Brevet FR2590072A1 — publié le 19870515

La présente invention concerne un procédé de fixation, par soudure électrique par résistance, de pastiLLes de contact électrique en Ag-CdO sur un support conducteur cuivreux, ces pastilles comportant sur leur surface dirigée vers le support une couche composée soit d'Ag pur, soit d'Ag-Cd, tandis qu'une fine couche intermédiaire de brasure contenant les corps Ag, Cu, P est placée entre cette surface et Le support. Un tel procédé qui est mis en oeuvre pour La fabrication des pièces de contact d'interrupteurs électriques de toute nature, permet d'atteindre une certaine cadence qui mérite toutefois d'être améliorée lorsque l'on se trouve en présence d'une fabrication de très grande série. Dans un procédé connu antérieurement, on met essentiellement en oeuvre un traitement métallurgique au cours duquel la mise en contact et L'accrochage de la couche intermédiaire avec un barreau en Ag-CdO sont effectuées par une opération de diffusion qui est suivie ou précédée par une opération de laminage simultané de ces matériaux. Des opérations de découpage doivent être ultérieurement pratiquées sur le produit obtenu pour fournir des pastilles de contact ayant un contour approprié, lesquelles seront fixées sur leurs supports à L'aide d'une opération de soudure électrique par résistance. Ce procédé connu, comme tous ceux qui mettent en oeuvre une diffusion, nécessite un appareillage coûteux et grand consommateur d'énergie dont la vitesse de fabrication est limitée par la nature des phénomènes physiques et thermiques. Un but de l'invention est de proposer un procédé de fabrication de pièces de contact électrique grâce auquel une cadence de fabrication améliorée puisse être obtenue avec une moindre dépense d'énergie. En vue de la réalisation de ce but, on propose, selon l'invention, un procédé dans lequel la couche intermé diaire est rendue solidaire de la surface dirigée vers Le support au cours d'une première opération d'accrochage, mettant en oeuvre une première soudure par résistance accompagnée d'une compression qui est suivie d'une opération de fixation définitive effectuée par une seconde soudure par résistance destinée d'une part, à provoquer l'élimination de la couche intermédiaire par fusion, et d'autre part, à effectuer la liaison définitive de la pastille sur Le support. Le procédé selon L'invention, ainsi que la constitution d'une installation ou appareil permettant de la mettre en oeuvre d'une façon particulièrement économique, seront mieux compris à la lecture de la description ci-dessous et à l'examen des figures annexées parmi lesquelles - la figure 1 représente de façon schématique les éléments principaux qui sont mis en oeuvre pour fixer une pastille de contact conventionnelle sur un support ;; - les figures 2 et 3 illustrent La structure de pastilles de contact conventionnelles avant que soit opérée Leur fixation sur un support - la figure 4 montre de façon schématique la structure d'une pastille améliorée, - La figure 5 représente en coupe locale de façon simplifiée, une partie des moyens de poinçonnage et de conformation mis en oeuvre au cours du procédé selon l'invention, - les figures 7,13 et 6 iLLustrent schématiquement une installation pour la mise en oeuvre de l'invention respectivement en élévation, en vue de côté et en vue de dessus avec coupe partielle selon la Ligne VI-VI de La figure 7, - la figure 8 représente en perspective, de façon simplifiée, un des moyens utilisés pour synchroniser les mouvements de deux organes de cette installation, - La figure 9 est une vue renversée d'un détail des moyens de transmission de la figure 8, - La figure 10 représente une vue en perspective schématique des moyens de sécurité utilisés dans l'installation, - la figure 11 est une vue de dessus du plateau de distribution utilisé dans l'installation, - et la figure 12 représente une variante de réalisation selon une vue analogue à celle de la figure 5. Une pièce de support 1 en laiton ou alliage de cuivre et de beryllium, visible à la figure 1, est destinée à recevoir et supporter une pastille de contact 2, d'un interrupteur électrique 13 illustré de façon partielle, schématique sur les figures 2 et 3 où seuls les contacts électriques sont représentés. Une telle pastille de contact finie peut elle-même avoir l'une de deux structures illustrées par Les figures 2 et 3. Sur la figure 2, La pastille 2a comporte une partie principale 3 qui est dirigée vers un contact mobile 4 et contient essentiellement Ag-CdO et une partie annexe 5 qui est dirigée vers le support et contient essentiellement de L'Ag pur. Sur la figure 3, la pastille 2b comporte une partie principale 6 contenant Ag-CdO et une partie annexe 7 qui contient Ag et Cd. La première pastille 2a est généralement fabriquée par une opération de frittage, tandis que la seconde 2b est fabriquée par une opération de diffusion. Lorsque l'on opère la fixation d'une telLe pastille sur le support à l'aide d'une opération de soudure éLectrique par résistance, par exemple à L'aide de deux électrodes 8, 9 en cuivre ou Cuivre-chrome, l'énergie dissipée lors du passage du courant se partage proportionnellement aux diverses résistances placées en série.Si l'on néglige Les résistances de ces électrodes, dont la section est choisie dans ce but, on remarque (figure 1) que la résistance de contact R1, La résistance de la pastille R2, La résistance du support R4 et la résistance de contact R5 doivent être faibles devant La résistance du contact R3 qui se forme aux points de contact entre Les surfaces 10 et 11 placées en appui par une pression que leur communiquent les électrodes ; cette pression pouvant elle-même répondre à l'évolution d'un programme au cours duquel différentes valeurs de pression sont exercées Lors du déroulement rapide de phases successives d'accostage, de fusion et/ou de forgeage et/ou de maintien. Afin d'augmenter La résistance de contact R3 pour améliorer La quantité de la fixation par soudure électrique, on a été amené à placer entre les surfaces opposées 10, 11 (voir figure 4) une fine couche 12 d'un matériau composite contenant du phosphore, tel que celui d'une brasure à 15 % Ag, 80 % Cu, présentant en même temps de bonnes propriétés décapantes grâce à la présence de 5 % P ; la résitivité de cette couche est nettement supérieure à celle des couches voisines : de L'ordre de 20 ij n cm. La mise en place de cette couche intermédiaire à l'endroit voulu, au moment voulu, représente naturellement une sujétion dont doit s'accommoder le service de fabrication pour que le temps de fabrication élémentaire qui est dévolu à la mise en place des contacts ne ralentisse pas le cycle de montage des appareils qui les reçoivent. Selon l'invention, les opérations de fixation d'une pastille 24 sont effectuées en deux phases successives, l'une A consistant à fixer la couche 12 sur la pastille 2 à l'aide d'une première soudure électrique B, accompagnée d' une compression C, et L'autre D destinée à fixer l'ensemble associé 24 ainsi obtenu sur la pièce de support de contact 1 à l'aide d'une seconde opération de soudure électrique E Une partie d'appareil ou installation 15, qui est visible à la figure 5, montre comment circulent un barreau 16 composé essentiellement d'Ag CdO (avec Ag 1000 ou Ag Cd) et un mince ruban 17 de matériau composite Ag-Cu-P, qui se croisent au-dessus du canal 18 d'une matrice de découpe fixe 19, entre celle-ci et un poinçon mobile 30, supporté par un support 37 coulissant sur des colonnes de guidage 28,29 (figure 7). Le canal 18 débouche en regard de -l'une des ouvertures 20 d'un plateau mobile 21, de préférence rotatif et monté autour d'un axe ZZ', se trouvant lui-même placé en face d'une cavité ou empreinte de mise en forme 22 qui est disposée dans une enclume 23. Lorsque le poinçon 30 a opéré les découpes simultanées du ruban 17 et du barreau 16 selon la flèche F, un disque de L'un et une pastille de l'autre descendent ensemble dans le canaL en conservant Leur alignement et aboutissent dans L'ouverture 20 du plateau mobile. De préférence, le ruban de brasure 17 se trouve du côté du poinçon 30. Une poursuite du mouvement du poinçon exerce alors sur cet ensemble juxtaposé 24 des forces de compression qui l'appliquent contre les parois de la cavité 22 en provoquant des déformations respectives de la pastille issue du ruban 17 et du disque issu du barreau 16, grâce auxquelLes est opéré un accrochage ou une association provisoire de ces deux éléments pour former un ensemble associé 24' propre à faciliter sa distribution ultérieure. En variante (voir fig. 12) un logement de conformation 67 est ménagé au fond d'un canaL de poinçonnage borgne 18' d'une matrice 19' ayant une rainure pour laisser passer Le plateau 21'. Lorsque cette opération est terminée, un extracteur 25 ou 25' replace l'ensembLe associé 24' selon La fLèche F' dans L'ouverture 20 du plateau 21 et ce dernier effectue alors un déplacement progressif vers une station de soudure préalable 26 pour que soit opéré un accrochage provisoire par une première soudure électrique qui soit toutefois suffisamment efficace pour qu' aucune séparation ne se produise au cours de La distribution ou des transferts ultérieurs H. Lorsque cette opération de soudure, qui est effectuée entre les électrodes 38, 39 du poste de soudure, est terminée, le plateau 21 effectue une rotation supplémentaire qui amène la pastille traitée 24" à son poste d'éjection 31 en vue de son transfert vers un second poste 32 où sera effectuée une seconde soudure devant la fixer définitivement sur son support 1. Au cours de cette seconde soudure définitive qui, elle, nécessite une dépense d'énergie plus importante, on opère dans tous les cas une réduction considérable, voire une élimination de la couche intermédiaire 12. L'appareil 15 effectuant les opérations de découpe et de première soudure, présente des particularités supplémentaires qui sont destinées à rendre le poste de travail correspondant sûr, peu volumineux et apte à un entretien régulier. Afin de donner au plateau rotatif 21 un diamètre suffisant, et de lui conférer une position très précise par rapport à l'outil de découpe 27 constitué par la matrice 19 et Le poinçon 30, le plateau rotatif 21 est monté pivotant autour d'un axe ZZ' de préférence sur l'une 28 des deux colonnes de guidage vertical 28, 29 de la traverse mobile 45 de cet outil se trouvant placée du côté de la face avant 33 opposé à la colonne 34 qui supporte l'excentrique 35 d'une petite presse 36, voir figures 6, 7 et 13 ; le canal 18 de La matrice 19 qui peut se trouver lui-même dans une pièce démontable concentrique, se trouve lui-même placé du côté de La face avant de la presse de sorte que des organes de guidage 41 et 42 conduisant Le barreau 16 et le ruban de brasure 17 au-dessus de ce canal, ainsi que les éléments électriques 43, 44 et mécaniques 75, 76 contrôlant leur avance pas à pas et leurs positions, soient aisément accessibles. Le barreau 16 dont la longueur est de l'ordre de 2 m circule de préférence parallèlement au plan de la face avant de la presse, tandis que le ruban 17,qui est enroulé sur un tambour 44 d'axe horizontal TT' dont le volume réduit permet sa mise en place à l'arrière 78 de la presse, se déplace perpendiculairement au sens du barreau. Afin que les électrodes 38,39 du poste de soudure 26 puissent faire l'objet d'un entretien aisé, celui-ci est monté sur la colonne 34 de la presse 36 grâce à une charnière 47, 48 d'axe vertical, (voir figure 7), de sorte qu'un faible déplacement angulaire suffit à séparer Les électrodes de la périphérie 68 du plateau en regard de laquelle elles sont placées, cette périphérie étant placée en saillie de la face latérale 69 de la presse. Au cours du soudage, ces électrodes, ou l'une d'entre elles, se déplacent naturellement selon une direction perpendiculaire au plan du plateau. Ce montage pivotant du poste de soudure assure, en combinaison avec une butée 46 placée sur la presse ou sur l'outil, un retour précis des électrodes à leur position d'origine. Les mouvements continus R de l'excentrique 35 de la presse 36 (voir figure 13) et ceux pas à pas r du plateau 21 sont synchronisés à l'ai de d'une transmission 50 qui transforme le mouvement rotatif continu de L'arbre 51 de l'excentrique en mouvements angulaires pas à pas de ce plateau. Cette transmission 50 comprend essentiellement une chaîne 52 qui transmet le mouvement de L'arbre horizontal 51 d'axe UU' à un second arbre parallèle 53 présentant un accouplement limiteur de couple 54 dont l'arbre de sortie aligné 55 porte un cylindre 56 pourvu d'une rainure 57 disposé pour agir successivement sur chacun des tétons 58 d'une multiplicité de tétons placés réguLièrement sous le plateau 21 (voir aussi figure 9) afin de faire tourner celui-ci pas à pas. L'accouplement limiteur comprend une pièce 80 qui se déplace axialement lorsque le couple nominal est dépassé et qui actionne alors un interrupteur 81, placé sur la ligne 82 et provoquant L'arrêt du moteur M ou mettant l'embrayage 73 en position débrayée (figure 10). Ainsi qu'on le voit à la figure 8, L'axe de l'ar- bre de sortie 55 passe avantageusement entre les axes des deux colonnes de guidage 28, 29 de l'outil de découpe 27. Le plateau 21 présente, outre les ouvertures 20, des ouvertures voisines 59 qui sont destinées à permettre la chute des extrémités de barreau et de ruban cisaillées en même temps que le découpage des pastilles suivantes. Les ouvertures 20 sont de préférence équipées de canons isolants amovibles 60, par exemple en alumine, de façon à protéger le plateau, lors du de préférence en métal amagnétique, des projections de métal apparaissant7 soudage au poste 26, voir figure 11. Le cas échéant, des glissières inférieures telles que 74, 77 assurent localement le maintien des pastilles dans leurs ouvertures pendant la rotation du plateau 21. Dans ce cas, l'électrode inférieure 39 est de préférence une électrode fixe assez large pour prolonger les glissières 74, 77 et supporter la pastille dans l'ouverture 20 pendant le soudage. Les mouvements d'avance successifs du ruban et du barreau, selon les directions P et Q, leur sont communiqués de façon synchrone à l'aide de dispositifs pneumatiques ou mécaniques d'alimentation, tels que 75, 76 (voir fig. 6 et 13), eux-mêmes synchronisés avec les mouvements de l'excentrique ; un dispositif pneumatique est plus particulièrement indiqué pour exécuter délicatement l'avance pas à pas du ruban dont L'épaisseur est très faible, de l'ordre de 0,07 à 0,12 mm pour un barreau de 0,3 à 4 mm. Au cours de ces avances, les extrémités 61, 62 du barreau et du ruban rencontrent des butées mécaniques, respectivement 63, 64 auxquelles sont associés des détecteurs de positions électriques, respectivement, 43, 44. L'examen de la simultanéité d'apparition de signaux émis par ces détecteurs est fait dans un circuit 72 dont la sortie commande un embrayage 73 électro-mécanique autorisant la mise en mouvement de l'arbre excentrique 51, voir figure 10. Si l'un des signaux en question n'est pas présent, aucune opération de découpage et de pressage ne peut se produire et l'on est donc assuré que Les produits sortant de la presse sont complets avant d'arriver au poste de soudure La présence que l'on pourrait craindre de deux pastilles comprimées l'une sur l'autre dans la même ouverture 20, par exemple à la suite d'un défaut de fonctionnement du poste d'éjection 31, ainsi que l'absence de pastille dans une ouverture, sont détectées au poste de soudage à l'aide de détecteurs, respectivement 65, 66 qui mesurent l'intervalle séparant deux électrodes se dirigeant l'une vers L'autre, et dont les signaux n'autorisent pas le passage du courant si les valeurs mesurées ne sont pas conformes, voir fig. 7. Les postes de soudage 26 et 32 pourront avoir des puissances nettement distinctes, car la première opération de soudage B ne nécessite qu'une faible dépense d'énergie pour fixer la pastille de ruban sur la pastille de contact ; en raison de la faiblesse de cette énergie, un générateur de courant utilisant la décharge de condensateurs peut avantageusement être utilisé. REVENDICATIONS 1. Procédé de fixation par soudure électrique par résistance de pastilles de contact électrique (2) en Ag-CdO sur un support conducteur cuivreux (1), ces pastilles (2) comportant une couche composée d'Ag pur ou d'Ag-Cd sur une surface (10) dirigée vers le support, tandis qu'une fine couche intermédiaire (12) de brasure contenant les corps Ag, Cu, P est placée entre cette surface et le support, caractérisé en ce que la couche intermédiaire est rendue solidaire de la surface au cours d'une première opération d'accrochage (A) mettant en oeuvre une première soudure par résistance (B) accompagnée d'une compression (C) qui est suivie d'une opération de fixation définitive (D) effectuée par une seconde soudure par résistance (E) destinée d'une part à provoquer l'élimination de la couche intermédiaire (12) et, d'autre part, à effectuer la liaison définitive de la pastille (2) sur le support (1). 2. Procédé de fixation selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération d'accrochage (A) est précédée d'une opération (F) de mise en alignement rigoureuse de la pastille (2) et d'un disque de brasure (12) de faible épaisseur. 3. Procédé de fixation selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'alignement (F) est effectué par une opération de poinçonnage (G) au cours de laquelle on découpe simultanément le disque (12) dans un mince ruban (17)et la pastille de contact (2) dans un barreau (16) au moyen d'un poinçon (30) coopérant avec une matrice de découpe (29), le disque et la pastille restant alignés dans un logement de conformation (22) qui est placé au fond de la matrice de découpe (19) ou au-delà de celle-ci. 4. Procédé de fixation selon la revendication 3, caractérisé en ce que le ruban de brasure (17) est placé du côté du poinçon (30). 5. Procédé de fixation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que La seconde soudure électrique (E) met en oeuvre une seconde quantité d'énergie supérieure à une première quantité d'énergie mise en oeuvre au cours de la première soudure électrique (B). 6. Procédé de fixation selon L'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la première soudure éLectrique est effectuée par décharge d'un condensateur. 7. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon L'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'iL comprend une presse (36), un coutil de découpe (27) comportant un poinçon (30) actionné par cette presse, ce poinçon (30) étant monté sur un support (37) couLissant le long de colonnes de guidage (28, 29), un canal de poinçonnage S18) aligné d'une part avec une ouverture (20) d'un plateau de transfert mobile (21) et, d'autre part, avec un Logement de conformation et de pressage (22, 67) l'ouverture (20) venant, après déplacement du plateau (21) en regard d'électrodes (38, 39), d'un poste de soudure associé (26). 8. Appareil selon La revendication 7 caractérisé en ce que le plateau de transfert mobiLe (21) est un plateau rotatif ayant une périphérie (68) en saiLlie par une face latérale (69) de la presse (36). 9. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le plateau (21) est un plateau rotatif ayant un axe de rotationfZZ') qui coincide avec L'une (28) des colonnes de guidage (28, 29). 10. Appareil selon La revendication 8 ou La revendication 9,caractérisé en ce que Le poste de soudure (26) est fixé sur une face latérale (69) de La presse à L'aide d'une charnière (47, 48) ayant un axe parallèLe à un axe de rotation(ZZ') du plateau (21). 11. Appareil selon L'une des revendisations 8 à 10, caractérisé en ce que le plateau (21) reçoit un mouvement angulaire pas à pas qui lui est communiqué par un dispositif de transmission (50) entraîne par un arbre tournant (51) de la presse (36). 12. Appareil selon la revendication 11, caracté risé-en ce que le dispositif de transmission (50) comprend un accouplement limiteur de couple (54). 13. Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'accouplement limiteur de couple (54) est placé entre deux arbres (53, 55) parallèles à l'arbre d'entraînement (51) de la presse, dont les axes alignés(VV' ) passent entre ceux des colonnes (28,29). 14. Appareil selon l'une des revendications 7 à 13, caractérisé en ce que l'accouplement limiteur de couple (54) comporte une pièce (80) qui se déplace axialement lorsque le couple nominal est dépassé et qui actionne un interrupteur (81) provoquant l'arrêt d'un moteur d'entraî- nement (M) ou le déclenchement d'un embrayage (73). 15. Appareil selon l'une des revendications 7 à 14, caractérisé en ce qu'il comporte des détecteurs (65,66) associés aux électrodes (38, 39) du poste premier de soudure (26) et réagissant à l'absence d'un produit découpé dans une ouverture (20) pour empêcher le passage d'un courant de soudure. 16. Appareil selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que Le plateau rotatif (21) est en métal amagnétique et présente une multiplicité d'ouvertures (21) formée chacune dans un canon isolant (60) et une mui- tiplicité d'ouvertures (59) à travers lesquelles passent des chutes de ruban (17) ou de barreau (16) découpées à chaque opération de poinçonnage.