Brevet FR2698030A1 — publié le 19940520

L'invention est relative à la fabrication de structures mécanosoudées ayant la forme d'un polyèdre. Les structures mécanosoudées polyédriques sont fabriquées en découpant des pièces dans des tôles, en usinant le bord des pièces, en assemblant les pièces, en les maintenant assemblées sous la forme d'une structure polyédrique à l'aide d'un outillage conçu spécialement pour chaque type de structure à réaliser et en soudant les arêtes de la structure par exemple à l'arc. Cette technique présente des inconvénients: il faut réaliser un outillage adapté pour le maintien des pièces assemblées et le soudage induit des contraintes importantes qui peuvent nuire à la stabilité dimension- nelle de la structure. Le manque de stabilité dimensionnelle est un inconvénient grave lorsque les structures mécanosoudées sont des sous-ensembles de structures beaucoup plus impor- tantes pour lesquelles on recherche une très grande stabilité dimensionnelle d'ensemble C'est le cas par exemple lorsque les structures mécanosoudées constituent les noeuds d'un treillis destiné à être le berceau support d'un instrument d'une grande précision tel qu'un télesco- pe. Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de fabrication d'une structure mécanosoudée qui permette de se dispenser d'outillage spécifique pour le maintien des pièces assem- blées pendant le soudage et qui conduise à une structure mécanosoudée ayant une très bonne stabilité dimensionnel- le. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une structure mécanosoudée ayant la forme d'un polyèdre, constituée par des pièces, en tôle métalli- que, assemblées entre elles et dont une partie au moins constitue des faces du polyèdre soudées suivant des bords mis en coïncidence deux à deux, constituant des arêtes du polyèdre, consistant à découper les pièces dans au moins une tôle métallique et à souder les pièces entre elles en position d'assemblage, caractérisé en ce que: on réalise, au cours du découpage des pièces, des moyens d'emboîtement complémentaires sur des parties des pièces destinées à être assemblées entre elles deux à deux, on place les pièces dans une position d'assem- blage et les moyens d'emboîtement complémentaires dans une disposition d'engagement mutuel, de manière à constituer un assemblage ayant la forme du polyèdre, et on soude les pièces entre elles suivant des arêtes de l'assemblage ayant la forme du polyèdre. De préférence, on réalise, par découpage d'une tôle métallique, au moins une pièce constituant une entre- toise comportant des moyens d'emboîtement complémentaires de moyens d'emboîtement de pièces de la structure et on place l'entretoise entre au moins deux pièces de la structure et les moyens d'emboîtement de l'entretoise dans une disposition d'engagement avec des moyens d'emboîtement des deux pièces, lorsqu'on constitue l'assemblage en forme de polyèdre. Généralement, il n'est pas nécessaire de réali- ser une jonction par soudage entre l'entretoise et les pièces entre lesquelles est placée l'entretoise. Les moyens d'emboîtement peuvent être notamment des tenons et des mortaises ou des créneaux. On peut découper la tôle métallique dans une direction inclinée par rapport à une direction perpendicu- laire aux faces de la tôle, pour obtenir des chanfreins inclinés sur une partie au moins des bords des pièces. De préférence, les pièces sont découpées au laser ou au jet d'eau. De préférence également, les pièces sont soudées au laser ou par faisceau d'électrons. L'invention concerne également une structure mécanosoudée ayant la forme d'un polyèdre comportant des pièces en tôle métallique dont une partie au moins consti- tue des faces du polyèdre assemblées entre elles et sou- dées suivant des bords constituant des arêtes du polyèdre caractérisée en ce qu'elle comporte de plus des moyens d'emboîtement complémentaires sur des parties de raccorde- ment des pièces, dans une disposition d'engagement mutuel. La structure mécanosoudée peut comporter de plus au moins une entretoise en tôle métallique intercalée entre au moins deux pièces et présentant des moyens d'em- boîtement engagés dans des moyens d'emboîtement complémen- taires des deux pièces Cette entretoise peut être utili- sée en outre comme élément servant à rigidifier la struc- ture. L'invention concerne enfin un noeud pour struc- ture métallique en treillis constitué d'une structure mécanosoudée polyédrique selon l'invention. L'invention va maintenant être décrite plus en détail en regard des figures annexées dans lesquelles: la figure 1 est une vue en perspective avec arrachement d'un noeud d'une structure métallique en treillis constitué d'une structure mécanosoudée polyédri- que selon l'invention, la figure 2 est une vue en perspective schéma- tique avec arrachement d'une zone d'arête d'une structure suivant l'invention comportant des moyens d'emboîtement constitués par des créneaux. Le noeud de structure métallique repéré généra- lement par 1 à la figure 1 est une structure polyédrique mécanosoudée constituée de: deux flasques 2 et 3 identiques en forme de T percés de trous rectangulaires ou mortaises 4, 5, 6 et de trous 7, 8, 9 pouvant être circulaires, elliptiques ou polygonaux, un bord 10 du flasque 3 et un bord 11 du flasque 2 comportant un chanfrein; un flasque rectangulaire 12 de longueur égale à la longueur de l'arête la plus longue 10 du flasque 3 et percé de deux mortaises 13 (une seule visible sur la figure 1); quatre flasques rectangulaires 14, 15, 16, 17 percés de mortaises 18, 19, 20 (trois seulement sont visibles sur la figure 1); trois entretoises 21, 22 (deux seulement sont visibles sur la figure 1) de forme rectangulaire et munies sur chacun de leurs côtés d'un tenon 23, 24, 25, 26, 27, 28 (six seulement sont visibles sur la figure 1). Les flasques sont obtenus par découpage d'une tôle en acier d'épaisseur voulue Les chanfreins des flasques 2 et 3 sont obtenus par découpage de la tôle dans une direction inclinée par rapport à la perpendiculaire aux faces de la tôle, suivant les bords 10 et 11 corres- pondants. Les flasques sont assemblés de telle façon que les tenons 23, 24, 25, 26, 27, 28 des entretoises 21, 22 s'emboîtent dans les mortaises 4, 5, 6, 13, 18, 19, 20 des flasques 2, 3, 12, 14, 15, 17. Par assemblage des flasques et des entretoises, on réalise une structure polyédrique qui est maintenue assemblée par les tenons et mortaises On peut donc effec- tuer le soudage de la structure sans utiliser d'outillage de maintien. Les flasques sont soudés entre eux le long de leurs lignes de contact 10, 11, 29, 30, 31, 32, 33, 34, , 36, de préférence par un procédé de soudage à haute énergie sans métal d'apport. Le noeud ainsi constitué, lorsqu'il est intégré à une structure métallique est soudé par ses extrémités rectangulaires (ou carrées) 37, 38, 39 à des poutres principales ou membrures de section rectangulaire (ou carrée) et des poutres secondaires de section circulaire sont emmanchées et soudées dans les trous 7, 8, 9. De préférence, pour fabriquer ce noeud: on découpe au laser les différentes pièces (flasques et entretoises); on obtient ainsi une coupe extrêmement précise; on assemble les pièces en emboîtant les tenons dans les mortaises; la qualité de la coupe est telle que l'emboîtement conduit à une structure rigide ayant une très bonne précision géométrique et qui tient assemblée sans l'intervention d'un outillage spécialisé; on soude au laser les flasques entre eux; le soudage au laser ne créant pas d'échauffement notable des flasques, ne crée pas de tensions dans la structure qui ainsi a une excellente stabilité dimensionnelle. A la place de tenons et de mortaises, on peut utiliser également, comme représenté sur la figure 2, des créneaux 40, 41 usinés sur les bords des pièces consti- tuant les faces du polyèdre Les créneaux 40 et 41 sont découpés le long des bords de deux flasques 42, 43 qui peuvent ainsi être emboîtés l'un dans l'autre, le long des bords des flasques qui forment entre eux un angle à 90 . En découpant les tenons et les mortaises ou les créneaux avec des coupes biaises on peut faire des assem- blages dans lesquels les angles entre deux flasques conti- gus sont différents de 900. Cette technique permet de réaliser toute struc- ture mécanosoudée polyédrique. Pour mettre en oeuvre ce procédé, on peut utiliser des installations de découpe et de soudage au laser robotisées munies d'ordinateurs de commande. On peut alors dessiner la structure et les pièces qui la composent à l'aide d'un dispositif de conception assistée par ordinateur qui fournit automati- quement des programmes de découpe et de soudage Les programmes sont introduits dans des ordinateurs de com- mande des installations de découpe et de soudage par laser. On peut également découper les flasques au jet d'eau ou par tout moyen permettant d'obtenir une découpe très précise. On peut réaliser le soudage en utilisant un faisceau d'électrons ou tout faisceau à haute énergie permettant de souder sans échauffement notable des pièces soudées. A noter que les flasques servant d'entretoises peuvent être disposés dans des endroits particulièrement choisis pour qu'ils servent de raidisseurs à la structure polyédrique Ces entretoises peuvent soit être soudées soit ne pas être soudées aux flasques dans lesquels elles sont emboîtées. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une structure mécanosoudée ( 1) ayant la forme d'un polyèdre, constituée par des pièces ( 2, 3, 12, 14, 15, 16, 17, 21, 22, 42, 43), en tôle métallique, assemblées entre elles et dont une partie au moins constitue des faces du polyèdre soudées suivant des bords ( 10, 11, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36) mis en coïncidence deux à deux, constituant des arêtes du polyèdre, consistant à découper les pièces dans au moins une tôle métallique et à souder les pièces entre elles en position d'assemblage, caractérisé en ce que: on réalise, au cours du découpage des pièces, des moyens d'emboîtement complémentaires ( 4, 5, 6, 13, 18, 19, 20, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 40, 41) sur des parties des pièces destinées à être assemblées entre elles deux à deux, on place les pièces dans une position d'assem- blage et les moyens d'emboîtement complémentaires dans une disposition d'engagement mutuel, de manière à constituer un assemblage ayant la forme du polyèdre, et on soude les pièces entre elles suivant des arêtes de l'assemblage ayant la forme du polyèdre. 2. Procédé de fabrication suivant la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'on réalise, par découpage d'une tôle métallique, une pièce constituant au moins une entretoise ( 21, 22) comportant des moyens d'emboîtement ( 23, 24, 25, 26, 27, 28) complémentaires de moyens d'em- boîtement ( 4, 5, 6, 13, 18, 19, 20) de pièces de la structure et qu'on place l'entretoise entre au moins deux pièces de la structure et les moyens d'emboîtement de l'entretoise dans une disposition d'engagement avec des moyens d'emboîtement des deux pièces, lorsqu'on constitue l'assemblage en forme de polyèdre. 3. Procédé de fabrication suivant la revendica- tion 2, caractérisé par le fait qu'on ne réalise aucune jonction par soudage entre l'entretoise ( 21, 22) et les pièces entre lesquelles est placée l'entretoise. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1, 2 et 3, caractérisé en ce que les moyens d'em- boîtement ( 4, 5, 6, 13, 18, 19, 20, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 40, 41) appartiennent à l'un au moins des types de moyens d'emboîtement suivants: tenons et mortaises, créneaux. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on découpe la tôle métallique dans une direction inclinée par rapport à une direction perpen- diculaire aux faces de la tôle pour obtenir des chanfreins inclinés sur une partie au moins des bords ( 10, 11) des pièces. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5, caractérisé en ce que les pièces sont découpées par l'un des procédés suivants: découpage au laser, découpage au jet d'eau. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 6, caractérisé en ce que les pièces sont soudées par l'un des procédés suivants: soudage au laser, soudage par faisceau d'électrons. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 7, caractérisé en ce que: on dessine -les différentes pièces de la structure mécanosoudée à l'aide de moyens de Conception Assistée par Ordinateur, et on génère des programmes de découpe et de soudure; on transfère les programmes de découpe et de soudure dans des ordinateurs de commande des installations de découpe et de soudage; on effectue la découpe et le soudage de manière automatique, les installations de découpe et de soudage étant commandées par les ordinateurs de commande. 9. Structure mécanosoudée ayant la forme d'un polyèdre comportant des pièces en tôle métallique dont une partie au moins constitue des faces du polyèdre assemblées entre elles et soudées suivant des bords constituant des arêtes du polyèdre caractérisée en ce qu'elle comporte de plus des moyens d'emboîtement complémentaires ( 4, 5, 6, 13, 18, 19, 20, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 40, 41) sur des parties de raccordement des pièces ( 2, 3, 12, 14, 15, 16, 17, 21, 22, 42, 43), dans une disposition d'engagement mutuel. 10. Structure mécanosoudée suivant la revendi- cation 9, caractérisée en ce qu'elle comporte de plus au moins une entretoise ( 21, 22) en tôle métallique pouvant servir de raidisseur, intercalée entre au moins deux pièces et présentant des moyens d'emboîtement ( 23, 24, 25, 26, 27, 28) engagés dans des moyens d'emboîtement complé- mentaires ( 4, 5, 6, 13, 18, 19, 20) des deux pièces. 11. Noeud pour une structure métallique en treillis, caractérisé en ce qu'il est constitué par une structure mécanosoudée ( 1) ayant la forme d'un polyèdre, selon l'une quelconque des revendications 9 et 10.