Brevet FR2873602A1 — publié le 20060203

Procédé de fabrication d'une forme d'empreinte en contre-dépouille sur une partie métallique L'invention se rapporte à un procédé de fabrication d'une forme d'empreinte en contre-dépouille sur une partie métallique. Elle s'applique notamment à l'assemblage de matériaux composites métal/plastique ou encore à la réalisation d'assemblages de tôles métalliques par clinchage, en particulier pour des véhicules automobiles. Les assemblages de matériaux composite sont souvent nécessaires pour compléter la forme et/ou renforcer une structure métallique en la recouvrant d'une matière plastique surmoulée et aussi pour protéger cette structure contre la corrosion. Ces assemblages sont généralement réalisés à l'aide de rivets obtenus par injection d'une matière plastique dans des trous borgnes d'assemblage lors du surmoulage de la structure métallique. Pour permettre un bon accrochage de la matière plastique, il est souhaitable que ces trous présentent des flancs intérieurs inclinés et une section transversale qui va en se rétrécissant en s'éloignant du fond. Cependant ce mode d'assemblage s'adapte mal au surmoulage de tôles métalliques assemblées par clinchage. Dans l'assemblage de tôles métallique par clinchage, les extrémités des tôles à assembler reposent l'une sur l'autre et sont déformées localement par emboutissage et pressage afin de définir des empreintes s'apparentant à des queues d'aronde imbriquées l'une dans l'autre. Cette opération est réalisée au moyen d'un poinçon et d'une matrice. Sous l'action du poinçon les deux tôles sont fléchies jusqu'à venir en contact avec le fond de la matrice et le flanc latéral extérieur de l'empreinte est comprimé autour du poinçon sous l'action d'une pression d'étranglement exercée par un mouvement latéral de la matrice qui provoque le sertissage des deux tôles. Cependant, le fait que la pression d'étranglement est exercée autour du poinçon limite la réalisation des empreintes à des formes intérieures qui permettent le dégagement du poinçon lorsque le sertissage est terminé et exclut la réalisation de formes d'empreintes à flancs intérieurs inclinés en contre-dépouille, dont la section transversale va se rétrécissant en s'éloignant du fond. Il en résulte une difficulté pour la réalisation de surmoulages en matière plastique sur des tôles assemblées suivant ce procédé, qui doivent utiliser d'autres types d'empreintes pour leur fixation. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités. Elle propose à cet effet un procédé de fabrication d'une forme d'empreinte en contre-dépouille sur une plaque métallique, comprenant les opérations suivantes: - réaliser une première empreinte semi-finie en forme de cylindre de hauteur déterminée (h) par emboutissage d'au 25 moins une plaque métallique; - former une contre-dépouille par déformation de la première empreinte entre deux outils, un outil mâle en forme de poinçon et un outil femelle comportant un logement de forme complémentaire à celle du poinçon, entre lesquels l'empreinte semi-finie est prise en sandwich, les hauteurs du poinçon (h1) et du logement (h2) étant sensiblement égales et inférieures à la hauteur (h) de l'empreinte semi-finie et la section transversale du logement étant supérieure à la section de l'empreinte semi-finie. De cette façon on obtient une contre-dépouille de forme tronconique ou pyramidale qui permet un accrochage efficace d'une pièce en matière plastique par injection de la matière plastique dans l'empreinte au moment du surmoulage de cette pièce. Avantageusement, l'outil mâle comporte un poinçon en forme de cylindre en saillie sur une surface plane d'extrémité de l'outil et l'outil femelle comporte un logement de forme cylindrique délimité entre une paroi de fond et une paroi latérale. Le poinçon est engagé à l'intérieur de l'empreinte semi-finie et le logement recouvre la partie extérieure de l'empreinte semi-finie, la paroi de fond du logement étant en contact avec la paroi de fond de l'empreinte semi-finie. L'empreinte semi-finie est comprimée entre le fond du logement et la surface plane d'extrémité de l'outil par action de la paroi de fond de l'empreinte semi-finie contre la face d'extrémité du poinçon, ce qui provoque une déformation de l'empreinte semi-finie par fluage du métal dans l'espace compris entre le poinçon et la paroi latérale du logement. Avantageusement, la section de l'empreinte semi-finie peut 25 revêtir des formes géométriques diverses, telles que des formes circulaires, elliptiques, ou polygonales. Il est également possible en inclinant la paroi de fond du logement d'obtenir la réalisation d'empreintes de formes 30 dissymétriques. Selon un autre mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention, le logement est partagé en deux parties, une partie supérieure enserrant l'empreinte semi-finie et une partie inférieure limitée par la paroi de fond et de section supérieure à celle de la partie supérieure. Ce mode de mise en oeuvre permet d'obtenir une excroissance de matière à l'extrémité de l'empreinte dans l'espace compris entre la paroi latérale de la partie cylindrique inférieure lorsque le fond du logement repousse le fond de l'empreinte contre la face d'extrémité du poinçon. L'invention concerne aussi l'utilisation du procédé ci-dessus pour la réalisation d'empreintes dédiées à l'accrochage de pièces en matière plastique surmoulée. Dans la description qui suit, faite seulement à titre 15 d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels: - les figures 1A, 1B et 1C sont des vues représentant les étapes du procédé selon l'invention conduisant à la réalisation d'une première empreinte de forme cylindrique par emboutissage d'une plaque métallique; - les figures 2A et 2B sont des vues représentant l'étape finale du procédé selon l'invention conduisant à la réalisation d'une forme en contre-dépouille selon l'invention à partir de l'empreinte réalisée par l'exécution des étapes représentées aux figures 1A, 1B, 1C; - les figures 3A et 3B sont des vues représentant un mode d'assemblage par clinchage mettant en uvre le procédé selon 30 l'invention; - les figures 4A, 4B et 4C sont des vues représentatives de formes géométriques de sections transversales d'empreintes pouvant être réalisées par application du procédé selon l'invention; - la figure 5 est un exemple de réalisation d'une forme d'empreinte non symétrique par application du procédé selon l'invention; - la figure 6 est un exemple de réalisation d'une autre forme possible selon le procédé de l'invention; les figures 7A et 7B sont des vues montrant un exemple d'assemblage d'une pièce en matière plastique sur une tôle métallique au moyen d'une empreinte réalisée selon le procédé de l'invention. On se réfère d'abord aux figures 1A, 1B et 1C qui montrent une suite d'étapes conduisant à la réalisation par emboutissage d'une empreinte semi-finie de forme cylindrique. Dans l'étape 1 représentée à la figure 1A, une tôle métallique 1, sur laquelle doit être formée l'empreinte, est présentée sur une presse à emboutir entre un poinçon 2 et une matrice 3. Les surfaces d'extrémité du poinçon 2 et la matrice 3 sont en forme de calotte sphérique référencées respectivement 4a et 4b. Dans l'étape 2 représentée à la figure 2 la matrice en forme de calotte sphérique est remplacée par une matrice de forme 25 cylindrique. Suivent n-2 étapes durant lesquelles d'autres formes de matrices et de poinçons peuvent encore être utilisés pour arriver à la réalisation à l'étape n (représentée figure 1C) d'une empreinte cylindrique semi-finie 5 délimitée par une paroi de fond 5a et une paroi latérale 5b. L'obtention finale de la forme en contre-dépouille est réalisée comme on peut le voir aux figures 2A et 2B, au moyen de deux outils, un outil mâle 6 et un outil femelle 7, de formes complémentaires, entre lesquels l'empreinte semi-finie 5 de la figure 1C est prise en sandwich. L'outil mâle 6 comporte un poinçon 8 en forme de cylindre en saillie sur une surface plane 9 d'extrémité de l'outil 6 et l'outil femelle 7 comporte un logement de forme cylindrique 10 de diamètre d2, ouvert à une extrémité et comportant un fond 11 et une paroi latérale 12. Le diamètre dl du poinçon 8 est sensiblement égal au diamètre intérieur d de l'empreinte semi-finie 5 et le diamètre d2 du logement 10 est supérieur à la somme du diamètre dl augmenté de deux fois l'épaisseur e de la tôle 1. La hauteur hl du poinçon 8 et la hauteur h2 de la paroi 15 latérale 12 sont sensiblement égales et sont inférieures à la hauteur h de l'empreinte semi-finie 5. Dans cette mise en oeuvre, le poinçon 8 est engagé à l'intérieur de l'empreinte semi-finie 5 et le logement 10 vient recouvrir la partie extérieure de l'empreinte semi-finie 5 ce qui réalise la mise en sandwich de l'empreinte semi-finie 5 entre les deux outils 6 et 7 et permet la réalisation de la contre-dépouille. Dans ce mouvement la paroi de fond 11 du logement 10 vient repousser la paroi de fond 5a de l'empreinte semi-finie 5 contre la face d'extrémité 13 du poinçon 8, ce qui provoque une déformation de l'empreinte semi- finie par fluage du métal de la tôle dans l'espace compris entre le poinçon 8 et la paroi latérale 12 du logement 10. Dans cette déformation le diamètre de la paroi de fond 5a de l'empreinte semi-finie s'agrandit jusqu'à devenir égal au diamètre d2 du logement alors que le diamètre d'ouverture de l'empreinte semi-finie reste égal au diamètre dl du poinçon 8 ce qui provoque une déformation de la paroi latérale 5b de l'empreinte semi-finie 5 en forme de tronc de cône de grande base circulaire de diamètre d2 et de petite base circulaire de diamètre dl. La contre-dépouille ainsi réalisée dépend des différences de hauteur h1 et h2 relativement à la hauteur h et du rapport entre les diamètres dl et d2. L'invention s'applique également à l'assemblage de deux tôles entre elles comme le montre le mode de réalisation des figures 3A et 3B. De manière similaire au procédé de réalisation décrit précédemment d'une empreinte sur une seule tôle, une empreinte semi-finie, figure 3A, peut également être réalisée sur les parties superposées des deux tôles la et lb à réunir en suivant les étapes du processus décrit en référence aux figures 1A, 1B et 1C. La réalisation finale de l'empreinte avec contre-dépouille représentée à la figure 3B est obtenue de manière similaire au processus décrit en référence aux figures 2A et 2B. Cependant dans ce processus le diamètre d2 du logement doit être supérieur au diamètre dl du poinçon augmenté de 4 fois l'épaisseur e de chacune des deux tôles si celles ci ont une même épaisseur e ou de deux fois la somme de chacune des épaisseurs el et el si les deux tôles ont des épaisseurs différentes. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites précédemment et s'étend à d'autres variantes. On comprendra que d'autres formes d'empreintes ayant des courbes directrices différentes de celle d'un cercle, par exemple de type polygonal (figure 4A), elliptique (figure 4B), rectangulaire (figure 4C), peuvent aussi être réalisées en application du procédé selon l'invention. Il suffit pour cela d'adapter la forme des outils d'emboutissage et de formation de la contre-dépouille en conséquence. Egalement, il est possible de concevoir d'autres empreintes à formes dissymétriques possédant par exemple une paroi de fond inclinée relativement à l'ouverture de l'empreinte par inclinaison de la paroi de fond 11 du logement 10 et de la face avant du poinçon 8 comme celle représentée à la figure 5 où les éléments homologues à ceux des figures 2A et 2B portent les mêmes références. Plutôt que de réaliser des empreintes à paroi interne inclinée en forme par exemple de tronc de cône ou de tronc de pyramide, il est aussi possible de réaliser des empreintes possédant une paroi interne cylindrique de diamètre dl, prolongée par une paroi cylindrique de diamètre d2 supérieur au diamètre dl. Comme le montre la figure 6 où les éléments homologues à ceux des figures 2A et 2B portent les mêmes références, il suffit de partager le logement 10 en deux parties cylindriques l0a et 10b de diamètres respectifs dl et d2. Dans ces conditions, on obtient une excroissance de matière à l'extrémité de l'empreinte dans l'espace compris entre la paroi latérale de la partie cylindrique 10b de diamètre d2 lorsque la paroi de fond du logement 11 repousse la paroi de fond Sa de l'empreinte 5 contre la face d'extrémité 13 du poinçon 8. Il est cependant nécessaire pour réaliser ce type d'empreinte de scinder l'outil femelle 7 en deux parties 7a et 7b pour permettre à la fin du processus de mise en forme, le dégagement de l'empreinte 5 du logement 10. Ce dernier procédé vaut également pour la réalisation d'empreintes à sections transversales différentes de celle d'un cercle. Il suffit dans ce cas de veiller à ce que la section transversale de la partie inférieure 10b soit supérieure à la section transversale de la partie 10a du logement 10. On a représenté aux figures 7A et 7B deux exemples d'accrochage d'une pièce en matière plastique 14 sur une empreinte 5 du type en queue d'aronde obtenue selon le procédé de l'invention. L'accrochage est réalisé par une injection de matière plastique dans l'empreinte 5 lors du surmoulage de la pièce en matière plastique 14 et on voit qu'il peut être réalisé indifféremment sur l'une ou l'autre face de la tôle 1. Ce principe d'accrochage peut naturellement être étendu en utilisant d'autres formes d'empreintes du type de celles précédemment décrites. Il vaut également pour la réalisation d'accrochage de pièces en matière plastique sur des empreintes obtenues par clinchage de deux tôles à assembler. L'invention est trouve une application particulière dans le 20 domaine des véhicules automobiles. Revendications 1- Procédé de fabrication d'une forme d'empreinte en contre-dépouille sur au moins une plaque métallique, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: - réaliser une première empreinte semi-finie (5) en forme de cylindre de hauteur déterminée (h) par emboutissage d'au moins une plaque métallique (1; la, lb); - réaliser une contre-dépouille par déformation de la première empreinte (5) entre deux outils (6,7), un outil mâle (6) en forme de poinçon (8) et un outil femelle (7) comportant un logement (10) de forme complémentaire à celle du poinçon (8), entre lesquels l'empreinte semi-finie (5) est prise en sandwich, les hauteurs (respectivement hl et h2) du poinçon (8) et du logement (10) étant sensiblement égales et inférieures à la hauteur (h) de l'empreinte semi-finie (5) et la section transversale du logement (10) étant supérieure à la section transversale de l'empreinte semi-finie (5). 2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'outil mâle (6) comporte un poinçon (8) en forme de cylindre en saillie sur une surface plane (9) d'extrémité de l'outil (6) et l'outil femelle (7) comporte un logement de forme cylindrique (10) délimité entre une paroi de fond (11) et une paroi latérale (12). 3- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à engager le poinçon (8) à l'intérieur de l'empreinte semi-finie (5), à recouvrir la partie extérieure de l'empreinte semi-finie (5) par le logement (10) en mettant en contact la paroi de fond (11) du logement (10) avec la paroi de fond (5a) de l'empreinte semi-finie (5) et à comprimer l'empreinte semi-finie (5) entre la paroi de fond (11) du logement (10) et la surface plane d'extrémité(9)de l'outil mâle (6) en repoussant la paroi de fond (5a) de l'empreinte semi-finie (5) contre la face d'extrémité {13) du poinçon (8) pour provoquer une déformation de l'empreinte semi-finie (5) par fluage du métal dans l'espace compris entre le poinçon (8) et la paroi latérale (12) du logement (10). 4- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'empreinte (5) est réalisée dans deux tôles 10 superposées (la,lb). 5- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la section de l'empreinte semi-finie (5) est de forme circulaire, elliptique, ou polygonale. 6- Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il consiste à donner à l'empreinte (5) une forme dissymétrique en inclinant de la même quantité la paroi de fond (11) du logement(10) et la face avant (13) du poinçon (8). 7- Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il consiste à partager le logement (10) en deux parties, une partie supérieure (10a) enserrant l'empreinte semi-finie (5) et une partie inférieure (10b) limitée par la paroi de fond (11) et de section transversale supérieure à celle de la partie supérieure (10a), pour obtenir une excroissance de matière à l'extrémité de l'empreinte dans l'espace compris entre la paroi latérale de la partie cylindrique (10b) lorsque la paroi de fond (11) du logement (10) repousse la paroi de fond (5a) de l'empreinte (5) contre la face d'extrémité (13) du poinçon (8). 8- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il 35 consiste à scinder l'outil femelle (7) en deux parties (7a,7b) pour permettre à la fin du processus de mise en forme le dégagement de l'empreinte du logement (10). 9- Utilisation du procédé selon l'une des revendications précédentes pour la réalisation d'empreintes dédiées à l'accrochage de pièces en matière plastique (14) surmoulées.