BIGOT, Régis (27 rue de la Fontaine, Montoy Flanville, F-57645, FR)
ABBA, Gabriel (13 rue du Stade, Walscheid, F-57870, FR)
MORHAIN, Luc (30 route de Cuvry, Fey, F-57420, FR)
LY, Rith (12 rue Félix Savart, Metz, F-57070, FR)
GIRAUD-AUDINE, Christophe (64 rue de la Cheneau, Metz, F-57070, FR)
BIGOT, Régis (27 rue de la Fontaine, Montoy Flanville, F-57645, FR)
ABBA, Gabriel (13 rue du Stade, Walscheid, F-57870, FR)
MORHAIN, Luc (30 route de Cuvry, Fey, F-57420, FR)
LY, Rith (12 rue Félix Savart, Metz, F-57070, FR)
| REVENDICATIONS 1. Procédé de mise en forme d'un matériau (8) avec une machine (1) comportant un actionneur principal et un outillage (4, 6) dont au moins une partie (4) est mue par cet actionneur principal pour exercer des efforts sur ce matériau afin de lui donner une forme finale, dans lequel on équipe cette machine (1) d'au moins un pot vibrant (7, D) pour faire vibrer au moins une partie (6) de cet outillage et d'une unité de commande (B, C, E) de chaque pot vibrant (7, D), et dans lequel chaque pot vibrant (7, D) est piloté pour produire des vibrations induisant une évolution de la vitesse de déformation (£" ) du matériau (8) qui est conforme à une forme d'onde prédéterminée comportant au moins une portion {aT, βT-aT) durant laquelle la vitesse de déformation (£" ) a une valeur constante (εh, εή déterminée indépendamment de la fréquence de vibrations. 2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel la forme d'onde de la vitesse de déformation {£) est déterminée à partir d'un modèle générique de forme d'onde comportant plusieurs portions (aT, βT-aT) présentant des vitesses constantes (ει>, εi) et vérifiant que la moyenne de la vitesse de déformation est sensiblement nulle sur une période de l'onde de vitesse de déformation. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le modèle générique comprend des paramètres auxquels on attribue des valeurs déterminées en suivant un plan d'expérience. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le modèle générique de forme d'onde de la vitesse de déformation est constitué de plusieurs morceaux (1..n) raccordés les uns aux autres, chaque morceau comprenant plusieurs portions présentant chacune une vitesse constante (εh\, ει\,εn) et dans lequel au moins deux des portions de chaque morceau (1..n) ont des vitesses (εh\, εn) de signes opposés. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins un pot vibrant est animé de vibrations produisant des déplacements dont la vitesse est par portions opposée à la vitesse de l'actionneur principal de la machine de mise en forme (1), et ayant la même valeur maximale que la vitesse de cet actionneur principal. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque pot vibrant (7, D) est pourvu de capteurs de position et/ou d'efforts, et dans lequel l'unité de commande (B, C, E) est pourvue de moyens de mesure associés à un estimateur de la vitesse de déformation {ε ) du matériau (8) pour asservir en temps réel cette vitesse de déformation (ε ) à la forme d'onde prédéterminée. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la forme d'onde de la vitesse de déformation {ε ) est choisie pour limiter une valeur maximale donnée de l'effort maximal exercé par l'actionneur principal de la machine de mise en forme, ou pour diminuer une valeur moyenne par période de l'onde des vibrations de l'effort exercé par cet actionneur principal. 8. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, comportant une machine de mise en forme (1) équipée d'un pot vibrant (7) intégrant des actionneurs de type piézoélectriques (17, 17a-17n) ou électromagnétiques. 9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel chaque pot vibrant (7) comporte en outre un système mécanique (18) interposé entre les actionneurs (17, 17a-17n) et l'outillage (6) de la machine (1) pour amplifier ou atténuer l'amplitude des déplacements ou les efforts que génèrent les vibrations produites par le ou les actionneurs (17, 17a-17n). 10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel chaque pot vibrant comporte un ou des capteurs d'efforts ou de déplacement, et dans lequel l'unité de commande (B, C, E) comprend des moyens pour asservir en temps réel la forme d'onde de la vitesse de déformation (S ) du matériau (8) à la forme d'onde prédéterminée |
L'invention concerne un procédé de mise en forme d'un matériau assistée par vibrations, ce procédé pouvant être appliqué à une opération de mise en forme par forgeage, matriçage, estampage, extrusion, filage, tréfilage, injection, frittage, ou autre.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
Dans le cas de la mise en forme par forgeage, on utilise une presse sur laquelle est monté un outillage comprenant une matrice inférieure et une matrice supérieure. La matrice inférieure est portée par le bâti de la presse et la matrice supérieure est portée par un coulisseau qui est déplacé par un actionneur principal propre à la presse, cet actionneur principal étant typiquement un vérin hydraulique.
La mise en forme d'un lopin de matière consiste alors à le placer dans une cavité de la matrice inférieure, puis à piloter l'actionneur principal de la presse pour abaisser le coulisseau à une vitesse constante ou tout au moins monotone, de manière à rapprocher la matrice supérieure de la matrice inférieure.
Le lopin de matière se trouve alors emprisonné entre ces matrices, de sorte qu'il se déforme sous l'effet des efforts qui sont exercés par l'actionneur principal via les matrices, jusqu'à adopter la forme de la cavité interne ou empreinte que ces matrices délimitent conjointement.
Différentes approches ont été envisagées pour améliorer les procédés de mise en forme, dans le but notamment de réduire l'amplitude de l'effort devant être exercé par l'actionneur principal. Le fait de pouvoir réduire cet effort permet notamment d'augmenter la durée de vie de l'outillage, de limiter la quantité de lubrifiant devant être employé, ou encore de réduire le dimensionnement de la presse à utiliser pour la mise en forme d'une pièce donnée. On peut également garder l'effort identique et augmenter la vitesse moyenne de production pour accroître la productivité . Une manière d'améliorer un tel procédé consiste à chauffer le matériau à mettre en forme, pour qu'il présente des qualités viscoplastiques le rendant plus malléable, pour réduire l'amplitude des efforts développés par Pactionneur principal. Le forgeage dit à chaud permet ainsi de réduire les coûts de fabrication par exemple en réduisant le dimensionnement de la presse utilisée.
Néanmoins, le forgeage à froid, c'est-à-dire dans lequel le matériau est introduit à température ambiante permet d'obtenir d'une part de meilleurs tolérances dimensionnelles au niveau de la pièce finale, et d'autre part une meilleure résistance mécanique de celle-ci.
Conformément à une autre approche, l'amélioration est obtenue en assistant le cycle de forgeage par l'apport de vibrations au niveau de l'outillage, c'est-à-dire des matrices. Mais ces vibrations doivent alors avoir une fréquence relativement élevée, de l'ordre des fréquences ultrasonores, pour que cette assistance par vibration présente une efficacité significative.
En pratique, la conception d'un générateur de vibrations capable de délivrer des efforts suffisants à de telles fréquences est complexe, de sorte que le coût de mise en oeuvre de cette solution est finalement rédhibitoire. OBJET DE L'INVENTION
Le but de l'invention est de proposer une solution d'assistance aux procédés de mise en forme connus qui soit plus efficace et adaptative que les solutions connues.
RESUME DE L'INVENTION A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de mise en forme d'un matériau avec une machine comportant un actionneur principal et un outillage dont au moins une partie est mue par cet actionneur principal pour exercer des efforts sur ce matériau afin de lui donner une forme finale, dans lequel on équipe cette machine d'au moins un pot vibrant pour faire vibrer au moins une partie de cet outillage et d'une unité de commande de chaque pot vibrant, et dans lequel chaque pot vibrant est piloté pour produire des vibrations induisant une évolution de la vitesse de déformation du matériau qui est conforme à une forme d'onde prédéterminée comportant au moins une portion durant laquelle la vitesse de déformation a une valeur constante déterminée indépendamment de la fréquence de vibrations.
Avec cette solution, la vitesse de déformation du matériau est augmentée durant un intervalle de temps donné sans qu'il soit nécessaire d'accroître la fréquence des vibrations. Un même pot vibrant peut ainsi facilement être utilisé pour différentes opérations de mise en forme sur une même machine, et il peut également être facilement adapté à des machines de mise en forme de différents types.
L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel la forme d'onde de la vitesse de déformation est déterminée à partir d'un modèle générique de forme d'onde comportant plusieurs portions présentant des vitesses constantes et vérifiant que la moyenne de la vitesse est sensiblement nulle sur une période de l'onde de vitesse.
La forme d'onde devant être suivie par la vitesse de déformation peut ainsi être générée automatiquement, par exemple à partir de la simple connaissance de la loi de comportement du matériau pour l'opération de mise en forme.
L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel le modèle générique comprend des paramètres auxquels on attribue des valeurs qui sont déterminées en suivant un plan d'expérience.
L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel le modèle générique de forme d'onde de la vitesse de déformation est constitué de plusieurs morceaux raccordés les uns aux autres, chaque morceau comprenant plusieurs portions présentant chacune une vitesse constante et dans lequel au moins deux des portions de chaque morceau ont des vitesses de signes opposés.
L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel chaque pot vibrant est animé de vibrations produisant des déplacements dont la vitesse est par portions opposée à la vitesse de l'actionneur principal de la machine de mise en forme, et ayant la même valeur maximale que la vitesse de cet actionneur principal.
La vitesse de déformation du matériau peut ainsi valoir sensiblement le double de la vitesse de déformation pouvant être atteinte avec uniquement l'actionneur principal propre à la machine de mise en forme. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel chaque pot vibrant est pourvu de capteurs de position et/ou d'efforts, et dans lequel l'unité de commande est pourvue de moyens de mesure associés à un estimateur de la vitesse de déformation du matériau pour asservir en temps réel cette vitesse de déformation à la forme d'onde prédéterminée.
L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel la forme d'onde de la vitesse de déformation est choisie pour limiter une valeur maximale donnée de l'effort maximal exercé par l'actionneur principal de la machine de mise en forme, ou pour diminuer la valeur moyenne par période de l'onde des vibrations de l'effort exercé par cet actionneur principal.
L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé tel que défini ci-dessus, comportant une machine de mise en forme équipée d'un pot vibrant intégrant des actionneurs de type piézoélectriques ou électromagnétiques.
Avec cet agencement, chaque pot vibrant est à même de produire des vibrations générant des efforts importants sous faibles déplacements, ce qui est adapté à l'assistance d'un procédé de mise en forme dans lequel les efforts en jeu sont importants et dans lequel on recherche des déplacements de faible amplitude.
L'invention concerne également un dispositif tel que défini ci-dessus, dans lequel chaque pot vibrant comporte en outre un système mécanique interposé entre les actionneurs et l'outillage de la machine pour amplifier ou atténuer l'amplitude des déplacements ou les efforts que génèrent les vibrations produites par le ou les actionneurs.
L'invention concerne également un dispositif tel que défini ci-dessus, dans lequel chaque pot vibrant comporte un ou des capteurs d'efforts ou de déplacement, et dans lequel l'unité de commande comprend des moyens pour asservir en temps réel la forme d'onde de la vitesse de déformation du matériau à la forme d'onde prédéterminée.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
La figure 1 est un graphe montrant un premier exemple de forme d'onde générique pouvant être utilisée pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention ;
La figure 2 est un graphe montrant un second exemple de forme d'onde générique pouvant être utilisée pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention ; La figure 3 est une représentation schématique d'une presse pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ;
La figure 4 est une représentation schématique d'un premier exemple de pot vibrant destiné à équiper une presse pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ;
La figure 5 est une représentation schématique d'un autre exemple de pot vibrant destiné à équiper une presse pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ;
La figure 6 est un organigramme représentatif du procédé selon l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Généralités
D'une manière générale, la contrainte mécanique σ à appliquer à une pièce pour lui faire subir de grandes déformations, qui sont typiques d'une opération de mise en forme, dépend de la déformation équivalente £ de cette pièce, mais aussi de la vitesse ε de cette déformation équivalente.
Ceci est explicité par la relation cr = kε"ε m ^ appelée loi de Norton-Hoff, dans laquelle k désigne un coefficient dépendant du matériau et de la pièce, où n est le coefficient d'écrouissage du matériau, et où m est un coefficient de sensibilité du matériau à la vitesse de déformation.
Le plus souvent, la vitesse de déformation optimale est significativement plus importante que la vitesse pouvant en pratique être atteinte au moyen de l'actionneur principal de la machine de mise en forme, du fait que l'augmentation de la vitesse de l'actionneur principal induit une augmentation correspondante des efforts qu'il doit exercer. C'est donc l'introduction des vibrations qui permet, sans devoir modifier cet actionneur principal, d'atteindre la vitesse de déformation souhaitée.
L'idée à la base de l'invention réside dans le fait que l'accroissement de la vitesse de déformation obtenu par l'introduction de vibrations dans le cycle de mise en forme peut être modulé en jouant sur la forme d'onde de ces vibrations au lieu jouer sur leur fréquence. Autrement dit, pour atteindre une valeur de vitesse de déformation, correspondant par exemple à une valeur optimale pour le matériau et l'opération considérés, on détermine une forme d'onde de la vitesse de déformation dont une portion présente la vitesse souhaitée, au lieu de générer une onde de forme invariable et d'ajuster uniquement sa fréquence pour atteindre la vitesse souhaitée.
La vitesse de déformation du matériau dépend de la somme vectorielle de la vitesse de l'actionneur principal propre à la machine de mise en forme et de la vitesse de déplacement que produisent les vibrations. La dérivée de la position du ou des actionneurs produisant les vibrations suit une forme d'onde qui a le même profil que la forme d'onde déterminée pour la vitesse de déformation.
Les actionneurs produisant les vibrations peuvent ainsi être pilotés pour suivre, en déplacement, une forme d'onde déduite directement de la forme d'onde qui a été déterminée pour la vitesse de déformation. Alternativement, ces actionneurs peuvent être pilotés via une boucle d'asservissement intégrant des capteurs et un estimateur des grandeurs du procédé (efforts, vitesse, déformations locales etc.), pour que la vitesse de déformation effective corresponde au mieux à la vitesse de déformation souhaitée ou préalablement déterminée. Grandes déformations et vibrations
Dans le cas où une vibration est introduite pour que la vitesse de déformation varie cycliquement au cours de l'opération, la contrainte peut être exprimée par la relation σ = k £ Ψo + ^v) dans laquelle ^o désigne la valeur moyenne de la vitesse de déformation, et ε x la part variable de cette vitesse de déformation.
La valeur moyenne de la vitesse de déformation ^o dépend essentiellement de la vitesse de l'actionneur principal de la machine de mise en forme, et la part variable ε v dépend de la vitesse additionnelle qu'introduisent les vibrations. La part variable oscillatoire ε v de cette vitesse peut avoir la forme générique représentée schématiquement par le graphe de la figure 1, qui montre une forme rectangulaire de période T autour de zéro selon des valeurs assurant que sa moyenne reste nulle. Le signal périodique représentant la part ε v comprend une première portion aT durant laquelle la vitesse de déformation ε v a une valeur positive constante (de même signe que ^o) notée ε h, une seconde portion allant jusqu'à l'instant βT dans laquelle elle prend une valeur négative constante notée ε ι, et une troisième portion allant jusqu'à l'instant T qui correspond à la période temporelle de l'onde et durant laquelle elle prend une valeur nulle. D'une manière générale, les différents paramètres, à savoir Ct, β, ε h , ε ι et T sont choisis notamment pour que la valeur moyenne de ε v soit nulle.
En considérant que la déformation varie suffisamment peu pendant une période du mouvement vibratoire, c'est-à-dire que l'amplitude des vibrations est suffisamment faible, la valeur moyenne par période ( σ ) de la contrainte σ peut être exprimée comme suit :
(σ) = kε" [a{ε 0 + ε h J' + {β- a){ε 0 + ε, )" + (1 - β)ε™ j avec :
ει
II est alors possible pour chaque matériau de choisir les paramètres CC, β, ε h , ε ι et T de manière à minimiser le rapport ce qui revient à minimiser l'effort devant être appliqué par l'actionneur principal déplaçant l'outillage de la machine de mise en forme puisque cet effort correspond à la valeur moyenne de la contrainte.
Un exemple permet de mieux montrer l'influence des paramètres : si l'on choisit ε ι = ~ε o et β ~ 1, on a alors : ε 0 a de sorte que le gain du procédé devient :
La part variable oscillatoire ε v de la vitesse de déformation peut aussi avoir la forme générique représentée schématiquement en figure 2. Dans cet autre exemple, le profil générique est composé d'une succession de n morceaux de forme de base. Une forme de base est composée d'une succession de trois états où K a une valeur constante sur des portions de temps définies par des rapports cycliques a i à <% et raccordés les uns aux autres par des courbes pouvant être des droites ou des polynômes, des courbes trigonométriques ou toutes autres courbes mathématiques monotones.
Concrètement, dans le premier morceau de ce profil, la part variable de la vitesse de déformation ε v , vaut ε h\ pour la portion comprise entre a-iT et a∑T, elle vaut έ n dans la portion comprise entre a 3 T et a 4 T, et elle vaut ^i dans la portion comprise entre a 5 T et a 6 T. Chaque morceau de ce profil générique est ainsi défini par neuf paramètres, à savoir : ε h\, ctiT, ct 2 T, έ n> a 3 T, a 4 T, ε n, a 5 T, et a 6 T. Ces paramètres peuvent être différents d'un morceau à un autre du profil, de sorte qu'ils portent l'indice j dans le graphe de la figure 2, j étant ainsi compris entre 1 et n. Ainsi, dans le cas de la figure 2, une forme d'onde de vibrations générique est définie par les n morceaux ou formes de base le constituant, c'est- à-dire par 9.n paramètres du fait que ces paramètres peuvent différer d'un morceau à un autre.
Partant d'une pièce à mettre en forme, les paramètres sont choisis pour atteindre une vitesse de déformation considérée comme optimale vis-à-vis de la réduction des efforts de l'actionneur principal de la machine.
Lorsque les relations théoriques ne sont pas connues ou présentent des écarts trop importants par rapport aux mesures, il est possible d'utiliser un plan d'expérience pour déterminer ou affiner les paramètres à attribuer à la forme d'onde générique pour constituer la forme d'onde prédéterminée de la vitesse de déformation.
Pot vibrant
Les vibrations sont générées par un pot vibrant qui intègre avantageusement des actionneurs piézoélectriques ou électromagnétiques, et qui est piloté par une unité de commande associée, pour générer des vibrations ayant la forme d'onde prédéfinie, établie à partir d'une forme d'onde générique.
Grâce à cette solution, les vibrations peuvent développer des efforts importants sous faibles déplacement, tout en suivant des formes d'ondes modulables en fonction du besoin.
Le pot vibrant est monté pour faire vibrer au moins une partie de l'outillage, à savoir l'une des matrices dans le cas d'un cycle de forgeage, de manière à appliquer des vibrations au niveau de la mise en forme de la pièce, c'est-à-dire au niveau de la surface de contact entre la pièce et l'outillage.
Dans le cas de mise en forme par forgeage, la machine représentée en figure 3 comporte une presse 1 incluant un bâti fixe 2 portant un coulisseau supérieur 3 mobile verticalement en étant déplacé par un vérin hydraulique non représenté. Elle comporte encore une matrice supérieure 4 en extrémité inférieure de ce coulisseau 3, et une matrice inférieure 6 portée par un pot vibrant 7 interposé entre cette matrice inférieure 6 et le bâti fixe 2.
Lors d'un cycle de mise en forme, le matériau 8 à mettre en forme est déposé dans la matrice inférieure 6, puis le vérin est commandé pour provoquer la descente du coulisseau 3, de manière à emprisonner la pièce 8 entre les deux matrices 4 et 6 qui constituent l'outillage, et à la comprimer entre celles-ci. Le pot vibrant est activé selon le cas durant tout le cycle de l'opération, ou seulement pendant une partie de ce cycle.
Dans l'exemple de la figure 3, le pot vibrant est interposé entre le bâti et la matrice inférieure, mais il peut aussi bien être interposé entre l'extrémité inférieure du coulisseau et la matrice supérieure. La machine peut aussi être équipée d'un pot vibrant supérieur, et d'un autre pot vibrant inférieur.
Comme visible dans la figure 4, le pot vibrant 7 comprend un carter extérieur fixe 12 dans lequel est monté un plateau supérieur vibrant 11. Le carter 12 comprend un fond plat 13 et une enveloppe cylindrique 14 d'axe normal à ce fond et prolongeant son bord.
Ce carter est équipé d'une butée 15 limitant la mobilité du plateau 11 qui est porté par le carter au moyen d'un dispositif dit compliant, schématisé ici par un ensemble de ressorts repérés par 10 et reliant chacun le plateau au carter. Ce dispositif compliant 10 maintient le plateau et le rappelle vers une position de référence pour l'autoriser à être mobile verticalement et à pouvoir s'incliner en pivotant autour de n'importe quel axe normal à la verticale. D'une façon plus générale, le plateau 11 est relié au carter par un ensemble de composants flexibles.
Un dispositif d'actionnement 16 qui génère les vibrations est interposé entre le fond 13, et le plateau supérieur 11. Dans le cas de la figure 4, le dispositif d'actionnement 16 comprend essentiellement un actionneur piézoélectrique 17, et un dispositif mécanique 18 interposé entre cet actionneur 17 et le plateau supérieur 11, pour modifier les vibrations produites par l'actionneur 17.
L'élément 17 peut correspondre à un élément piézoélectrique unique, ou à plusieurs actionneurs piézoélectriques montés en parallèle entre le carter et le système 18 ou le plateau vibrant 11.
Le système mécanique 18 a pour rôle de modifier les vibrations générées par le ou les actionneurs piézoélectriques, de manière par exemple à ajuster l'amplitude des déplacement et/ou l'amplitude des efforts. A cet effet, ce système peut par exemple introduire une résonance mécanique.
Il peut également être constitué d'éléments mécaniques modifiant la cinématique du mouvement de l'actionneur, en intégrant par exemple un système de came, de levier ou de palonnier. Le système 18 peut également être constitué de pièces mécaniques mises en résonance par des éléments flexibles et/ou créant des contacts unilatéraux avec ou sans chocs. Ce système mécanique 18 peut encore être inspiré d'un "poinçon à frapper manuel à ressort".
Dans le cas particulier où les actionneurs sont électriques ou électromagnétiques au lieu d'être piézoélectriques, le système 18 peut assurer une amplification des efforts au moyen de systèmes de transmission et de résonance mécanique.
Le système mécanique 18 est facultatif dans la mesure où la forme des ondes de vibrations ainsi que leur amplitude est essentiellement conditionnée par le procédé de mise en forme utilisé, la pièce et son matériau constitutif, de sorte que l'amplitude de vibration ou des efforts que les actionneurs sont capables de délivrer peut s'avérer par elle-même satisfaisante.
Dans l'exemple de la figure 5, on a représenté un autre exemple de pot vibrant 7, qui correspond d'une manière générale à celui de la figure 4, mais qui comprend plusieurs actionneurs piézoélectriques 17a-17n, et qui est dépourvu de système mécanique additionnel.
Comme on peut le voir dans cette figure, les actionneurs piézoélectriques 17a-17n sont alors montés en parallèle entre le fond du carter et le plateau 11 , ce qui permet d'accroître l'intensité des efforts pouvant être exercés, et de générer si nécessaire des vibrations provoquant des inclinaisons cycliques du plateau supérieur vibrant 11. Avantageusement, le pot vibrant est prévu pour générer des vibrations combinées dans différentes directions en translation et en rotation. Dans le cas de la figure 4 comme dans celui de la figure 5, le pot vibrant comprend encore un ou des capteurs de position ou d'efforts non représentés, pour mesurer en temps réel la valeur du déplacement du plateau 11 ou bien la valeur des efforts subis par ce plateau.
En pratique, les actionneurs piézoélectriques 17 sont alimentés par un onduleur de tension ou de courant qui est lui-même commandé par une unité de pilotage prenant en compte les déplacements ou les efforts effectivement exercés par le dispositif d'actionnement 16 du pot vibrant pour qu'ils répondent au mieux à la forme d'onde prédéterminée de la vitesse de déformation.
D'une manière générale, le pot vibrant prévu pour générer des vibrations dans une gamme de fréquences comprise entre 0 et 150 Hz, et ayant des amplitudes de l'ordre de quelques micromètres, sans pour autant être limité à ces valeurs.
Fonctionnement
Comme visible dans la figure 6, les grandeurs caractéristiques du procédé de mise en forme utilisé, qui sont représentées schématiquement par le bloc A 1 sont tout d'abord adressées à l'unité de pilotage schématisée par le bloc B.
Ces grandeurs caractéristiques sont essentiellement les 9.n paramètres définissant le profil générique de la vitesse de déformation relative au procédé de mise en forme considéré.
Elles peuvent être une valeur de limitation de l'effort devant être exercé par l'actionneur principal de la machine durant l'ensemble de l'opération de mise en forme, ou bien une réduction optimale des efforts exercés par cet actionneur principal pour minimiser la quantité d'énergie nécessaire à l'opération.
Elles peuvent également comporter le coefficient d'écrouissage n, le coefficient m de sensibilité à la vitesse de déformation, la vitesse de déformation optimale souhaitée, ainsi que d'autres grandeurs représentatives du procédé en lui-même, de son paramétrage, et de l'opération de mise en forme par elle- même.
Cette unité de pilotage B détermine alors les paramètres et les lois de commande capables de réaliser au mieux les formes d'ondes de vibrations à produire. Dans le cas où les grandeurs caractéristiques imposent une réduction optimale des effort ou une limitation de ceux-ci, l'unité de pilotabe B génère les commandes de l'onduleur C capables de satisfaire les objectifs.
L'unité de pilotage B commande l'onduleur C pour alimenter en courant les actioπneurs du pot vibrant repéré par D, ou pour leur appliquer une tension, de manière à respecter la forme d'onde prédéterminée.
Le signal de courant ou de tension délivré par cet onduleur C est lu par une unité d'acquisition et/ou d'estimation repéré par E, et de même, le déplacement ou l'effort subis par le plateau 11 sont lus par cette unité E. Partant de ces mesures, l'unité E fournit en temps réel toutes les mesures et estimations et les adresse à l'unité de pilotage B.
En fonction de l'écart existant entre la forme d'onde de la vitesse de déformation fournie par l'unité E, et le forme d'onde générique à obtenir, l'unité de pilotage B corrige la commande qu'elle adresse à l'onduleur C, jusqu'à ce que la forme d'onde de la vitesse de déformation évaluée par l'estimateur E corresponde au mieux à la forme d'onde souhaitée.
En pratique, l'assistance de l'opération de mise en forme peut être mise en oeuvre pour diminuer la valeur moyenne de l'effort devant être exercé par l'actionneur principal de la machine de mise en forme sur l'ensemble du procédé, ou bien pour limiter la valeur maximale de cet effort. La réduction de la valeur moyenne de l'effort développé par l'actionneur principal peut ainsi consister à déterminer une forme d'onde grâce à laquelle la vitesse de déformation du matériau atteint, dans une portion de la vibration, une valeur optimale, ce qui permet de réduire l'énergie nécessaire à un cycle de mise en forme. Dans ce cas, le pot vibrant est actionné pendant à peu près tout le cycle de mise en forme.
En ce qui concerne la limitation de l'effort maximal devant être développé par l'actionneur principal de la machine elle permet par exemple de réaliser un cycle de mise en forme avec une machine de puissance a priori insuffisante. En effet, lors d'une opération de mise en forme, l'effort exercé par l'actionneur principal augmente au cours du cycle : s'il s'agit de forgeage, l'actionneur principal est animé d'une vitesse sensiblement constante, de sorte que les efforts qu'il doit exercer pour maintenir cette vitesse augmentent au cours du déplacement de cet actionneur principal. Dans ce cas, le pot vibrant est activé lorsque les efforts exercés par l'actionneur principal atteignent une valeur de consigne.
Avantages de l'invention
D'une manière générale, l'invention permet de réduire les efforts exercés par l'actionneur principal de la machine de mise en forme tout en étant, de par son principe, adaptable à différents matériaux ou pièces devant être mises en forme avec cette machine, mais en étant également adaptable à différentes machines de mise en forme.
Comme c'est la forme d'onde qui est ajustée pour donner lieu à une vitesse de déformation souhaitée, en fonction du matériau et du but recherché, la fréquence de vibration n'est pas en soi déterminante, de sorte qu'un même pot vibrant peut être utilisé pour différents machines et pour différents matériaux et pièces devant être mis en forme avec une même machine.
La fréquence de vibrations est choisie pour être compatible avec le déplacement maximum autorisé par l'actionneur, c'est-à-dire telle que le déplacement maximum engendré par la forme d'ondes de vibrations imposée par le procédé soit inférieur à la course maximale de l'actionneur ou du système mécanique 18 de la figure 4.
Comme indiqué plus haut, l'invention s'applique aussi bien à une machine de forgeage, de matriçage, d'estampage, d'extrusion, de filage, de tréfilage, d'injection, ou encore de frittage.
La forme d'ondes qui est générée permet d'atteindre une vitesse de déformation plus importante que celle pouvant être atteinte avec uniquement l'actionneur principal propre à la machine, ce qui permet de réaliser des pièces avec une vitesse moyenne de déformation plus importante, et donc d'améliorer la productivité.
En pratique, les ondes de vibration peuvent par exemple atteindre une vitesse maximale de déplacement de l'outil qui vaut dix fois la vitesse de déplacement de l'actionneur principal de la machine, ce qui permet finalement de multiplier virtuellement par onze la vitesse de l'actionneur mécanique principal de la machine.