EP2257651B1

EP2257651B1 - Procede de formage a partir de flan en materiau trempant avec refroidissement differentiel

Info

Publication number: EP2257651B1
Application number: EP09715243A
Authority: EP
Inventors: Jean Jacques Lety; Stéphane Anquetil; Laurent Barromes; Sophie Sebrier
Original assignee: ThyssenKrupp Sofedit SAS
Current assignee: ThyssenKrupp Sofedit SAS
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2029-02-26
Also published as: FR2927828B1; ATE522628T1; FR2927828A1; EP2257651A1; ES2373486T3; US20110030442A1; WO2009106571A1; CN102084011B; US8646302B2; WO2009106571A8; CN102084011A

Description

La présente invention concerne les procédés de formation à chaud avec refroidissement. Plus particulièrement, la présente invention concerne les procédés de formation à chaud à partir de flan en matériau trempant avec refroidissement différentiel.
L'invention porte sur un outil selon le préambule de la revendication 1 et un procédé selon le préambule de la revendication 7.
Un tel outil et un tel procédé sont décrits dans le document WO A-2006038868 .
Un procédé d'emboutissage avec trempe d'une pièce en matériau trempant dans un même outil est connu et est décrit dans le document JP 2005-205416 . Dans ce procédé, un flan est mis en forme grâce à un outil d'emboutissage. Après emboutissage, alors que la pièce est encore maintenue dans l'outil, une trempe est réalisée par contact entre l'outil et le flan embouti. En plus de ce contact est réalisée une circulation d'eau froide dans des tuyaux prévus à cet effet dans l'outil d'emboutissage ce qui permet d'accélérer le refroidissement.
Cependant pour certaine pièce en acier, il serait utile de pouvoir réaliser une trempe uniquement sur une partie de la pièce. Par exemple, dans le domaine de l'automobile, il serait avantageux de pouvoir réaliser un pied-milieu présentant des zones avec des caractéristiques mécaniques différentes. Ainsi certaines zones peuvent être rendues ou conservées ductiles afin d'améliorer l'absorption des chocs lors d'une collision.
Aujourd'hui, ce type de pièces est réalisé en deux ou plusieurs parties par des procédés de formage et refroidissement différents. Les deux ou plusieurs parties sont ensuite collées par des techniques de soudure bien connues de l'homme du métier.
Le procédé aujourd'hui utilisé est donc coûteux en temps et en équipement. De plus, la partie de soudure constitue une zone de fragilité présentant un risque pour l'utilisateur lors d'un choc.
Le document US 5,916,389 décrit également un tel procédé dans lequel un objet en acier est obtenu. Cet objet en acier est composé de différentes parties dont le matériau est dans des états structurels différents ; certaines parties sont durcies, d'autres restent ductiles.
Afin de conserver une structure plus ductile de l'acier à certains endroits, plusieurs possibilités sont proposées :

des éléments de chauffe peuvent être prévus dans un poinçon et une matrice d'un outil d'emboutissage ; ou
des renfoncements sont prévus dans le poinçon et la matrice de l'outil d'emboutissage, de sorte que lorsque le poinçon et la matrice viennent au contact du flan en acier, il n'y a pas de contact là où il y a des renfoncements ; c'est-à-dire là où l'acier doit rester ductile.

Cependant, les propriétés mécaniques en fin de fabrication dépendent étroitement de la vitesse de refroidissement. L'utilisation seule des moyens de chauffe ou l'utilisation seule des renfoncements ne permettent pas d'obtenir les résultats escomptés sur les propriétés mécaniques.
Le document US 2002/0104591 décrit un procédé dans lequel un pied-milieu est formé avec deux parties ayant des propriétés mécaniques différentes. Une première partie correspondant à la partie supérieure du pied-milieu a une structure martensitique avec une résistance mécanique au-delà de 1400N/mm². Une deuxième partie correspondant à la partie inférieure du pied-milieu a une structure ferritique-perlitique et une résistance mécanique inférieure à 850N/mm² (environ 500N/mm²) et un allongement de moins de 25% (de préférence de 20%).
Afin d'obtenir un pied-milieu ayant deux parties avec des propriétés mécaniques différentes, la partie basse devant rester ductile est protégée de la chaleur lors de la chauffe à une température austénitique. Ainsi, la partie inférieure du pied-milieu ne se trouve pas dans un état austénitique à la fin de la chauffe et donc ne pourra être trempée pour obtenir une structure martensitique.
Ce procédé présente le désavantage suivant : lorsque le flan reste dans le four plus longtemps que le temps requis (même un temps légèrement plus long), la zone de transition entre les parties trempée et non trempée risque de s'élargir.
Le document US 2002/0113041 décrit un procédé de formage à chaud avec refroidissement différentiel, présentant plusieurs variantes :

une première variante consiste à réaliser à peu de choses près le même procédé que celui décrit dans le document US 2002/0104591 ;
une deuxième variante consiste à utiliser un outil d'emboutissage présentant des moyens de refroidissement là où une trempe est souhaitée ;
dans une troisième variante, l'outil d'emboutissage présente différentes parties en matériaux différents, ayant des valeurs de conductivité thermique différentes.

Les inventeurs ont essayé d'obtenir des pièces en acier trempé présentant les propriétés mécaniques désirées en utilisant des matériaux à conductivité faible (par exemple du béton ayant une conductivité de l'ordre de 2W.m^-1.K^-1) pour l'outil d'emboutissage. Les résultats obtenus n'ont pas été probants. Également, une faible conductivité du matériau n'empêche pas les premières pièces en production d'être trempées puisque celles-ci sont au contact de l'outil froid.
Le document DE 10 2006 019 395 A1 décrit un procédé, dans lequel, l'outil d'emboutissage comprend une matrice, un poinçon et un serre-flan. Les trois éléments de l'outil d'emboutissage peuvent être chauffés à des températures différentes. Néanmoins seuls des exemples où les trois pièces sont chauffées à une température identique sont donnés. Le procédé consiste à chauffer l'outil d'emboutissage à une température comprise entre 200 et 650°C.
Pour une température en-deçà de 200°C, l'allongement A₈₀ est d'environ 5 %, et la résistance mécanique au-dessus de 1500 MPa. Pour une température au-dessus de 200°C, l'allongement A₈₀ est supérieur à 5.8 % et la résistance mécanique en-deçà de 1500 MPa. Pour une température de 400°C, la résistance mécanique est de 820 MPa et l'allongement A₈₀ de 10 %.
Lorsqu'il y a une descente de température de 790°C à 390°C, une vitesse de refroidissement d'environ 80 à 115 K/s est mesurée (il semblerait que cela est valable pour une température d'outil au-dessus de 200°C). La structure de l'acier est alors martensitique à grain fin. Pour une température d'outil en-dessous de 200°C, une vitesse de refroidissement d'environ 80 à 480 K/s est mesurée. Dans ce cas, la structure de l'acier est martensitique à grain grossier.
Néanmoins, les conditions dans lesquelles ont été réalisés ces essais ne permettent pas d'obtenir les propriétés mécaniques souhaitées, à savoir un allongement A₈₀ supérieur à environ 15% et une résistance mécaniques R_m supérieure à 500 MPa.
Ce n'est qu'au prix d'une sélection des conditions de refroidissement que les inventeurs ont réussi à obtenir un objet en acier trempé et dont les propriétés mécaniques sont satisfaisantes.
Les inventeurs ont déposé une demande de brevet le 1^er août 2007 sous le numéro 07/56863 et publiée sous le numéro FR-A-2919512 . Dans cette demande est décrit un procédé de formage à chaud avec trempe différentiel à partir de tube, dans lequel, un tube est chauffé jusqu'à une température d'austénitisation puis formé et refroidi dans un outil d'emboutissage, présentant des moyens de chauffe, par injection d'un fluide de refroidissement à travers la cavité du tube. Ces moyens de chauffe permettent d'empêcher, à certains endroits, la matière de devenir martensitique.
Ce procédé, bien que fonctionnant pour les tubes, n'est pas applicable au formage d'un flan à cause de la différence de géométrie.
Un but de la présente invention est de proposer un procédé permettant d'obtenir une pièce emboutie à partir d'un flan en acier et dont les caractéristiques mécaniques peuvent couvrir toute une gamme de caractéristiques mécaniques possibles entre celles d'un acier non traité et celles d'un acier trempé.
Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé ne nécessitant pas d'étape traditionnelle de revenu d'une pièce emboutie et trempée.
Un autre but auxiliaire de la présente invention est de conférer différentes propriétés de résistance mécanique et d'allongement du matériau à différentes parties d'une même pièce, telles que recherchées par l'homme du métier.
Dans ce but, la présente invention propose un outil d'emboutissage pour le formage et le refroidissement d'une pièce en acier à partir d'un flan, l'outil comprenant :

au moins un poinçon ; et
au moins une matrice ;
le poinçon et la matrice comprenant chacun :
au moins une première partie correspondant à une zone chaude de l'outil d'emboutissage ; et
au moins une deuxième partie correspondant à une zone froide de l'outil d'emboutissage ;

T = 100. (6 - L),

L

T

L

T

D'autres caractéristiques préférées mais non limitatives de cet outil d'emboutissage sont :

sur une face de formage de la première partie du poinçon est prévue au moins une saillie ;
sur une face de formage de la première partie de la matrice est prévue au moins une saillie ;
dans la première partie du poinçon, sont prévus au moins en partie les moyens de chauffe ;
dans la première partie de la matrice, sont prévus au moins en partie les moyens de chauffe ;
l'outil d'emboutissage présente un jeu d'air entre la zone froide et la zone chaude.

La présente invention propose également un procédé de formage et refroidissement selon les caractéristiques de la revendication indépendante 7.
D'autres caractéristiques préférées mais non limitatives de ce procédé sont :

la température de chauffe de la zone chaude de l'outil d'emboutissage est en dessous d'environ 600°C ;
dans la zone chaude, un refroidissement est effectué à une vitesse comprise entre environ 5°C/sec et environ 15°C/sec ;
dans la zone froide, un refroidissement est effectué à une vitesse comprise entre environ 27°C/sec et environ 100°C/sec.

D'autres caractéristiques, buts et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui suit et s'appuyant sur les dessins donnés à titre d'exemple, parmi lesquels :

la figure 1 est une représentation schématique en perspective d'un outil d'emboutissage selon la présente invention ;
la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale d'une première partie de l'outil d'emboutissage comprenant des moyens de chauffe ;
la figure 3 est une vue schématique en coupe transversale d'une deuxième partie de l'outil d'emboutissage ;
la figure 4 est une vue schématique d'un pied-milieu réalisé conformément à l'invention.

Dans la suite de la description, les valeurs d'allongement à la rupture se comprennent comme des valeurs d'essai obtenues sur une éprouvette A₈₀.
En référence à la figure 1 sera ci-après décrit un outil d'emboutissage 1 selon l'invention.
L'outil d'emboutissage 1 comporte un ensemble de poinçons 2 et un ensemble de matrices 3. L'ensemble de poinçons 2 et l'ensemble de matrices seront ci-après appelés respectivement le poinçon 2 et la matrice 3.
La matrice 3 possède un renfoncement généralement complémentaire à un relief du poinçon 2. La complémentarité de ce renfoncement et du relief confère à un flan 6 chauffé une forme déterminée.
Le poinçon 2 et la matrice 3 comporte au moins deux parties 21, 22 ; 31, 32 correspondant à au moins deux zones : une zone chaude 11 et une zone froide 12.
Dans la suite de la description, on entend par jeu d'air une distance L en plus d'une épaisseur du flan 6 entre la matrice 3 et le poinçon 2. C'est-à-dire, si l'épaisseur du flan 6 est e, une distance d entre la matrice et le poinçon quand l'outil d'emboutissage 1 est fermée est : $d = L + e .$
Aussi, on considèrera par la suite qu'il y a jeu d'air dès lors que la distance L est supérieure à une valeur de tolérance d'usinage nécessaire pour que le poinçon 2 et la matrice 3 puisque s'emboutir. Cette tolérance est d'au maximum 0,2 mm. Un jeu d'air correspond alors à une distance L supérieure à 0,2 mm.
On dira par ailleurs, qu'il y a contact entre l'outil d'emboutissage 1 et le flan 6 si L est inférieure à 0,2 mm.
Dans une première partie 21 du poinçon 2 correspondant à la zone chaude 11 sont prévus des éléments de chauffe 4.
En variante, dans une première partie 31 de la matrice 3 correspondant à la zone chaude 11 sont également prévus des éléments de chauffe 4.
Les éléments de chauffe 4 sont donc prévus soit uniquement dans le poinçon 2, soit uniquement dans la matrice 3, soit dans les deux à la fois.
Ces éléments de chauffe 4 permettent de porter la zone chaude 11 à une température supérieure à 400°C et de préférence en dessous de 600°C.
Les éléments de chauffe 4 sont choisis parmi des cartouches chauffantes, des dispositifs de chauffe à induction, des gaines thermiques.
L'utilisation de cartouches chauffantes est principalement bien adaptée pour des outils d'emboutissage droit sans trop de courbe.
Les gaines thermiques et les dispositifs de chauffe à induction peuvent quant à eux épouser des formes courbes.
En référence à la figure 2, seront décrites ci-après les premières parties (respectivement 21 et 31) du poinçon 2 et de la matrice 3 correspondant à la zone chaude 11.
Dans une première variante, le poinçon 2 et la matrice 3 présentent chacun une face de formage (respectivement 21f et 31f). La face de formage 21f du poinçon 2 n'est pas complémentaire à la face de formage 31f de la matrice 3 de façon à laisser un jeu d'air 7, définissant une distance L, entre le poinçon 2 et le flan 6 et entre la matrice 3 et le flan 6. Ce jeu d'air 7 est inférieur à environ 2 mm.
Le poinçon 2 présente alors sur la face de formage 21f au moins une saillie 211 qui vient en butée contre la face de formage 31f de la matrice 2 (comme le montre la figure 2). Cette saillie 211 a une hauteur maximale d'environ 2 mm maximum.
En sous-variante, cette saillie 211 peut être présente non sur la face de formage 21f du poinçon 2 mais sur celle 31f de la matrice 3.
En sous-variante encore, au moins une saillie 211 est présente à la fois sur la face de formage 21f du poinçon 2 et celle 31f de la matrice 3. Ces saillies 211 sont alors en regard l'une en face de l'autre ou non.
Dans une deuxième variante, le poinçon 2 et la matrice 3 présentent des faces de formage 21f, 31f sensiblement complémentaires l'une par rapport à l'autre. Ainsi, si par exemple la face de formage 21f du poinçon 2 présente une surface dont une section a une forme sensiblement en Ω, la face de formage 31f de la matrice 3 présente également une surface dont une section a une forme sensiblement en Ω, de sorte que le poinçon 2 puisse s'insérer dans la matrice 3. Lorsque l'outil d'emboutissage 1 est fermé, il ne reste alors plus qu'un espace réduit dont l'épaisseur est comblée par le flan 6 lors du formage.
Dans des parties 22 et 32, respectivement du poinçon 2 et de la matrice 3, correspondant à la zone froide 12, le poinçon 2 et la matrice 3 ont des formes sensiblement complémentaires (comme illustré sur la figure 3). C'est-à-dire que le poinçon 2 et la matrice 3 présentent chacun une face de formage 21f, 31f complémentaire à celle 31f, 21f de l'autre, à l'épaisseur près.
En sous-variante, dans les deuxièmes parties 22, 32 du poinçon 2 et de la matrice 3, sont prévus des systèmes de refroidissement, par exemple des circuits de circulation d'eau.
Lorsque l'outil d'emboutissage 1 est refermé sur le flan 6 à former, il n'y a pas de jeu présent entre le flan d'un côté et les deuxièmes parties 22, 32 du poinçon 2 et de la matrice 3 d'un autre côté.
Ci-après est décrit un procédé selon l'invention.
Le flan à former 6 est en acier, par exemple en un acier au bore (normes NF EN 10083-1, -2 et -3). Mais le matériau du flan 6 n'est pas limité aux aciers au bore, il peut être en tout type d'acier adéquat pour la fabrication de la pièce à former.
Le flan 6 est porté à une température au-delà de laquelle la structure de l'acier devient austénitique. Puis le flan 6 est disposé dans l'outil d'emboutissage 1 pour le formage.
Lors du formage, l'outil d'emboutissage 1 est refermé sur le flan 6 faisant venir au contact, au moins partiel, du flan 6, le poinçon 2 et la matrice 3.
Dans la première variante, il n'y a contact que :

entre le flan 6 et le poinçon 2 là où il y a une saillie 211 ; et/ou
entre le flan 6 et la matrice 3 là où il y a une saillie 211 ; et/ou
entre le flan et la face 31f de formage de la matrice 3 ; et/ou
entre le flan et la face 21f de formage du poinçon 2 ;

11

1

6

21f

2

6

31f

3.

Dans cette première variante, la zone chaude 11 de l'outil d'emboutissage 1 est portée à une température au-dessus de 400°C environ et en dessous de 600°C environ.
Le jeu d'air 7 nécessaire est relié à la température T de la zone chaude 11 par la formule suivante : $T = 100. (6 - L),$

avec L > 0,2 et 400 ≤ T < 600 ; L étant exprimé en mm et T en °C.
La chauffe de la zone chaude 11 de l'outil d'emboutissage 1 ainsi que le jeu d'air 7 concourent à permettre une descente en température à une vitesse comprise entre environ 5°C/sec et environ 15°C/sec, à partir d'une température de début d'environ 900°C et une température de fin comprise entre environ 400 °C et environ 600°C. La structure de l'acier du flan 6 ne devient donc pas dure (martensitique) mais ductile avec une résistance mécanique comprise entre environ 450 MPa et environ 800 MPa ; et un allongement supérieur à environ 15%.
Dans la deuxième variante, il y a contact entre la zone chaude 11 de l'outil d'emboutissage 1 et le flan 6, et elle est portée à une température d'environ 600°C. Lorsque l'outil d'emboutissage 1 est portée à cette température, l'acier du flan ne devient pas dur (martensitique) mais ductile avec une résistance mécanique comprise entre environ 450 MPa et environ 800 MPa ; et un allongement compris entre environ 15% et environ 20%.
Dans la zone froide 12, le flan 6 est formé par la fermeture de l'outil d'emboutissage 1 ; le poinçon 2 et la matrice 3 venant au contact du flan 6 sur leur face de formage 21f, 31f respective. Une trempe est effectuée, c'est-à-dire un refroidissement avec une descente de température dont la vitesse est comprise entre environ 27°C/sec et environ 100°C/sec, entre une température de début d'environ 900°C et une température de fin d'environ 250°C. La zone froide est maintenue à une température de ... au moins le temps du formage. Dans cette zone froide 12, la résistance mécanique est comprise entre environ 1200 MPa et environ 1700 MPa ; et l'allongement est compris entre environ 3% et environ 7%.
Des tests réalisés par les inventeurs de l'invention ont montré qu'un emboutissage d'un flan 6 avec trempe différentiée, dans lequel l'outil d'emboutissage est porté à une température de 250°C et comprend un jeu d'air 7 de 2 mm, confère à la pièce forcée une résistance mécanique d'environ 770 MPa et un allongement A₈₀ d'environ 10,5%.
Un emboutissage d'un flan 6 avec trempe différentiée, dans lequel l'outil d'emboutissage est porté à une température de 400°C et comprend un jeu d'air 7 de 2 mm, confère à la pièce forcée une résistance mécanique d'environ 610 MPa et un allongement A₈₀ d'environ 19,4%.
Un emboutissage d'un flan 6 avec trempe différentiée, dans lequel l'outil d'emboutissage est porté à une température de 500°C et comprend un jeu d'air 7 de 1 mm, confère à la pièce forcée une résistance mécanique d'environ 570 MPa et un allongement A₈₀ d'environ 21%.
En variante, entre la zone froide 12 et la zone chaude 11 de l'outil d'emboutissage 1 est prévu un jeu d'air 8 inférieur à 2 mm Au niveau de cette zone 8, la pièce formée présente une zone de transition dans laquelle la dureté du matériau passe de 250 Hv (zone chaude) à 450 Hv (zone froide).
Cette zone de transition sur la pièce finale est de l'ordre de 20 mm.
L'outil d'emboutissage 1 est maintenu suffisamment longtemps fermé (temps de pressage) pour que la structure du matériau subisse la transformation souhaitée.
Le temps de pressage est équivalent au temps nécessaire pour la trempe de la partie froide ; c'est-à-dire comprise entre environ 5 et environ 15 secondes.
D'autres opérations sont réalisables dans l'outil d'emboutissage en même temps que le formage et le refroidissement : détourage (découpe de la pièce dans l'outil sous presse), calibrage (finition afin d'obtenir la bonne forme).
Un exemple d'application est ci-après donné, à titre purement illustratif. Un pied-milieu est formé à partir d'un flan 6 en acier.
Un pied-milieu 9 est une pièce ayant une forme globalement en I (avec empattement) destiné à être placé entre la porte avant et la porte arrière d'un véhicule. Plus précisément, le pied-milieu 9 comporte une partie centrale 9a s'étendant globalement verticalement et deux extrémités (supérieure 9b et inférieure 9c), chacune se terminant par un T (T culbuté pour l'extrémité inférieure). Le pied-milieu 9 présente une section transversale globalement en Ω.
Il est avantageux pour la sécurité d'un utilisateur du véhicule que le pied-milieu 9 ne présente pas de caractéristiques mécaniques homogènes. De préférence, on cherche à conférer à une première partie supérieure 92, dite partie froide, une résistance mécanique élevée (entre environ 1200 MPa et environ 1700 MPa) et un allongement faible (entre environ 3% et environ 7%) afin d'obtenir des propriétés d'anti-intrusion (pour protéger le passager) ; et à une deuxième partie inférieure 91, dite partie chaude, une résistance mécanique plus faible (entre environ 450 MPa et environ 800 MPa) et un allongement plus important (supérieur à environ 15%, afin d'obtenir des propriétés d'absorption d'énergie en cas de choc.
Ainsi, lors d'une collision entre véhicules ou lors d'un choc entre le véhicule et un obstacle, la partie chaude 91 du pied-milieu 9 se déforme et absorbe l'énergie du choc.
Aujourd'hui, afin d'obtenir un tel pied-milieu, un constructeur d'automobile fabrique la pièce en deux parties séparément présentant des propriétés mécaniques différentes telles que décrites ci-dessus avec deux procédés différents de fabrication. Les deux parties sont ensuite rapportées l'une sur l'autre par assemblage, créant ainsi une
zone de fragilité entre les deux parties. Avec l'outil et le procédé de la présente invention, le pied-milieu 9 peut être réalisé en une seule pièce, ce qui évite de recourir à un assemblement, par exemple par laser, et donc permet de supprimer cette zone de fragilité.
Un flan 6 en acier est chauffé à une température austénitique puis placé dans l'outil d'emboutissage 1. Le poinçon 2 et la matrice 3 présentent des faces de formage 21f, 31f aptes à conférer la forme du pied-milieu 9 fini au flan 6 en acier.
Le poinçon 2 et la matrice 3 sont réalisés en deux zones (11, 21, 31 ; 12, 22, 32). La zone froide 12 correspond à la partie supérieure 92 du pied-milieu 9, la zone chaude 11 correspond à la partie inférieure 91 du pied-milieu 9.
Lorsque l'outil d'emboutissage 1 est complètement refermé sur le flan 6 pour le formage, la distance d poinçon 2 matrice 3 est définie dans la zone chaude selon la première variante de l'invention par : $d = L + e,$

où L est le jeu d'air 7 et e l'épaisseur du flan 6.
Dans la zone froide 12, il y a contact entre le poinçon 2 et le flan 6 ainsi qu'entre la matrice 3 et le flan 6. Les températures des zones chaude 11 et froide 12 sont comprises respectivement entre environ 400°c et environ 600°C et entre environ 50°C et environ 150°C.
Selon la deuxième variante de l'invention, il y a contact entre le poinçon 2 et la le flan 6 et entre la matrice 3 et le flan 6 dans les deux zones. La zone chaude 11 est alors maintenue à environ 600°C et la zone froide 12 entre environ 50°C et environ 150°C.
Le fait de refermer l'outil d'emboutissage 1 sur le flan 6 entraîne le refroidissement de l'acier.
Dans la zone froide 12, la vitesse de refroidissement est comprise entre environ 27°C/sec et environ 100°C/sec.
Dans la zone chaude 11, la vitesse de refroidissement est comprise entre environ 5°C/sec et environ 15°C/sec.
Entre les deux zones 11, 12 de l'outil d'emboutissage 1, est prévu un jeu d'air 8 inférieur à 2 mm. A cette zone correspond une zone de transition 93 de la pièce formée n'excédant pas 450Hv. Cette zone a une longueur d'environ 20mm (cette zone est exagérée sur la figure 4). Dans cette zone de transition 93, la dureté du matériau passe d'environ 250 Hv près de la partie chaude 91 à environ 450 Hv près de la partie froide 92.
La partie chaude 91 présente une résistance mécanique comprise entre environ 450 MPa et environ 800 MPa ; et un allongement supérieur à 7% et de préférence au-dessus d'environ 15%.
La partie froide 92 présente une résistance mécanique comprise entre environ 1200 MPa et environ 1700 MPa ; et un allongement compris entre environ 3% et environ 7%.
L'utilisation de l'invention n'est pas limitée à la production de pieds-milieux. Ainsi, l'invention peut aussi être utilisée pour obtenir des pièces embouties comportant des parties qui ont des propriétés mécaniques différentes (anti-intrusion et absorption d'énergie). Aussi, le procédé selon l'invention permet de s'affranchir de l'étape traditionnelle de revenu après emboutissage.
Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites ci-dessus, mais l'homme du métier saura y apporter de nombreuses variantes ou modifications tout en restant dans le cadre des revendications.

Claims

Outil d'emboutissage (1) pour le formage et le refroidissement d'une pièce en acier à partir d'un flan (6), l'outil comprenant :
- au moins un poinçon (2) ; et

- au moins une matrice (3) ;
le poinçon et la matrice comprenant chacun :

- au moins une première partie (21, 31) correspondant à une zone chaude (11) de l'outil d'emboutissage ; et

- au moins une deuxième partie (22, 32) correspondant à une zone froide (12) de l'outil d'emboutissage ;
dans la zone froide, la deuxième partie du poinçon et la deuxième partie de la matrice venant au contact du flan quand l'outil d'emboutissage est fermé ; et
caractérisé en ce que, dans la zone chaude de l'outil d'emboutissage, sont prévus des moyens de chauffe (4) aptes à porter cette zone chaude à une température au-dessus d'environ 400°C ; et en ce que dans la zone chaude, une distance (L) en sus d'une épaisseur flan (e) est prévue entre le poinçon et la matrice quand l'outil d'emboutissage est fermé, est liée à la température (T) de la zone chaude et est donnée par la formule : $T = 100. (6 - L),$

avec L > 0,2 et 400 ≤ T < 600 ; L étant exprimé en mm et T en °C.
Outil d'emboutissage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que sur une face de formage (21f) de la première partie du poinçon est prévue au moins une saillie (211).
Outil d'emboutissage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que sur une face de formage (31f) de la première partie de la matrice est prévue au moins une saillie (211).
Outil d'emboutissage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans la première partie du poinçon, sont prévus au moins en partie les moyens de chauffe.
Outil d'emboutissage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans la première partie de la matrice, sont prévus au moins en partie les moyens de chauffe.
Outil d'emboutissage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente un jeu d'air (8) entre la zone froide et la zone chaude.
Procédé de formage et refroidissement caractérisé en ce qu'il utilise l'outil d'emboutissage selon l'une quelconque des revendications précédentes, le procédé comprenant les étapes consistant à :
- chauffer le flan à une température austénitique ;

- placer le flan dans l'outil d'emboutissage ;

- fermer l'outil d'emboutissage sur le flan ; et

- retirer la pièce formée de l'outil d'emboutissage ;
la zone chaude de l'outil d'emboutissage étant portée à une température au-dessus de 400°C grâce aux moyens de chauffe.
Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la température de chauffe de la zone chaude de l'outil d'emboutissage est en dessous d'environ 600°C.
Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que dans la zone chaude, un refroidissement est effectué à une vitesse comprise entre environ 5°C/sec et environ 15°C/sec.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que dans la zone froide, un refroidissement est effectué à une vitesse comprise entre environ 27°C/sec et environ 100°C/sec.