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Le magnétoformage, permet la mise en forme des pièce métallique à grande vitesses, en utilisant la pression magnétique, résultante d’une présence simultanée d’un champ magnétique intense transitoire et des courants induits dans la pièce à déformer . Un tel processus nécessite des matériaux très bons conducteurs d’électricité tel que : le Cuivre, l’Aluminium ou l’acier doux. Son principe fait appel aux lois de Foucault, de Laplace et de Lenz, connus depuis le 19eme siècle, mais ce n’est que dans les années soixante qu’apparaissent aux Etats-Unis les premiers développements industriels .
Schéma de principe de l’installation
Une installation de formage électromagnétique est généralement constituée d’un générateur capable de délivrer des courants de forme impulsionnelle d’amplitude l’ordre de plusieurs kA ; d’une bobine de champ capable de supporter ce courant et les efforts mécaniques (pression électromagnétique) résultants et d’une pièce à déformer en métal bon conducteur de l’électricité
Générateur
Dans ce processus de formage, les générateurs utilisés sont des machines capables de délivrer des impulsions électriques de plusieurs centaines de kA, sous des tensions de quelques kV pendant une durée d’une centaine de microsecondes. Plusieurs moyen de stockage d’énergie peuvent êtres utilisés : les machines tournantes qui stockent de l’énergie cinétiques dans le rotor, les inducteurs qui stockent de l’énergie magnétique, et les batterie de condensateurs qui stockent de l’énergie électrique. Dans cette industrie, l’énergie désirée est de l’ordre d’une dizaine de kJ, pour cela les batteries de condensateurs sont les plus employées, vu leur facilité de mise en œuvre et leur souplesse d’utilisation [1] [3].
Pour le réglage de l’énergie désirée 1/2CV² , la tension de charge des condensateurs est affichée, alors le circuit primaire délivre une tension primaire qui augmente progressivement afin de ne pas surcharger le condensateur par une élévation brutale de la tension secondaire fournie par le transformateur redresseur .
Dans un tel système de générateur d’impulsion, un circuit de contrôle de charge assure la comparaison permanente de la tension aux bornes du condensateur à la tension affichée, lorsque cette dernière est atteinte, on a un arrêt automatique de la charge et déclenchement des ignitrons (tube à vapeur de mercure), ce qui provoque la décharge des condensateurs à travers la bobine de formage. Ce type de générateur évite de conserver les condensateurs chargés, et éliminent les risques d’accidents électriques .
Bobine de champ
La bobine constitue l’élément moteur de ce procédé, en effet, il assure la transformation de l’impulsion électrique de décharge des condensateurs en un champ magnétique intense, et permet la mise en forme de la pièce, tout en supportant la pression magnétique et les efforts mécaniques sans autant se déformer. Elle est constituée des spires en Cuivres, au Béryllium acier inoxydable, enroulées sur un corps ayant une haute résistivité et une excellente tenue mécanique (tenue aux chocs répétés), le polyuréthane donne de bons résultats dans ce domaine. Des bobines de différentes géométries peuvent être réaliser pour obtenir des déformations particulières, le sens opposé des courants induits aux courants de décharge sont réaliser par l’application d’une force magnétique qui tend toujours à éloigner la pièce de la bobine .
Conformateur de champ
Le conformateur de champ, appelé aussi concentreur ou focalisateur de champ, ce dernier est généralement un cylindre évidé en cuivre, Cuivre au Béryllium ou alliages d’Aluminium [5] [6]. Il s’intercale entre la bobine de champ et la pièce à déformer. Il est fendu suivant un demi plan vertical passant par son axe et la fente est isolé électriquement.
L’ensemble bobine conformateur se comporte comme un transformateur dont le primaire est la bobine de champ et le secondaire est le conformateur de spire unique en courtcircuit. Les courants qui circulent dans le conformateur se bouclent au niveau de la fente isolé. Il apparaît directement que le conformateur offre la possibilité d’augmenter le courant de décharge, le champ magnétique étant proportionnelle au courant se trouve donc nettement multiplié [3].
L’utilisation d’un conformateur de champ, nous offre des multiples avantages résumés par :
– Rééducation des efforts de déformation sur le corps de la bobine ;
– Augmentation de champ magnétique par la concentration des courants inducteur ;
– Distribution particulièrement des forces électromagnétiques.
Matrices
La mise en forme des pièces est généralement obtenue en utilisant des matrices. La pièce, étant accélérée par l’application de forces électromagnétiques intenses, vient épouser la forme de la matrice placée à proximité de la pièce. Etant donné que le placage de la pièce contre la matrice se fait à haute vitesse, il est nécessaire d’utiliser, pour la réalisation de la matrice, des matériaux résistants aux chocs (acier doux) .
Applications
Dans la technique de magnétoformage, plusieurs applications sont possibles. On distingue quatre opérations essentielles : la compression, l’expansion le placage et le découpage.
Mise en forme par compression
Dans cette application, la bobine placée à l’extérieur de l’ébauche permet de créer une pression radiale dirigée vers l’intérieur . Ce type de magnétoformage permet de réaliser des assemblages et des sertissages. Une application de ce procédé existe aux Etats-Unis, dans l’industrie automobile, pour la mise en forme et couplage d’un tube sur une roue dentée .
Mise en forme par expansion
L’expansion est destinée à des opérations de mise en forme des pièces tubulaires, elle est en général plus aisée et donne de meilleurs résultats que les techniques d’emboutissages classiques (poussée d’élastomère ou gonflement hydrauliques) [2] . Dans ce cas, la pièce est placée à l’extérieur de la bobine, et le champ magnétique crée par cette dernière induit un courant dans la pièce qui crée à son tour des efforts électromagnétiques assurant l’expansion.
Formage des pièces planes (placage)
Cette opération consiste à faire passer un courant dans une bobine spirale plane audessus de laquelle est placée une plaque à former . Le passage du courant dans la bobine induit un courant dans la plaque qui est propulsée perpendiculairement à la bobine. L’utilisation du placage se révèle très intéressant dans les opérations d’emboutissage ou pour obtenir des pièces à tolérance serrée ou encore ne présentant pas des défauts de surface .
Découpage
Pour se faire, une matrice munie d’arêtes vives permet de réaliser des ouvertures par découpage du matériau ; Les hautes vitesses de déformation atteintes par le matériau, lui confèrent une énergie cinétique importante. Si la matrice comporte des trous, le métal est alors éjecté par ces trous et on obtient une découpe exempte de bavures [1]. La combinaison des procédés de placage et de découpage est possible pour réaliser des joints d’étanchéités en alliages légers .
INTRODUCTION |
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