 qui est elle-même supportée par une semelle supérieure 19 par l'intermédiaire de colonnettes 20 montées coulissantes dans ladite semelle supérieure. Des ressorts de compression 21 sont interposés entre les deux semelles 18 et 19.
La matrice 13 et le poinçon 17 sont réalisés en matériau déformable et la face inférieure du poinçon 17 peut comporter un jonc périphérique 22 destiné à empêcher le glissement du flan de tôle vers l'extérieur au moment de son formage.
D'autre part, la semelle supérieure 19 supporte des cames 23 qui traversent la semelle 18 par les ouvertures 24.
Chaque came 23 comporte sur sa face intérieure des profils spécifiques 23a, 23b et 23c.
La course verticale de la semelle intermédiaire 18 et par conséquent du poinçon 17 est limitée par des colonnes 25 montées sur la semelle inférieure 10.
Le dispositif de formage comporte autour de la matrice 13 et du poinçon 17 et au niveau du plan de séparation de ces deux éléments, un organe de serrage périphérique 30 destiné à serrer sur une faible largeur la partie périphérique 1b du flan de tôle 1. Cet organe de serrage 30 réalisé par exemple en matériau composite est constitué d'une pince supérieure 31 et d'une pince inférieure 32 et a la forme d'un cadre comme représenté à la figure 4.
La pince supérieure 31 est supportée par un plateau 33, par l'intermédiaire des vis 34 disposées à l'intérieur des trous oblongs 35 prévus dans la pince supérieure 31, de façon à permettre un déplacement latéral de ladite pince par rapport au plateau 33. Ce plateau 33 est supporté par la semelle intermédiaire 18 par des colonnettes 36 montées coulissantes dans ladite semelle. Des ressorts de compression 37 sont interposés entre le plateau 33 et la semelle intermédiaire 18.
Enfin, la pince supérieure 31 comporte une face latérale inclinée 31a destinée à coopérer avec la face inclinée 23c des cames 23, pour exercer dans des zones localisées, une action mécanique latérale sur l'organe de serrage 30.
La pince inférieure 32 comporte d'une part des tiges de guidage 38 destinées à pénétrer dans des trous 39 prévus à l'intérieur de la pince supérieure 31 et d'autre part des pions 40 uniformément répartis sur le pourtour de la pince 32 et destinés à centrer le flan de tôle 1. Les pions 40 pénétrent dans des trous 41 prévus dans la pince supérieure 31 lorsque que l'organe de serrage 30 est fermé.
La pince inférieure 32 est supportée par un cadre 42 reposant sur des contre-cames 43 qui sont elles-mêmes en appui sur la semelle inférieure 10. Le cadre 42 comporte une face inclinée extérieure 42a.
Chaque contre-came 43 comporte sur sa face supérieure une première face inclinée 43a destinée à coopérer avec la face inclinée 23a des cames 23, une deuxième face inclinée 43b destinée à coopérer avec la face inclinée 42a du cadre 42, et une troisième face inclinée 43c destinée à coopérer avec des moyens complémentaires 50 pour orienter le flambage, comme on le verra ultérieurement.
Des ressorts 44 sont disposés entre le fond de matrice 11 et chaque contre-came 43.
Les moyens complémentaires pour orienter le flambage peuvent être constitués par une lame périphérique 50 déformable, insérée entre la matrice 13 et la pince inférieure 32 pour orienter le flambage de la partie libre 1b du flan de tôle 1 de façon uniforme et dans le même sens.
La lame 50 est constituée par une lame élastique réalisée par exemple en matériau composite.
Selon un mode de réalisation illustré dans la présente demande, une première partie 50a de la lame 50 est en appui sur un support 51 en forme de cadre et entourant le fond de matrice 11. Le support 51 comporte une plaque de paroi 51a verticale en contact avec la paroi extérieure du fond de matrice 11 et une plaque de base horizontale 51b contiguë à un bord de la plaque de paroi en faisant un angle droit avec celle-ci. La plaque de base 51b a sa face inférieure 51c inclinée selon la même pente que la face inclinée 43c des contre-cames 43.
Une deuxième partie 50b de la lame 50 est en appui sur un poussoir 52 formé par une plaque verticale dont l'extrémité inférieure repose sur la plaque de base 51b du support 51. Des ressorts 53 sont disposés entre la plaque de paroi 51a et la plaque 52 de façon à maintenir lesdites plaques écartées et respectivement en appui sur la paroi extérieure du fond de matrice 11 et sur la paroi latérale interne de la pince inférieure 32.
Dans le mode de réalisation illustré, la lame 50 a été représentée en-dessous du flan de tôle 1, ce qui conduit à un relevage du bord, mais il est évident que l'on peut concevoir une version symétrique dans laquelle le bord est tombé à l'aide d'une lame disposée au-dessus du flan et à laquelle on imprime un mouvement descendant.
Le formage du flan de tôle 1 est réalisé de la façon suivante.
Tout d'abord, on pose le flan de tôle 1 sur la matrice 13 de telle sorte qu'une faible largeur de son bord périphérique repose également sur la pince inférieure 32 à l'intérieur de la zone délimitée par les pions 40.
Sous l'action d'un coulisseau, non représenté, de la presse qui agit sur la semelle supérieure 19, on descend la partie supérieure du dispositif de façon à venir appliquer le poinçon 17 sur le flan de tôle 1 et à fermer l'organe de serrage 30 pour maintenir la partie périphérique dudit flan sur une faible largeur entre les pinces 31 et 32 (figure 5). Les tiges de guidage 38 et les pions 40 pénètrent respectivement dans les trous 39 et 41 de la pince supérieure 31.
Toujours sous l'action du coulisseau de la presse, on fait fléchir par l'intermédiaire des semelles 19 et 19, le poinçon déformable 17 et la matrice déformable 13 pour ainsi former un galbe souhaité de la partie centrale du flan de tôle 1. Cette position est maintenue par le vérin 16 au point mort bas (figure 6). Le jonc 22 empêche tout glissement du flan de tôle.
Sous l'effet du ressort de compression 37 et du plateau 33, la pince supérieure 31 est plaquée sur la pince inférieure 32 maintenue en position par le cadre 42 et les contre-cames 43. La partie périphérique du flan de tôle 1 se trouve ainsi serrée.
Au cours de cette étape de formage de la partie centrale, la fibre moyenne réelle du flan de tôle 1 est placée dans une position par rapport à la fibre neutre de l'ensemble constitué par le poinçon 17 et la matrice 13 telle que l'on puisse engendrer au moins dans des zones localisées dudit flan de tôle, une contrainte interne réglable disponible pour annuler les éventuelles contraintes induites par des phénomènes extérieurs tels que la dilatation thermique et les vibrations générées par les phénomènes acoustiques, magnétiques et autres.
Ainsi, en modifiant la position du flan de tôle par rapport à la fibre neutre de l'ensemble poinçon 17 - matrice 13, on peut engendrer, au moins dans des zones localisées du flan de tôle, des contraintes internes de compression ou de traction en fonction de l'utilisation ultérieure de la pièce formée.
De plus, on exerce la déformation par rapport à la fibre moyenne du métal constituant le flan de tôle pour avoir une déformation homogène et pour ne pas détériorer la précision des micro-perforations de la partie centrale du flan de tôle.
Pendant cette étape de formage du galbe, la partie supérieure de la lame 50 est en appui au-dessous de la zone périphérique 1b du flan de tôle (figure 6).
A l'issue de cette étape de formage du galbe, on réalise le flambage contrôlé de la partie libre 1b du flan de tôle située entre le poinçon 17 et l'organe de serrage 30.
A cet effet, la semelle intermédiaire 18 étant en butée sur les colonnes 25 et tout en maintenant par l'organe de serrage 30 la partie périphérique 1b du flan de tôle 1 sous l'action des ressorts 37, on exerce, sur des zones localisées des pinces 31 et 32 de l'organe de serrage 30, une action mécanique illustrée par les flèches F1 (figures 7 à 9).
Cette action mécanique est réalisée en descendant les cames 23 par l'intermédiaire de la semelle supérieure 19 de telle sorte que la face inclinée 23c desdites cames entre en contact avec la face inclinée 31a de la pince supérieure 31, ce qui a pour effet de rapprocher les branches opposées de l'organe de serrage 30 (figures 7 à 9).
De plus, cette action mécanique sur chaque branche opposée de l'organe de serrage 30 a pour effet d'induire par l'intermédiaire des petits pions 40 une action de poussée sur la partie périphérique du flan de tôle qui est tout à fait originale par rapport à un emboutissage classique opéré sous l'action de traction exercée par le flan sous poinçon.
Ainsi, le rapprochement des branches opposées de l'organe de serrage 30 provoque sur la partie libre 1b du flan de tôle 1, un flambage contrôlé. Ce flambage orienté et se produisant autour de la fibre moyenne du flan de tôle est réalisé de telle façon que la déformation de la zone périphérique du flan de tôle corresponde à un écoulement de la matière, telle que l'épaisseur du flan et le périmètre de ce dernier soit conservés sensiblement constants.
Au cours de cette action mécanique sur l'élément de serrage 30, les branches opposées des pinces 31 et 32 se déforment comme cela apparait à la figure 8. Les bords du flan de tôle 1 sont poussés par les pions 40.
Cette action mécanique provoque également un mouvement simultané de rapprochement des deux parties 50a et 50b de la lame 50 illustré par les flèches F2 et de montée du sommet de la lame 50 illustré par la flèche F3 (figures 7 et 8).
Ce mouvement combiné de montée et de rapprochement de la lame 50 a pour rôle d'orienter le flambage de la partie libre 1b du flan de tôle 1 située entre l'ensemble poinçon-matrice et l'organe de serrage 30.
On poursuit, par l'intermédiaire du coulisseau de la presse, la descente de la semelle supérieure 19 et des cames 23, la face inclinée inférieure 23a desdites cames vient en contact avec la face inclinée 43a des contre-cames 43. L'organe de serrage et la lame 50 sont maintenus en position rapprochée comme représenté aux figures 9 et 10 par la paroi latérale des cames 23.
La phase suivante du procédé (figures 10 et 11) consiste en un déroulage du bord 1b du flan de tôle 1 par translation dans un mouvement ascendant simultané de l'organe de serrage 30 et de la lame 50 respectivement selon les flèches F4 et F5.
Pour cela, on continue la descente de la semelle supérieure 19 et des cames 23.
Les cames 23 impriment par l'intermédiaire des faces inclinées 23a et 43a un mouvement transversal aux contre-cames 43 à l'encontre des ressorts 44. Le mouvement transversal F6 des contre-cames 43 imprime à son tour simultanément un déplacement ascendant F4 à l'organe de serrage 30 par l'intermédiaire de la face inclinée 43b desdites contre-cames et de la face inclinée 42a du cadre 42 et un déplacement ascendant F5 à la lame 50 par l'intermédiaire de la face inclinée 43c des contre-cames et de la face inclinée 51c du support 51.
La pente de la face inclinée 43b est plus importante que celle de la face inclinée 43c de façon à obtenir un déplacement vertical de l'organe de serrage 30 plus rapide que celui de la lame 50.
Lors de la dernière phase de finition des bords, l'extrémité du bord libre 1b du flan de tôle 1 est plaquée contre la paroi latérale du poinçon 17 par montée de la lame 50.
A cet effet, on continue la descente de la semelle supérieure 19 et des cames 23 de manière à poursuivre le déplacement transversal des contre-cames 43. Le cadre 42 échappe au-dessus de la face inclinée 43b des contre-cames 43 pour passer sur la face supérieure 43d ce qui a pour effet d'arrêter le mouvement ascendant de l'organe de serrage 30. Par contre, la lame 50 continue à monter si bien que l'extrémité du bord libre 1b du flan de tôle 1 est plaquée contre la paroi latérale du poinçon 17 (figure 11).
Ensuite, la semelle supérieure 19 est remontée ce qui entraîne l'ouverture du dispositif par la remontée des cames 23, de la semelle intermédiaire 18, du poinçon 17 et de la pince supérieure 31.
Sous l'effet des ressorts 44 et 53, les contre-cames 43, la pince inférieure 32 et la lame 50 reprennent leur position initiale.
Le vérin 16 est toujours maintenu au point mort bas pour éviter la remontée de la matrice 13 qui entraînerait une déformation du flan de tôle 1 formé.
Enfin, l'extrémité du bord du flan de tôle peut être détourée par un dispositif approprié.