Procédé et dispositif pour la conformation de reliefs dans une feuille plane

La présente invention concerne un procédé pour réaliser des reliefs, des plis ou un gaufrage dans une feuille plane et un dispositif pour mettre en œuvre ce procédé.

ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Les structures plissées ou gaufrées sont connues depuis très longtemps. Elles sont issues de procédés de fabrication artisanaux et se rencontrent surtout dans le domaine des articles en papier ou en tissu.

Cette technique a été transposée au plissage ou gaufrage des feuilles planes notamment métalliques pour réaliser par exemple l'âme d'une structure sandwich prise entre deux feuilles de peau, aux lieu et place d'un noyau cellulaire du type nid d'abeille ou feuille ondulée.

Il ne semble pas que cette transposition ait débou- ché aujourd'hui sur une fabrication industrielle, aucun produit de ce type n'étant présent sur le marché.

On citera pour illustrer l'état de la technique le document FR-2.273.657 qui propose un procédé de réalisation d'une structure plissée en chevron à partir d'une bande traversant des organes de matriçage pour réaliser une ébauche des reliefs du motif à réaliser, suivis d'une série d'organes mobiles pour achever les pliages ébauchés par les organes de matriçage. La technique selon ce document n'a jamais vu le jour. Une autre illustration de l'état de la technique est formée par le document US 2004/0102303 dans lequel, à partir d'un matriçage initial pour une ébauche, on procède à la poursuite de la déformation (du pliage) en forçant une compression de la bande dans une zone où cette bande entre à une vitesse plus grande qu'elle n'en sort. Il se produit

donc dans cette zone une accumulation de matière qui conduit à l'accentuation des plis et en conséquence, à l'accentuation du motif avec un épaississement du produit en même temps qu'un rétrécissement de la bande. OBJET DE L'INVENTION

La présente invention concerne un procédé par lequel on peut mieux contrôler la formation de la structure plissée ou gaufrée et notamment la régularité du motif qu'elle comporte. A cet effet l'invention a donc pour premier objet un procédé de réalisation d'une paroi gaufrée ou plissée dont le motif de base comprend deux dièdres adjacents, l'un concave et l'autre convexe, dont le contour des faces est un trapèze et dont les arêtes sont dans le prolongement l'une de l'autre et ont des projections planes colinéaires, selon lequel on imprime sur une bande plane par emboutissage une ébauche de gaufrage, on contraint la bande à une diminution progressive de sa dimension prise perpendiculairement à la projection plane susdite des arêtes jusqu'à at- teindre un seuil déterminé de résistance à la déformation puis à procéder à un dépliement progressif contrôlé de la structure jusqu'à l'obtention de l'épaisseur voulue.

Le travail (force par déplacement) développé lors de la compression latérale de la bande a pour effet de re- dresser les faces des dièdres et de diminuer les angles des plis. On peut penser que ce travail de compression engendre une déformation également distribuée sur tout le travers de la bande. Il est cependant probable que les hétérogénéités du matériau dues à sa fabrication et au traitement de ma- triçage initial perturbent la distribution régulière du travail de déformation. De ce fait, une zone peut être amenée à une déformation plus rapide ou plus précoce que celle produite en un autre endroit. Or dès qu'une déformation se produit, la cinétique de la déformation de cette zone en cours est telle qu'elle augmente l'hétérogénéité de la dis-

tribution de l'énergie de déformation et on peut obtenir une déformation totale (écrasement des cellules) d'une zone alors que d'autres sont restées pratiquement intactes. Afin d'assurer la distribution régulière des déformations lors du pliage, le procédé de l'invention propose de procéder à un pliage « à bloc » ou du moins à un équivalent de ce dernier, déterminé par exemple par le moment où l'effort résistant à la compression croit de manière brutale, formant ainsi le signal de l'état du produit dans lequel le pliage est ne peut pratiquement plus se poursuivre. On est ainsi certain que chaque pli est semblable à son voisin au plan de ses contraintes internes, le produit plié étant pratiquement homogène .

La phase de dépliement intervient donc sur un pro- duit homogène ce qui constitue un gage de la régularité de son déroulement.

Au cours de la phase de pliage, on améliorera la régularité des reliefs obtenus quant à leur forme et leur distribution dans la bande en maintenant la bande au cours de la compression à l'intérieur d'un tunnel de contention de l'épaisseur de la paroi, formé de deux plaques divergentes dont l ' écartement à un niveau transversal donné est une fonction du taux de rétrécissement de la bande à ce même niveau . Le rôle des plaques de contention est d'abord de maîtriser le flambement global du produit et en limitant la déformation dans les zones initiales (les sommets des reliefs viennent buter contre les plaques), d'améliorer la transmission des forces au travers des zones dans lesquel- les la déformation est bloquée en direction des zones encore déformables .

Les efforts de dépliement seront obtenus en entraînant le produit plié en deux points de son trajet à des vitesses différentes. En effet, le pliage, conduisant à une augmentation de l'épaisseur de la bande, produit une dimi-

nution de sa largeur mais également une diminution de sa longueur, c'est-à-dire, si le produit est en défilement une vitesse de défilement en amont du pliage plus grande que la vitesse en aval de ce dernier. Ainsi, le dépliement peut-il s'obtenir en provoquant un entraînement aval du produit à plus grande vitesse que celle de défilement du produit plié au maximum conduisant à un étirement longitudinal, une expansion transversale et une diminution de l'épaisseur de la bande. L'invention a aussi pour objet un dispositif de conformation pour mettre en œuvre le procédé ci-dessus, sur une bande défilant dans un sens donné, qui comprend d'amont en aval :

-un poste de matriçage d'une ébauche du relief fi- nal pour réaliser sur toute la bande une répétition du motif de base de sorte que les arêtes des dièdres de chaque motif soient orientées parallèlement au sens de défilement de la bande dans le dispositif de conformation,

- un poste de compression latérale de la bande per- pendiculairement à son sens de défilement,

- un poste d' étirement longitudinal de la bande pliée .

Le poste de compression comporte deux plaques divergentes de contention de l'épaisseur de la bande et des moyens latéraux, situés au niveau des plaques divergentes, de contraindre les rives de la bande à se rapprocher l'une de l'autre.

Les moyens latéraux susdits comprennent des surfaces convergentes fixes ou mobiles, formant goulet d'étranglement pour la bande. La bande est alors forcée dans l'entonnoir que forme les plaques et les surfaces convergentes, accompagnée par les surfaces latérales si elles sont mobiles et par un ensemble de rouleaux calibreurs latéraux, à la sortie de ce poste de compression. Le poste d' étirement comporte deux rouleaux pin-

ceurs, à la sortie du poste de compression qui imposent une vitesse au défilement du produit et deux rouleaux pinceurs aval, qui imposent une vitesse de défilement du produit supérieure à celle des rouleaux pinceurs amont de manière à créer une dilatation transversale du produit au cours d'un dépliement partiel engendré par ces vitesses relatives.

Les rouleaux pinceurs en aval servent en même temps de conformateurs finals des cellules .

Entre les deux rouleaux pinceurs, le poste de dé- pliement comporte un jeu de plaques de contention de la variation d'épaisseur (amincissement) de la bande. Ces plaques convergent dans le sens de défilement de la bande tandis que l'espace qui les sépare s'évase pour également contrôler l'élargissement de la bande résultant de son éti- rement.

L'invention sera mieux comprise au cours de la description donnée ci-après d'un exemple de réalisation avec quelques variantes .

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS II sera fait référence aux dessins annexés parmi lesquels :

- la figure 1 est une vue du motif de base, connu en lui-même, de la paroi selon l'invention,

- la figure 2 est une vue schématique en plan d'un dispositif pour mettre en œuvre le procédé de l'invention,

- la figure 3 est un schéma en coupe longitudinale du dispositif de la figure 1,

- la figure 4 illustre par un schéma partiel un détail de réalisation du dispositif de l'invention.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION A la figure 1, on a représenté en perspective, relativement plate ou rasante, un exemple d'un motif de base de plissage ou gaufrage d'une feuille métallique à réaliser selon le procédé de l'invention. Ce motif est formé de deux

dièdres adjacents, l'un 1 concave et l'autre 2 convexe. Le dièdre 1 possède deux faces la et Ib dont l'intersection définit une arête 3. De même, le dièdre 2 possède deux faces 2a et 2b dont l'intersection définit l'arête 4. Le contour des faces est ici un parallélogramme. La ligne d'intersection des faces la et 2a est notée 5 et celle des faces Ib et 2b est notée 6. Elles constituent la ligne de crête des dièdres 1 et 2 qui s'étend dans une direction transverse par rapport à la direction des arêtes 3 et 4 dont les projections sur un plan horizontal P, c'est-à-dire celui de la feuille avant déformation, sont colinéaires. Le motif présente donc une direction D privilégiée, celle des arêtes de tous les dièdres parallèles aux arêtes 3 et 4. Ce motif est plus ou moins prononcé. II faut d'ores et déjà noter que si le contour des faces n'est pas un parallélogramme mais un trapèze dont les bases sont colinéaires, le motif résultant de l'embossage de la feuille ne sera plus plan mais présentera une courbure longitudinale. De même si les arêtes des dièdres, dé- finies ci-dessus comme s 'étendant dans une direction privilégiée, ont des projections dans le plan qui ne sont pas tout à fait colinéaires, le motif final pourra présenter une courbure dans le sens transversal du produit, autour de la direction D. Selon l'invention, on commence par pratiquer une ébauche par matriçage d'une feuille métallique apte à être déformée de manière plastique dès cette première opération. Lorsqu'on traite des feuilles séparées, ce matriçage peut être réalisé par deux empreintes se refermant l'une sur l'autre avec la feuille entre elles, que ces empreintes soient planes ou non. Pour traiter un matériau en feuille continue 10, issue par exemple d'une bobine, on pratiquera ce matriçage comme illustré aux figures 2 et 3 , au moyen par exemple de rouleaux 11 dont la surface est équipée de reliefs adaptés à former en continu l'empreinte de

l'ébauche dans la feuille qu'ils pincent. L'empreinte de l'ébauche est la répétition du motif de base de la figure 1 pour couvrir toute la surface de la feuille avec la direction des arêtes 3 et 4 dans le sens d'avancement D de la feuille lors de son traitement.

Au sortir de ce premier poste, la bande 10 possède une largeur L. Conformément au procédé de l'invention, la bande subit une contraction transversale, perpendiculaire à la direction D, dans un poste de traitement 12. Les bords de la bande 10 avec ses reliefs ébauchés, sont contraints de se rapprocher par les surfaces de glissement latérales 13a et 13b. Ce rapprochement conduit à un redressement des faces la, Ib, 2a, 2b de chaque motif avec une accentuation progressive du pliage jusqu'à ce que l'augmentation de l'épaisseur du gaufrage de la paroi soit telle qu'elle vienne au contact de deux plaques 14a et 14b de contention de cette épaisseur, divergentes dans le sens de déplacement de la bande. La relation qui lie la convergence des surfaces 13a et 13b à la divergence des plaques 14a et 14b est du type :

Ei = f ( (Li-L) /Li) , avec L ₇ la largeur de la bande à l'entrée du poste de traitement 12, Li la largeur de cette bande à une distance i de l'entrée du poste 12 et Ei, la valeur de l ' écar- tement des deux plaques 14a et 14b à la distance i de l'entrée du poste 12.

Ce n'est pas sortir du cadre de l'invention que de prévoir des plaques 14a et 14b non planes pour conduire par exemple, à la formation d'une paroi gaufrée dont l'épaisseur est variable le long de sa largeur (en forme de bombement ou en forme de diabolo par exemple) . Les flèches F de la figure 3 illustrent la possibilité de faire varier le degré de divergence entre les parois 14a et 14b donc l'épaisseur finale de la paroi gaufrée qui en sera issue. Le processus de rétrécissement latéral de la bande

s'accompagne également d'une diminution de sa dimension longitudinale. Ce qui se traduit par une vitesse dans le poste 12 allant décroissant.

Les surfaces 13a et 13b peuvent être fixes ou mobi- les et leur convergence réglable en fonction de l'épaisseur que l'on souhaite obtenir. Dans le cas de surfaces 13a, 13b mobiles, il pourra être utile de prévoir celles-ci en plusieurs tronçons afin de pouvoir leur conférer une vitesse propre inférieure par exemple à celle de la bande en amont pour tenir compte de la diminution de la dimension longitudinale de la bande.

La largeur Ls de la bande à la sortie du poste 12 est proche de celle minimale qu'elle peut prendre. Cette largeur minimale Lm est celle obtenue à la sortie d'un en- semble de rouleaux calibreurs 15a, 15b qui parfait le pliage de la bande en lui imposant une dernière compression latérale afin d'obtenir un pliage « à bloc » ou presque de chaque dièdre.

Un premier couple de rouleaux horizontaux pinceurs lβa,16b impose une vitesse de défilement à la bande qui est celle de sortie des rouleaux de calibrage. Ces rouleaux constituent l'entrée du poste de dépliement 17 de l'installation. Il comporte un ensemble de deux plaques convergentes 18a, 18b qui, avec des surfaces latérales 19a, 19b entre elles, permettent de contrôler l'expansion de la bande sous l'effet d'un effort d'étirement dans le sens D de défilement au moyen d'un second jeu de rouleaux pinceurs 20a, 20b entraînés à une vitesse supérieure à celle des rouleaux 16a, 16b. L'écart de vitesse et la géométrie des surfaces de contention du poste 17 sont en relation avec le degré d'expansion de la bande tant en longueur qu'en largeur ainsi qu'avec la diminution de son épaisseur, ces modifications dimensionnelles résultant de l'ouverture des cellules provoquée par l'étirement. La bande gaufrée 21 issue du poste 17, au-delà des

rouleaux 20a, 20b, possède des qualités mécaniques homogènes d/ autant que les rouleaux 20a, 20b sont porteurs de reliefs qui rectifient et uniformisent les cellules de la bande gaufrée . Dans le cas d'une bande qui affecte l'une, l'autre ou une combinaison des deux courbures susdites, les plaques des postes de traitement lé et 17 porteront des surfaces en regard l'une de l'autre qui seront adaptées à la forme progressive prise par la bande au cours de son repliement ou de son dépliement.