PROCEDE D'EMBOUTISSAGE A TIEDE DE PIECES EN ALLIAGE Al-Mg

Description

Domaine de l'invention

[0001] L'invention concerne la fabrication, par emboutissage à tiède, c'est-à-dire à une température comprise entre 150 et 350°C, de pièces fortement déformées en alliage d'aluminium, en particulier en alliage du type Al-Mg (série 5000 selon la norme EN 573-3), destinées en particulier à la construction automobile.

Etat de la technique

[0002] Il est connu qu'au-delà de 150°C, l'allongement à la rupture des alliages d'aluminium croît, cet effet étant d'autant plus marqué que la vitesse de déformation est faible. Contrairement à la mise en forme superplastique, qui se fait à des températures supérieures à 450°C, et qui exige des alliages présentant une microstructure particulière à grains très fins, la mise en forme à tiède, à une température comprise entre 150 et 350°C, permet d'accroître la ductilité des alliages conventionnels, notamment ceux de la série 5000.

[0003] Les premiers essais d'emboutissage à tiède d'alliages d'aluminium dans l'industrie automobile ont été réalisés aux Etats-Unis dans les années 1970 dans le but de substituer l'aluminium à l'acier sans modifier les outillages. Le brevet US 4090889 de Chrysler, déposé en 1976, décrit un procédé d'emboutissage à une température comprise entre 100 et 315°C de pièces pour l'automobile en divers types d'alliages, dont l'alliage 5252-H25. Le chauffage des flans, recouverts d'un lubrifiant à base de graphite, se fait de préférence par infrarouge. Depuis cette époque, aucune application industrielle n'a été réalisée, probablement par manque de maîtrise thermique du procédé, et à cause de la difficulté d'obtenir des cadences de fabrication proches de celles de l'emboutissage à froid conventionnel.

[0004] Le but de la présente invention est de remédier à cet inconvénient et de permettre l'emboutissage à tiède de pièces en alliage d'aluminium, notamment en alliage Al-Mg, pour l'automobile avec une productivité compatible avec les exigences de l'industrie automobile, soit pour obtenir des pièces qu'on ne pourrait pas réaliser à froid, soit pour en faciliter la réalisation, notamment en diminuant le nombre de passes d'emboutissage, soit en utilisant des alliages plus économiques, mais peu formables à froid.

Objet de l'invention

[0005] L'invention a pour objet un procédé de fabrication de pièces embouties en alliage d'aluminium, comportant les étapes suivantes :

• la fabrication d'une bande d'épaisseur comprise entre 0,5 et 5 mm en alliage de composition (% en poids): Mg : 1-6 Mn < 1,2 Cu < 1 Zn < 1 Si < 3 Fe < 2 Cr < 0,4 Zr < 0,3 autres éléments < 0,1 chacun et < 0,5 au total, reste Al,
• la découpe d'un flan à partir de cette bande,
• le chauffage local ou total du flan à une température comprise entre 150 et 350°C, et d'une durée < 30 s,
• l'emboutissage du flan chauffé à l'aide d'un outillage au moins partiellement chauffé, à une température comprise entre 150 et 350°C, en présence d'un lubrifiant compatible avec les opérations ultérieures.

[0006] Le lubrifiant peut être, soit déposé préalablement sur le flan découpé, soit projeté sur l'outillage d'emboutissage juste avant l'emboutissage du flan. L'emboutissage se fait, de préférence, en une seule passe.

[0007] L'invention a également pour objet une pièce emboutie à partir d'un flan en alliage d'aluminium de la composition précédente, comportant des zones peu ou pas déformées et des zones très déformées, dans laquelle les parties les moins déformées présentent une limite d'élasticité R_0,2 supérieure d'au moins 30% (ou une dureté Vickers supérieure d'au moins 20%) à celle des zones les plus déformées.

Description des figures

[0008] 

La figure 1 représente, en perspective, une doublure de porte d'automobile réalisée par le procédé selon l'invention décrit à l'exemple 1.

La figure 2 représente la zone préchauffée du flan utilisé aux exemples 1 et 2.

La figure 3 est une vue en coupe du contre-embouti en coin de la pièce de l'exemple 2.

Description de l'invention

[0009] L'invention s'applique à la fabrication de pièces embouties en alliages d'aluminium contenant de 1 à 6%, et de préférence 3,5 à 5%, de magnésium. Mg contribue à la résistance mécanique de l'alliage, de même que Cu, Mn ou Zn qui peuvent être présents jusqu'à une teneur de 1% pour Cu et Zn, et 1,2% pour Mn. Ces alliages sont essentiellement des alliages de la série 5000, par exemple des alliages 5052, 5083, 5182 ou 5754, mais peuvent être de la série 4000 si la teneur en Si est supérieure à celle en Mg, ou de la série 3000 si la teneur en Mn est légèrement supérieure à celle en Mg. De tels alliages 3000 ou 4000 peuvent avoir été élaborés en incorporant une part de chutes de fabrication recyclées, ce qui en fait des alliages économiques.

[0010] Les bandes peuvent être obtenues, d'une manière traditionnelle, par coulée de plaques, laminage à chaud, puis laminage à froid, mais également par coulée continue de bandes, soit entre deux courroies métalliques (« belt casting ») puis laminage à chaud et éventuellement à froid, soit entre deux cylindres refroidis (« roll-casting ») puis laminage à froid. Dans le cas de la coulée entre courroies, il peut être intéressant, à la fois sur le plan technique et économique, d'utiliser des bandes laminées à chaud, si l'épaisseur à obtenir le permet.

[0011] En coulée traditionnelle, Fe est limité à 0,8%, mais peut atteindre 2% dans les alliages issus de coulée continue. De même, le silicium peut être plus élevé, jusqu'à 3%, en coulée continue, alors qu'il vaut mieux le limiter à 2% en coulée traditionnelle.

[0012] La dernière passe de laminage peut être effectuée avec un cylindre texturé, par exemple par traitement par faisceau d'électrons (EBT), par électro-érosion (EDT) ou par faisceau laser, ce qui améliore la formabilité et l'aspect de surface de la pièce formée après peinture.

[0013] Les bandes peuvent être recuites (état O) si on veut des allongements très importants pour réaliser des pièces très déformées d'emboutissage difficile, et qu'on est moins exigeant sur la résistance mécanique finale. Mais un des intérêts du procédé selon l'invention est de partir d'un état écroui ou partiellement restauré (états H1x ou H2x). En effet, outre l'avantage économique d'éviter le recuit, on évite également l'apparition de lignes de Lüders à l'emboutissage, ce qui est le cas quand on part de l'état recuit. C'est un avantage important puisque, en plus d'une résistance à l'indentation insuffisante due à l'utilisation d'un état recuit, le risque de lignes de Lüders a empêché jusqu'ici l'utilisation des alliages Al-Mg pour les pièces de peau de carrosserie, destinées à être peintes, alors qu'ils sont largement utilisés pour les pièces de renfort non visibles. On peut noter que les mêmes défauts d'aspect disparaissent également lors de la mise en forme à tiède des tôles à l'état recuit, ce qui présente un intérêt pour des applications nécessitant une grande formabilité et un bel aspect, mais pas une très grande résistance mécanique, comme par exemple les doublures d'ouvrant visibles. Enfin, l'utilisation d'un même type d'alliage pour la peau et les renforts simplifie le recyclage.

[0014] Les bandes sont ensuite découpées en flans de forme adaptée à la pièce à réaliser. A ce stade, les flans peuvent être revêtus d'un lubrifiant relativement stable à la température d'emboutissage, et n'émettant pas à cette température de fumées toxiques. Le lubrifiant doit également être facile à éliminer au dégraissage, et compatible avec les opérations ultérieures comme le soudage ou le collage sans préparation de surface supplémentaire, et avec la cataphorèse. A titre d'exemple, on peut utiliser des lubrifiants à base d'esters synthétiques à haut point d'ébullition et haut point d'éclair, contenant comme additifs de lubrification des stéarates de zinc, de sodium ou de lithium, ou des lubrifiants solides de type nitrure de bore.

[0015] Les flans sont ensuite préchauffés à une température comprise entre 150 et 350°C. Ce préchauffage doit être suffisamment rapide, de moins de 30 s, et de préférence de moins de 20 s, voire de moins de 10 s, pour alimenter l'outil d'emboutissage à la cadence requise. Si nécessaire, on peut avoir plusieurs postes de préchauffage pour alimenter un même outil. Le préchauffage peut se faire de manière homogène sur l'ensemble du flan, mais également de manière sélective, en créant ainsi un gradient de température entre différentes zones du flan. Ce préchauffage localisé permet d'optimiser les caractéristiques mécaniques, soit en facilitant la mise en forme par une meilleure distribution des déformations, soit en conduisant à une pièce finale avec des propriétés mécaniques hétérogènes, adaptées à la fonction de chaque zone de la pièce formée. On peut ainsi, par exemple, préchauffer sélectivement les zones destinées à être les plus déformées. Dans le cas de flans raboutés, on peut focaliser le préchauffage aux environs de la zone de raboutage pour éviter une rupture dans cette zone à l'emboutissage.

[0016] On peut également, en partant d'un flan en alliage fortement écroui, chauffer localement la périphérie pour obtenir, en fin de mise en forme, une pièce dont la partie centrale, qui n'a pas été chauffée, conserve une limite d'élasticité élevée, et dont la périphérie a subi un recuit pendant la mise en forme, et présente de ce fait une bonne aptitude au sertissage ultérieur.

[0017] Un moyen approprié pour obtenir un préchauffage rapide et, si nécessaire, localisé, est d'utiliser un chauffage par contact à l'aide d'un sabot chauffant appliqué sur le flan ayant la forme de la zone ou des zones à chauffer. Un tel dispositif assure une montée en température de 20 à 300°C en moins de 15 s, ce qui permet d'alimenter une ligne d'emboutissage à une cadence élevée avec un nombre réduit d'appareils de préchauffage. Par ailleurs, dans le cas où l'on part d'un flan écroui, plus sensible à la température et à la durée d'exposition, ce dispositif permet un contrôle précis et une bonne reproductibilité des températures atteintes, avec une bonne maîtrise du temps de cycle.

[0018] Lorsqu'il existe une zone très déformée localisée au centre de la pièce, comme par exemple un contre-embouti, la demanderesse a constaté, de manière surprenante, que, pour éviter une rupture à l'emboutissage, la zone de préchauffage du flan doit se situer non pas dans la zone à former, mais à son voisinage. L'apport de chaleur ne peut venir que du préchauffage du flan et non de celui de l'outil, car, dans un tel cas, le contact entre l'outil et le flan est trop rapide pour chauffer suffisamment. Le préchauffage du flan se fait, par exemple, à l'aide d'une cale chauffante située, de préférence, à une distance supérieure à 5 mm de la zone du flan correspondant à la zone localement très déformée de la pièce.

[0019] Le flan est ensuite transféré vers l'outil d'emboutissage, et, pour obtenir la température désirée sous la presse, on doit tenir compte du refroidissement éventuel du flan entre la sortie du four et la presse, ce qui conduit à surchauffer légèrement le flan par rapport à la température de l'outil.

[0020] Le flan préchauffé est alors embouti. Une des caractéristiques de l'invention est que l'outil d'emboutissage est, lui aussi, chauffé, au moins partiellement, à une température comprise entre 150 et 350°C. Ceci est obtenu par incorporation de résistances électriques dans l'outil. On peut ne chauffer que certaines zones de l'outil, de préférence la matrice et le serre-flan plutôt que le poinçon. Une disposition particulièrement avantageuse est d'avoir une matrice en deux parties chauffées séparées par une lame d'air. On a ainsi un bord de matrice chaud sous l'habillage du flan subissant du rétreint, et un fond de matrice plus froid pour optimiser la résistance mécanique du flan sur les rayons de la matrice.

[0021] D'autres moyens sont également utilisables pour maintenir une partie d'outil froide au voisinage d'une partie chaude, par exemple une projection d'air comprimé pour évacuer la chaleur sur la partie à maintenir froide, ou bien une circulation d'un fluide de réfrigération à l'intérieur de cette partie. La température des différentes parties de l'outil est contrôlée par régulation.

[0022] Dans le cas où le flan n'a pas été revêtu au préalable d'une couche de lubrifiant, comme indiqué plus haut, on peut déposer le lubrifiant directement sur l'outil d'emboutissage, par exemple par pulvérisation d'un brouillard. De cette manière, le temps d'exposition du lubrifiant à des températures élevées est réduit, ce qui évite sa dégradation prématurée lors du préchauffage.

[0023] La conception de l'outillage doit tenir compte de la dilatation non uniforme de l'outil lorsque la température n'est pas homogène. L'outil peut être traité en surface pour éviter le grippage. Le cycle de mise en forme comporte de préférence une seule passe d'emboutissage, suivie de passes de finition pour le détourage ou le tombage des bords. La cadence d'emboutissage est d'au moins 6 coups par minute.

[0024] Le procédé selon l'invention peut être utilisé pour la fabrication de pièces comportant des zones très déformées, notamment des pièces pour la construction automobile, aussi bien des pièces de peau de carrosserie que des pièces de structure ou de renfort.

[0025] Grâce à la combinaison optimale d'un préchauffage des flans dans certaines zones, et du chauffage de l'outil avec un gradient thermique entre différentes parties, on peut obtenir des pièces d'aspect pour peau de carrosserie, comme par exemple les peaux d'ouvrants ou les pavillons, réalisées à partir de flans d'épaisseur comprise entre 0,6 et 1,5 mm, présentant une configuration tout à fait inhabituelle de propriétés mécaniques en fonction des propriétés requises pour les différentes parties de la pièce formée, par exemple la résistance à l'indentation ou le comportement au crash.

[0026] Dans le procédé classique d'emboutissage à froid, les zones les plus déformées sont les plus écrouies, et donc les plus dures. A l'inverse, avec le procédé selon l'invention, lorsqu'on part d'un état écroui, les zones les plus déformées, généralement à la périphérie, se trouvent, lors de l'emboutissage, à l'état partiellement restauré, grâce au chauffage de l'outil en face de ces zones, qui permet un bon écoulement du métal dans l'outil. Ces zones ne durcissent donc pas, alors que les zones peu déformées, plus froides, conservent leur résistance mécanique élevée d'origine.

[0027] On peut ainsi obtenir, pour ces zones peu déformées, une limite élastique R_0,2 > 250 MPa, ou une dureté Vickers > 97 Hv, assurant notamment une bonne résistance à l'indentation, avec, en plus, un excellent aspect de surface par absence de lignes de Lüders, et un faible retour élastique. En revanche, les zones périphériques partiellement restaurées pendant le préchauffage et l'emboutissage sont adoucies et présentent ainsi une bonne aptitude au sertissage ultérieur. La combinaison d'une bonne résistance à l'indentation au centre et d'une bonne aptitude au sertissage en périphérie est particulièrement bien adaptée à l'utilisation en panneau extérieur de carrosserie, tel que les capots, les portes et les pavillons.

[0028] Pour les pavillons en alliage d'aluminium, qui peuvent être montés sur un cadre en acier, le procédé permet, en ayant un alliage à haute limite d'élasticité avant l'étape de cataphorèse, d'éviter l'apparition de déformations permanentes dues à la dilatation thermique différentielle qui apparaît lors de cette opération.

[0029] Pour les pièces de structure et de renforts, par exemple les poutres de pare-chocs, les liaisons au sol, les brancards, les berceaux et les renforts d'ouvrants, réalisées à partir de flans d'épaisseur comprise entre 2 et 5 mm, on peut obtenir des profondeurs d'embouti non réalisables à froid, un retour élastique plus faible et une résistance mécanique plus élevée.

[0030] Dans certains cas, en particulier les doublures de porte, la résistance mécanique élevée de parties faiblement déformées, comme par exemple le bandeau situé sous le cadre de vitre, peut se révéler favorable en cas de choc frontal, et permet ainsi d'alléger le renfort profilé de cette zone.

[0031] Ainsi, grâce à la mise en oeuvre de tôles à l'état écroui, le procédé selon l'invention permet une grande latitude de réglage pour parvenir à la forme finale avec les caractéristiques désirées. En combinant un état métallurgique intermédiaire (Hn4 ou Hn2) et un chauffage du flan et des outils appropriés, il est possible d'abaisser temporairement la limite d'élasticité en cours de mise en forme. Après refroidissement, la pièce retrouve une résistance mécanique élevée, peu dégradée par rapport à celle du flan d'origine. Ce choix est très utile lorsqu'on souhaite marquer des détails sur une pièce d'aspect, tout en conservant une limite d'élasticité élevée après mise en forme.

[0032] Le procédé selon l'invention permet d'assurer l'alimentation d'une presse d'emboutissage à une cadence d'au moins 6 pièces par minute. Par rapport à l'emboutissage à froid, il permet d'optimiser les propriétés mécaniques pour la mise en forme, et conduit, sur les produits mis en forme, à des gradients de propriétés mécaniques, qui contribuent à améliorer la fonction de service de la pièce finale (par exemple sa résistance au crash ou à l'indentation) ou à simplifier les opérations ultérieures d'assemblage de la pièce formée (par exemple le sertissage).

[0033] Enfin, l'étape de préchauffage du flan dans le procédé selon l'invention assure une bonne stabilité thermique du procédé en limitant les échanges thermiques entre le flan et l'outil, en permettant de simplifier le dispositif de chauffage des outils, et en rendant ces outils moins sensibles aux variations de température lors de la mise en forme à cadence élevée.

Exemples

Exemple 1 (emboutissage profond d'une doublure de porte)

[0034] On a réalisé par le procédé selon l'invention, et en une seule passe d'emboutissage, la doublure de porte représentée à la figure 1, comportant un cadre de vitre intégré dont la profondeur de caisson est d'au moins 100 mm. Les rayons de courbure rencontrés dans la pièce sont sévères (jusqu'à 6 à 8 mm). Le détourage et la découpe des ajours sont réalisés ultérieurement par des outils de découpe traditionnels.

[0035] On part d'un flan en forme de parallélogramme en alliage 5754-0 de 1 mm d'épaisseur pré-lubrifié avec une émulsion aqueuse qui, après évaporation, laisse un film sec à base d'huile minérale (paraffine en C14 à C28).

[0036] Cette pièce n'est pas réalisable par le procédé d'emboutissage conventionnel (à froid) en une seule passe : des casses se produisent sur le rayon du poinçon, là où le métal est fortement sollicité en pliage sous traction en déformation plane. Le métal n'a alors plus assez de résistance pour entraîner la matière pressée par le serre-flan. Une diminution de la pression de serre-flan conduit à la formation de plis.

[0037] L'application du procédé selon l'invention consiste à préchauffer la périphérie du flan, correspondant à la zone (1) de la figure 2 qui va se trouver sous le serre-flan, de manière à abaisser sa limite d'élasticité, et de faciliter ainsi l'écoulement du métal dans l'outil, même à des pressions de serre-flan élevées. Par contre, le centre du flan reste froid, en particulier la zone qui est en pliage sous traction sur le rayon du poinçon, pour ne pas dégrader sa résistance mécanique.

[0038] Le flan est préchauffé pendant 10 s par contact. Afin de réaliser un chauffage localisé, une cale ayant la forme de la zone à chauffer est vissée sous un plateau chauffant. Le flan est ensuite pressé contre cette cale et se trouve ainsi porté à une température de 250°C. La figure 2 illustre la forme de la cale vissée sous le plateau chauffant. Le temps de chauffe rapide (10 s) permet d'assurer l'alimentation en cadence de la presse, et préserve un gradient thermique dans le flan.

[0039] Le flan est éjecté sous la presse d'emboutissage, qui est une presse hydraulique de 900 tonnes. L'outil d'emboutissage est formé de 4 éléments : un poinçon, un serre-flan et une matrice en 2 parties. La première, appelée anneau matrice, est en vis-à-vis du serre-flan. La deuxième, appelée fond de matrice, est située en vis-à-vis du poinçon. Seuls l'anneau matrice et le serre-flan sont chauffés à 250°C par l'intermédiaire de résistances en U qui longent la ligne d'entrée de la matrice. Le fond de matrice, isolé de l'anneau matrice par une lame d'air, et le poinçon restent à une température inférieure à 130°C pendant toute la durée de l'essai.

[0040] Le flan est embouti à une vitesse de poinçon de 200 mm/s. La pièce formée est alors éjectée de la presse. La cadence accessible est de 6 à 10 coups par minute, qui est celle d'une ligne d'emboutissage classique de doublure de porte en acier. La combinaison du préchauffage localisé du flan et du chauffage de l'outil permet de limiter les échanges thermiques entre le flan et l'outil, et assure donc la stabilité thermique du procédé.

Exemple 2 : doublure de porte avec contre-embouti

[0041] 

2a - On réalise une pièce semblable à celle de l'exemple 1, mais présentant en coin de vitre un contre-embouti (3) particulièrement critique, dont la géométrie est représentée à la figure 2. En appliquant les mêmes conditions que dans l'exemple 1, c'est-à-dire en préchauffant le flan uniquement dans la zone périphérique (1) représentée à la figure 2, une rupture apparaît en fin de course, lors de la formation du contre-embouti (3). Pour essayer d'éviter cette rupture, on a modifié le préchauffage du flan en ajoutant une cale (2) sous le sabot de préchauffage, de manière à préchauffer à 300°C, en plus de la périphérie, une zone en coin, comme indiqué à la figure 2. On constate que si la cale couvre toute la zone en coin, le métal devient trop mou, et on ne peut pas sortir la pièce sans casse. Par contre, si on ne chauffe qu'à proximité, de part et d'autre de la zone destinée au contre-embouti (2), à plus de 5 mm de celle-ci, on sort la pièce sans casse. Dans un tel cas, il n'aurait pas été possible de chauffer cette zone à l'aide de l'outil, le temps de contact étant trop court pour la porter à 300°C. On constate en outre une forte sensibilité à la position de la cale (2). En déplaçant la zone de chauffe complémentaire de 2 cm vers la périphérie, on observe une casse dans le rayon de contre-embouti. En la déplaçant de 2 cm vers l'intérieur, on observe une casse à l'intérieur de la zone de clair de vitre. La combinaison entre le préchauffage optimisé du flan et le chauffage de l'outil permet d'emboutir cette pièce difficile à une cadence de 6 pièces par minute, en assurant la stabilité thermique du procédé.

2b - On réalise les mêmes opérations que dans l'exemple 2a, mais avec un alliage 5052-O issu de coulée continue de bandes entre cylindres (« twin-roll casting »). On obtient, avec les mêmes paramètres de procédé, une pièce mise en forme sans casse, ce qui est impossible à froid avec ce matériau.

2c - On répète les mêmes opérations que dans l'exemple 2b, mais avec un alliage 5052 brut de laminage à chaud, issu d'une coulée continue de bandes entre deux courroies (« twin-belt casting »). Le résultat est identique.

Exemple 3 : doublure de porte à partir d'un flan écroui

[0042] On réalise la même pièce que dans l'exemple 1, mais en partant d'un flan en 5182-H18, dont la limite d'élasticité est supérieure à 300 MPa et sa dureté Vickers supérieure à 110 Hv. Le flan est pré-lubrifié avec une émulsion saturée en stéarate de lithium.

[0043] Le flan est trop dur pour être mis en forme. Le rôle du préchauffage est de faciliter la déformation dans les zones qui vont être fortement déformées, c'est-à-dire les zones périphériques. Ces zones sont donc préchauffées par le même dispositif que précédemment, mais à une température de 350°C. Le préchauffage rapide et local permet de maintenir un gradient de température fort au sein du flan (250°C sur 10 cm).

[0044] Les outils sont portés à 300°C. Une régulation simple permet de maintenir les outils à 300°C, car l'échange avec le flan légèrement plus chaud est moindre. Au cours de la mise en forme, le chauffage des parties déformées provoque un abaissement de la contrainte d'écoulement, qui permet de mener à bien l'emboutissage, le métal adouci pouvant s'écouler dans l'outil et être conformé.

[0045] En revanche, la zone du bandeau de vitre, peu déformée et non chauffée, conserve une résistance mécanique élevée (R_m > 340 MPa, ou dureté Vickers > 105 Hv), favorable en cas de choc frontal. Le profilé de renfort de cette zone peut donc être allégé sans perte de performance globale.

Exemple 4 (pièce de peau de carrosserie : pavillon)

[0046] On réalise par emboutissage à tiède selon le procédé de l'invention un pavillon en alliage 5182. L'une des propriétés d'emploi de ce type de pièce est sa résistance à l'indentation, directement reliée à la limite d'élasticité. Or, comme les alliages 5000 ne sont pas à durcissement structural contrairement aux alliages 6000 qui durcissent lors de la cuisson des peintures, la pièce doit avoir une limite élastique après mise en forme suffisamment grande pour remplir le cahier des charges. C'est pourquoi on part d'un flan d'épaisseur 1 mm, en alliage fortement écroui, 5182 à l'état H14, dont la limite d'élasticité est supérieure à 240 MPa, soit une dureté Vickers > 95 Hv. Par le procédé d'emboutissage conventionnel à froid, un tel flan ne peut être mis en forme.

[0047] On utilise le même lubrifiant que dans l'exemple 3.

[0048] Le flan est préchauffé pendant 10 s sous un fer qui vient en contact avec l'ensemble du flan. En effet, contrairement à l'exemple 1, il est préférable de chauffer l'ensemble du flan à 275°C afin de mieux maîtriser la géométrie finale et bien marquer les lignes de la pièce.

[0049] L'outil est composé de 3 éléments : un poinçon, un serre-flan et une matrice. Des cartouches chauffantes sont insérées dans les éléments pour les porter uniformément à 275°C. L'emboutissage est réalisé sur la même presse hydraulique de 900 t que dans les exemples précédents, à une vitesse de poinçon de 200 mm/s. La cadence est de 6 pièces par minute.

[0050] Sur la pièce mise en forme, des éprouvettes sont prélevées, puis passées dans une étuve pour simuler un cycle de cuisson de peintures (maintien à 180°C pendant 20 min). Des essais de traction montrent que l'on conserve une limite d'élasticité supérieure à 220 MPa, soit une dureté > 90 Hv, ce qui est suffisant, pour une tôle d'épaisseur 1 mm, pour obtenir une résistance à l'indentation satisfaisante.

[0051] Enfin, cette haute limite d'élasticité permet d'éviter l'apparition de défauts permanents qui pourraient se produire lors de la cuisson des peintures. En effet, si la pièce est fixée sur un cadre en acier, la différence de coefficient de dilatation thermique entraîne une expansion plus grande du pavillon, d'où un risque de flambement. Si la limite d'élasticité du pavillon est basse, ce flambement peut provoquer des déformations irréversibles (plastification), mais avec une haute limite d'élasticité, ce risque disparaît.

Exemple 5 - Pièce de peau de carrosserie : panneau extérieur de capot

[0052] Comme dans l'exemple 4, on utilise un alliage 5182 écroui pour former un panneau extérieur d'ouvrant (capot). Les critères d'aspect et de résistance à l'indentation sont les mêmes que précédemment. Cependant, le panneau extérieur doit être serti sur une pièce de doublure. Les contours du panneau doivent donc être aptes au sertissage, d'où la nécessité d'un flan formable à cet endroit. Les zones amenées à être serties se trouvent sous le serre-flan lors de la première passe d'emboutissage.

[0053] On part donc d'un état fortement écroui, H18, qui est très sensible à la température de mise en forme.

[0054] On effectue un préchauffage local à 300°C sur la zone périphérique du flan, à la fois pour faciliter l'emboutissage et pour adoucir la zone qui sera sertie plus tard. Comme dans l'exemple 3, le chauffage rapide par contact permet de maintenir un gradient thermique fort au sein de la pièce.

[0055] Les outils d'emboutissage sont uniformément chauffés à 300°C. Sur la portée du serre-flan, ceci poursuit l'adoucissement des zones destinées à être serties, initié lors du préchauffage, alors que dans la zone de poinçon, le chauffage aide à abaisser temporairement la limite d'élasticité et à bien marquer les formes de la pièce.

[0056] Le produit final est donc un panneau dont la zone centrale a perdu très peu de ses caractéristiques mécaniques avant emboutissage du fait de son exposition très courte (uniquement pendant l'emboutissage) à 300°C : on obtient ainsi une limite d'élasticité R_0,2 > 250 MPa, ou encore une dureté Vickers > 97 Hv. Cette zone présente donc une bonne résistance à l'indentation. La zone périphérique, en revanche, présente une limite d'élasticité plus faible, R_0,2 < 160 MPa, ou encore une dureté Vickers < 75 Hv. Elle est donc très formable et apte au sertissage sur une pièce de doublure.

Revendications

1. Procédé de fabrication de pièces embouties en alliage d'aluminium, comportant les étapes suivantes :

- la fabrication d'une bande d'épaisseur comprise entre 0,5 et 5 mm en alliage de composition (% en poids) : Mg : 1 - 6 Mn < 1,2 Cu < 1 Zn < 1 Si < 3 Fe < 2 Cr < 0,4 Zr < 0,3 autres éléments < 0,1 chacun et < 0,5 au total, reste Al,

- la découpe d'un flan à partir de cette bande,

- le chauffage, local ou total, du flan à une température comprise entre 150 et 350°C, et d'une durée < 30 s,

- l'emboutissage du flan chauffé à l'aide d'un outillage chauffé, au moins partiellement, à une température comprise entre 150 et 350°C, en présence d'un lubrifiant compatible avec les opérations ultérieures.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bande de départ est à l'état écroui ou partiellement restauré.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la bande de départ est en alliage 5182, 5052, 5083 ou 5754.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la bande est obtenue par coulée continue.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la bande est obtenue par coulée continue entre deux courroies, laminée à chaud et utilisée dans cet état.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le lubrifiant contient un stéarate de lithium et de sodium en émulsion dans l'eau.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le lubrifiant est déposé sur le flan découpé.

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le lubrifiant est déposé sur l'outillage juste avant l'emboutissage.

9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le chauffage du flan est réalisé par contact à l'aide d'un sabot chauffant ayant la forme de la zone à chauffer.

10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le chauffage du flan est réalisé dans une zone périphérique.

11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le flan est chauffé localement à l'aide d'une cale fixée sur le sabot chauffant.

12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la pièce comporte en son centre une zone localisée très déformée, et que la zone préchauffée est placée à une distance supérieure à 5 mm de la zone du flan correspondant à la zone localement très déformée de la pièce.

13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'outillage d'emboutissage est constitué d'un poinçon, d'un serre-flan, d'un anneau de matrice situé en face du serre-flan et d'un fond de matrice situé en face du poinçon, et que seuls l'anneau de matrice et le serre-flan sont chauffés.

14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'emboutissage se fait en une seule passe.

15. Utilisation du procédé selon l'une des revendications 1 à 14 pour la fabrication de pièces de renfort ou de doublure de carrosserie d'automobile.

16. Utilisation du procédé selon l'une des revendications 1 à 14 pour la fabrication de pièces de peau de carrosserie d'automobile.

17. Pièce emboutie à partir d'un flan d'épaisseur comprise entre 0,5 et 5 mm en alliage de composition (% en poids) : Mg : 1 - 6 Mn < 1,2 Cu < 1 Zn < 1 Si < 3 Fe < 2 Cr < 0,4 Zr < 0,3 autres éléments < 0,1 chacun et < 0,5 au total, reste Al, comportant des zones peu ou pas déformées et des zones très déformées, caractérisée en ce que la limite d'élasticité R_0,2 des zones les moins déformées est supérieure d'au moins 30%, ou la dureté Vickers H_v supérieure d'au moins 20%, par rapport à celle des zones les plus déformées.

18. Pièce selon la revendication 17, caractérisée en ce qu'elle est une pièce de peau de carrosserie d'automobile.

19. Pièce selon la revendication 17, caractérisée en ce qu'elle comporte des zones adoucies pour une mise en forme ultérieure.

20. Pièce selon la revendication 19, caractérisée en ce qu'elle est une pièce à sertir sur une doublure.

21. Pièce selon la revendication 17, caractérisée en ce qu'elle est une doublure de porte d'automobile..

22. Pièce selon la revendication 21, caractérisée en ce qu'elle comporte une zone de bandeau située sous la vitre, et que la résistance à la rupture R_m de cette zone de bandeau est supérieure à 340 MPa, ou sa dureté supérieure à 105 Hv.

23. Pièce selon la revendication 18, caractérisée en ce qu'elle est un pavillon de toit fixé sur un cadre en acier.

Claims

1. Process for manufacturing drawn parts made of an aluminium alloy comprising the following steps:

- manufacturing of a strip with a thickness of between 0.5 and 5 mm of an alloy with composition (% by weight) Mg = 1 - 6, Mn < 1.2, Cu < 1, Zn < 1, Si < 3, Fe < 2, Cr < 0.4, Zr < 0.3, other elements < 0.1 each and < 0.5 total, the remainder being Al,

- cutting a blank from this strip,

- local or complete heating of the blank to a temperature of between 150 and 350°C, for a duration of < 30 s,

- drawing of the heated blank using a tool heated at least partially to a temperature of between 150 and 350°C in the presence of a lubricant compatible with subsequent operations.

2. Process according to claim 1, characterised in that the initial strip has a strain hardened temper or is partially annealed.

3. Process according to either claim 1 or 2, characterised in that the initial strip is a 5182, 5052, 5083 or 5754 alloy.

4. Process according to any one of claims 1 to 3, characterised in that the strip is obtained by continuous casting.

5. Process according to claim 4, characterised in that the strip is obtained by continuous belt casting, hot rolled and used in this temper.

6. Process according to any one of claims 1 to 5, characterised in that the lubricant contains a lithium and sodium stearate emulsion in water.

7. Process according to any one of claims 1 to 6, characterised in that the lubricant is deposited on the cut blank.

8. Process according to any one of claims 1 to 6, characterised in that the lubricant is deposited on the tooling just before drawing.

9. Process according to any one of claims 1 to 8, characterised in that the blank is heated by contact using a heating shoe the same shape as the area to be heated.

10. Process according to any one of claims 1 to 9, characterised in that heating of the blank is made in a peripheral area.

11. Process according to claim 9, characterised in that the blank is heated locally using a shim fixed on the heating shoe.

12. Process according to any one of claims 1 to 11, characterised in that the part comprises a highly deformed localised area in its centre, and in that the preheated area is located at a distance of more than 5 mm from the area of the blank corresponding to the highly locally deformed area of the part.

13. Process according to any one of claims 1 to 12, characterised in that the drawing tool is composed of a punch, a blank holder, a die ring facing the blank holder and a die bottom facing the punch, and that only the die ring and the blank holder are heated.

14. Process according to any one of claims 1 to 13, characterised in that the drawing is done in a single pass.

15. Use of the process according to one of claims 1 to 14 for manufacturing of stiffening parts or automobile bodywork lining.

16. Use of the process according to one of claims 1 to 14 for manufacturing of parts for automobile bodywork skin.

17. Drawn part starting from a blank with a thickness of between 0.5 and 5 mm of an alloy with composition (% by weight) Mg = 1 - 6, Mn < 1.2, Cu < 1, Zn < 1, Si < 3, Fe < 2, Cr < 0.4, Zr < 0.3, other elements < 0.1 each and < 0.5 total, the remainder being Al, comprising areas that are not deformed or slightly deformed, and areas that are highly deformed, characterised in that the yield stress R_0.2 of the least deformed areas is at least 30% more than that in the most deformed areas, or the Vickers hardness Hv of the least deformed areas is at least 20% more than that in the most deformed areas.

18. Part according to claim 17, characterised in that it is an automobile bodywork skin part.

19. Part according to claim 17, characterised in that it comprises softened areas for subsequent forming.

20. Part according to claim 19, characterised in that it is a part to be crimped on a lining.

21. Part according to claim 17, characterised in that it is an automobile door lining.

22. Part according to claim 21, characterised in that it comprises a strip area located under the window, and in that the resistance to rupture R_m of this strip area is more than 340 MPa or its hardness is more than 105 Hv.

23. Part according to claim 18, characterised in that it is a roof fixed onto a steel frame.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Tiefziehteilen aus Aluminiumlegierung mit folgenden Schritten:

- das Herstellen eines 0,5 bis 5 mm dicken Bandes aus einer Legierung mit der Zusammensetzung (Gew.-%): Mg: 1-6 Mn < 1,2 Cu < 1 Zn < 1 Si < 3 Fe < 2 Cr < 0,4 Zr < 0,3 weitere Elemente jeweils < 0,1 und insgesamt < 0,5, Rest Al,

- das Ausstanzen eines Zuschnitts aus diesem Band,

- das örtliche oder komplette Erwärmen des Zuschnitts auf eine Temperatur zwischen 150 und 350°C und für eine Dauer von 30 s,

- das Tiefziehen des erwärmten Zuschnitts mit einem zumindest teilweise auf eine Temperatur zwischen 150 und 350°C erwärmten Werkzeugs in Anwesenheit eines mit den späteren Arbeitsgängen kompatiblen Schmiermittels.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsband im kaltverfestigten oder teilweise erholungsgeglühten Zustand ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsband aus der Legierung 5182, 5052, 5083 oder 5754 ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Band durch kontinuierliches Stranggießen hergestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Band durch kontinuierliches Stranggießen zwischen zwei Gießbändern hergestellt, warmgewalzt und in diesem Zustand eingesetzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel ein in Wasser emulgiertes Lithium- und Natriumstearat enthält.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel auf den ausgestanzten Zuschnitt aufgetragen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel unmittelbar vor dem Tiefziehen auf das Werkzeug aufgetragen wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakterwärmung des Zuschnitts mit Hilfe eines Heizschuhs erfolgt, der die Form des zu erwärmenden Bereichs hat.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung des Zuschnitts in einem Randbereich erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuschnitt mit Hilfe eines am Heizschuh befestigten Heizkeils örtlich erwärmt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Teil in seiner Mitte einen örtlich stark deformierten Bereich aufweist und dass der vorgewärmte Bereich in einer Entfernung von mehr als 5 mm von demjenigen Bereich des Zuschnitts angeordnet ist, der dem örtlich stark deformierten Bereich des Teils entspricht.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Tiefziehwerkzeug aus einem Stempel, einem Niederhalter, einem dem Niederhalter gegenüberliegenden Matrizenring und einem dem Stempel gegenüberliegenden Matrizenboden besteht und dass nur der Matrizenring und der Niederhalter erwärmt werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Tiefziehen in einem einzigen Schritt erfolgt.

15. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 für die Herstellung von Versteifungs- oder Verkleidungsteilen für Kraftfahrzeugkarosserien.

16. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 für die Herstellung von Außenhautteilen für Kraftfahrzeugkarosserien.

17. Tiefziehteil, hergestellt aus einem 0,5 bis 5 mm dicken Zuschnitt aus einer Legierung mit der Zusammensetzung (Gew.-%): Mg: 1-6 Mn < 1,2 Cu < 1 Zn < 1 Si < 3 Fe < 2 Cr < 0,4 Zr < 0,3 weitere Elemente jeweils < 0,1 und insgesamt < 0,5, Rest Al, mit wenig oder nicht deformierten Bereichen und stark deformierten Bereichen, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehngrenze R_0,2 der am wenigsten deformierten Bereiche mindestens 30 % bzw. die Vickershärte H_v 20 % höher ist als die der am meisten deformierten Bereiche.

18. Teil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Außenhautteil für Kraftfahrzeugkarosserien ist.

19. Teil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass es entfestigte Bereiche für eine spätere Formgebung aufweist.

20. Teil nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Teil ist, das auf eine Verkleidung gepresst wird.

21. Teil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Kraftfahrzeugtürverkleidung ist.

22. Teil nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Blendenbereich unterhalb der Fensterscheibe aufweist und dass die Bruchfestigkeit R_m dieses Blendenbereichs höher als 340 MPa bzw. seine Vickershärte höher als 105 Hv ist.

23. Teil nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass es ein auf einem Stahlrahmen befestigtes Kraftfahrzeugdach ist.

Dessins