Brevet FR2941911A1 — publié le 20100813

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE PIECE STRUCTURELLE DE VEHICULE AUTOMOBILE, ET PIECE AINSI OBTENUE La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'une pièce structurelle de véhicule automobile munie d'un corps tubulaire en métal, empli d'un granulat, le corps tubulaire empli étant chauffé de façon telle que le granulat fonde et durcisse ensuite, en formant un renfort intérieur. L'invention concerne, par ailleurs, une pièce structurelle de véhicule automobile, comprenant un corps tubulaire en métal doté d'un renfort intérieur, notamment fabriquée selon le procédé susmentionné. Une importance croissante est accordée à des pièces structurelles légères, dans la construction automobile, en vue d'obtenir une réduction pondérale la plus grande possible. De telles pièces doivent se prêter à une production en série à stabilité dimensionnelle constante, et doivent posséder une rigidité et une robustesse structurelle élevées du fait des fortes contraintes statiques, et en particulier dynamiques, auxquelles des pièces structurelles de véhicules automobiles sont soumises en service. Des pièces structurelles de véhicules automobiles sont respectivement produites, en majeure partie, en des tôles d'acier ou en des structures en tôle d'acier, voire en des tubulures d'acier. Une diminution du poids est possible grâce à l'utilisation de réalisations à parois plus minces comparativement à des pièces structurelles classiques. Dans certaines circonstances, néanmoins, de telles pièces à parois plus minces n'atteignent pas les valeurs de rigidité et de robustesse requises. Dans ce contexte, il est par exemple connu, d'après le document DE-B4-199 59 814 ou US-A-4 978 562, de soumettre des pièces structurelles de véhicules automobiles à une opération de moussage en les munissant, de la sorte, d'un chemisage intérieur. Le document US-B2-7 083 751 a trait à un procédé de fabrication d'une pièce structurelle de véhicule automobile qui comporte un corps tubulaire en métal, doté d'un renfort intérieur. Ledit corps est rempli de deux composants granulaires et est chauffé dans l'enchaînement, le granulat durcissant ensuite de la fusion et de l'expansion desdits composants granulaires, en formant le renfort intérieur. D'après le document DE-A1-196 35 734, l'on connaît une pièce moulée renforcée, ainsi qu'un procédé de fabrication d'une pièce moulée munie d'une partie extérieure creuse, venue de moulage, dans laquelle un garnissage en mousse est introduit. Ledit garnissage est alors au moins partiellement en applique contre la partie extérieure moulée, et remplit au moins partiellement cette dernière. Le document DE-T2-600 18 612 traite d'un procédé de formation d'une pièce structurelle renforcée. Il est alors prévu d'apparier, par emboîtement mutuel, une pièce structurelle extérieure et une pièce structurelle intérieure par l'intermédiaire d'un orifice. Dans ce cas, la pièce intérieure est déjà pourvue de mousse structurelle à sa périphérie. Le groupe structurel ainsi obtenu est mis en forme par hydroformage et est chauffé, dans l'enchaînement, de manière à provoquer une expansion de la mousse structurelle entre les pièces extérieure et intérieure. Les solutions précitées remplissent bien leur objectif. Les procédés visent tous à accroître la robustesse et la rigidité de pièces structurelles grâce à un renfort intérieur. Outre le moussage à froid, la possibilité est indiquée d'activer ce dernier après coup, par action thermique, après que la pièce a été mise en forme et structurée. En se fondant sur l'état de la technique, l'invention a pour premier objet de fournir un procédé, économique et rationnel, de fabrication d'une pièce structurelle de véhicule automobile munie d'un corps tubulaire à renfort intérieur. Conformément à l'invention, ce premier objet est atteint par le fait que l'entrée en fusion du granulat a lieu au cours d'une opération d'amélioration du corps tubulaire. D'après l'invention, un corps tubulaire métallique à paroi mince, en particulier une tubulure d'acier à paroi mince, est rempli(e) d'un granulat. Le corps tubulaire peut posséder différentes configurations géométriques, et peut également être déjà préformé et/ou cintré. Le corps rempli est ensuite chauffé au cours d'un processus d'amélioration. Le granulat entre en fusion lors de ce traitement thermique. Le granulat entré en fusion durcit au stade du refroidissement, donnant ainsi naissance au renfort intérieur du corps tubulaire. Ce mode opératoire est économique et rationnel. Le procédé permet la fabrication de pièces structurelles légères pour véhicules automobiles, qui comprennent une enveloppe extérieure en acier, à paroi mince, et un renfort intérieur semblablement léger. L'invention autorise, globalement, une forte réduction pondérale potentielle. De surcroît, les pièces structurelles de véhicule automobile ainsi fabriquées se singularisent par une grande longévité et par une forte rigidité au flambage, dans un comportement en déformation approprié pour la pièce et avec un faible risque de rupture. L'entrée en fusion du granulat, dans le corps tubulaire, a lieu par une sollicitation thermique dudit corps rempli, au cours d'une opération d'amélioration durant laquelle ledit corps tubulaire est chauffé à une température excédant 900°C, puis refroidi dans l'enchaînement. Le granulat est déversé, sous la forme d'une masse en vrac, dans un corps tubulaire en métal. Ledit granulat, à écoulement libre, se répartit sans problème dans ledit corps. Ledit corps est respectivement obturé, aux extrémités, en vue du remplissage ou après le remplissage par du granulat. A cette fin, les extrémités tubulaires peuvent être aplaties. Il est également possible d'obturer lesdites extrémités par des bouchons. L'on peut pratiquer, dans lesdites extrémités aplaties, des perçages par l'intermédiaire desquels un boulonnage ultérieur de la pièce structurelle peut être exécuté dans une structure de véhicule. Au stade de l'insertion de bouchons visant à obturer les extrémités tubulaires, lesdits bouchons peuvent déjà présenter des trous taraudés autorisant un boulonnage ultérieur des pièces structurelles. Les corps tubulaires, de même que les extrémités tubulaires aplaties et/ou les bouchons, peuvent également être doté(e)s, dans le principe, de supports ou de pièces de rattachement supplémentaires. Le renfort intérieur, formé par la masse fondue durcie, peut remplir complètement le corps tubulaire. Il est également possible que ledit renfort ne remplisse que partiellement ledit corps, et soit notamment en applique contre la paroi intérieure dudit corps, sous la forme d'une couche intérieure collée, le cas échéant, sur ladite paroi. Dans ce contexte, le corps tubulaire est commodément animé d'un mouvement, en particulier d'une rotation autour de son axe longitudinal, lors du durcissement du granulat entré en fusion, ce qui permet d'obtenir une répartition uniforme de la masse en fusion sur la paroi intérieure dudit corps. De préférence, il est fait usage d'un corps tubulaire à paroi mince en acier, en particulier un acier hautement résistant. Le granulat peut consister en une matière plastique, en un métal léger, en particulier de l'aluminium, voire également en une matière cellulosique. Il est semblablement possible d'employer d'autres substances granulaires qui entrent en fusion et possèdent une rigidité suffisamment grande après solidification ou durcissement. Comme mentionné ci-avant, le second objet de l'invention réside dans une pièce structurelle de véhicule automobile. De telles pièces se présentent, par exemple, comme des renforts de portes, des amortisseurs d'impacts latéraux, des supports transversaux d'amortisseurs ou pare-chocs, des renforts de colonnes A, B ou C, ainsi que des renforts de seuils. La pièce structurelle de véhicule automobile comprend un corps tubulaire métallique, équipé d'un renfort intérieur, qui consiste en un granulat entré en fusion au cours d'une opération d'amélioration dudit corps, puis durci. Conformément à l'invention, ledit corps offre des régions extrêmes aplaties, en vue du boulonnage, dans lesquelles des perçages sont pratiqués. Lesdites régions extrêmes peuvent également être pourvues de supports ou de pièces de rattachement. Le renfort intérieur confère une rigidité et une stabilité de forme élevées à la pièce structurelle tubulaire à paroi mince, qui consiste, de préférence, en un acier hautement résistant. Une réduction supplémentaire du poids peut être obtenue. Toutefois, la pièce structurelle présente de bonnes propriétés de déformation, assorties de flexibilité en cas de collision et d'un faible risque de rupture, notamment aussi d'un faible risque de rupture du renforcement. Une variante de la pièce structurelle de véhicule automobile prévoit que le corps tubulaire soit fermé, à ses extrémités, de trous borgnes présentant un filetage intérieur. Un boulonnage de ladite pièce peut être exécuté par l'intermédiaire des perçages taraudés. L'invention va à présent être décrite plus en détail, à titre d'exemples nullement limitatifs, en regard des dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une élévation latérale en coupe d'un corps tubulaire constituant le produit de départ pour la fabrication d'une pièce structurelle de véhicule automobile, conforme à l'invention ; la figure 2 illustre le corps tubulaire de la figure 1, dont les extrémités sont aplaties et qui est rempli d'un granulat ; la figure 3 est une représentation fragmentaire d'une extrémité d'un corps tubulaire à obturation extrême par l'intermédiaire d'un bouchon ; la figure 4 est une coupe transversale d'une première forme de réalisation d'une pièce structurelle de véhicule automobile selon l'invention ; et la figure 5 est une coupe transversale d'une seconde forme de réalisation d'une pièce structurelle de véhicule automobile d'après l'invention. La figure 1 montre un corps tubulaire 1 en un acier hautement résistant. Pour fabriquer une pièce structurelle de véhicule automobile, ledit corps 1 est rempli d'un granulat 2 (voir les figures 2 et 3). Ledit granulat 2 peut consister en une matière plastique, en un métal léger se présentant notamment comme de l'aluminium ou un alliage d'aluminium, voire également en une matière cellulosique. Dans la forme de réalisation selon la figure 2, le corps tubulaire 1 est tout d'abord aplati à une extrémité 3, puis rempli de granulat 2. A l'issue du remplissage dudit corps 1 par du granulat 2, l'autre extrémité 4 est pareillement aplatie de façon telle que ledit corps 1 soit obturé de part et d'autre après le remplissage. Des perçages 7, servant de points de boulonnage rapportés, peuvent être pratiqués dans les régions extrêmes aplaties 5, 6. La figure 3 illustre une variante de réalisation. Dans ce cas, le corps tubulaire 1 est obturé de part et d'autre par des bouchons 8. Dans l'exemple de réalisation représenté, lesdits bouchons 8 présentent des trous borgnes 10 munis d'un taraudage 9, par l'intermédiaire desquels un boulonnage ultérieur peut être effectué. Le corps tubulaire 1 rempli de granulat 2 est ensuite soumis, au cours d'une opération d'amélioration, à un traitement thermique durant lequel ledit granulat 2 entre en fusion et durcit dans l'enchaînement, lors du refroidissement, en formant un renfort intérieur 11. Dans l'exemple de réalisation d'une pièce structurelle 12 de véhicule automobile, représenté sur la figure 4, le corps tubulaire 1 en acier est complètement rempli par le renfort intérieur 11. Dans le cas d'une pièce structurelle 13 de véhicule automobile conforme à la figure 5, le corps tubulaire 1 en acier hautement résistant est partiellement rempli par le renfort intérieur 11 se présentant comme un tube intérieur 14 en applique contre la paroi intérieure 15 dudit corps 1. Pour fabriquer une telle pièce structurelle 13, le corps tubulaire est animé d'une rotation autour de son axe longitudinal pendant la phase durant laquelle le granulat 2 est entré en fusion, jusqu'à l'amorce de la solidification, en vue de garantir une répartition uniforme dudit granulat fondu 2 sur la paroi intérieure 15. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'invention telle que décrite et représentée, sans sortir de son cadre. Liste des références numériques 1 corps tubulaire 2 granulat 3 extrémité du corps tubulaire 4 extrémité du corps tubulaire 5 région extrême du corps tubulaire 6 région extrême du corps tubulaire 7 perçage 8 bouchon 9 taraudage de trou borgne REVENDICATIONS- 1. Procédé de fabrication d'une pièce structurelle de véhicule automobile munie d'un corps tubulaire (1) en métal, rempli d'un granulat (2), le corps tubulaire rempli (1) étant chauffé de façon telle que le granulat (2) fonde et durcisse ensuite, en formant un renfort intérieur (11), procédé caractérisé par le fait que l'entrée en fusion du granulat (2) a lieu au cours d'une opération d'amélioration du corps tubulaire (1). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le corps tubulaire (1) est chauffé à une température excédant 900°C, puis refroidi dans l'enchaînement. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le corps tubulaire (1) est obturé aux extrémités après le remplissage de granulat (2). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les extrémités (3, 4) du corps tubulaire (1) sont aplaties en vue de l'obturation. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les extrémités tubulaires aplaties (5, 6) sont pourvues de perçages (7). 6. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que des bouchons (8) sont insérés dans les extrémités (3, 4) du corps tubulaire (1). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le renfort intérieur (11) remplit complètement le corps tubulaire (1). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le renfort intérieur (11) remplit partiellement le corps tubulaire (1). 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le corps tubulaire (1) est animé d'un mouvement, notamment d'une rotation autour de son axe longitudinal, lors du durcissement du granulat (2) entré en fusion. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par l'utilisation d'un corps tubulaire (1) en acier, notamment en un acier hautement résistant. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par l'utilisation d'un granulat (2) en matière plastique. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par l'utilisation d'un granulat (2) en un métal léger, notamment en aluminium. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par l'utilisation d'un granulat (2) en une matière cellulosique. 14. Pièce structurelle de véhicule automobile, comprenant un corps tubulaire en métal doté d'un renfort intérieur et fabriquée, en particulier, selon un procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 13, pièce caractérisée par le fait que ledit corps tubulaire (1) présente des régions extrêmes aplaties (5, 6). 15. Pièce structurelle de véhicule automobile, comprenant un corps tubulaire en métal doté d'un renfort intérieur et fabriquée, en particulier, selon un procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 13, pièce caractérisée par le fait que ledit corps tubulaire (1) est obturé, à ses extrémités (3, 4), par des bouchons insérés (8) présentant des trous borgnes (10) munis d'un taraudage (9).