Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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WO 97/46337 PCTBE97/00063
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AMÉLIORATION AU âYBTEME DE RÉGULATION DE
LA FORCE DE SERRE-FLAN DANS UNE PRESSE
La présente invention s'inscrit dans le domaine des
outils d'emboutissage travaillant sur presse hydrauli
que ou mêcanique. Elle concerne en particulier un
systcme pour rêguler la force de serre-flan dans une
presse â emboutir.
Une presse â emboutir comprend essentiellement une ta-
ble sur laquelle est fixêe une matrice avec une em-
preinte dont le dessin est celui de la surface exté-
rieure de la piëce à emboutir, un serre-flan servant â
fixer le flan de tôle â emboutir et un poinçon fixé au
coulisseau de la presse, ce poinçon ayant un dessin
complémentaire de celui de l'empreinte de la matrice.
Lorsque le poinçon exerce une pression sur un flan
placé sur la matrice, il déforme celui-ci dans l'in-
tervalle entre la matrice et le poinçon.
Le serre-flan exerce une pression de serrage sur les
faces du flan dans le but d'empêcher le plissement de
la tôle suite à l'effet de rétreint. La pression de
serrage exercée par le serre-flan peut en outre servir
ë. créer une forte tension dans la jupe d'emboutis dans
le cas d'emboutis coniques ou pour le calibrage par
étirage sur poinçon par exemple.
i
Par lé brevet européen n° 0475923 est connu un systëme
permettant de faire varier rapidement la force de
serre-flan et essentiellement de la réguler automati
quement sur base de paramètres significatifs du pro
cessus d'emboutissage.
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Lorsque ce système est utilisé sur un coussin de presse
hydraulique ou mécanique, la force du coussin est choi
sie supérieure à la~ force de serre-flan maximum exercée
dans le cadre de la régulation et cette force est
exercée contre des butées qui prennent appui sur la
partie de l'outil reliée au coulisseau mobile de la
presse. La force exercée par le coussin sert donc dans
ce cas uniquement à fermer l'outillage, la pression
effective de serre-flan étant exercée par de petits
vérins placés dans l'outillage. En pratique industriel
le, il y a cependant des cas oü il n' est pas nêcessaire
d''utiliser le système de rëgulation de la force de
serre-flan dans toute la zone du serre-flan . une
pression de serre-flan constante peut être appliquée
dans une zone importante du serre-flan, comme dans les
outils conventionnels (cette zone étant dénommée ci-
aprës zone de serre-flan conventionnel), et une pres-
sion de serre-flan variable peut ètre appliquée dans
une ou quelques zones spécifiques seulement, dénommées
ci-après zones de régulation de la pression de.serre-
flan. La présente invention répond à ces cas indus-
triels.
Pour atteindre cet objectif, fa présente invention vise une presse à emboutir
comprenant un coulisseau monté pour être rapproché ou éloigné du coussin de
la presse, une matrice étant fixée au coulisseau et venant presser une tôle
reposant sur un serre-flan, caractérisée par le fait qu'un ou plusieurs vérins
fluidiques de compensation sont répartis autour du serre-flan, lesdits vérins
de
compensation reposant directement ou indirectement sur le coussin et exerçant
leur effort directement ou indirectement contre le coulisseau de la presse, en
ce
que les vérins de compensation entrent en contact avec le coulisseau avant que
la matrice ne touche la tôle lors de la descente du coulisseau, et en ce que
les
vérins de compensation reçoivent un fluide sous pression, d'au moins une
vanne de réglage qui reçoit une consigne de pression de façon à ce que la
force
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totale (B) développée par les vérins de compensation varie au cours de
l'emboutissage tout en restant toujours inférieure ou égale à la force (A)
exercée
par le coussin de sorte que la force de serre-flan appliquée à la tôle entre
1a
matrice et le serre-flan et qui est égale à la différence des forces (A) et
(B), varie
en cours d'emboutissage même si la force (A) exercée par le coussin est
constante.
Selon un aspect préférentiel, l'invention propose aussi un système de
régulation
de la force de serre-flan selon lequel la variation de l'effort dans les zones
de
régulation de la pression de serre-flan est compensée de manière à maintenir
dans la zone du serre-flan conventionnel une pression prédéterminée constante.
Selon certaines variantes, grâce à la présente invention, cette pression dans
la
zone de serre-flan conventionnel pourra être rendue également variable.
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L'invention et un exemple de mode de réalisation sont
décrits plus en détails dans ce qui suit à l'aide des
dessins joints.
La figure 1 représente une vue de face d'une presse à
emboutir typique dans laquelle est incorporée l'inven-
tion, la presse étant ouverte, avant emboutissage.
La f figure 2 représente la même presse f ermée en f in
d'emboutissage.
La figure 3 est un diagramme indiquant les forces in-
tervenant dans le procédé suivant l'invention.
Les figures 4, 5 et 6 illustrent des exemples de va-
riantes de réalisation de l'invention.
Sur la figure 1, le chiffre de référence 1 désigne le
coulisseau mobile d'une presse d'emboutissage, le
chiffre 2 désigne la matrice fixée au coulisseau et qui
présente en creux la forme de la pièce à emboutir, le
chiffre 3 dësigne le serre-flan et le chiffre 4 désigne
une pièce porte serre-flan s'appuyant directement ou
indirectement, par exemple à l'aide de colonnes 8 à
travers la table 10, sur le coussin de la presse. Pour
la facilité, cette pièce 4 sera désignée dans la suite
par le terme "coussin". Dans ce montage, le poinçon 9
est fixe et repose sur la table de la presse 10, passe
à travers l'ouverture du serre-flan 3. La tôle à embou
tir est désignée par le chiffre 11. Sur la figure 2, la
tôle 11 s'est transformée en pièce emboutie 11' suite
au mouvement dans le sens de la flèche F du coulisseau
1 et 1,a matrice 2 qui vient coiffer le poinçon 9.
Conformément à l'invention, des vérins de compensation
' S sont prêvus, qui reposent directement ou indirecte-
ment sur le coussin de presse 4 et exercent leur effort
sur le coulisseau 1. Les vérins de compensation préci-
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tés sont des vérins compacts dont la course utile, en
fonction du principe même de l'invention, est limitée
à quelques millimètres, voire à quelques dixiêmes de
millimètres. Ces vérins de compensation sont répartis ,
sur le pourtour du serre-flan, la répartition étant
définie par des considérations d'encombrement ou de
répartition des efforts. La fonction de ces vérins de
compensation est de contrebalancer et le cas échéant de
compenser les variations d'effort provenant des zones
de régulation de pression de serre-flan. Ces vérins de
compensation peuvent être connectés hydrauliquement
tous ensemble ou cette connexion peut être réalisée par
zones . on a alors différents groupes de vérins de
compensation répartis à la périphérie du serre-flan en
fonction de considérations de répartition de pression
de serre-flan dans les zones de serre-flan convention-
nel.
Lors du mouvement du coulisseau 1, il y a d'abord
contact entre le coulisseau 1 et les vérins de compen-
sation 5, puis immédiatement après le contact se fait
entre la tôle 11 et la matrice 4, ce qui met en mouve-
ment le coussin de la presse 4 qui se déplace en exer-
çant un effort de résistance A. Dans le serre-flan 3
sont intégrées une ou plusieurs zones 6 oû la pression
de serre-flan peut être obtenue au moyen de petits
vérins compacts 7 de faible course utile, connectés â
une ou plusieurs servo-valves (selon qu'il y a une ou
plusieurs zones de régulation de la pression de serre-
flan), comme décrit dans EP-B-0475923. La consigne de
commande de ces servo-valves est soit prédéterminée
avant l'emboutissage, soit générée â partir de paramê-
tres significatifs du processus d'emboutissage comme
des mesures de forces poinçon, des mesures de détec-
tion de plis, des mesures de mouvements de la tôle em-
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boutie et ceci selon une logique de rêgulation de type
PID par exemple. Autrement dit, la consigne de pression
est évaluée â partir d'au moins un signal de mesure gé-
nérê par au moins un capteur de mesure et représentant
5 au moins un paramètre du processus d'emboutissage
influencê par la force serre-flan, consigne évaluée
selon un principe de régulation en boucle fermée de
façon à contrôler la variation de ce paramètre d'une
manière définie avant le processus d'emboutissage.
Dans les zones 6 précitées (délimitées par les traits
d'axe sur la figure 1), la géométrie ou la construction
du serre-flan peuvent être adaptées (l'êpaisseur peut
par exemple être réduite comme indiqué sur la figure
1) , de façon à obtenir dans cette zone une bonne répar-
tition de pression sur la tôle emboutie 11, cette pres-
sion ëtant déterminée par les vérins 7, alors que dans
les zones de serre-flan conventionnel, le serre-flan
repose directement sur le coussin 4 qui lui transmet
l'effort qui détermine la pression de serre-flan dans
ces zones.
La pression développée dans les vérins de compensation
5 est générëe par une ou plusieurs servo-valves selon
qu'ils sont groupés en une ou plusieurs zones, ceci en
fonction de nécessités de répartition de pression dans
la zone de serre-flan conventionnel; la consigne de
pression donnée à cette ou à ces servo-valves est cal-
culée de façon à compenser les variations de force gé-
nérëes dans les zones de régulation de la pression de
' serre-flan afin de maintenir la pression de serre-flan
constante dans la zone de serre-flan conventionnel.
La figure 3 donne le schéma des forces résultantes en
jeu au niveau du serre-flan. La force A développée par
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le coussin de la presse 4, qui est constante ou quasi
constante lors de l'emboutissage, est contrebalancée ,
partiellement par deux forces antagonistes . la force
B résultant des pressions dans la ou les zones de régu- ,
lation de la pression de serre-flan et la force C ré-
sultant des différents vérins de compensation. La
valeur résiduelle, différence entre la force A et la
somme des forces B et C, s ° applique donc sur la zone de
serre-flan conventionnel. Pour obtenir une pression de
l0 serre-flan constante dans cette zone, il suffit que la
somme des forces de compensation C et des résultantes
B des forces dans les zones à serre-flan variable soit
constante . la force appliquée sur la zone de serre-
flan conventionnel est la différence entre la force A
exercée par le coussin de la presse et cette somme B+C.
La pression développée dans les vérins de compensation
est générée par une ou plusieurs servo-valves selon
qu' il y a une ou plusieurs zones de vérins de compensa-
tion; la consigne de pression donnée à cette ou ces
servo-valves est donc calculée par l'ordinateur, en
fonction de la valeur totale des forces B, de manière
que la valeur totale des forces de compensation C soit
telle que la somme B+C soit constante. Lorsqu'il y a
plusieurs zones de vérins de compensation, la, pression
peut être différente dans chaque zone, selon des consi
dërations d'équilibrage de pression de serre-flan dans
la zone de serre-flan conventionnel, mais la valeur
totale des efforts de compensation C doit répondre au
critère exposé ci-avant.
Dans une variante de réalisation, la force de compen-
sation C peut être définie de façon telle que la somme
B+C ne soit pas constante mais varie : on obtient ainsi
également une pression de serre-flan variable dans la
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zone de serre-flan conventionnel. L'avantage est ici
ëconomique . lorsque la pression de serre-flan peut
âtre variée de façon uniforme dans une grande zone de
l'outil, il est plus économique d'utiliser des vérins
de compensation plutôt que des vérins répartis dans
l'outillage.
Dans un autre mode de réalisation particulier, la pres-
sion de compensation peut être générée par un disposi-
tif hydraulique engendrant automatiquement la pression
de compensation par le truchement de vérins antagonis-
tes . Le principe d' un tel système est pr ésenté â la f fi-
gure 4. Différents vérins sont montés dans un bâti 12,
indépendant de la presse. Un vérin 13 appuie sur un
plateau 15, guidé par des colonnes 16 fixées au bâti et
limité en course par des butées non représentées. Le
plateau 15 s'appuie sur au moins deux groupes de
vêrins. Un premier ensemble de vérins rêférencés 71 est
composé de groupes de vêrins reliês hydrauliquement aux
différentes servo-valves générant les variations de
pression dans les zones de régulation de la pression de
serre-flan 6: il y a au moins un vérin par servo-valve,
chaque vérin n' est relié qu' à une seule servo-valve. Le
ou les vérins reliés à une servo-valve constituent un
gr oupe de vérins . Un second groupe de vérins réfêrencés
51 est composé de vérins reliés aux vérins de compensa-
tion 5. Le rapport de la section totale de chaque zone
de vérins du dispositif et de la section totale des vé-
rins correspondant dans la presse est identique. Ainsi,
si S1 représente la section totale des vérins 51 du
dispositif, si S2 représente la section totale des vé-
rins de compensation de l' outil, si S3 représente la
section totale d'un groupe de vérins 71 reliés à la
servo-valve i et si S4i représente la section totale
des vérïns reliés à la même servo-valve dans l'outil,
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on doit avoir . S1/S2 = S3i/S4i.
L'effort exercé par le vérin 13 sur le plateau 15 est
choisi pour être toujours supérieur à l'effort total ,
qui sera exercé par les vérins 71 recevant leur pres-
sion des servo-valves. Sous cette condition, il est
choisi en fonction de l'effort A du coussin 4 et de la
pression de serre-flan que l'on veut obtenir dans la
zone de serre-flan conventionnel. Le système génère
1o ainsi automatiquement la pression de compensation. La
course des diffërents vérins dans le dispositif hydrau-
lique doit être suffisante pour génêrer une course des
vêrins de compensation garantissant une application
effective des efforts. La force de serre-flan dans la
zone de serre-flan conventionnel peut également être
rendue variable en variant l' effort FT lors de l' embou-
tissage, â l'aide d'une servo-valve par exemple.
Dans une autre variante, les vérins de compensation 5
sont utilisés seuls (il n'y a pas de zones â pression
variable 6 dans le serre-flan, ni de vérins 7) et per-
mettent alors simplement de faire varier l'effort de
serre-f lan dans la zone de serre-flan conventionnel . Vu
la compacité des vêrins de compensation, de bonnes per-
formances dynamiques en terme de variation de force
peuvent être obtenues. Les vérins de compensation sont
répartis à la périphêrie de l'outil de façon â obtenir
une rëpartition de pression de serre-flan adéquate.
3o Cette variante peut âtre optimisée en utilisant plu-
sieurs zones de vérins de compensation réparties en
fonction de la géomêtrie de la pièce â emboutir. La
figure 5 illustre le cas d'un embouti de type rectangu- "
laire et présente une vue du dessus du serre-flan et du
coussin avec un exemple de répartition des vérins de
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compensation. On distingue ainsi deux zones 501 de vé-
rins de compensation 5 correspondant aux grands côtés:
les vérins de compensation appartenant à ces zones sont
, reliés hydrauliquement; deux zones 502 de vérins de
compensation 5 correspondant aux petits côtés où les
vérins 5 sont également connectês hydrauliquement; les
quatre vêrins 5 qui restent correspondent aux coins de
la pièce et sont également reliés hydrauliquement. Ces
trois groupes de vérins 5 sont connectés â. un élément
permettant de contrôler la pression fluide au sein des
vérins, une servo-valve par exemple. Dans ce cas, il y
a donc trois servo-valves. La pression dans ces zones
de vérins de compensation est alors régulée selon les
principes définis dans le brevet européen n° 0475923,
c ° est-à-dire que la consigne de pression est déterminée
â partir d'au moins un signal de mesure généré par au
moins un capteur de mesure et représentant au moins un
paraniëtre du processus d'emboutissage influencé par la
force serre-flan, laquelle consigne est déterminée
selon un principe de régulation en boucle fermée de
façon à contrôler la variation de ce paramètre d'une
manière définie avant l'emboutissage. Dans ce cas, les
variations de pression dans les zones du serre-flan 3
voisines des zones 501 et 502 de vérins de compensation
5 (zones de coins) sont donc obtenues indirectement en
agissant sur la flexion élastique des élêments de
serre-flan et de matrice : plus la force développée par
les vérins de compensation est importante, moins l'ef-
fort transmis par le coussin 4 directement par contact
serre-flan 3, tôle emboutie 11, matrice 2 est important
dans la zone considérée. L' avantage est une simplifica-
tion de la construction de l'outil.
Dans ce qui précède, l'invention a été décrite dans le
cas où le serre-flan repose directement sur le coussin
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de la presse (voir figures 1 et 2). Il est cependant
évident que les mêmes considérations peuvent s'appli- ,
quer lorsque le montage est inversé et que, comme le
montre la f figure 6 , le serre-flan 3 est monté au-dessus ,
5 de la matrice 4 et actionné par un mouvement d'un cou-
lisseau 17 de la presse. Dans ce cas, le poinçon 9 est
également porté par un coulisseau mobile et est mis en
mouvement et exerce sa force dans le sens de la fléche
F'.
