Brevet FR2889467A1 — publié le 20070209

La présente invention concerne un procédé de fabrication, par emboutissage, d'une pièce métallique présentant une forme déterminée et un contour déterminé, intérieur et/ou extérieur, à partir d'un flan réalisé au moins partiellement en un matériau dit trempant , ledit procédé comportant une succession d'étapes consistant à : a) chauffer le flan à une première température, convenant à une trempe ultérieure dudit matériau, b) placer le flan dans un outil d'emboutissage propre à le mettre à ladite forme déterminée et à le découper selon ledit contour déterminé, l'outil d'emboutissage présentant une deuxième température déterminée inférieure à ladite première température déterminée et telle que le contact du flan avec l'outil d'emboutissage soit susceptible de provoquer la trempe dudit matériau, c) procéder à l'emboutissage du flan au moyen de l'outil d'emboutissage, en provoquant la trempe dudit matériau, pour fabriquer la pièce, d) dégager la pièce de l'outil d'emboutissage. Ce procédé, bien connu sous le nom d'emboutissage à chaud, permet de réaliser des pièces embouties, en particulier des pièces de structure de caisse d'automobile, en répondant aux exigences croissantes d'allègement et de tenue aux chocs en la matière. En combinant dans un même flan un matériau trempant, tel qu'un acier au bore 22 MnB5 du type commercialisé sous les dénominations BTR 65 et USIBOR 1500, et un matériau non trempant, tel qu'un acier ordinaire, comme l'enseigne par exemple la demande de brevet allemand n 10 2004 054 795.5, déposée le 12 novembre 2004 par la Société ThyssenKrupp Automotive AG, ou encore la demande de brevet français n 05 08368, déposée par la Demanderesse le même jour que la présente demande et intitulée Fabrication d'une pièce par emboutissage à chaud, avec trempe différenciée, et pièce obtenue , on peut même distinguer dans la pièce emboutie au moins une première zone déterminée trempée et au moins une deuxième zone déterminée non trempée, de contour respectif déterminé et de position respective déterminée par rapport au contour déterminé de la pièce, ce qui permet, en une seule opération de formage et de trempe simultanée, de réaliser une pièce présentant au moins une zone comparativement rigide, propre à résister à la déformation lors d'un choc orienté d'une façon déterminée, et au moins une zone comparativement tendre, propre à se déformer dans le cas d'un tel choc d'orientation déterminée, ou encore pour faciliter un assemblage avec d'autres pièces, ou encore pour faciliter une désincarcération des passagers d'un véhicule après un accident. On peut ainsi conférer à différentes zones d'une même pièce des comportements prévisibles différents, en cas de choc d'une orientation déterminée, le plus souvent dans un souci de sécurité des occupants d'un véhicule, ainsi que pour faciliter l'assemblage de certaines pièces. Le but de la présente invention est d'augmenter encore les possibilités associées à une même pièce réalisée par emboutissage à chaud. A cet effet, la présente invention propose un procédé du type indiqué en préambule, comportant la succession des étapes a, b, c et d, et caractérisé en ce que, lors de l'étape c, on crée localement dans la pièce, en référence à ladite forme déterminée, au moins une bosse conçue en fonction d'un effet recherché d'absorption et de dissipation de l'énergie d'un choc et/ou de transmission de l'énergie d'un choc. On peut ainsi, en créant une bosse de forme et de position convenablement choisies, dans la pièce, lors de l'emboutissage à chaud de celle-ci, permettre l'absorption et la dissipation de l'énergie d'un choc dans cette pièce, ou bien la transmission de cette énergie à d'autres pièces, dans des conditions déterminées en fonction d'un effet recherché. Naturellement, on peut créer ladite bosse, au nombre d'au moins une, par emboutissage à chaud, ou encore par un autre procédé tel qu'une thermodépression, pratiquée au cours de l'étape c. L'aménagement de la bosse, au nombre d'au moins une, pendant l'étape d'emboutissage à chaud peut bénéficier, en fonction d'un effet recherché, de toutes les possibilités offertes par ce procédé d'emboutissage et, en particulier, on peut aménager dans ladite bosse, au nombre d'au moins une, au moins un ajour de forme déterminée en fonction d'une programmation souhaitée dudit effet recherché, et on peut, lors de l'étape c, effectuer la trempe de façon sélective, distinguant au moins une première zone déterminée trempée et au moins une deuxième zone déterminée non trempée, de contour respectif déterminé et de position respective déterminée par rapport audit contour déterminé de la pièce, à l'intérieur de ladite bosse, au nombre d'au moins une, et/ou entre ladite bosse, au nombre d'au moins une, et une partie de la pièce qui en est voisine et présente ladite forme déterminée, en fonction dudit effet recherché. Naturellement, on ne sort pas du cadre de la présente invention en réalisant la bosse, au nombre d'au moins une, sous une forme pleine, et/ou avec une trempe ou une absence de trempe respectivement identique à une trempe ou une absence de trempe d'une partie de la pièce qui en est voisine et présente ladite forme déterminée, les choix à ces différents égards pouvant être effectués librement par un Homme du métier en fonction d'un effet recherché par la création, la forme et la position de la bosse au nombre d'au moins une. Dans la mesure où la mise en oeuvre du procédé selon l'invention permet d'obtenir une pièce métallique emboutie de conformation originale, la présente invention s'étend également à une telle pièce métallique emboutie, présentant une forme déterminée et un contour déterminé et réalisée au moins partiellement en un matériau trempé, cette pièce étant caractérisée en ce qu'elle présente, en référence à ladite forme déterminée, au moins une bosse localisée, conçue en fonction d'un effet recherché d'absorption et de dissipation de l'énergie d'un choc et/ou de transmission de l'énergie d'un choc. Ladite bosse, au nombre d'au moins une, peut être pleine, ou encore comporter au moins un ajour de forme déterminée en fonction d'une programmation souhaitée dudit effet recherché et/ou elle peut présenter une trempe ou une absence de trempe comme les parties de la pièce qui en sont voisines et qui présentent ladite forme déterminée; cependant, la pièce peut également présenter une trempe sélective distinguant au moins une première zone déterminée réalisée au moins partiellement dans ledit matériau trempé et une deuxième zone déterminée exempte dudit matériau trempé, de contour respectif déterminé et de position respective déterminée par rapport audit contour déterminé de la pièce, à l'intérieur de ladite bosse, au nombre d'au moins une, et/ou entre ladite bosse et une partie de la pièce qui en est voisine et présente ladite forme déterminée, en fonction dudit effet recherché. Une telle pièce conforme à la présente invention présente naturellement tout son intérêt lorsqu'elle est intégrée à une structure métallique, dans laquelle elle peut ainsi jouer un rôle particulier, et la présente invention s'étend à une telle structure métallique, en particulier de caisse de véhicule automobile, formée d'un assemblage d'au moins deux pièces métalliques et caractérisée en ce qu'une première, au moins, desdites pièces métalliques est conforme à la présente invention. Dans cette structure métallique, la bosse, au nombre d'au moins une, peut simplement servir à absorber et dissiper de l'énergie d'un choc dans la pièce qui la comporte, ou bien assurer la transmission de cette énergie à au moins une autre pièce; alors, la structure selon l'invention se caractérise en ce que la bosse, au nombre d'au moins une, de la première pièce métallique est placée en regard d'une zone localisée de la deuxième pièce métallique dans une relation choisie entre un contact mutuel en l'absence de choc et une absence de contact mutuel en l'absence de choc, avec contact mutuel en cas de choc déterminé en orientation et en énergie. D'autres caractéristiques et avantages de ces différents aspects de la présente invention ressortiront de la description ci-dessous, relative à un exemple non limitatif de mise en uvre, ainsi que des dessins annexés qui accompagnent cette description. La figure 1 montre une vue en perspective, depuis l'extérieur d'une caisse de véhicule, d'une partie de structure de cette caisse, constituée d'un pied-milieu et d'un longeron, réalisés conformément à la présente invention et assemblés mutuellement de façon solidaire, et d'une traverse coopérant avec le longeron. La figure 2 montre une vue de cette même partie en perspective depuis l'intérieur de la caisse. La figure 3 montre un détail des zones de jonction mutuelle respectives du pied-milieu et du longeron, en une vue similaire à celle de la figure 2 mais plus plongeante. Les figures 4 et 5 montrent, selon deux variantes, les mêmes zones que la figure 3, en coupe par un plan repéré en III-III à la figure 2. Les figures 6 et 7 montrent deux variantes d'un autre détail, vu en coupe selon un plan repéré en VI-VI à la figure 2 et correspondant à la coopération entre le longeron et la traverse. La figure 8 montre une vue en perspective d'un exemple de bosse ajourée, susceptible d'être prévue conformément à la présente invention, en vue d'une programmation souhaitée de l'effet recherché au moyen de cette bosse, en cas de choc. Il est bien entendu que, bien que l'on ait choisi une partie de structure de caisse de véhicule automobile pour illustrer la présente invention, les applications de celle-ci ne sont pas limitées à la fabrication de pièces de structure de véhicule automobile, et que l'on pourrait réaliser conformément à la présente invention, sans sortir pour autant du cadre de celle-ci, des pièces métalliques, embouties à chaud, destinées à être intégrées à d'autres structures, qu'il s'agisse de structures de véhicule automobile ou de structures autres. Aux figures 1 à 3, on a désigné par 1 une partie de structure de caisse de véhicule automobile composée: - d'un pied-milieu 2, comportant une partie centrale 3 orientée approximativement suivant une direction verticale 4 lorsque le véhicule est en service, une partie supérieure 5 orientée approximativement suivant une direction horizontale 6 lorsque le véhicule est en service et destinée à s'emboîter sur un cadre de toit, non représenté, et une partie inférieure 7 également orientée approximativement suivant la direction horizontale 6 et emboîtée, dans un sens 9 d'une autre direction horizontale 8, perpendiculaire aux deux directions 4 et 6, sur un longeron 10 du châssis du véhicule, - de ce longeron 10, orienté suivant la direction 6 et ainsi en partie couvert, en particulier vers l'arrière en référence au sens 9, par la partie inférieure 7 du pied-milieu 2, et - d'une traverse 11 disposée suivant la direction 8, en avant du longeron 10 en référence au sens 9 et décalée suivant la direction 6 par rapport à la partie inférieure 7 du piedmilieu 2. Au moins le pied-milieu 2 et le longeron, et le cas échéant la traverse 11, sont réalisés par le procédé connu d'emboutissage à chaud, et au moins partiellement réalisés en un matériau trempant dont la trempe est pratiquée, lors de l'emboutissage à chaud, de façon à y aménager au moins une zone trempée et, le cas échéant, au moins une zone non trempée, d'une façon qui est connue en elle-même et ne sera pas décrite davantage. On ne détaillera pas non plus davantage les formes respectives du piedmilieu 2, du longeron 10 et de la traverse 11, si ce n'est que l'on remarquera que la partie inférieure 7 du pied-milieu 2 et une partie correspondante 12 du longeron 10 présentent perpendiculairement à la direction 6 une section respective dont la forme générale est celle d'un C, de façon étroitement complémentaire dans des zones qui, pour la partie inférieure 7, constituent ses deux zones extrêmes en référence à la direction 6; ces zones ont été désignées respectivement par la référence 13 en ce qui concerne la partie inférieure 7 du pied-milieu 2, et par la référence 14 en ce qui concerne la partie 12 du longeron 10. En ce qui concerne la partie inférieure 7 du pied-milieu 2, les zones 13 sont définies par une âme 15 plate et approximativement parallèle aux deux directions 4 et 6, laquelle âme 15 présente entre les zones extrêmes 13, en référence à la direction 6, une zone centrale 16. En ce qui concerne la partie 12 du longeron 10, les zones 14 sont constituées par deux zones d'une âme plate 17 de celui-ci, également orientée approximativement parallèlement aux directions 4 et 6; cette âme 17 s'étend au-delà de l'âme 15 de la partie inférieure 7 du pied-milieu 2 dans les deux sens de la direction 6, de façon coplanaire, et présente, entre les zones 14 suivant la direction 6, en relation avec la mise en uvre de la présente invention, une zone centrale 18 qui est placée en regard de la zone centrale 16 suivant la direction 8 et qui, tout en étant également plate et approximativement parallèle aux deux directions 4 et 6, est décalée dans le sens 9 par rapport aux deux zones 14, auxquelles cette zone centrale 18 est reliée par un pan respectif 19 de l'âme 17. Comme les différentes zones 13 et 16 de la partie inférieure 7 du piedmilieu 2 et les différentes zones, non détaillées, des parties 3 et 5 de celui-ci, les différentes zones 14 et 18 et les pans 19 du longeron 10 et les autres zones non détaillées de celui-ci sont réalisées par le procédé connu d'emboutissage à chaud. Conformément à la présente invention, lors de l'emboutissage à chaud du flan destiné à constituer le pied-milieu 2, on réalise dans la zone centrale 16 de l'âme 15 de la partie inférieure 7, par emboutissage à chaud ou par un autre procédé tel qu'une thermodépression, une bosse 20 en saillie dans le sens 9 et, lors de l'assemblage mutuel de la partie inférieure 7 du pied-milieu 2 avec le longeron 10, par exemple par soudure mutuelle 25 de chaque zone extrême 13 avec la zone 14 respectivement correspondante, la bosse 20 peut, en l'absence de déformation sous l'effet d'un choc latéral appliqué au véhicule, soit rester disjointe de la zone centrale 18, comme on l'a illustré à la figure 4, soit être placée au contact de cette zone centrale 18, comme on l'a illustré à la figure 5, selon que l'on désire que l'énergie d'impact éventuel, entraînant une déformation de la partie inférieure 7 du pied- milieu 2, sous l'effet d'un tel choc, se transmette de façon différée ou immédiate, respectivement, à la zone centrale 18 de l'âme 17 du longeron 10, et que la bosse 20, éventuellement, compte tenu des duretés respectives communiquées par trempe différenciée du pied-milieu 2 et du longeron 10, respectivement au niveau de la bosse 20, au niveau de la partie de la zone centrale 16 de l'âme 15 qui l'entoure et au niveau de la zone centrale 18 de l'âme 17, s'écrase de façon différée ou non sur la zone centrale 18. La bosse 20 peut, comme on l'a illustré, présenter une forme approximativement hémisphérique et pleine, mais d'autres conceptions pourraient également être choisies sans que l'on sorte pour autant du cadre de la présente invention. En particulier, on a illustré à la figure 8 une forme qui, tout en restant celle d'une calotte sphérique, est ajourée de façon à présenter une zone périphérique extérieure 21 annulaire, continue, à la jonction avec les parties de la zone centrale 16 de l'âme 15 qui en sont voisines, une zone centrale 22 continue, en forme de calotte sphérique, et six pattes arquées 23, mutuellement disjointes par des ajours 26 et raccordant mutuellement, en une seule pièce, la zone centrale 22 et la zone périphérique 21. Dans le cas d'un tel mode de réalisation, la trempe différentielle peut être conduite de façon à provoquer, par trempe, un comportement rigide de la zone périphérique 21 et de la zone centrale 22 et un comportement tendre, c'est-à-dire aisément flexible de façon plastique, des pattes 23, ou au contraire pour provoquer par trempe un comportement élastique des pattes 23 en autorisant une déformation plastique facile de la zone périphérique 21 et de la zone centrale 22, selon un effet recherché d'amortissement d'une énergie d'impact. Cette conformation de la bosse 20, de même que toute autre conformation, et cette subdivision de la bosse 20 en au moins une zone comparativement rigide et en au moins une zone comparativement tendre peuvent être obtenues directement lors de l'emboutissage, à chaud, d'un flan constitutif du pied-milieu 2, dans des conditions connues d'un Homme du métier. L'âme 17 du longeron 10 comporte elle-même, dans ses zones non référencées situées respectivement de part et d'autre de la partie inférieure 7 du pied-milieu 2, en référence à la direction 6, plusieurs bosses 23 similaires à la bosse 20 mais, le cas échéant, de conformation différente en fonction d'un effet recherché. Comme la bosse 20, les bosses 23 forment une saillie dans le sens 9 et une cavité en sens opposé, et sont réalisées au cours du processus d'emboutissage, à chaud, d'un flan formant le longeron 10. Dans l'exemple illustré, ces bosses 23 sont au nombre de trois, dont deux, situées respectivement de part et d'autre de la partie inférieure 7 du piedmilieu 2, c'est-à-dire de part et d'autre d'un ensemble constitué par les zones 14 et 18 de l'âme 17, ne sont pas destinées à venir au contact d'une quelconque contrepartie, contrairement à la bosse 20, en cas de déformation, à savoir dans ce cas une déformation du longeron 10, mais ont pour fonction de commander le processus de déformation de celui-ci en cas d'impact appliqué en particulier sur la zone centrale 16 du pied- milieu 2, approximativement dans le sens 9. Une troisième bosse 23, par contre, a pour fonction de transmettre l'énergie de déformation éventuelle à la traverse 11 qui comporte à cet effet, en regard de cette bosse 23 dans le sens 9, une paroi extrême 24 plate et perpendiculaire à la direction 8. En l'absence de choc et de déformation du longeron 10, la bosse 23 peut être espacée de la paroi 24 suivant la direction 8, comme on l'a illustré à la figure 6, aux fins d'introduire un retard dans leur contact mutuel en cas de choc et de déformation du longeron 10, c'est-à-dire un retard dans la déformation éventuelle de la bosse 23 par contact avec la paroi 24 et transmission d'efforts dans le sens 9 à la traverse 11. Cependant, comme on l'a illustré à la figure 7, la bosse 23 peut également être placée au contact de la paroi 24, dans le sens 9, en l'absence de choc et de déformation du longeron 10, afin de produire ces phénomènes de déformation dans la bosse 23 et de transmission d'efforts à la traverse 11, dans le sens 9, dès que le longeron 10 se déforme à l'application d'un choc, par exemple sur la zone centrale 16 de la partie inférieure 13 du pied-milieu 2, ou encore en un autre point de l'âme 17, dans un sens coïncidant plus ou moins avec le sens 9. Il est bien entendu que, comme la bosse 20, chacune des bosses 23 peut être conformée de façon choisie au mieux, par un Homme du métier, en fonction de l'effet recherché d'absorption et de dissipation d'énergie ou de transmission d'énergie et que, lorsque des bosses telles que 22 et 23 sont en contact avec une contrepartie comme on l'a illustré aux figures 5 à 7, on peut, au choix et en fonction d'un effet recherché, soit les laisser indépendantes de cette contrepartie, soit les solidariser localement avec celle-ci, par exemple par soudure. De façon générale, la présente invention est susceptible de nombreuses variantes sans que l'on sorte pour autant de son cadre. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication, par emboutissage, d'une pièce métallique (2, 10) présentant une forme déterminée et un contour déterminé, intérieur et/ou extérieur, à partir d'un flan réalisé au moins partiellement en un matériau dit trempant , ledit procédé comportant une succession d'étapes consistant à : a) chauffer le flan à une première température, convenant à une trempe ultérieure dudit matériau, b) placer le flan dans un outil d'emboutissage propre à le mettre à ladite forme déterminée et à le découper selon ledit contour déterminé, l'outil d'emboutissage présentant une deuxième température déterminée inférieure à ladite première température déterminée et telle que le contact du flan avec l'outil d'emboutissage soit susceptible de provoquer la trempe dudit matériau, c) procéder à l'emboutissage du flan au moyen de l'outil d'emboutissage, en provoquant la trempe dudit matériau, pour fabriquer la pièce (2, 10), d) dégager la pièce de l'outil d'emboutissage, caractérisé en ce que, lors de l'étape c, on crée localement dans la pièce (2, 10), en référence à ladite forme déterminée, au moins une bosse (20, 23) conçue en fonction d'un effet recherché d'absorption et de dissipation de l'énergie d'un choc et/ou de transmission de l'énergie d'un choc. 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on crée ladite bosse (20, 23), au nombre d'au moins une, par emboutissage à chaud. 3. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on crée ladite bosse (20, 23), au nombre d'au moins une, par thermodépression. 4. Procédé de fabrication selon l'une quelconque 10 des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on aménage dans ladite bosse (20), au nombre d'au moins une, au moins un ajour (26) de forme déterminée en fonction d'une programmation souhaitée dudit effet recherché. 5. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, lors de l'étape c, on effectue la trempe de façon sélective, distinguant au moins une première zone déterminée trempée et au moins une deuxième zone déterminée non trempée, de contour respectif déterminé et de position respective déterminée par rapport audit contour déterminé de la pièce (2, 10), à l'intérieur de ladite bosse (20, 23) et/ou entre ladite bosse (20, 23), au nombre d'au moins une, et une partie (16, 17) de la pièce (2, 10) qui en est voisine et présente ladite forme déterminée, en fonction dudit effet recherché. 6. Pièce métallique emboutie, présentant une forme déterminée et un contour déterminé et réalisée au moins partiellement en un matériau trempé, caractérisée en ce qu'elle présente, en référence à ladite forme déterminée, au moins une bosse (20, 23) localisée, conçue en fonction d'un effet recherché d'absorption et de dissipation de l'énergie d'un choc et/ou de transmission de l'énergie d'un choc. 7. Pièce métallique selon la revendication 6, caractérisée en ce que ladite bosse (20), au nombre d'au moins une, comporte au moins un ajour (26) de forme déterminée en fonction d'une programmation souhaitée 10 dudit effet recherché. 8. Pièce métallique selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisée en ce qu'elle présente une trempe sélective distinguant au moins une première zone déterminée réalisée au moins partiellement dans ledit matériau trempé et une deuxième zone déterminée exempte dudit matériau trempé, de contour respectif déterminé et de position respective déterminée par rapport audit contour déterminé de la pièce (2, 10), à l'intérieur de ladite bosse (20, 23), au nombre d'au moins une, et/ou entre ladite bosse (20, 23) et une partie (16, 17) de la pièce (2, 10) qui en est voisine et présente ladite forme déterminée, en fonction dudit effet recherché. 9. Structure métallique, en particulier de caisse de véhicule automobile, formée d'un assemblage d'au moins deux pièces métalliques (2, 10, 11), caractérisée en ce qu'une première (2, 10), au moins, desdites pièces métalliques (2, 10, 11) est conforme à l'une quelconque des revendications 6 à 8. 10. Structure métallique selon la revendication 9, caractérisé en ce que la bosse (20, 23), au nombre d'au moins une, de la première pièce métallique est placée en regard d'une zone localisée (18, 24) de la deuxième pièce métallique (10, 11) dans une relation choisie entre un contact mutuel en l'absence de choc et une absence de contact mutuel en l'absence de choc, avec contact mutuel en cas de choc déterminé en orientation et en énergie.