Brevet FR2875423A1 — publié le 20060324

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE FEUILLE METALLIQUE AVEC AU MOINS UNE ZONE DE SUREPAISSEUR INTEGREE POUR JOINT METALLIQUE SERRE, NOTAMMENT UN JOINT DE CULASSE ET FEUILLE OBTENUE La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une feuille métallique avec au moins une zone de surépaisseur intégrée pour un joint métallique serré tel qu'un joint de culasse. L'invention couvre aussi le joint incluant au moins une feuille métallique ainsi 5 obtenue munie d'au moins une zone de surépaisseur permettant la réalisation d'un joint. On sait que dans le cas des joints métalliques serrés tels que les joints de culasse, notamment la feuille d'un joint mono feuille ou l'une des feuilles actives d'un joint multi feuilles, les zones de contrainte se situent autour des points de serrage. Ces zones sont donc relativement concentrées et provoquent des disparités dans la répartition des pressions exercées et donc des disparités possibles de l'étanchéité de certaines zones. La solution qui consiste à augmenter les pressions de serrage ne convient généralement pas car la disparité des pressions subsiste. De plus, une augmentation des pressions de serrage engendre des redimensionnements de pièces, ce qui est contraire aux buts généralement recherchés par l'industrie automobile, en terme de légèreté au moins. Aussi, pour rétablir cet équilibre des répartitions, il est connu de réaliser des 20 butées. Ces butées, judicieusement disposées assurent une reprise des efforts en certaines zones distinctes des points de serrage, homogénéisant la cartographie des pressions d'étanchéité. 5i de nombreuses solutions ont été proposées pour réaliser de telles butées, elles ne s'avèrent pas toutes satisfaisantes, notamment du point de vue du coût. Il faut en effet non seulement que les joints équipés de ces butées donnent des résultats probants dans l'équilibre des répartitions des efforts de serrage mais qu'ils soient de fabrication rapide, peu coûteuse avec une reproductibilité satisfaisante. Dans l'industrie, on sait que la reprise de pièces pour des étapes complémentaires de fabrication est très pénalisantes du point de vue de la gestion et surtout une telle reprise engendre des surcoûts importants. L'obtention de butées directement sur la ligne de fabrication, en continu, du joint mono feuille ou d'une des feuilles d'un joint multi feuilles est également un des objectifs de la présente invention. Une autre contrainte est l'obtention sur une même feuille ou une même tôle de butées de différentes épaisseurs en fonction des zones afin de réaliser une cartographie de pressions et non uniquement des points de répartition. Dans ce cas, on constate qu'il s'agit plutôt de butées surfaciques et de fait on utilise pour la suite de la description le terme de zone de surépaisseur. Un autre des objectifs de l'invention est de pouvoir obtenir, après serrage, la cartographie de pressions recherchée et donc de prévoir des zones de surépaisseur réparties de façon adaptée pour obtenir cette cartographie. Afin d'obtenir une telle répartition, la multiplication des zones de surépaisseur est une nécessité d'où l'intérêt d'une réalisation simple telle qu'envisagée par la présente invention. Le fait de pouvoir mieux répartir les efforts de pression conduit également à une moindre déformation des pièces qui serrent le joint de part et d'autre. Ceci a 2875423 3 aussi pour conséquence une possible réduction des dimensions de ces pièces ou de leur complexité nécessaire pour répondre à de telles déformations. L'invention est maintenant décrite en détail suivant un mode de réalisation particulier, non limitatif, ainsi qu'à travers des variantes. Cette description est effectuée en regard du jeu de figures annexées, lesquelles figures représentent: figure 1, une vue d'une feuille d'un joint d'étanchéité métallique, figures 2A, 2B et 2C, des vues des étapes d'un synoptique de fabrication des zones de surépaisseur selon l'invention, pour un joint d'étanchéité tel que celui de la figure 1, figure 3, une vue de détail fortement grossie d'une zone de surépaisseur obtenue, figures 4A à 4F, une vue de différents profils de découpes pour l'obtention de zones de surépaisseur selon l'invention, et figure 5, une vue en perspective d'une zone de surépaisseur avec nervures, et figures 6A et 6B, deux vues en coupe suivant les lignes 6A-6A et 6B-6B de la figure 5. Sur la figure 1, on a représenté une feuille 10 d'un joint mono feuille ou une des feuilles actives dans le cas d'un joint multi feuilles. On utilise pour la suite de la description le terme feuille pour désigner indifféremment une feuille métallique d'un joint mono feuille ou une des feuilles dans le cas d'un joint multi feuilles, notamment la feuille intermédiaire, généralement en acier doux plus malléable. Cette feuille présente pour une application à un joint de culasse par exemple une épaisseur de 0,10 à 1,0 millimètre. 2875423 4 Pour la suite de la description également, le joint de culasse est cité en exemple mais les applications peuvent s'étendre à des joints pour lignes d'échappement, à des joints de collecteurs ou plus généralement à des joints périphériques. Cette feuille 10 comprend généralement des découpes 12 centrales, correspondant aux cylindres et des trous 14 et 16, respectivement de passages d'eau et d'huile. Il est aussi prévu des passages 18 des vis de serrage des deux pièces, en l'occurrence pour un joint de culasse, le bloc moteur et la culasse. Le procédé selon la présente invention consiste à réaliser au moins une découpe 20 dans la feuille 10, pour obtenir une écaille 22, ladite découpe étant partielle pour permettre un pliage de ladite écaille obtenue, suivant la ligne non découpée. L'écaille 22 découpée et pliée est représentée sur la figure 2A. Elle présente une longueur L. Elle est de profil conjugué de celui de la découpe. La deuxième étape de réalisation de la zone de surépaisseur selon l'invention consiste à provoquer l'allongement de ladite écaille 22 par exemple par matriçage. Cet allongement AL reste limité et il est de préférence exercé à l'extrémité libre de ladite écaille. La troisième étape consiste en un aplanissement et un calibrage simultané de la hauteur en saillie de ladite écaille 22 pour obtenir une zone 24 de surépaisseur de hauteur adaptée. Ce calibrage est obtenu en pressant ladite écaille en sorte qu'elle tende à reprendre sa place dans la découpe dont elle est issue. Du fait de l'allongement AL, la réintégration de l'écaille dans la découpe est impossible. Cette action provoque un chevauchement avec superposition de l'extrémité de l'écaille 22 sur le bord de la découpe, provoquant une surépaisseur de hauteur h constituant lors du montage une zone de surépaisseur telle que recherchée. L'effort d'aplanissement et de calibrage permet de régler la hauteur recherchée. 2875423 5 Les efforts de calibrage doivent être inférieurs à ceux de serrage ultérieur de la feuille pour son utilisation en tant qu'élément de joint. Ainsi la zone de surépaisseur réalisée résiste aux efforts sans s'écraser. Cette zone de surépaisseur est représentée en détail sur la figure 3. Sous les efforts de calibrage, les bords de la découpe et l'extrémité de l'écaille fluent et se déforment pour constituer une interface 26, sensiblement en biseau. Pour donner un ordre de grandeur, les découpes et les écailles qui en sont issues ont des dimensions de l'ordre de 0,5 à 5 millimètres pour la plus grande de ces dimensions. Les outils de calibrage et d'aplanissement peuvent présenter des profils non plans en sorte de provoquer des calibrages différents et conférer différentes hauteurs h aux zones de surépaisseur. Ces variations de hauteur permettent de générer une cartographie surfacique et non plus par points. La distribution des pressions est très progressive et quasiment continue sur 15 toute la surface sans générer de points de contrainte. La densité des zones de surépaisseur, leurs dimensions, leur hauteur, leur localisation sur la surface permettent des réglages très fins de la répartition. Comme on peut le constater sur les figures 4, les formes des découpes et donc des écailles qui en sont issues, sont curvilignes longues, courtes, oblongues, rectangulaires, triangulaires ou circulaires. Ces profils sont retenus en fonction de la zone et de l'espace disponible dans cette zone. Sur une même feuille, les profils peuvent être différents. On constate que chaque feuille métallique peut subir les différentes étapes du procédé en continu sur une même ligne. Le joint ainsi obtenu équipé d'au moins une feuille avec au moins une zone de surépaisseur obtenue selon le procédé de l'invention reste simple et parfaitement reproductible une fois les outils adaptés 2875423 6 réalisés puisqu'il n'y a aucune autre intervention extérieure susceptible de faire varier les différents paramètres. Un tel procédé est plus particulièrement applicable dans le cas des joints de culasse métallique mono feuille et pour la feuille intermédiaire d'un joint multi feuilles. Selon une variante de la présente invention, il est possible de réaliser simultanément à l'allongement ou en lieu et place de l'allongement, au moins une nervure 28, par exemple de l'extrémité de l'écaille. Ceci permet d'obtenir aussi une zone de surépaisseur et augmente les modes de réalisation pour répondre à des problématiques qui pourraient s'avérer plus complexe et notamment dans le cas où le matériau de la feuille est peu malléable comme l'acier inox qui constitue les joints mono feuille. De même, dans le cas du nervurage des écailles, sans allongement, chaque écaille peut rester en place dans sa découpe. Ce sont les nervures qui assurent alors la 15 hauteur de la surépaisseur. Ceci est représenté sur les figures 5, 6A et 6B. 7 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une feuille (10) métallique comprenant au moins une zone de surépaisseur, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - réalisation d'au moins une découpe (20) dans ladite feuille (10) métallique pour obtenir au moins une écaille (22), déformation de chaque écaille (22), - aplanissement et calibrage simultané de la hauteur en saillie de chaque écaille (22) pour obtenir une zone (24) de surépaisseur de hauteur h adaptée. 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on réalise une déformation avec pliage de ladite écaille (22) et allongement de cette écaille (22), avant aplanissement et calibrage, pour obtenir un chevauchement. 3. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'allongement de chaque écaille (22) est réalisé à l'extrémité libre de celle-ci. 4. Procédé de fabrication selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'on réalise une déformation de l'écaille (22) par nervurage. 5. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on réalise plusieurs écailles (22) et on réalise des aplanissements et des calibrages différenciés en sorte d'obtenir une cartographie de zones (24) de surépaisseur de différentes hauteurs. 6. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape d'aplanissement et de calibrage est conduite en sorte de provoquer une interface en biseau au droit du chevauchement. 7. Joint mono feuille ou multi feuilles incluant une feuille métallique munie d'au moins une zone de surépaisseur obtenue par le procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend des découpes dont le profil est choisi parmi les formes curvilignes longues ou courtes, oblongues, rectangulaires, triangulaires ou circulaires pour constituer des écailles de profil conjugué. 8. Joint selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs 5 zones de surépaisseur de même forme et de différentes hauteurs. 9. Joint selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs zones de surépaisseur de différentes formes et de même hauteur. 10. Joint selon l'une des revendications 6, 7, 8 ou 9, caractérisé en ce que au moins l'une des écailles (22) comprend au moins une nervure (28).