Brevet FR2027653A1 — publié le 19701002

i 2027653 La présente invention concerne un appareil pour le soudage par frottement, plus particulièrement de pièces de forme irrégulière ne se prêtant pas au soudage par frottement résultant d'une rotation relative. 5 L'invention a essentiellement pour objets : - une machine et un procédé pratiques et efficaces pour le soudage par frottement de pièces ne se prêtant pas à un tel soudage à l'aide d'un appareil classique entraîné, en rotation autour d'un axe, 10 - une machine de fonctionnement très sûr, et un procédé mettant en oeuvre un détecteur qui intervient, sitôt la soudure opérée, pour annuler toutes les forces tendant à empêcher les pièces de se déplacer conjointement et pour interrompre la transmission à l'une des pièces d'un mouvement oscillant. 15 D'autres "buts et avantages de l'invention seront soulignés ou apparaîtront à la lecture de la description qu'on va maintenant donner en se référant aux dessins annexés, sur lesquels:- Fig. 1 est une vue de face en coupe montrant les pièces à souder amenées en contact mutuel aux fins de soudage par frotte-2) ment. Fig. 2 est, avec léger grossissement, une vue en plan par dessus suivant la ligne 2-2 de la fig. 1. Fig. 3 est, à plus grande échelle, une vue en plan de dessus avec coupe suivant la ligne 3-3 de la fig. 1. 25 Fig. 4- est une vue en perspective montrant les pièces réu nies par soudage à frottement pour former un récipient ou analogue. Fig. 5 est un schéma de montage électrique de commande. On va maintenant considérer les dessins annexés, qui illus-30 trent un mode préféré de réalisation de l'invention et, tout d'abord, la fig. 4-. Les pièces à souder par frottement peuvent être les deux moitiés oblongues indépendantes 10 et 11 et s'adaptant l'une à l'autre d'un récipient G, par exemple d'un réservoir à essence pour véhicule. Chacune des pièces 10 et 11, qui sont de 35 préférence réalisées en matière synthétique thermoplastique dans m appareillage classique de formage à chaud sous pression différentielle, présente un rebord, 10a et 11a respectivement, et la pièce 10 peut être percée d'un trou 12 tel que représenté, pour l'introduction d'essence. La pièce 11 peut être percée d'un trou 40 13 auquel on peut raccorder un tube ou analogue destiné à 69 45525 2 2027653 transporter l'essence au carburateur du véhicule. Des pièces creuses telles que 10 et 11 peuvent être réalisées séparément sous vide, à très bon compte et à grande vitesse, dans des appareils de formage à chaud du genre décrit dans le brevet des Etats 5 Unis d'Amérique N° 3 346 923, en matière plastique classique telle que du polystyrène, du polyéthylène et du polypropylène, par exemple. Des pièces cylindriques se prêtent bien au soudage par frottement dans une machine du genre décrit dans le brevet des Etats-10 Unis d'Amérique N° 3 297 504, mais il est évident que de telles machines de soudage par frottement ne permettent pas de réunir des pièces de forme oblongue ou rectangulaire telle que celles représentées à titre d'exemple sur la fig. 4. La machine représentée sur les fig. 1 à 3 comprend un bâti, désigné par la référence 15 générale 3?, qui comporte un socle 14 soutenant une gouttière verticale 15 et deux plaques de support espacées 16 et 17 (Fig. 2) qui partent vers le haut à partir du socle 14 et sont réunies au sommet par des traverses 18o Les plaques 16 et 17 soutiennent un montage de mandrin destiné à maintenir la pièce supérieure 10 du 20 récipient. Une plaque 19 de montage de vérin, fixée au socle 14, porte deux vérins pneumatiques 20 â double effet, dont les tiges de piston 21 sont fixées à un manchon 22, dirigé vers le bas, porté par un plateau inférieur 23. Le plateau 23 fait partie d'un montage 25 mobile porte-pièce, désigné par la référence générale 24, qui porte la pièce inférieure 11 et peut passer verticalement d'une position basse effacée à une position de contact avec le montage porte-pièce supérieur, désigné par la référence générale 25» portant la pièce 10» Comme le montre la fig. 1, le plateau 23 est 30 percé de trous 23a recevant des glissières verticales fixes 26, montées sur des supports 27 et 28 qui relient les plaques 16 et 17* En outre, le manchon 22 contient un coussinet 29 qui reçoit un montant de guidage fixe 30, monté sur une traverse 32 qui relie les plaques 16 et 17» afin que le mouvement décrit par le 35 plateau 23 soit toujours rigoureusement vertical. Sur le plateau 23 est montée,, avec des blocs ou taquets en caoutchouc 33» une plaque porte-mandrin 34, fixée au plateau 23 par des boulons 35 qui présentent des têtes inférieures sphéri-ques 36 logées dans des cavités 37 de la plaque 23. Vu son mode 40 de montage, on conçoit que la plaque 34- peut décrire, par rapport 69 45525 3 2027653 au plateau 23, de légers mouvements transversaux, dans la mesure permise par les taquets élastiques 33 «A la plaque 34- est fixé un mandrin aspirant 38, présentant une cavité de réception de pièce 39 dont la forme épouse celle de la pièce 11c. le mandrin aspirant 5 38 présente des trous d'aspiration 39a, débouchant dans un collecteur 40 qu'on peut relier à une source de dépression convenable, telle qu'une pompe à vide classique, à travers un. conduit 41 muni d'une électrovanne 42 qui, dans une position, relie le collecteur 40 à la pompe à vide et qui, dans l'autre position, met ce 10 collecteur à l'atmosphère. Le montage porte-pièce supérieur 25 comporte un mandrin aspirant 43 identique, qui présente une cavité de réception de pièce 44 dont la forme épouse celle de la pièce 10 et qui est reliée à un collecteur 45 par des trous d'aspiration 46. Un conduit a-15 nalogue 47 relie le collecteur 45 à la pompe à vide précitée, à travers une vanne 48 qui peut aussi faire communiquer le collecteur 45 soit avec la pompe aspirante, soit avec l'atmosphère. Le mandrin aspirant 43 est fixé et suspendu à une plaque porte-mandrin 49, montée sur des taquets en caoutchouc allongés 50 au mojim 20 de boulons 51 • On notera que les taquets 50 sont plus longs que les taquets 33 et sont suspendus à une plaque-support 52 à laquelle ils sont fixés par des boulons 53« Des boulons semblables 53 relient les taquets 50 à la plaque 49. La plaque 52 est fixée à me plaque supérieure 53a, reliant les plaques de support verti-25 cales 16 et 17, par une cage de paliers, désignée par la référence générale 54, portant comme représenté un arbre 55 qui touril-lonne dans des paliers à rouleaux supérieur 56 et inférieur 57* Des bagues 58 et 59 logées dans la cage de paliers 54- empêchent l'arbre 55 de se déplacer axialement sans gêner en rien sa rota-30 tion. Pour imprimer un mouvement d'oscillation circulaire à la plaque 49, au mandrin aspirant 43 et à la pièce 10 qu'il porte, l'arbre 55 présente un tronçon 55a excentrique de prolongement axial, pénétrant dans tin roulement à rouleaux 60 monté dans un 35 taquet 61 fixé à la plaque 49. Ainsi, quand on fait tourner l'arbre 55 d'une manière qu'on décrira, la pièce 10 oscille par rapport à la pièce 11 et les rebords 10a et 11a se soudent ensemble quand le frottement devient suffisant pour développer une énergie permettant de les porter à la température dé soudage de leur ma-40 tière constitutive. D'une manière générale, l'excentricité assurée 69 45525 4 2027653 par le tronçon d'arbre 55a est faible, par exemple de l'ordre de 0,8 à 3,2 mm. Cette gamme n'est citée qu'à simple titre d'exemple et on pourra l'accroître ou la réduire selon les dimensions des rebords. La figo 3 indique le trajet décrit par le rebord 10, à 5 la partie inférieure gauche, où le trajet emprunté par le coin de ce rebord est figuré par un cercle» La pièce 11 est maintenue dans le mandrin aspirant 38 en étant empêchée d'accompagner le mouvement de la pièce 10 jusqu'à ce que la soudure soit opérée, l'adhérence entre les deux pièces triomphant alors de cette ré-10 sistance, dont il faut choisir avec soin la valeur d'après la nature de la matière et l'aire de contact entre les rebords 10a et 11a. Pour éviter qu'un mouvement supplémentaire d'oscillation ne rompe la soudure, une fois celle-ci opérée, l'accouplement de 15 l'arbre 55 est de nature à être interrompu une fois la soudure effectuée. L'arbre 55 est muni à son extrémité supérieure d'une poulie 62 telle que représentée et une courroie de transmission 63 est montée de manière à pouvoir prendre et quitter la position d'accouplement avec cette poulie 62. Comme on le voit notam-20 ment sur les fig. 1 et 2, la courroie de transmission 63 passe à une extrémité sur une poulie 64 et à l'autre extrémité sur une poulie 65« La poulie 64 est portée par un bras 66 articulé, par exemple par un tourillon 66a reliant les branches 67 d'une chape faisant saillie d'une plaque de support 68. La poulie 64 est 25 portée par un boulon 69, partant vers le bas du bras 66 et muni d'un palier à rouleaux 70» Un vérin pneumatique à double effet 71, commandé par solénoïde, monté sur un bras de support du bâti 72 présente une tige de piston 73 articulée en 74 sur une oreille 75, portée par le bras articulé 66. Le vérin permet de déplacer 30 le bras 66, la poulie 64 et ainsi la courroie 63 dans un mouvement de va-et-vient entre une position dans laquelle la courroie 63 est écartée de la poulie 62 et une position dans laquelle cette courroie est accouplée à ladite poulie. L'entraînement de la poulie 65 est assuré par un groupe combiné moteur-réducteur de 35 vitesse 76, classique, dont l'arbre de sortie 77 porte la poulie 65. La fig. 5 représente un montage électrique typique de commande de l'appareil, mais on pourra bien entendu utiliser d'autres montages de commande de types divers» Sur une plaque de sup-40 port 78 du bâti est monté -un groupe contacteur fin de course 79 69 45525 5 2027653 normalement ouvert et agencé pour se fermer quand la plaque 34-se déplace latéralement, ce qui indique que la soudure par frottement est opérée. Du fait que les taquets 33 et 50 ont une longueur différente, mais sensiblement le même indice de dureté, la 5 plaque 34- résiste davantage au mouvement d*oscillation que la plaque 4-9 at ne se déplace que quand la soudure est opérée et que le mouvement se transmet par l'intermédiaire des pièces 10 et 11» Comme le montre la fig. 5, le groupe contacteur fin de course 79 comporte des contacteurs 79a, 79*> et 79c. Le contacteur 10 79o est monté en série, sur un conducteur a, avec le solénoïde 71a de recul du vérin 71* Sur l'un des supports 28 est monté un groupe contacteur fin de course 80 à action différée, qui est normalement ouvert et comporte des contacteurs 80a, 80b et 80c qui se ferment quand la plaque 23 agit sur le groupe 80. Le con-15 tacteur 80c est monté en série, sur un conducteur b, avec le solénoïde d'avance 71b du vérin 7^• Avec les solénoïdes d'avance 20b des vérins 20 est monté en série, sur un .conducteur c, le contacteur 80b, tandis qu'un conducteur d relie le contacteur 79b aux solénoïdes de recul 20a 20 des vérins 20. Les vannes à double effet 42 et 4-8 présentent des solénoïdes 4-2a, 48a montés en série, sur un conducteur e, avec le contacteur 80a et des solénoïdes 42b, 48b montés en série, sur un conducteur f, avec le contacteur 79a. Le moteur 76 est monté sur un conducteur i. 25 En fonctionnement, l'appareil étant dans l'état actif re présenté sur les fig. 1 à 3, la plaque 34- agit d'abord sur le groupe contacteur 79 quand une soudure est assurée par frottement grâce au mouvement d'oscillation circulaire continu décrit par le rebord 10a par rapport au rebord 11a. Lorsqu'on accompagnant la 30 plaque 49, une fois cette soudure opérée9 la plaque 34- rencontre le groupe contacteur 79» les contacteurs 79a à 79c se ferment immédiatement. La tige de piston 73 recule immédiatement sous l'action du vérin 71, lors de l'excitation du solénoïde de recul 71a, édartant brusquement la courroie 63 de la poulie 62. Simul-35 tanément, l'excitation des solénoïdes 42b et 48b imprime aux vannes 42 et 48 des déplacements mettant les collecteurs 40 et 45 à l'atmosphère, de sorte que les mandrins aspirant 38 et 43 cessent de maintenir sous vide les pièces 10 et 11. De plus, les tiges de piston. 21 des vérins 20 reculent, quand les solénoïdes 40 20a sont excités, pour descendre le montage porte-pièce 24 69 45525 6 2027653 jusqu'en une position permettant d'extraire les pièces réunies par soudage« Quand la plaque 23 atteint sa fin de course basse, elle agit sur le groupe contacteur 80 de fin de course qui est, ainsi qu'on l'a noté précédemment, à action différée, introdui-5 saut un retard suffisant pour que l'opérateur puisse décharger les pièces soudées ensemble et replacer de nouvelles pièces indépendantes 10 et 11 avant que les contacteurs 80a à 80c ne se ferment. Par contre, au bout de ce délai, les solénoïdes 42a et 48a, excités, agissent sur les vannes 42 et 48 pour relier à nou-10 veau les collecteurs 40 et 45 à la source de vide. Simultanément, les solénoïdes 20b des vérins 20, excités, font avancer des tiges de piston 21 et déplacent le montage porte-pièce 24, de bas en haut, en direction du montage porte-pièce 25. Le solénoïde 71b, aussi excité, fait avancer la tige 73 du piston 71 et pivo-15 ter à nouveau vers l'avant le bras 65, de sorte qu'une fois les nouvelles pièces 10 et 11 se trouvent en contact, et la courroie 63 à nouveau accouplée à la poulie 62. Ainsi, la machine peut fonctionner cycliquement en continu. Dans l'exemple décrit, le chargement et le déchargement s'opèrent à la main, mais on pour— 20 ra prévoir dans d'autres machines un chargement et un déchargement automatiques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. Par ailleurs, on pourra éventuellement substituer aux groupes contacteurs 79 et 80 un distributeur à cames du type Gemco bien connu, pour manoeuvrer chacun des contacteurs 79a à 79c et 80a à 25 80c. On utilise le groupe contacteur 80 quand les pièces à réunir par frottement sont relativement lourdes. Lorsqu'on réunit par soudage des pièces de récipient ou analogues à parois latérales relativement minces et flexibles, la pièce intérieure est assez 33 flexible pour ne pas être nécessairement entraînée d'une seule pièce me fois la soudure opérée. Les parois latérales s'infléchissent simplement sans risquer nullement de rompre ou d'endommager la soudure. Bien entendu, la description ci-dessus et les dessins an-35 nexés sont donnés à simple titre d'exemple et l'on pourra apporter au mode de réalisation décrit diverses modifications et variantes sans sortir pour cela du cadre de l'invention tel qu'il est défini par les revendications ci-après. BAD ORIGINAL 69 45525 7 2027653 REVENDICATIONS 1. Appareil pour le soudage par frottement de pièces en matière synthétique thermoplastique, du genre comportant un premier porte-pièce avec une première pièce, un second porte-pièce en 5 vis-à-vis, destiné à porter une seconde pièce à souder par frottement à la première, des moyens pour déplacer l'un au moins de ces porte-pièces et le rapprocher, à partir d'une position effacée, de l'autre porte-pièce et établir un contact entre les faces des pièces à souder ensemble par frottement* ledit appareil étant 10' caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'entraînement (55a) produisant un mouvement excentrique pour provoquer l'oscillation de l'un des porte-pièce (38) et de la pièce (11) associée, par rapport au second porte-pièce (4-3) et à la pièce associée (10), dans le plan de contact entre lesdites faces (10a,11a) tout en 15 maintenant l'orientation relative des pièces, pour réunir ces pièces (10,11) par soudage par frottement. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le porte-pièce (38) présente un montage élastique (33) 11 empêchât*; de se déplacer avec le porte-pièce oscillant (4-3) tant que la sou- 20 dure n'est pas opérée, mais l'autorisant à se déplacer avec le pr te-pièce oscillant (4-3) qui est entraîné par les moyens (55a) a-près réalisation de la soudure0 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque point de la première pièce (10) soumise au mouvement os- 25 cillant décrit un trajet circulaire à rayon très faible par exemple de l'ordre de 0,8 à 3,2 mm. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier porte-pièce (4-3) soumis à l'oscillation présente ton coussinet recevant un tronçon excentrique (55a) d'un arbre menant 30 (55) dirigé perpendiculairement aux faces (10a,11a) en contact desdites pièces (10,11). 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un détecteur (79) interposé sur le trajet du porte-pièce (4-3) avec la pièce (11) indique le moment où la soudure est opérée, 35 et la pièce (11) est entraînée en oscillation avec la pièce (10) oscillante. 6. Appareil selon la revendication 5j caractérisé en ce que ledit détecteur (79) est agencé pour désaccoupler l'arbre moteur (55) une fois la soudure opérée. 40 7. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que 69 45525 8 2027653 ledit arbre moteur (55) porte une poulie (62), en ce qu'une courroie de transmission (63) peut passer d'une position de non contact avec ladite poulie (62) à une position d'accouplement avec cette poulie et en ce qu'un moteur (76) à commande électrique en-5 traînant ladite courroie (63) de transmission et ladite poulie (62) est relié audit détecteur (79)» 8» Appareil selon la revendication 5» caractérisé en ce qu'un moyen moteur (20) à commande électrique déplace l'un (38) desdits porte-pièce pour le rapprocher ou l'écarter de l'autre 10 porte-pièce (43) et en ce que ledit détecteur (79) agit pour déplacer le porte-pièce (38) en l'écartant de l'autre porte-pièce (43) une fois que la soudure est opérée,, 9» Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que les porte-pièce comprennent des mandrins aspirants (43,38) et des 15 électrovannes (42,48) assurant sélectivement la mise des mandrins en communication avec une source de vide ou avec l'atmosphère et en ce que ledit détecteur (79) est agencé pour assurer la mise à l'atmosphère une fois que la soudure est opérée. 10. Procédé de soudage par frottement de pièces en matière 20 synthétique thermoplastique, consistant à amener les pièces en positions de contact mutuel et caractérisé en ce qu'on soumet une pièce à une oscillation sur un parcours excentrique par rapport à l'autre pièce, dans le plan de contact des pièces, tout en maintenant l'orientation relative de ces dernières, pendant un 25 temps suffisant pour réunir les pièces par soudage par frottement. 11o. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que chaque point de contact de la pièce soumise à l'oscillation décrit un trajet circulaire à rayon très faible, très inférieur à la largeur des surfaces de contact, ce qui évite tout décalage 30 notable entre les surfaces réuni.es par soudage et tout défaut de centrage des pièces réunies par soudage.