Brevet FR2860742A1 — publié le 20050415

Description L'invention concerne un procédé pour lier une structure en tôle à au moins un 5 élément de raccord lors d'un formage à chaud de la structure en tôle suivi d'un processus de trempe. Le formage à chaud de tôles est connu de l'état de la technique. Le document DE 24 52 486 C2 décrit par exemple un procédé de formage à la presse et de trempe d'une tôle en acier réalisée dans de l'acier allié au bore. La tôle est chauffée à une température supérieure à la température de AC3, puis elle est pressée en moins de 5 secondes dans sa forme définitive entre deux outils refroidis indirectement, en subissant un changement important de sa forme, et ensuite la tôle est soumise à un refroidissement rapide tout en restant dans la presse de manière à obtenir une structure de martensite ou de bainite à grains fins. On obtient ainsi un produit peu épais et avec un bon respect des tolérances. Le procédé décrit a fait ses preuves dans la pratique. Dans l'industrie automobile, on fabrique de cette manière en masse dans des lignes de formation à chaud par exemple des pièces absorbant de l'énergie comme des pare-chocs et d'autres pièces de carrosserie qui doivent non seulement présenter une bonne résistance et une bonne ténacité, mais également une précision de forme élevée. Il est souvent nécessaire de lier ces pièces formées à chaud et trempées dans l'outil à un ou plusieurs éléments de raccord après leur fabrication. Ceci se fait en général au moyen d'une fixation par soudage ou par vissage. Ces deux formes de fixation exigent un processus de liaison distinct, réalisé après le processus de fabrication à proprement parler, et donc durant une étape de fabrication supplémentaire. En outre, le soudage apporte de la chaleur à la structure en tôle. Cet apport de chaleur exige d'une part, en raison de la déformation lors du soudage, des tolérances d'autant plus grandes dans la pièce liée finie qui se compose de la structure en tôle et de l'élément de raccord. D'autre part, les valeurs de résistance de la structure en tôle peuvent être diminuées par l'apport de chaleur ce qui conduit à un affaiblissement de la structure en tôle dans la zone ayant subi l'influence de la chaleur. L'inconvénient de la fixation par vissage réside dans la présence de la vis comme élément de contact entre les pièces à lier. Suite à l'entrée d'eau, il se forme de la rouille sur cet élément de contact, entre les deux pièces, ce qui conduit à une perte de matière. Ceci a un effet négatif sur la durée de vie. L'invention a pour objectif de lier une structure en tôle à un au moins un élément de 5 raccord de telle sorte que les inconvénients décrits précédemment puissent être évités et que le procédé de fabrication soit simplifié. Cet objectif est atteint conformément à l'invention grâce à la suite d'étapes suivantes, indiquées dans l'ordre chronologique: Chauffage de la structure en tôle dans un outil de formage à une température supérieure à la température de Ac3; Mise en place dans l'outil de formage de l'élément de raccord en une position définie dans la structure en tôle; Formage de la structure en tôle de manière à ce qu'elle entoure l'élément de raccord au moins partiellement; - Refroidissement rapide de l'ensemble constitué par la structure en tôle et l'élément de raccord tout en restant dans l'outil de formage et trempe de la structure en tôle de telle sorte que la structure en tôle se rétracte sur l'élément de raccord lors du processus de trempe en utilisant le coefficient de dilatation thermique du matériau de la structure en tôle; Sortie hors de l'outil de formage de l'ensemble constitué par la structure en tôle et l'élément de raccord. Conformément à ce procédé, l'élément de raccord relativement froid, car non chauffé, est mis en place dans la structure en tôle dans une position définie de l'outil de formage. Ensuite, la structure en tôle est formée en entourant au moins partiellement l'élément de raccord. Lors de ce processus, l'élément de raccord ne subit pas ou que très peu de déformation. Sous l'effet du coefficient de dilatation thermique, la structure en tôle se rétracte sur l'élément de raccord lors du processus de trempe dans l'outil de formage. Grâce à ce processus de rétractation qui a lieu de toute manière, il est possible de lier deux pièces l'une à l'autre sans faire appel à une fixation par soudage ou par vissage. La technique de liaison conforme à l'invention permet de renoncer à une coûteuse étape supplémentaire de fabrication. Il en résulte une réduction sensible des coûts de fabrication et une élimination du problème de la protection contre la corrosion. Le problème de réalisation de la protection contre la corrosion lors du soudage par points, du soudage MIG ou MAG, réside dans le risque de fissures et dans la corrosion provoquée par celles-ci. Lors du refroidissement du cordon de soudure par l'air et par les éléments de construction froids, il peut y avoir un effet de trempe, c'est-à-dire une formation partielle de martensite dans la zone de soudage. Le cordon de soudure devient cassant et des fissures risquent de se former. Une réaction chimique sous forme de corrosion se fait entre le matériau métallique et son environnement en raison de la formation des fissures ou des fentes (corrosion caverneuse). La résistance à la corrosion est considérablement améliorée par le processus de rétractation des pièces à lier, la surface de liaison étant plus homogène et plus plane. De plus, il n'y a pas de déformation et de diminution des valeurs de résistance après la trempe. Il est par contre possible de fixer les valeurs de résistance de manière définitive sur toute la pièce. Il est préférable, avant le processus de liaison, de réaliser un trou dans la structure en tôle à un emplacement défini. Le trou se trouve donc déjà dans le produit semi-fini à l'endroit où se trouvera l'élément de raccord dans l'ensemble fini dans sa forme définitive. Ce trou sert à recevoir l'élément de raccord. Le processus de liaison est rendu plus précis par la position prédéfinie du trou et peut donc être réalisé de façon optimale. Dans une autre variante d'exécution de l'invention, l'élément de raccord est muni d'une rainure s'étendant sur son pourtour avant le processus de liaison. La rainure définit l'endroit sur l'élément de raccord dans lequel la structure en tôle doit pénétrer lors du processus de formage. La rainure ne sert donc pas uniquement à une liaison en force entre la structure en tôle et l'élément de raccord, mais également à une liaison par forme. Ces deux variantes peuvent être combinées de façon optimale. Dans ce cas, le trou de la structure en tôle présente à l'état chaud un diamètre plus grand que le diamètre de l'élément de raccord qui est en comparaison froid. Durant le processus de formage, l'élément de raccord pénètre dans le trou de la structure en tôle jusqu'au niveau de la rainure. Durant la trempe de la structure en tôle, le diamètre du trou de la structure en tôle diminue pour atteindre le diamètre diminué de l'élément de raccord au niveau de la rainure. La liaison par forme renforce la liaison en force entre la structure en tôle et l'élément de raccord. Il est avantageux de positionner l'élément de raccord et la structure en tôle dans l'outil de formage au moyen d'un système de manutention. La mise en place de la structure en tôle et de l'élément de raccord peut ainsi être automatisée. Dans le cadre de l'invention, il est prévu que le système de manutention soit un robot. Il est beaucoup plus facile et précis d'effectuer la mise en place de l'élément de raccord par rapport à la structure en tôle par un robot industriel que de le faire faire manuellement. La commande est programmée en fonction du positionnement des pièces à lier ensemble et garantit un positionnement exact des pièces les unes par rapport aux autres. Le procédé conforme à l'invention est particulièrement bien adapté dans le cas où la structure en tôle est une traverse de pare-chocs et l'élément de raccord un manchon de remorquage. L'invention est expliquée plus en détail ci-dessous à l'aide des figures qui montrent: Figure 1 un premier exemple de réalisation de l'invention avec la platine de départ (structure préformée en tôle) munie d'un trou; Figure 2 l'élément de raccord en coupe pour le premier exemple de réalisation; Figure 3 la pièce mise en forme finie du premier exemple de réalisation, liée à l'élément de raccord. Le détail Z est une vue agrandie de l'endroit de liaison; Figure 4: un deuxième exemple de réalisation de l'invention avec la platine de départ non percée et l'élément de raccord; et Figure 5: la pièce mise en forme finie du deuxième exemple de réalisation, liée à l'élément de raccord. La figure 1 montre une platine de départ (structure préformée en tôle) (1) avec un trou (2). Le trou (2) sert à recevoir l'élément de raccord (3) de la figure 2. Le trou (2) est effectué dans la platine de départ (1) à un endroit défini, à savoir exactement à l'emplacement où l'élément de raccord (3) est censé se situer dans la pièce finie (figure 3). La figure 2 montre l'élément de raccord (3). Dans ce cas, l'élément de raccord (3) est un manchon de remorquage. Le manchon de remorquage (3) est muni d'une rainure (4) s'étendant sur son pourtour. Le diamètre (D2) du manchon de remorquage (3) reste constant sur toute la longueur du manchon de remorquage (3) à l'exception de la rainure (4). La rainure (4) a un diamètre (Dl) plus petit. La largeur de la rainure correspond à peu près à l'épaisseur de la tôle de la structure en tôle (1). Le diamètre (D2) du manchon de remorquage (3) est plus petit que le diamètre du trou (2) de la structure en tôle (1) à l'état chauffé afin que le manchon de remorquage (3) puisse pénétrer dans la structure en tôle (1) lors du processus de formage. Le trou (2) dans la structure en tôle (1) est censé rétrécir alors afin d'atteindre le diamètre (Dl) de la rainure (4). La figure 3 montre en vue de côté l'exemple d'une pièce finie (5) sous la forme d'un pare-chocs (5) avec une traverse (6) et un manchon de remorquage (3). La traverse (6) joue le rôle de la structure en tôle formée et trempée et le manchon de remorquage celui de l'élément rattaché qui doit y être fixé. La platine de départ (1) dans laquelle est effectué un trou (2), est chauffée au-delà de la température AC3. La platine de départ (1) est ensuite placée dans l'outil de formage. Le manchon de remorquage (3) non chauffé est également introduit dans l'outil de formage. Dans l'étape suivante, la platine de départ (1) est ensuite formée pour devenir la traverse (6), le manchon de remorquage (3) se trouvant alors dans le trou (2) de la traverse (6). Au début du processus de trempe de la traverse (6) dans l'outil de formage, le trou (2) se rétrécit et entre dans la rainure (4). Dans la vue agrandie du détail Z, on voit les emplacements de liaison au niveau de la rainure (4). Les emplacements de liaison au niveau de la rainure (4) sont les endroits rétrécis de la traverse (6) sur le manchon de remorquage (3). La traverse (6) avec le trou (2) pénètre dans la rainure (4) du manchon de remorquage (3) de diamètre (Dl) durant le processus de trempe grâce au coefficient de dilatation thermique. Une liaison fixe sur toute la largeur de la rainure (4) du manchon de remorquage (3) est ainsi réalisée grâce au processus de rétractation. Les figures 4 et 5 présentent un autre mode réalisation de l'invention. La figure 4 montre l'état de la structure en tôle (1'), ici encore une traverse de pare-chocs, avant le processus de formage. La structure en tôle (1') n'est pas encore transpercée et un trou (2') n'est réalisé dans la structure en tôle que durant le processus de liaison, au moment du formage, par l'élément de raccord (3'), par exemple un manchon de remorquage. À cet effet, le bord du trou (7) a la forme d'une sorte de collerette qui s'applique étroitement contre l'élément de raccord (3') et lie la structure en tôle (1') formée à l'élément de raccord (3') durant le processus de trempe en raison de la rétractation. Revendications 1. Procédé pour lier une structure en tôle (1, 1', 6) à au moins un élément de 5 raccord (3, 3') lors d'un formage à chaud de la structure en tôle (1, 1', 6) suivi d'un processus de trempe, comprenant les étapes suivantes indiquées dans l'ordre chronologique: Chauffage de la structure en tôle (1, 1', 6) dans un outil de formage à une 10 température supérieure à la température de AC3; - Mise en place dans l'outil de formage de l'élément de raccord (3, 3') en une position définie dans la structure en tôle (1, 1', 6) ; Formage de la structure en tôle (1, 1', 6) de manière à ce qu'elle entoure l'élément de raccord (3, 3') au moins partiellement; - Refroidissement rapide de l'ensemble constitué par la structure en tôle (1, 1', 6) et l'élément de raccord (3, 3') tout en restant dans l'outil de formage et trempe de la structure en tôle (1, 1', 6) de telle sorte que la structure en tôle se rétracte sur l'élément de raccord (3, 3') lors du processus de trempe en utilisant le coefficient de dilatation thermique du matériau de la structure en tôle (1, 1', 6) ; Sortie hors de l'outil de formage de l'ensemble constitué par la structure en tôle (1, 1', 6) et l'élément de raccord (3, 3'). 2. Procédé pour lier une structure en tôle (1, 1', 6) à au moins un élément de raccord (3, 3') selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un trou (2, 2') est effectué dans la structure en tôle (1, 1', 6) à un emplacement défini, le trou (2, 2') servant à recevoir l'élément de raccord (3, 3'). 3. Procédé pour lier une structure en tôle (1', 6) à au moins un élément de raccord (3, 3') selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est prévu sur l'élément de raccord (3) une rainure (4) s'étendant sur le pourtour dudit élément de raccord (3). 4. Procédé pour lier une structure en tôle (1, 6) à au moins un élément de raccord (3) selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le trou (2) de la 35 structure en tôle (1, 6) présente à l'état chaud un diamètre plus grand que le diamètre (D2) de l'élément de raccord (3), que l'élément de raccord (3) placé dans l'outil de formage pénètre dans le trou (2) jusqu'à la hauteur de la rainure (4) et que le diamètre du trou (2) dans la structure en tôle (1, 6) diminue lors du processus de durcissement pour atteindre le diamètre (Dl) de l'élément de raccord (3) au niveau de la rainure (4). 5. Procédé pour lier une structure en tôle (1, 1', 6) à au moins un élément de raccord (3, 3') selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément de raccord (3, 3') et la structure en tôle (1, 1', 6) sont positionnés dans l'outil de formage au moyen d'un système de manutention. 6. Procédé pour lier une structure en tôle (1, 1', 6) à au moins un élément de raccord (3, 3') selon la revendication 5, caractérisé en ce que le système de manutention est un robot. 7. Procédé pour lier une structure en tôle (1, 1', 6) à au moins un élément de raccord (3, 3') selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la structure en tôle est la traverse (6) d'un parechocs (5) et l'élément de raccord est un manchon de remorquage (3, 3').