Brevet FR2711559A1 — publié le 19950505

Procédé de fabrication de flans raboutés. La présente invention se situe dans le domaine de la fabrication de pièces en tôle et concerne un procédé de fabrication de flans raboutés, notamment destinés à la réalisation de pièces embouties devant présenter localement des caractéristiques de résistance mécanique accrues. Il arrive fréquemment que, dans des pièces en tôle, seule certaines zones de ces pièces sont soumises à des contraintes importantes, qui nécessitent donc des épaisseurs importantes pour y résister. Pour éviter de réaliser entièrement une telle pièce en tôle de forte épaisseur, il est connu de les fabriquer par la technique dite des flans raboutés qui consiste à utiliser une tôle mince et à la renforcer localement, dans les zones soumises à fortes contraintes, par une pièce plus résistante, parfois implantée sous forme d'insert. Pour cela, on effectue dans la tôle une découpe de forme adaptée dans laquelle on place l'insert et on réalise l'assemblage par soudure. L'insert peut être une pièce en tôle plus épaisse, ou en matériau plus résistant, et éventuellement conformée préalablement. Un problème qui se pose lors de ces opérations est d'assurer le meilleur contact possible entre l'insert et les bords de la découpe, pour pouvoir réaliser une soudure régulière tout autour de l'insert. Ce problème revêt une importance toute particulière lorsque l'on utilise le soudage par laser qui ne peut être effectué correctement que s'il n'y a pas de jeu entre les pièces à souder. Il est donc nécessaire de pouvoir ajuster précisément l'insert dans la découpe, avec le moins de jeu possible entre l'insert et la tôle qui l'entoure, sans toutefois être amené à placer l'insert en force, ce qui risquerait de déformer les bords de la découpe et pourrait nuire au bon positionnement de l'insert. Pour remédier à ce problème, il a déjà été envisagé de refroidir fortement l'insert, par exemple à l'azote liquide, avant sa mise en place, à la manière d'un frettage thermique. Cette solution est cependant onéreuse et de mise en oeuvre délicate. Une autre solution connue est de réaliser une découpe inclinée du flan et de l'insert, de manière que le chant de la découpe soit en dépouille, de même que la partie de l'insert destinée à être placée dans la découpe. La mise en place de l'insert s'effectue alors par un emboîtage conique de l'insert dans la découpe. Ceci permet en principe un bon centrage et un bon contact entre insert et tôle, mais nécessite une préparation particulière de la tôle et de l'insert pour réaliser les dépouilles nécessaires. En particulier, la découpe de la tôle ne peut être réalisée classiquement à la presse, et nécessite d'être effectuée par faisceau laser. De plus, pour assurer à la fois le contact entre l'insert et le chant de la découpe, et le positionnement précis en hauteur de l'insert par rapport au plan général de la tôle, il faut que les dimensions de la découpe correspondent précisément à celle de l'insert, faute de quoi celui-ci risque d'être trop ou pas assez enfoncé dans la découpe. Enfin, dans le cas d'une tôle revêtue, par exemple de zinc, on ne peut éviter à coup sûr un entraînement de zinc entre les surfaces en contact, soit par des arrachements lors de la mise en place de l'insert, soit encore parce que du zinc s'est écoulé sur les chants de la découpe lors de la découpe par faisceau laser. La présence de ce matériau de revêtement entre les surfaces à souder est nuisible pour la soudure, car il peut se vaporiser lors du soudage et provoquer des irrégularités dans le cordon de soudure obtenu. La présente invention a pour but de résoudre les problèmes ci-dessus et de proposer un nouveau procédé de fabrication de flans raboutés qui soit de mise en oeuvre aisée et-économique et assure un contact optimal entre le flan de tôle et l'insert. Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un procédé de fabrication de flans raboutés, destiné à associer un flan de tôle et un insert placé dans une découpe du dit flan, caractérisé en ce que - avant la mise en place de l'insert, on réalise dans le flan un bossage périphérique autour de la découpe à réaliser, puis - on réalise la découpe à une dimension légèrement supérieure à celle de l'insert, - on place l'insert en position dans la dite découpe, et - on réduit les dimensions de la découpe en aplatissant le bossage pour amener le bord de la découpe au contact de l'insert. Comme on le comprendra mieux par la suite, l'invention consiste à créer une augmentation de la superficie de la zone du flan qui reçoit l'insert, à réaliser dans cette zone agrandie la découpe à une dimension légèrement supérieure à celle de l'insert pour que celui-ci puisse être mis en place avec un certain jeu, donc sans risque de déformation ou d'arrachement du bord de la découpe, puis à réaliser un rétreint de la découpe en ramenant le métal entourant la découpe sensiblement dans sa position d'origine. Par le procédé selon l'invention, les risques de déformation du flan résultant d'une mise en place en force de l'insert sont supprimés, de même que les éventuels arrachements ou entraînements du revêtement de la tôle entre flan et insert. La mise en oeuvre du procédé peut être réalisée par les outils classiques utilisés pour la mise en forme ou la découpe des tôles, et est donc particulièrement économique. De plus, on réalise un sertissage de la tôle du flan sur l'insert, ce qui, outre la garantie de la suppression de tout jeu entre flan et insert, assure un maintien en position de l'insert avant et pendant le soudage ultérieur. Le principe de base de l'invention peut aussi être appliqué par similitude au cas où le bossage serait réalisé sur l'insert, par exemple pour placer un insert en tôle mince dans un flan de tôle plus épais. Dans ce cas, le procédé est caractérisé en ce que - avant la mise en place de l'insert dans la découpe, on réalise sur l'insert un bossage périphérique au voisinage de son bord, - on réalise la découpe du flan, à une dimension légèrement supérieure à celle de l'insert, - on place l'insert en position dans la dite découpe, et - on augmente les dimensions de l'insert en aplatissant le bossage, pour amener le bord de l'insert au contact de la découpe du flan. Dans ce cas, le bossage de l'insert peut être réalisé soit sur l'insert déjà découpé, soit avant de découper l'insert dans la tôle d'origine. Selon une disposition particulière de l'invention, le bossage est réalisé sous la forme d'une ondulation, ce qui permet de conserver la zone de flan à découper dans le plan général de la tôle. Comme on le verra plus loin cette disposition permet de rattraper un jeu plus important entre la découpe et l'insert, et nécessite donc moins de précision dans la réalisation de l'insert et de la découpe. De plus, cette disposition est particulièrement adaptée pour la mise en place d'un insert d'épaisseur voisine de celle du flan, car les bords de la découpe étant situés dans le plan général de la tôle, il suffit lors du sertissage, de placer le flan et l'insert sur une même surface plane pour garantir un positionnement correct en hauteur de l'insert par rapport au flan. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui va être faite d'un procédé de fabrication de flans raboutés en tôle d'acier, conforme à l'invention. On se reportera aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue partielle en coupe du flan rabouté à réaliser, - les figures 2 et 3 représentent les phases successives de préparation du flan avant mise en place de l'insert, - les figures 4 et 5 représentent les phases de mise en place et sertissage de l'insert, - la figure 6 représente la phase de mise en place de l'insert, dans une première variante du procédé, - la figure 7 représente la phase de mise en place de l'insert dans une autre variante, dans le cas où l'insert est moins épais que le flan qui le reçoit. Sur toutes ces figures les dimensions en épaisseur des tôles ont été volontairement exagérées pour faciliter la compréhension de l'invention. Sur le dessin de la figure 1, on a représenté un flan rabouté que l'on vise à obtenir par la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Ce flan rabouté comporte un flan 1 en tôle métallique de faible épaisseur, et un insert 2 d'épaisseur supérieure à celle du flan et placé dans une découpe de celui-ci. L'assemblage définitif du flan et de l'insert est réalisé par un cordon de soudure 3. L'insert 2 est généralement de forme cylindrique, mais il peut aussi avoir toute autre forme dans la mesure où la découpe du flan a une forme correspondante. Sur les dessins des figures 2 et 3, on a représenté les phases successives de préparation du flan avant de mettre l'insert en place. L'outillage utilisé est un outillage de type classique en emboutissage comportant une matrice 10, un presseur annulaire 11 et un poinçon de découpe 12 ; des éléments élastiques, tels que les ressorts 13, ou des vérins à gaz, ou encore des pièces en caoutchouc, sont interposés entre le poinçon 12 et le presseur 11. Au début de l'opération, (phase représentée sur la partie gauche de la figure 1), le poinçon 12 et le presseur 11 sont en position haute, laissant un espace libre entre presseur et matrice pour y placer le flan de tôle 1. La face supérieure 14 de la matrice est conformée de manière à présenter un jonc 15 en surépaisseur et la face inférieure 16 du presseur présente un profil complémentaire correspondant. La forme de ces surfaces 14 et 16 est déterminée de manière à former par emboutissage un bossage sur le flan. Les conditions requises pour le dimensionnement de ce bossage seront expliquées par la suite. Par appui sur le poinçon 12, selon la flèche 17, (partie de droite de la figure 2) on fait descendre. le poinçon 12 et le presseur 11 jusqu'au contact du flan. En poursuivant la descente, (partie gauche de la figure 3), le presseur déforme le flan en créant un bossage 4, puis (partie de droite de la figure 3) le poinçon 12 effectue la découpe du flan. Le dessin de la figure 4 représente le flan 1 et l'insert 2, prêts à être assemblés, posés sur un plan de travail 5, par exemple le plateau d'une presse. L'insert 2 est placé dans la découpe 6 du flan avec un jeu "j" entre la surface périphérique 21 de l'insert et le chant 61 de la découpe. Du fait du bossage 4 réalisé précédemment, le bord de la découpe est espacé du plan de travail 5. Le jeu "j" est défini de manière à être juste suffisant pour pouvoir placer l'insert 2 dans la découpe 6 sans frottement, et est préférentiellement de l'ordre de 1/10 de l'épaisseur du flan. Compte tenu des dimensions de l'insert et de la valeur de ce jeu, les dimensions du bossage sont prédéterminées de manière que la longueur radiale du bossage 4, c'est-à-dire la distance "1" entre le bord de la découpe 6 et le point A de départ de la déformation, soit au moins égale à la distance "11" entre ce point "A" et la surface 21 de l'insert. Lorsque l'insert 2 est placé dans la découpe 6, on aplatit le bossage, au moyen d'une bague annulaire 7 qui entoure l'insert et qui est poussée vers le bas par la presse. Ce faisant, comme représenté sur la partie gauche de la figure 5, la bague 7 vient s'appuyer sur le bossage 4, ce qui amène le chant 61 de la découpe au contact de l'insert, et en poursuivant son mouvement, la bague 7 aplatit complètement le bossage, en réalisant un sertissage du flan sur l'insert (partie droite de la figure 5). Comme on l'aura déjà compris, l'idée de principe de l'invention est de créer par l'emboutissage du bossage un accroissement de surface du flan à la périphérie de la découpe, de manière que, lorsque l'on aplatit ensuite ce bossage, cet excédent de surface vienne combler le jeu "j" entre insert et découpe, et puisse même exercer une pression sur l'insert. La pression à exercer sur le bossage pour l'aplatir doit être suffisante pour que l'insert soit bien enserré dans le flan. Le sertissage ainsi réalisé assure le maintien de l'insert sur le flan et le bon contact du flan sur toute la périphérie de l'insert. On peut alors procéder au soudage, par exemple par faisceau laser, sans métal d'apport, et sans risque d'avoir des manques de matière au niveau du joint soudé. Selon une variante, représentée à la figure 6, le bossage est réalisé sous forme d'une ondulation 41 annulaire, de manière que le bord de la découpe 6 reste dans le plan général du flan. Ainsi, lorsque l'insert et le flan sont placés sur le plateau 5 de la presse, la surface inférieure du bord de la découpe 6 affleure la surface inférieure de l'insert. Lors de l'aplatissement de l'ondulation 41, le bord de la découpe se déplace dans le plan du flan, et vient donc accoster la surface périphérique 21 de l'insert perpendiculairement à celleci (flèche F). Cette disposition est particulièrement avantageuse dans le cas où l'épaisseur de l'insert est faible, par exemple sensiblement égale à celle du flan. De plus, cette variante peut permettre de rattraper un jeu "j" plus grand que dans le premier cas décrit cidessus car la distance radiale "12" de l'ondulation peut être importante sans que le bord de la découpe ne soit décalé par rapport au plan du flan. Par exemple, sur un flan de tôle de 1 mm d'épaisseur, une ondulation de 9 mm de largeur et de 1 mm de hauteur permet de rattraper un jeu "j" de 0,46 mm environ. Selon une autre variante, représentée à la figure 7, le bossage ou l'ondulation 41' est réalisé sur l'insert 2'. Cette variante s'applique en particulier lorsque l'insert 2' est moins épais que le flan 1'. Dans ce cas, la mise en contact de la périphérie de l'insert avec le bord de la découpe 6' du flan est réalisée par l'augmentation des dimensions de l'insert sous l'effet de l'aplatissement du bossage ou de l'ondulation, qui, comme dans les exemples précédents, peut être effectué aisément à la presse. L'invention s'applique à toutes formes d'inserts, cylindriques ou autres, et à toutes épaisseurs de flan ou d'insert. L'aplatissement du bossage ou de l'ondulation peut aussi être réalisé par d'autres moyens, par exemple, par un ou plusieurs galets que l'on fait rouler en pression sur l'ondulation en suivant la forme de celle-ci. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de flans raboutés, destiné à associer un flan (1) de tôle et un insert (2) placé dans une découpe (6) du dit flan (1), caractérisé en ce que - avant la mise en place de l'insert (2), on réalise dans le flan (1) un bossage (4, 41) périphérique autour de la découpe (6) à réaliser, puis - on réalise la découpe (6) à une dimension légèrement supérieure à celle de l'insert (2), - on place l'insert (2) en position dans la dite découpe (6) et, - on réduit les dimensions de la découpe (6) en aplatissant le bossage (4, 41) pour amener le bord (61) de la découpe (6) au contact de l'insert (2). 2.Procédé de fabrication de flans raboutés, destiné à associer un flan (1) de tôle et un insert (2) placé dans une découpe (6) du dit flan (1), caractérisé en ce que - avant la mise en place de l'insert (2') dans la découpe (6'), on réalise sur l'insert un bossage (41') périphérique au voisinage de son bord, - on réalise la découpe (6') du flan, à une dimension légèrement supérieure à celle de l'insert, - on place l'insert (2') en position dans la dite découpe (6'), et - on augmente la dimension de l'insert (2') en aplatissant le bossage (41'), pour amener le bord de l'insert au contact de la découpe du flan. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le bossage est réalisé sous forme d'une ondulation (41, 41'). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bossage (4, 41, 41') est aplati à la presse (7). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le bossage est aplati par des galets. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que après l'aplatissement du bossage, on soude l'insert (2) sur le flan (1).