Brevet FR2876307A1 — publié le 20060414

L'invention concerne les pièces au moins partiellement en matière plastique, notamment pour véhicule automobile, et en particulier mais non exclusivement les pièces de soubassement. On connaît du document EP-649 736 au nom de la demanderesse une pièce de véhicule automobile réalisée par mise en forme dans un moule d'un empilement comprenant deux peaux en matière thermoplastique et un matériau alvéolaire s'étendant entre les peaux. Chacun de ces trois matériaux n'est pas fluable. Nous appellerons cet empilement dans la suite une structure sandwich. La structure sandwich permet de fabriquer des pièces qui sont à la fois légères et très rigides. Par exemple, une pièce de soubassement telle qu'un carénage sous moteur ou un écran aérodynamique réalisé de manière classique en matière thermoplastique renforcée estampable avec 20 à 30% de fibres de verre et ayant une épaisseur de 2 mm, présente un poids par mètre carré de 2,2 kg. La même pièce réalisée au moyen d'une structure sandwich de 5 mm peut présenter un poids par mètre carré compris entre 1, 4 et 1,7 kg et une rigidité très supérieure. Le même constat s'applique pour des pièces injectées en polypropylène éventuellement renforcées par des fibres de verre. La mise en forme de ces structures sandwich dans un moule n'implique aucun fluage de matière et peut s'apparenter dans ses grands principes à une opération d'emboutissage d'une tôle. Cela implique que le flan de matière placé dans le moule doit recouvrir ce dernier intégralement. Il est même préférable d'utiliser des flans dépassant d'environ 2 à 3 cm au- delà de l'ensemble de la périphérie de la pièce. Le matériau qui dépasse du moule peut être découpé directement dans le moule ou en reprise. Cela implique néanmoins que les chutes de matériau nécessaires au formage de la pièce sont susbtantielles. Elles peuvent ainsi représenter quelques pourcentages de la masse de la pièce pour une pièce rectangulaire, voire 35 à 40% de sa masse pour une pièce de forme complexe. Dans ce dernier cas, le prix de revient de la pièce est relativement élevé. Lorsque ce prix de revient devient prohibitif, on préfère utiliser des solutions de moulage classiques telles que la compression de matières thermoplastiques pleines, c'est-à-dire denses ou encore fluables, ou encore des techniques d'injection. Un but de l'invention est de réaliser une pièce présentant les avantages de la structure sandwich mais ayant un prix de revient réduit. A cet effet, on prévoit selon l'invention une pièce, notamment pour véhicule, présentant deux faces principales opposées l'une à l'autre et comprenant au moins un matériau non fluable s'étendant de l'une à l'autre des deux faces, la pièce comprenant en outre au moins un matériau plastique fluable s'étendant de l'une à l'autre des deux faces. La pièce selon l'invention pourra présenter en outre au moins l'une quelconque des caractéristiques suivantes: - le ou l'un des matériaux non fluables comprend une matière plastique; - le ou l'un des matériaux non fluables comprend une matière autre qu'une matière plastique; - le ou l'un des matériaux non fluables est alvéolaire; - le ou l'un des matériaux non fluables comprend un tissage; - elle comprend un unique matériau non fluable s'étendant de l'une à l'autre des deux faces; - le ou chaque matériau non fluable occupe une partie médiane de la pièce lorsque celle-ci est vue en plan; - le ou chaque matériau fluable s'étend en périphérie de la pièce; - le ou chaque matériau fluable occupe au moins une partie de fixation de la pièce; - le ou chaque matériau non fluable occupe une surface de la pièce plus grande que la surface occupée par le ou chaque matériau fluable; - les matériaux non fluable et fluable comprennent une matière identique; - elle comprend une zone de recouvrement mutuel des matériaux non fluable et fluable; et - la pièce est une pièce de soubassement. On prévoit également selon l'invention un procédé de fabrication d'une pièce, notamment pour véhicule, dans lequel on assemble au moins un matériau non fluable et au moins un matériau plastique fluable de sorte que le ou les matériaux non fluables s'étendent de l'une à l'autre de deux faces principales de la pièce opposées l'une à l'autre et que le ou les matériaux fluables s'étendent de l'une à l'autre des deux faces. Le procédé selon l'invention pourra présenter en outre au moins l'une quelconque des caractéristiques suivantes: - on assemble les matériaux lors de la mise en forme de la pièce; - on immobilise le ou chaque matériau non fluable avant de comprimer le ou chaque matériau fluable; on découpe le ou chaque matériau non fluable lors de la mise en forme; on met en forme les matériaux, puis on assemble les matériaux; et - on assemble plusieurs parties en matériau fluable à une même partie en matériau non fluable. Enfin, on prévoit selon l'invention un moule de fabrication d'une pièce, notamment pour véhicule, comprenant au moins une première zone agencée pour mettre en forme au moins un matériau non fluable de sorte que le ou les matériaux non fluables s'étendent de l'une à l'autre de deux faces principales opposées de la pièce et au moins une deuxième zone agencée pour mettre en forme au moins un matériau plastique fluable de sorte que le ou les matériaux fluables s'étendent de l'une à l'autre des deux faces principales. Le moule selon l'invention pourra présenter en outre au moins l'une quelconque des caractéristiques suivantes: - les première et deuxième zones de la pièce sont agencées pour générer des pressions de mise en forme différentes l'une de l'autre; - il comprend: - une matrice; et - des premier et deuxième poinçons chacun montés mobiles par rapport à la matrice de sorte que le premier poinçon peut être immobilisé par rapport à la matrice pendant que le deuxième poinçon se rapproche de la matrice; le premier poinçon est monté sur le deuxième poinçon; et - il comprend au moins un ressort en appui sur le deuxième poinçon pour solliciter le premier poinçon en direction de la matrice. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description suivante d'un mode préféré de réalisation et de variantes donnés à titre d'exemples non limitatifs en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'une pièce selon un mode préféré de réalisation de l'invention; - la figure 2 est une vue analogue à la figure 1 montrant le flan en structure sandwich qui serait nécessaire pour réaliser intégralement la pièce de la figure 1; - la figure 3 est une vue analogue à la figure 1 montrant sous forme hachurée l'emplacement de la structure sandwich dans la pièce de la figure 1; - la figure 4 est une vue analogue à la figure 3 montrant une variante de réalisation; - les figures 5, 6 et 7 sont trois vues partielles en coupe verticale d'un moule selon un mode préféré de réalisation de l'invention illustrant trois étapes de la fabrication de la pièce de la figure 1; et - les figures 8 et 9 sont deux vues en perspective de principe illustrant deux variantes de réalisation. On a illustré à la figure 1 une pièce 2 selon un mode préféré de réalisation de l'invention. II s'agit ici d'une pièce de soubassement pour un véhicule automobile. Cette pièce est en l'espèce un carénage sous moteur. Il pourrait aussi s'agir d'un écran aérodynamique. En référence à la figure 2, dans l'hypothèse où cette pièce est réalisée au moyen de la structure sandwich sur toute sa surface, le ou les flans de matière alvéolaire doivent avoir une surface supérieure à celle de la pièce. Ce flan 4 a été illustré sur la figure 2. S'agissant d'un flan rectangulaire, il est facile d'observer que les chutes seront nombreuses, ce qui rendra le prix de revient de la pièce relativement élevé. C'est pourquoi la pièce selon l'invention comprend au moins deux matériaux, à savoir au moins un matériau non fluable et au moins un matériau fluable. La pièce 2 comprend deux faces principales 6 et 8 opposées l'une à l'autre de part et d'autre de la pièce. Dans les parties 12 comprenant du matériau fluable, ce matériau s'étend de l'une à l'autre des deux faces 6, 8. Dans la partie 10 comprenant les matériaux non fluables, ceux-ci forment un empilement s'étendant de l'une à l'autre des deux faces. On a illustré à la figure 3 avec des hachures la partie 10 de la pièce formée avec les matériaux non fluables dans une première possibilité de réalisation. Cette partie est constituée de la structure sandwich, à savoir et comme illustré à la figure 8, un empilement de trois couches comprenant deux peaux 50 en matière thermoplastique entre lesquelles s'étend un matériau thermoplastique alvéolaire 52, par exemple à structure en nid d'abeille. Chacun de ces trois matériaux est non fluable dans cet agencement. Comme on le voit sur la figure 3, la partie 10 a une forme rectangulaire en plan et occupe une partie médiane de la pièce sans s'étendre jusqu'à aucun des bords périphériques de la pièce. Par ailleurs, la pièce comprend une partie 12 en matériau plein, dense, et fluable. Ce matériau est ici une matière thermoplastique estampable renforcée par des fibres de verre. Cette partie s'étend tout autour de la partie 10 et forme la périphérie de la pièce en constituant un cadre. C'est au sein de cette partie 12 que sont ménagées des zones de fixation 14 de la pièce 2 au reste du véhicule. Le matériau fluable formant la partie 12 est en effet particulièrement adapté pour constituer les formes complexes de la géométrie de la pièce, telles que les zones techniques de fixation. La partie 10 comprenant les matériaux non fluables s'étend sur une plus grande surface de la pièce que la partie 12 en matériau fluable. De manière préférentielle, les matières de base utilisées pour constituer les matériaux non fluables 10 et le matériau fluable 12 seront des matières thermoplastiques identiques, telles que du polypropylène, du polyamide ou encore du polyéthylènetéréphtalate (PET). Dans le cas de ce carénage, on peut ainsi obtenir une pièce constituée de: - 0,6 m2 de structure sandwich avec une épaisseur de 5 mm et une grande rigidité. La part de chutes dans le matériau alvéolaire est réduite à 0. - 0,15 m2 de matériau fluable qui remplit les zones de périphérie de la pièce et intègre les points de fixation. Sachant que dans le mode de réalisation de la figure 3 la partie 12 en matériau dense rend la pièce relativement lourde, on préfère fabriquer la pièce 2 comme illustré dans la variante de la figure 4. Sur celle-ci, on observe que, à nouveau, la plus grande partie de la pièce qui correspond à sa partie médiane est formée au moyen de la structure sandwich 10. Pour cela, on utilise un flan 22 de structure sandwich dont les dimensions dépassent celles de la partie médiane de la pièce sans toutefois recouvrir certaines zones de la périphérie. Par ailleurs, on forme plusieurs parties 12 de la périphérie de la pièce au moyen de plusieurs flans 16 de matériau fluable tel que du matériau thermoplastique renforcé estampable. Comme indiqué sur la figure 4, les flans 16 disposés dans le moule à cette fin sont par exemple au nombre de 5. Dans cette variante, les parties 12 sont donc discontinues les unes avec les autres. Le bord périphérique de la pièce finie est formé pour partie par la structure sandwich 10 et pour partie par le matériau fluable 12. Par rapport à l'exemple de la figure 3, on réduit donc la surface occupée par le matériau fluable 12, ce qui permet de rendre la pièce plus légère. Certes, cela entraîne la génération de quelques chutes dans le matériau alvéolaire, en particulier pour générer certains bords de la pièce, mais ces chutes sont limitées. Sachant que la pièce ainsi fabriquée est beaucoup plus rigide qu'une pièce réalisée intégralement en matériau fluable, on peut réduire le nombre de points de fixation 14. Cette pièce est également beaucoup plus légère que la pièce intégralement réalisée en matériau fluable. On a illustré aux figures 5 à 7 un moule de fabrication de la pièce de la figure 1. Le moule suivant ce principe permettra de réaliser au choix les pièces des figures 3 ou 4. Le moule 30 comprend une matrice 32 s'étendant en partie inférieure et deux poinçons 34, 35 s'étendant au-dessus de la matrice. Le moule comprend une cavité 36 délimitée entre la matrice et les poinçons pour le formage de la pièce. Chacun des poinçons 34 et 35 est monté mobile par rapport à la matrice 32 à coulissement suivant la direction verticale 38. Les moyens assurant ce montage mobile pour le poinçon 35 n'ont pas été illustrés et sont classiques. Dans le présent exemple, le premier poinçon 34 est monté sur le deuxième poinçon 35. Il est mobile par rapport à ce dernier en étant guidé à coulissement suivant la direction 38 dans une cavité 40 ménagée dans la face inférieure du poinçon 35. Le moule comprend au moins un ressort 42, et de préférence plusieurs, s'étendant suivant la direction verticale et dont une extrémité inférieure est en appui sur une face supérieure du premier poinçon 34 et dont une extrémité supérieure est en appui contre une face inférieure du deuxième poinçon 35. Ainsi, le ressort 42 sollicite le premier poinçon 34 en direction de la matrice en prenant appui sur le deuxième poinçon 35. L'ensemble formé par le premier poinçon 34 et la partie de la matrice 32 s'étendant en regard constitue dans le moule une zone de formage de la partie 10 associée à la structure sandwich. Par ailleurs, l'ensemble formé par le deuxième poinçon 35 et les autres parties de la matrice en regard constitue une zone du moule dédiée au formage des parties 12 en matériau fluable. Pour réaliser la pièce, on dépose la structure sandwich 10 comprenant le matériau alvéolaire sur la partie centrale de la matrice 32 et en périphérie un ou plusieurs tronçons de matériau fluable 12. La structure sandwich s'étend en regard du premier poinçon 34 tandis que le matériau fluable s'étend en regard du deuxième poinçon 35 en périphérie de la structure 10. On fait ensuite descendre l'équipage formé par le premier poinçon 34 et le deuxième poinçon 35. Au cours de cette descente, le premier poinçon 34 reste immobile par rapport au deuxième poinçon 35. Il vient ensuite en contact avec la structure sandwich 10 avant que le deuxième poinçon 35 ne vienne en contact avec le matériau fluable 12 comme illustré à la figure 6. Ce contact provoque le pincement de la structure sandwich 10 et par conséquent son immobilisation par rapport à la matrice. Le premier poinçon 34 reste alors immobile par rapport à la matrice 32 tandis que se poursuit la descente du deuxième poinçon 35 qui vient en contact avec le matériau fluable 12 et que se compriment les ressorts 42. Le matériau fluable 12 comprimé entre le deuxième poinçon 35 et la matrice 32 flue en périphérie du matériau 10 sans migrer sur les faces supérieure et inférieure du matériau 10 qui se trouvent pincées entre le premier poinçon 34 et la matrice 32. Grâce à un tel agencement, la pression exercée entre le premier poinçon 34 et la matrice peut être relativement faible et par exemple de l'ordre de 10.105 Pa tandis que, entre le deuxième poinçon 35 et la matrice 32, elle peut être beaucoup plus élevée et par exemple comprise entre 200 et 250.105 Pa. Lors du moulage, à la frontière entre les matériaux 10 et 12 est générée une zone de recouvrement mutuel dans laquelle l'épaisseur de la pièce est formée par l'assemblage des matériaux fluable et non fluables. A cette zone, les matériaux se soudent dans le moule par action de la température et de la pression. Ce soudage est facilité par le fait que les matériaux sont formés par la même matière de base. Comme on le voit, la pièce est formée au moyen d'une unique étape de mise en forme dans un moule commun recevant les matériaux. Le matériau 12 se présentera généralement sous la forme de barres rectangulaires 16 que l'on disposera dans le moule de préférence après une étape de chauffage préalable, de même que pour la structure sandwich. De préférence, on disposera toujours les tronçons de matériau 12 dans des zones du moule correspondant à des parties de la pièce destinées à être formées par ce matériau une fois celles-ci mises en forme. Le fluage du matériau permet en effet de boucher les zones non recouvertes par la matière avant la fermeture du moule. Un avantage du pincement préalable de la structure sandwich avant de provoquer le fluage du matériau 12 est de la confiner dans une zone bien précise du moule pour éviter un manque de matière lors du fluage du matériau 12. II est à noter que des techniques de projection de matière pourraient éventuellement permettre de se dispenser du pincement préalable de la structure sandwich. Bien que cela n'ait pas été illustré sur les figures 5 à 7, on pourra prévoir de découper à l'occasion de la fermeture du moule les parties excédentaires de la structure sandwich non destinées à faire partie de la pièce 2 comme dans l'exemple de la figure 4. Dans un autre mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on pourra prévoir dans une première étape de mouler pour la mettre en forme la structure sandwich destinée à former la partie 10 de la pièce. Indépendamment de cela et dans une deuxième étape, on pourra mettre en forme dans un autre moule le matériau fluable 12. Dans une troisième étape, on assemble la partie 10 avec la ou les parties 12 par un mode d'assemblage classique tel que la soudure (par vibration, ultrasons, laser, miroir, ...), par collage ou encore par assemblage mécanique (vis, clip, rivet, ...). Notamment, on pourra dans le cadre de ce deuxième mode de réalisation constituer des parties 12 séparément les unes des autres pour les rapporter indépendamment les unes des autres sur la partie 10. En variante, on pourrait prévoir de fabriquer les parties 12 en matériau fluable par extrusion compression, injection ou autre. Dans tous ces modes de réalisation, sachant que les temps de préchauffage des matériaux 10 et 12 sont différents, on pourra utiliser deux fours différents. L'invention permet de profiter des avantages de la structure sandwich (gain de poids par rapport à des pièces moulées avec un matériau 2876307 io dense) et rigidité plus élevée, ce qui permet en retour de réduire le nombre de points de fixation de la pièce à son support sur le véhicule. L'invention permet d'éviter les chutes importantes de matière. Le matériau fluable 12 permettra de réaliser des parties techniques de la pièce telles que les zones de fixation, les pattes, etc. On a illustré à la figure 8 une variante de réalisation de la pièce 2 selon l'invention. Il s'agit d'une vue éclatée en perspective illustrant la structure des parties 10 et 12. On retrouve dans la partie 10 la structure sandwich comprenant deux peaux 50 en matière thermoplastique et un matériau alvéolaire 52 par exemple en nid d'abeilles s'étendant entre les deux peaux. Au niveau de la partie 10, les peaux sont destinées à former les faces principales 6 et 8 de la pièce. Les parties 12 sont constituées au moyen d'un matériau thermoplastique renforcé estampable comme précédemment. Dans le présent exemple, la partie 52 en nid d'abeilles est formée non pas en matière thermoplastique mais dans une autre matière qu'une matière plastique. Il s'agit en l'espèce de carton ou de papier. Dans la variante de réalisation de la figure 9, les parties 12 sont inchangées et encore réalisées dans une matière thermoplastique fluable. Cette fois, la partie 10 est constituée au moyen d'un tissu 54 comprenant des brins de matière thermoplastique formant par exemple des fils de trame, entrelacés avec des brins de fibres de verre formant par exemple des fils de chaîne. Un tel produit est commercialisé par la société Vétrotex sous la dénomination Twintex. Aucune autre couche n'est superposée à ce tissu qui est destiné à former les faces principales 6 et 8 de la pièce au niveau de la partie 10. Alternativement, on pourra superposer entre elles plusieurs couches de ce tissu. On pourra de même remplacer ce tissu 54 par le matériau dénommé Symalite et commercialisé par la société Quadrant. Le Symalite présente par ailleurs un caractère légèrement poreux. Les matériaux Twintex et Symalite sont en effet non fluables. 2876307 Il Dans les deux variantes des figures 8 et 9, la pièce et sa fabrication sont, par ailleurs, conformes à ce qui a été décrit plus haut en référence aux figures 1 et 3 à 7. L'invention vise en particulier les cas où plusieurs matériaux non fluables (par exemple au nombre de deux) sont empilés de sorte que cet empilement s'étend de l'une à l'autre des faces principales 6, 8 de la pièce pour former la partie 10, cet empilement étant constitué uniquement de matériaux non fluables. Bien entendu, on pourra apporter à l'invention de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci. Dans la structure sandwich, on pourra remplacer la couche en nid d'abeilles par une mousse. L'invention n'est pas limitée aux véhicules et s'étend aux domaines les plus variés. L'invention pourra servir dans les aéronefs, etc. REVENDICATIONS 1. Pièce, (2) notamment pour véhicule, présentant deux faces principales (6, 8) opposées l'une à l'autre et comprenant au moins un matériau non fluable (10) s'étendant de l'une à l'autre des deux faces, caractérisée en ce que la pièce comprend en outre au moins un matériau plastique fluable (12) s'étendant de l'une à l'autre des deux faces. 2. Pièce selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le ou l'un des matériaux non fluables comprend une matière plastique. 3. Pièce selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le ou l'un des matériaux non fluables comprend une matière autre qu'une matière plastique. 4. Pièce selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le ou l'un des matériaux non fluables est alvéolaire. 5. Pièce selon l'une quelconque des revendications précédentes, 20 caractérisée en ce que le ou l'un des matériaux non fluables comprend un tissage. 6. Pièce selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un unique matériau non fluable 25 s'étendant de l'une à l'autre des deux faces. 7. Pièce selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le ou chaque matériau non fluable (10) occupe une partie médiane de la pièce lorsque celle-ci est vue en plan. 8. Pièce selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le ou chaque matériau fluable (12) s'étend en périphérie de la pièce. 9. Pièce selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le ou chaque matériau fluable (12) occupe au moins une partie de fixation (14) de la pièce. 10. Pièce selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le ou chaque matériau non fluable (10) occupe une surface de la pièce plus grande que la surface occupée par le ou chaque matériau fluable (12). 11. Pièce selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les matériaux non fluable et fluable comprennent une matière identique. 12. Pièce selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend une zone de recouvrement mutuel des matériaux non fluable et fluable. 13. Pièce selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la pièce (2) est une pièce de soubassement. 14. Procédé de fabrication d'une pièce (2), notamment pour véhicule, caractérisé en ce qu'on assemble au moins un matériau non fluable (10) et au moins un matériau plastique fluable (12) de sorte que le ou les matériaux non fluables s'étendent de l'une à l'autre de deux faces principales (6,8) de la pièce opposées l'une à l'autre et que le ou les matériaux fluables s'étendent de l'une à l'autre des deux faces. 15. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on assemble les matériaux lors de la mise en forme de la pièce. 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 14 ou 15, caractérisé en ce qu'on immobilise le ou chaque matériau non fluable (10) avant de comprimer le ou chaque matériau fluable (12). 17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, caractérisé en ce qu'on découpe le ou chaque matériau non fluable (10) lors de la mise en forme. 18. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'on met en forme les matériaux, puis on assemble les matériaux. 19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 14 ou 18, caractérisé en ce qu'on assemble plusieurs parties en matériau fluable (12) à une même partie en matériau non fluable (10). 20. Moule (30) de fabrication d'une pièce, notamment pour véhicule, comprenant au moins une première zone agencée pour mettre en forme au moins un matériau non fluable de sorte que le ou les matériaux non fluables (10) s'étendent de l'une à l'autre de deux faces principales opposées de la pièce, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une deuxième zone agencée pour mettre en forme au moins un matériau plastique fluable (12) de sorte que le ou les matériaux fluables s'étendent de l'une à l'autre des deux faces principales (6,8). 21. Moule selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les première et deuxième zones de la pièce sont agencées pour générer des pressions de mise en forme différentes l'une de l'autre. 22. Moule selon l'une quelconque des revendications 20 à 21, caractérisé en ce qu'il comprend: - une matrice (32) ; et - des premier et deuxième poinçons (34,35) chacun montés mobiles par rapport à la matrice de sorte que le premier poinçon (34) peut être immobilisé par rapport à la matrice pendant que le deuxième poinçon (35) se rapproche de la matrice (32). 23. Moule selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le premier poinçon (34) est monté sur le deuxième poinçon (35). 24. Moule selon l'une quelconque des revendications 22 à 23, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un ressort (42) en appui sur le deuxième poinçon (35) pour solliciter le premier poinçon (34) en direction de la matrice (32).