Procédé et dispositif de formage de pièces comportant un formage à chaud localisé

Abstract

 - L'objet de l'invention est un dispositif de formage à induction utilisable dans un procédé de formage de pièces qui comporte une étape de positionnement d'une pièce (2, 2a) dans une presse à froid (1) comportant un dispositif inducteur (4), au moins une étape d'application, au moyen de l'inducteur, d'un champ d'induction localisé adapté à porter une partie (10) identifiée de la pièce à une température adaptée à la déformation de ladite partie et au moins une étape d'application d'un outil de déformation (1a, 1 b) sur ladite partie identifiée chauffée, l'outil réalisant un formage à chaud de la partie identifiée.

Description

[0001] La présente invention concerne un procédé et un dispositif de formage de pièces comportant un formage à chaud localisé.

[0002] Le procédé de l'invention s'applique notamment au formage de très grandes pièces épaisses ne présentant pas d'aptitude au formage à froid. Un matériau connu pour n'être pas adapté au formage à froid est l'alliage de titane connu sous le sigle TA6Vbeta.

[0003] Le formage à chaud permet d'obtenir un allongement avant rupture plus grand que lorsqu'on déforme un matériau à froid.

[0004] L'apport d'énergie permet en outre de générer une relaxation des contraintes dans la pièce sous l'action d'un effet de détente qui permet de ne pas dégrader les performances mécaniques du matériau.

[0005] L'objet de l'invention se distingue du formage à chaud qui consiste à un chauffage général de la pièce et de l'outil.

[0006] Le procédé de l'invention utilise un chauffage par induction de sorte que seule la partie à déformer est chauffée.

[0007] Ce procédé est mis en oeuvre sur des presses à froid beaucoup plus courantes et moins coûteuses en investissement que les presses chauffantes.

[0008] Ceci permet en outre de contourner la limitation de taille des presses chauffantes et de traiter des pièces de grande taille.

[0009] Le chauffage par induction est connu dans des applications ou la pièce est chauffée dans sa totalité. Il est utilisé dans ce cas avant formage. Il est connu aussi dans les applications de cintrage de tubes et dans ces applications un inducteur entoure une section du tube à cintrer.

[0010] Selon la présente invention, on ne chauffe que la partie à déformer de la pièce sans entourer cette dernière et on utilise un inducteur dédié à la typologie de la pièce se plaçant en regard de la partie de la pièce à former et d'un seul côté de cette pièce sans l'entourer.

[0011] Dans ce cadre, la présente invention propose un procédé de formage de pièces qui comporte une étape de positionnement d'une pièce dans une presse à froid, au moins une étape d'application d'un champ d'induction localisé adapté à porter une partie identifiée de la pièce à une température adaptée à la déformation de ladite partie et au moins une étape d'application d'un outil de déformation sur ladite partie identifiée chauffée, l'outil réalisant un formage à chaud de la partie identifiée.

[0012] L'étape de positionnement de la pièce dans une presse à froid comprend avantageusement un positionnement de la pièce sur une matrice inférieure et la pose sans pression sur la pièce d'une matrice supérieure comportant l'inducteur.

[0013] Plus précisément, l'étape d'application du champ d'induction est adaptée à produire un chauffage localisé de la partie de la pièce à déformer jusqu'à la température de déformation.

[0014] L'étape d'application d'un outil est avantageusement réalisée par l'appui de la matrice supérieure sur la pièce et mise en pression de la pièce entre la matrice inférieure et la matrice supérieure.

[0015] Selon un mode de réalisation particulier, la mise en pression de la pièce est réalisée par clavetage de l'outil.

[0016] L'invention propose en outre un dispositif de formage à induction, utilisable dans un procédé de formage de pièces de l'invention, qui comporte un inducteur comportant au moins deux éléments de conducteurs parallèles reliés entre eux à une première de leurs extrémités et reliés à un générateur de courant à une seconde de leurs extrémités, les éléments de conducteurs étant traversés par un courant électrique et adaptés à générer un champ inductif s'étendant d'un élément de conducteur à l'autre selon une courbe centrée sur l'axe passant entre les deux éléments de conducteurs.

[0017] Le dispositif de l'invention est préférablement adapté à suivre un profil de la pièce à chauffer sans entourer la pièce à chauffer, le champ inductif s'étendant dans une direction perpendiculaire à un plan contenant les éléments de conducteurs.

[0018] Le dispositif de l'invention comporte avantageusement un dispositif concentrateur de champ disposé sur les éléments de conducteurs et prolongeant lesdits éléments côté pièce.

[0019] Le dispositif concentrateur de champ est avantageusement réalisé sous forme de barreaux ferrite recouvrant une face plane des éléments de conducteurs en regard de la pièce à former.

[0020] L'invention concerne enfin un outil de formage, comprenant un dispositif de formage à induction selon l'invention, qui comprend un bâti en matériau isolant électrique pourvu de rainures recevant les éléments conducteurs parallèles et les barreaux, le bâti étant intégré dans une matrice adaptée à s'appliquer sur une pièce à former.

[0021] Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif comporte un plaque isolante électrique recouvrant la face du dispositif en regard de la pièce.

[0022] L'inducteur est plus précisément réalisé avec deux barreaux parallèles reliés entre eux à une première de leurs extrémités et reliés à un générateur de courant à une seconde de leurs extrémités.

[0023] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront apparents à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation non limitatif de l'invention en référence aux dessins qui représentent:

aux figures 1A à 1C: des vues schématiques en perspective et en coupe d'un outil de formage à matrices selon un aspect de l'invention;

en figure 2: un inducteur selon un mode de réalisation en perspective;

en figure 3: une vue en éclaté de l'inducteur de la figure 2;

en figure 4: un exemple schématique d'un élément d'inducteur selon un mode de réalisation particulier de l'invention.

[0024] La figure 1A représente schématiquement une partie de presse à froid comportant le dispositif de formage par chauffage localisé de l'invention.

[0025] La presse comporte une base 100 recevant une matrice inférieure 1 b d'un outil de formage et une partie supérieure schématisée sous la référence 101 recevant une matrice supérieure 1 a de l'outil de formage.

[0026] La pièce 2 à former est reçue entre les deux matrices 1a, 1 b de l'outil et la presse comprend des moyens permettant de presser la matrice supérieure sur la pièce par exemple des moyens de clavetage schématisé sous la référence 102.

[0027] Le dispositif de chauffage localisé par induction 4 de la pièce est disposé dans un logement de la matrice supérieure de l'outil en regard de la pièce à chauffer et plier.

[0028] Pour former la pièce, dans une première étape, on positionne la pièce 2 dans la presse à froid 1 comportant le dispositif inducteur 4, entre les deux matrices 1 a, 1 b de l'outil de formage comme représenté à la figure 1A.

[0029] Le formage se fait à l'aide d'au moins une étape d'application, au moyen de l'inducteur, d'un champ d'induction localisé adapté à porter une partie 10 identifiée de la pièce à une température adaptée à la déformation de ladite partie.

[0030] Cette étape se fait selon l'exemple avec la matrice supérieure en contact avec la pièce sans appuyer sur la pièce comme représenté à la figure 1B.

[0031] Pour réaliser le pliage on réalise au moins une étape d'application de l'outil de déformation comportant les matrices 1a, 1 b sur ladite partie identifiée chauffée, l'outil réalisant un formage à chaud de la partie identifiée.

[0032] L'étape de positionnement de la pièce dans la presse à froid comprend un positionnement de la pièce sur la matrice inférieure 1 b selon la figure 1A et la pose sans pression sur la pièce de la matrice supérieure 1 a comportant l'inducteur 4 comme représenté à la figure 1B.

[0033] Ceci peut être fait en descendant la matrice supérieure par un mécanisme déjà intégré dans la presse de type connu.

[0034] L'étape d'application du champ d'induction est adaptée à produire un chauffage localisé de la partie de la pièce à déformer jusqu'à la température de déformation de la pièce comme représenté par une zone hachurée à la figure 1B.

[0035] L'étape d'application d'un outil est réalisée par l'appui de la matrice supérieure 1a sur la pièce et mise en pression de la pièce entre la matrice inférieure 1b et 1a matrice supérieure 1a schématisé en figure 1C, le chauffage localisé étant maintenu le temps de la descente de la matrice supérieure pour former la pièce.

[0036] La mise en pression de la pièce est réalisée par exemple par clavetage de l'outil comme schématisé à la figure 1C, un système comportant des clavettes 102 s'enfonçant dans des logements de la partie supérieure 101 de la presse pour appuyer sur la matrice supérieure 1 a.

[0037] Selon le procédé de l'invention, une gamme de formage panneaux peut ainsi comprendre un positionnement du panneau usiné dans l'outil de conformage, le positionnement de l'inducteur dans la matrice supérieure simplement posé sur le panneau sans pression, le passage sous presse de clavetage, le positionnement de la matrice sur le plateau supérieur de la presse, une descente du plateau supérieur jusqu'au voisinage du panneau sans contact, un chauffage jusqu'à la température visée permettant un pliage ou un formage de la pièce, une descente du plateau supérieur et une mise en pression par un clavetage de l'outil puis comporter un retrait de l'inducteur après débridage de l'outil du plateau supérieur ces opérations étant suivies d'une mise en place de peignes et d'un poinçon de roulage et un traitement de détente de la pièce dans le four sous atmosphère contrôlée.

[0038] Le dispositif de formage représenté dans son ensemble en figure 2 et en éclaté en figure 3 comporte un inducteur 4 comportant au moins deux éléments de conducteurs parallèles 5a, 5b.

[0039] Comme représenté en figure 3, les éléments conducteurs sont reliés entre eux à une première de leurs extrémités 51 et reliés à un générateur de courant I à une seconde de leurs extrémités 52a, 52b.

[0040] Les éléments de conducteurs sont traversés par un courant électrique fourni par le générateur et sont adaptés à générer en fonction de ce courant un champ inductif s'étendant d'un élément de conducteur à l'autre selon une courbe centrée sur l'axe passant entre les deux éléments de conducteurs, comme schématisé à la figure 2. Le moyen de chauffage par induction formé par les éléments conducteurs constitue une spire plate permettant de générer un champ inductif sans entourer la pièce.

[0041] Pour améliorer le rendement du dispositif inducteur et canaliser le champ inductif, le dispositif inducteur comporte un dispositif concentrateur de champ 7a, 7b disposé sur les éléments de conducteurs et prolongeant lesdits éléments côté opposé à la pièce.

[0042] Selon l'exemple, le dispositif concentrateur de champ 7a, 7b est réalisé sous forme de barreaux ferrite posés sur les éléments conducteurs de sorte qu'ils recouvrent une face plane des éléments de conducteurs côté opposé à la pièce à former.

[0043] .Les barreaux ferrites sont ici de largeur équivalente à la largeur des éléments conducteurs.

[0044] Ces barreaux ferrites peuvent être réalisés à partir d'une pluralité d'éléments ferrite collés les uns aux autres.

[0045] Selon le mode de réalisation de la figure 4, le dispositif inducteur est adapté à suivre un profil de la pièce à chauffer sans entourer la pièce à chauffer, le champ inductif s'étendant dans une direction perpendiculaire à un plan contenant les éléments de conducteurs et formant une arche reliant les éléments conducteurs.

[0046] Selon l'invention, le dispositif inducteur se loge dans la matrice supérieure ainsi le moyen de chauffage peut être inséré directement dans le poinçon de formage au plus près de la zone à déformer.

[0047] Pour ce faire le dispositif inducteur est monté dans un bâti 8 en matériau isolant électrique pourvu de rainures recevant les éléments conducteurs parallèles 5a, 5b et les barreaux du dispositif concentrateur de champ, le bâti étant intégré dans la matrice de l'outil adaptée à s'appliquer sur une pièce.

[0048] Le bâti comporte un plaque isolante électrique 9 recouvrant la face du dispositif en regard de la pièce et les divers constituants du dispositif sont montés sur cette plaque qui viendra en contact avec la pièce lors du formage.

[0049] Cette construction au moyen d'un bâti permet de réaliser un outil de formage comprenant un dispositif de formage à induction pour lequel le bâti portant ledit dispositif est intégré dans une matrice adaptée à s'appliquer sur une pièce à former.

[0050] Les pièces visées à ce jour par ce procédé présentent une longueur de 5m. et sont par exemple des éléments de structure d'aéronefs comme des panneaux raidisseurs en alliage à base de titane dont des exemples sont représentés aux figures 5 et 6, par exemple des éléments de structure de mât de réacteur.

[0051] Un aspect intéressant de l'invention est que le procédé ne s'applique pas uniquement à des pièces planes et notamment, on remarquera que le panneau de la figure 6A comporte des flancs rabattus 21, par exemple obtenus par usinage dans la masse du panneau et pliés selon des axes perpendiculaires à l'axe P de pliage à réaliser par le procédé de l'invention.

[0052] Le pliage à réaliser est schématisé à la figure 6B selon un angle α.

[0053] Le dispositif représenté à la figure 4 comporte une solution applicable dans un tel cas par une conformation particulière des éléments.

[0054] Selon la figure 4, l'inducteur est conformé en fonction de la zone à déformer ce qui permet de concevoir des déformations selon une ligne ou une surface.

[0055] Selon cet exemple, la pièce 2c à former comporte des plis selon des axes perpendiculaires à l'axe P devant être plié par le procédé de l'invention.

[0056] Elle comporte une première partie plane 20a à une première hauteur, une seconde partie plane 20c à une seconde hauteur différente de la première et une partie inclinée de liaison entre les première et seconde parties planes.

[0057] Le dispositif d'induction comporte dans ce cas deux éléments conducteurs parallèles 6a, 6b comportant des segments 61 a, 62a, 63a et 61 b, 62b, 63b qui suivent la courbure de la pièce selon l'axe P de pliage.

[0058] Comme dans le cas d'un inducteur comportant des éléments conducteurs plans, les éléments 6a, 6b, 6c sont reliés entre eux à une première de leurs extrémités et reliés à un générateur de courant à la seconde de leurs extrémités.

[0059] Les éléments de barreaux 7a, 7b du dispositif concentrateur de champ suivent le profil de éléments conducteurs.

[0060] Selon cette configuration, la pièce peut être pliée selon l'axe P malgré sa forme complexe.

[0061] La technologie d'induction présente l'intérêt d'une chauffe homogène dans l'épaisseur dans un temps très court et, même pour les fortes épaisseurs, le temps de chauffe est réduit à quelques minutes contre des heures dans une presse chauffante.

[0062] Le procédé et le dispositif de l'invention ne sont pas limités aux exemples représentés et permettent aussi de combiner plusieurs types de déformations comme par exemple un allongement à froid et un fluage à chaud.

Revendications

1. Dispositif de formage à induction,
utilisable dans un procédé de formage de pièces comportant une étape de positionnement d'une pièce (2, 2a) dans une presse à froid (1) comportant un dispositif inducteur (4), au moins une étape d'application, au moyen de l'inducteur, d'un champ d'induction localisé adapté à porter une partie (10) identifiée de la pièce à une température adaptée à la déformation de ladite partie et au moins une étape d'application d'un outil de déformation (1a, 1b) sur ladite partie identifiée chauffée, l'outil réalisant un formage à chaud de la partie identifiée,
caractérisé en ce qu'il comporte un inducteur (4) comportant au moins deux éléments de conducteurs parallèles (5a, 5b, 6a, 6b) reliés entre eux à une première de leurs extrémités et reliés à un générateur de courant à une seconde de leurs extrémités, les éléments de conducteurs étant traversés par un courant électrique et adaptés à générer un champ inductif s'étendant d'un élément de conducteur à l'autre selon une courbe centrée sur l'axe passant entre les deux éléments de conducteurs.

2. Dispositif de formage à induction selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est adapté à suivre un profil de la pièce à chauffer sans entourer la pièce à chauffer, le champ inductif s'étendant dans une direction perpendiculaire à un plan contenant les éléments de conducteurs.

3. Dispositif de formage à induction selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif concentrateur de champ (7a, 7b) disposé sur les éléments de conducteurs et prolongeant lesdits éléments côté opposé à la pièce.

4. Dispositif de formage à induction selon la revendication 3 caractérisé en ce que le dispositif concentrateur de champ (7a, 7b) est réalisé sous forme de barreaux ferrite recouvrant une face plane des éléments de conducteurs côté opposé à la pièce à former.

5. Outil de formage, comprenant un dispositif de formage à induction selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un bâti (8) en matériau isolant électrique pourvu de rainures recevant les éléments conducteurs parallèles et les barreaux, le bâti étant intégré dans une matrice adaptée à s'appliquer sur une pièce à former et comportant un plaque isolante électrique (9) recouvrant la face du dispositif en regard de la pièce.

6. Outil de formage selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de clavetage de l'outil adaptés à réaliser une mise en pression de la pièce.

Dessins