Brevet FR2403259A1 — publié le 19790413

La présente invention, dûe à la collaboration de Monsieur Marcel GOUPY, à trait à des panneaux en matière thermoplastique, notamment destine's à constituer des éléments de carrosserie de véhicules automobiles. Les éléments de carrosserie nécessitant une certaine rigidité en torsion, en particulier les éléments mobiles tels que capots portes, hayon, sont en général réalisés à l'aide de plusieurs pièces embouties en t81e et assemblées ensuite par soudure. A cet effet, il est d'usage courant d'utiliser des machines dites 1,multipoints" constituées par des montages permettant de positionner l'une par rapport à l'autre les pièces à souder et comportant un grand nombre d'électrodes de machines à souder permettant de réaliser tous les points de soudure désirés dans un temps très bref. L'objet de la présente invention consiste à adapter cette technique d'assemblage au cas où les panneaux constitutifs ne seraient plus réalisés en tale mais en matière synthétique. Il est connu que des panneaux analogues à ceux emboutis en tôle, peuvent être réalisés en diverses matières termoplastiques telles que par exemple : polyoléfines et copolymères, polyamides, polymères styréniques et copolymères, etc... à l'aide de divers procédés de mise en oeuvre tels que injection, termoformage, formage par aspiration, emboutissage, extrusion, etc... Pour assembler des panneaux ainsi réalisés, diverses méthodes sont connues : collage, assemblages mécaniques divers (rivets, boulons, etc...). Est également connue, par ailletlrs, la possibilité de souder des petites pièces par chauffage local aii challl- meau à air chaud, aar frottement, par contact avec un miroir chauf fant ou par échauffement dû ta une mise en vibration locale à l'aide d'ultra-sons. C'est à cette dernière technique que I1 invention fait appel pour l'assemblage des pièces de grandes dimensions telles quelles sont utilisées dans les industries de transport et plus particulièrement des machines de soudure multi-points à ultra-sons. Elle consiste essentiellement a disposer de montages analogues à ceux utilisés en tôlerie pour les machines multi-points, mais à adapter sur ces montages des sonotrodes jouant un refile analogue aux électrodes pour la soudure des tôles par points. L'invention sera décrite à titre d'exemple non limitatif, au regard des fiacres 1 à 13 ci-jointes, c1ui représentent respectivement - la figure 1 : le tonneau extérieur d'un hayon à assembler et son panneau intérieur, vus en perspective. - la figure 2 : l'assemblage précédent, et le dispositif pour sa mi se en oeuvre, vus en perspective et selon une coupe médiane. - la figure 3 : une coupe d'un détail de ltensemble ci-dessus entre deux sonotrodes. - la fibre 4 : un embout de sonotrode parallèlépipèdique. - la figure 5 : lin embout de sonotrode cylindrique. - les figures 6 à 13 : divers types de reliefs venus de moulage sur l'une des pièces à assembler, respectivement ms en coupe et en plan. En référence aux figures i à 3, on voit le processus d'assemblage des panneaux extérieur i et intérieur 2 d'une pièce composite en matière synthétique, par exemple d'un hayon de véhicule automobile. Ceci est réalisé au moyen de points de soudure répartis à sa périphérie 3 et sur le pourtour de lunette lf de la pièce. Le dispositif des figures 2 et 3 est conçu dans ce but. Pour chaque point correspondant à la soudure des deux parois, il est nécessaire de prévoir, d'un caté une sonotrode 7 ou un élément de sonotrode, et de l'autre coté, un élément du montage de présentation formant enclume 3 et 4. Ces sonotrodes 7 conçues pour un ou plusieurs points de soudure sont mises en action par des machines multi-têtes ou à têtes séparées 5, chaque tête comportant, suivant une disposition connue, un émetteur électrostrictif unidirectionnel couplé à un amplificateur mécanique sur lequel est équipée la sonotrode. La soudure en un point de deux parois d'épaisseur 1 à 4 nécessitant un temps de l'ordre de 1 à 5 secondes, il est prévu que les diverses machines à têtes simples ou multi-têtes soient séquencées afin de procéder à la soudure de tous les points dans l'ordre choisi, à moins qu'il ne soit décidé de les pratiquer tous simultanément, ce qui exige naturellement une puissance instantanée plus importante à mettre en jeu. Selon une disposition préférée, les sonotrodes utilisées sont à embouts plans de façon à marquer le moins possible les parois soudées. Pour permettre une bonne soudure, il a été trouvé avanta geux de prévoir sur la paroi d'une des deux pièces moulées à i'aplomt de chaque point où la soudure est désirée, un bossage permettant de focaliser le passage du faisceau ultra-sonore. Afin de permettre un démoulage aisé-de ce bossage, quelle que soit sa position, il est particulièrement intéressant de prévoir une saillie de l'ordre de 0,5 à 1 mm avec une forme générale en goutte de suif, ou en pointe pyramidale avec un angle au sommet supérieur à 900, ou en demi-tore de diamètre extérieur inférieur à 10 mm. Différentes formes de bossages sont ainsi représentées aux figures 6 à 13, en coupe et vus en plan. Dans ces conditions, il a été trouvé qu'avec un réglage convenable de la durée du passage des ultra-sons et de la pression d'accostage, la résistance au cisaillement d'un point soudé pour deux éprouvettes de polypropylène d'épaisseur 2 mm excédait 100 kgf. Les sonotrodes utilisées peuvent être cylindriques à embout plan pour réaliser chacune un point de soudure comme représenté à la figure 5. Elles peuvent aussi se présenter sous forme d'tm barreau parallélépipèdique emmanché perpendiculairement à un cylindre adapté à l'amplificateur (voir figure 4). Dans ce cas, et suivant une disposition préférée, le barreau ne fera pas plus de 500 nini de longueur et ne couvrira pas plus de 10 points de soudure réalisés simultanément. L'une ou l'autre solution peut être choisie suivant les cas, la solution générale la moins onéreuse paraissant être d'alimenter des sonotrodes à multi-points à l'aide d'une machine à têtes multiples. Simultanément à l'assemblage des panneaux constituant ltélément de carrosserie, il est naturellement possible de prévoir les montages de telle sorte qu'on puisse rapporter localement divers ses pièces telles que plaques ou renforts locaux destinés à augment ter la rigidité dans la zone particulière, ou des raidisseurs accroissant la raideur générale. Ce peut être le cas dans un capot par exemple où on désire apporter localement une surépaisseur au droit d'une serrure et accrottre la raideur en torsion par apport de traverses. Dans le cas des figures 2 et 3, les panneaux 1 et 2 sont disposés sur les enclumes 3 et 4 de forme correspondente. On amène alors les sonotrodes 7, solidaires du porte-sonotrode 6 fixé à la tête de soudage des ultra-sons 5, en contact avec la surface du par neau 1, à l'emplacement déterminé pour les points de soudure. On peut utiliser pour un tel dispositif un ensemble de onze générateurs d'ultra-sons alimentant vingt deux sonotrodes agis sant en deux cycles successifs; mais pour abaisser le montant des investissements, on pourrait envisager de n'alimenter les vingt deux sonotrodes qu'avec six générateurs, chaque sonotrode étant capable de réaliser de trois à six points de soudure. L'alimentation des sonotrodes par les générateurs est effectuée à l'aide d'un progra-nmeur permettant de règler à volonté la séquence d'exécution des zones soudées. En particulier il est envisagé de souder simultanément un certain nombre de zones espacées les unes des autres à la fois sur les périphéries extérieures et intérieures afin d'éviter des déformations. Les séquences suivantes venant effectuer progressivement la soudure des zones intermédiaires préalablement délaissées. Les données suivantes ont permis d'obtenir de bons résultats O La puissance de chaque-générateur est choisie entre 0,5 et 3 kilowatts, suivant le matériau à souder, son épaisseur, le nombre de sonotrodes, etc... O Les fréquences employées sont de l'ordre de t9.000 à 20.000 HZ, O La tension utilisée est de 380 volts, . Les sonotrodes sont appliquées avec une pression de 1 à 5 bars et le cycle de soudure est de ltordre de 3 à 5 secondes comprenant - la descente des sonotrodes, - un retard affiché au déclanchement des ultra-sons (en viron 0,5 sec.) - le temps de passage des ultra-sons (0,5 à 1,5 sec.) - le temps de refroidissement. Naturellement, on ne sortirait pas de la présente invenh tion si on l'appliquait à l'assemblage de panneaux de forme ou de structure différentes, impliquant des adaptations purement technologiques du présent dispositif. REVENDICATIONS I- Elément de carrosserie notamment pour véhicule automobile, caractérisé par le fait qu'il est réalise par assemblage de panneaux moulés en matière synthétique, au moyen de soudure par points à l'aide d'ultra-sons. II - Elements de carrosserie selon la revendication 1, caractérisé en ce qutà l'emplacement des points de soudure, au moins l'un des panneaux à assembler comporte des bossages permettant de focaliser le passage du faisceau ultra-sonore. III - Procédé d'assemblage d'éléments de carrosserie selon la reven dication I, caractérisé en ce que l'on dispose sur des enclu mes de forme correspondante les panneaux à assembler, que l'on met en contact les sonotrodes avec la surface d'au moins l'un des panneaux1 que l'on alimente les sonotrodes selon des sé quences prograr-lmées permettant en lm premier temps la soudure simultanée de différentes zones espacées les unes des autres, les séquences suivantes venant ultérieurement compléter la soudure par traitement des zones intermediaires préalablement délaissées, que 1'on écarte des sonotrodes des panneaux assem blés qui sont évacués des enclumes apres un temps de refroi dissement. IV - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendi cation III, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une en clume supportant les éléments à assembler, des moyens pour rapprocher de ladite enclume au moins une sonotrode fixe a un porte-sonotrode, solidaire d'une tête de soudage, elle-mê- me reliée à un générateur d'ultra-sons, asservi à un program mateur lui nermettant d'effectuer les séquences d'exéci:tion des zones à solder dans tordre requis. V - Dispositif selon la revendication TV, caractérise en ce qne la sonotrode permet d'effectuer de un à dix points de snudllre à la fois. VT - Dispositif selon la revendication IV, caractérisé en ce que la sonotrode est eylindriqlle, à embout plan VII - Dispositif selon la revendication Iv, caractérisé en ce qiJe la sonotrode à la forme d'un barreau parallélépipèdique.