Brevet FR3009995A1 — publié le 20150306

- 1 - DESCRIPTION L'invention porte sur un procédé de fabrication d'un composant pour la construction automobile, dans lequel une pièce formée métallique est assemblée avec une pièce formée en matériau composite renforcé par fibres. Les pièces formées métalliques sont avantageusement des composants formés en métal, en particulier en acier, aluminium, magnésium ou d'autres matières comparables. On entend par matériau composite renforcé par fibres des matériaux que l'on appelle des tôles organiques. Celles-ci sont composées de deux ou plusieurs matières qui améliorent les propriétés des composantes individuelles. En général, on entend par là une combinaison de fibres à haute résistance et d'une matière plastique. Les fibres peuvent être, par exemple, des fibres de verre, des fibres de carbone, des fibres d'aramide. La sélection de la fibre vise à obtenir, d'une part, une résistance mécanique et une rigidité à la traction élevées, d'autre part une faible densité afin d'atteindre des avantages en termes de poids avec le composant. Pour les matériaux composites renforcés par fibres à hautes performances qui sont prévus en priorité pour l'invention, on utilise exclusivement des fibres continues sous la forme de tissus ou de non-tissés. Le matériau de matrice dans lequel les fibres sont noyées transmet les forces entre les fibres et protège celles-ci contre le fléchissement et contre les attaques extérieures. Selon l'invention, on utilise essentiellement des matières plastiques thermoplastiques, par exemple PP, TPU, PA, PPS. Celles-ci offrent de bonnes propriétés en termes de formabilité et de liberté de conception (soudabilité, aptitude au surmoulage avec d'autres thermoplastiques), aptitude au stockage et au recyclage. On utilise de préférence des polyamides (PA). Les polyamides préférés de ce type présentent une température de fusion d'environ 220°C. Un formage est possible entre 240°C et 260°C. Sur la base de ces considérations, le but de l'invention est de mettre à disposition un procédé qui permet de fabriquer d'une manière simple un composant composite formé d'une pièce formée en matériau composite renforcé par fibres et une pièce formée métallique. - 2 - Pour atteindre ce but, l'invention propose un procédé du type évoqué en introduction, caractérisé en ce qu'une pièce formée en matériau composite renforcé par fibres soit formée avec au moins une aile et chauffée à une température qui permet une formabilité du matériau 5 composite renforcé par fibres, que la pièce formée métallique soit perforée dans les zones qui sont destinées à être assemblées avec l'aile ou les ailes, que la pièce formée métallique avec les zones présentant les perforations soit posée sur la ou les ailes de la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres et la matière encore chaude de la pièce formée en 10 matériau composite renforcé par fibres est pressée dans les perforations par application d'une force de compression dans les zones qui reposent sur les perforations, de manière à produire une liaison par complémentarité de forme. En conséquence, il est fabriqué et mis à disposition une pièce 15 formée en matériau composite renforcé par fibres dotée d'au moins une aile, laquelle pièce est chauffée à une température qui permet une formabilité du matériau composite renforcé par fibres. Cette pièce est assemblée avec une pièce formée métallique qui est perforée dans des zones définies qui sont notamment destinées à être assemblées avec l'aile ou les 20 ailes. La pièce formée en matériau composite renforcé par fibres est posée sur les zones qui présentent les perforations et la matière chaude de la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres est pressée et écrasée dans les perforations, surtout dans les zones qui reposent sur les perforations, de sorte qu'une liaison par complémentarité de forme est 25 réalisée entre les pièces. Il est de préférence prévu que les perforations de la pièce formée métallique soient soyées, de sorte qu'une collerette de préférence conique est formée du côté opposé à la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres, qui, par le pressage de la pièce formée en matériau 30 composite renforcé par fibres, est entièrement remplie par sa matière. Par conséquent, les perforations de la pièce formée métallique ne sont pas de simples trous poinçonnés, mais la perforation est soyée, de sorte que les bords de la perforation font saillie d'un côté de la pièce formée. La pièce formée en matériau composite renforcé par fibres est 35 posée et pressée du côté de la pièce formée qui est opposé à la collerette en saillie, de sorte que la matière du matériau composite renforcé par fibres est - 3 - refoulée dans les perforations et s'accroche aux bords de la perforation, de sorte que l'on obtient une excellente liaison par complémentarité de forme. Il est de préférence prévu que la matière de la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres et/ou la pièce formée soi(en)t chauffée(s) à une température de 240°C à 280°C. Il est en outre de préférence prévu que la température de la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres soit maintenue jusqu'à la fin du processus de pressage. Par température, il faut entendre ici une température qui permet 10 encore le formage de la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres. Un autre développement préféré est vu dans le fait que l'aile de la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres est perforée à chaud au moins à un endroit, l'outil produisant la perforation étant guidé à 15 travers le tissu du matériau composite renforcé par fibres et les fibres du tissu n'étant pas détruites mais repoussées latéralement. Une telle perforation peut être utilisée, par exemple, pour la mise en place de moyens d'assemblage comme des rivets ou des vis. L'essentiel est que les fibres du tissu ne soient pas sectionnées mais 20 repoussées latéralement lors de la réalisation de la perforation, de sorte qu'une extension non perturbée des fibres soit conservée et que la résistance totale ne soit donc pas compromise par la perforation. Selon le domaine d'application, de telles perforations peuvent être prévues à plusieurs endroits. 25 Il est en outre de préférence prévu que la matière plastique de la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres soit repoussée par la perforation produite et qu'une saillie formant collerette entourant la perforation soit produite avec la masse enfoncée. La saillie formant collerette sert d'aide pour la mise en place de 30 moyens de fixation du type indiqué ci-dessus. De manière particulièrement préférée, il est prévu, dans la zone de la perforation, du côté de la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres tourné vers ou opposé à l'outil produisant la perforation, qu'une masse de matière plastique supplémentaire soit appliquée sur la pièce 35 formée, laquelle est transpercée par l'outil produisant la perforation et donc perforée, de sorte qu'une saillie formant collerette perforée est formée. - 4 - Cela permet de former la saillie formant collerette avec une plus grande hauteur, étant donné que la matière plastique supplémentaire met suffisamment de matière à disposition pour former la saillie formant collerette correspondante avec une hauteur suffisante. De préférence, il est prévu qu'une pièce formée ou une bague en matériau indéformable, par exemple en métal, soit appliquée sur la saillie formant collerette. Par exemple, une bague métallique ou une pièce formée d'un autre type munie d'une perforation correspondante peut être appliquée sur la saillie formant collerette et assemblée avec la matière composite renforcée par fibres. Cela aussi sert à prévoir des assemblages ultérieurs par rivets ou vis. Il peut être prévu que la bague ou la pièce formée soit collée sur la saillie formant collerette, de sorte que son enveloppe intérieure soit assemblée avec l'enveloppe extérieure de la saillie formant collerette. Une autre forme de réalisation est vue dans le fait que la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres est formée, en plus de l'aile, avec au moins une surface qui, après application de la pièce formée métallique, présente une distance par rapport à celle-ci, et que cette surface est estampée dans la même direction que la matière enfoncée dans la perforation, de sorte qu'une nervure est formée du côté opposé. Cette configuration permet de former des nervures de renforcement ou analogues dans les zones dans lesquelles la pièce formée en matière composite renforcée par fibres ne repose pas directement sur la 25 pièce formée métallique. Il peut ici aussi être prévu que dans la zone de la surface, de la matière plastique supplémentaire soit appliquée, laquelle, par le processus d'estampage, forme une partie de la nervure ou la nervure complète. Etant donné que la matière du matériau composite renforcé par 30 fibres peut ne pas suffire pour réaliser une nervure configurée de façon correspondante, de la matière plastique supplémentaire est appliquée et façonnée de façon correspondante. La matière plastique appliquée est dans tous les cas la même matière que celle dont la matrice du matériau composite renforcé par fibres 35 est composée. - 5 - Une forme de réalisation préférée est en outre vue dans le fait que la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres est formée en un profilé en U avec des ailes en saillie vers l'extérieur. Par exemple, une pièce formée en matériau composite renforcé par fibres peut être un profilé sensiblement en U qui présente des rebords d'aile en saillie vers l'extérieur. La pièce formée métallique peut être posée sur ces rebords d'aile par des zones correspondantes et assemblées avec ceux-ci de la manière indiquée ci-dessus. Il est de préférence prévu que la pièce formée métallique soit 10 réalisée sous la forme d'une bande de tôle plate. Cette combinaison permet de mettre à disposition une pièce formée composite qui possède une résistance mécanique élevée et néanmoins un poids relativement faible, de sorte qu'elle convient idéalement pour la construction automobile. 15 L'invention décrit par ailleurs un composant composite formé d'une pièce formée métallique et d'une pièce formée en matériau composite renforcé par fibres, lequel est fabriqué avec le procédé décrit précédemment. L'invention est expliquée ci-après à l'aide des figures du 20 dessin, portant sur des modes de réalisation non limitatifs de l'invention. Sont montrés sur : les figures 1 à 3 : un composant composite formé d'une pièce formée métallique et d'une pièce formée en matériau composite renforcé par fibres dans différentes vues ; 25 la figure 4 : un détail de la pièce formée métallique dans une représentation individuelle ; la figure 5 : le point d'assemblage entre la pièce formée métallique et la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres dans une représentation individuelle ; 30 la figure 6 : idem dans une autre orientation ; la figure 7 : une pièce formée en matériau composite renforcé par fibres dans une forme de réalisation supplémentaire ; la figure 8 : idem vue de l'autre côté ; la figure 9 : une variante d'un composant composite dans une 35 vue ; la figure 10 : une autre forme de réalisation de la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres dans une première vue ; - 6 - la figure 11 : idem dans une vue de dessous. Les dessins représentent un composant composite fabriqué selon l'invention ainsi que des éléments de celui-ci. Selon l'invention, une pièce formée métallique 1 est combinée et assemblée avec une pièce formée en matériau composite renforcé par fibres 2 en particulier pour la construction automobile. A cet effet, la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres 2 présente au moins une aile 3. Pour l'assemblage des pièces, la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres 2 est chauffée à une température appropriée, suffisante pour le formage. La pièce formée métallique 1 est perforée dans les zones qui sont destinées à être assemblées avec l'aile 3. Les perforations sont indiquées par 4. Pour l'assemblage des pièces, la pièce formée métallique 1 est posée avec les zones présentant les perforations 4 sur les ailes 3 de la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres 2 et la matière encore chaude de la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres 2 est pressée dans les perforations par application de forces de compression dans les zones qui reposent sur les perforations 4, de sorte qu'une liaison par complémentarité de forme est produite. De préférence, les perforations 4 de la pièce formée métallique 1 sont soyées à cet effet, comme montré sur les figures 4 à 6. Il se forme ainsi du côté opposé à la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres 2 une collerette conique 5, qui, par le pressage de la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres 2, est entièrement remplie par sa matière, comme illustré sur les figures 5 et 6. Une excellente liaison par complémentarité de forme est ainsi produite. Le formage est réalisé de préférence à une température de la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres d'environ 240°C à 280°C. Cette température est maintenue autant que possible pendant tout le processus de formage. Un faible abaissement de la température pendant le formage n'est pas dommageable. Il peut en outre être prévu que l'aile 3 de la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres 2 soit perforée à chaud au moins à un endroit. L'outil qui produit la perforation 6 est guidé à travers le tissu du matériau composite renforcé par fibres 2, de façon que les fibres du tissu ne soient pas sectionnées mais repoussées latéralement afin que la résistance mécanique du composant ne soit pas affaiblie à cette occasion. La matière plastique de la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres 2 est poussée lors de la perforation ou ensuite à travers la perforation produite et une saillie formant collerette 7 entourant la perforation est produite avec la masse enfoncée. Dans la zone de la perforation 6, du côté de la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres 2 tourné vers ou opposé à l'outil produisant la perforation 6, une masse de matière plastique 5 supplémentaire peut en outre être appliquée sur la pièce formée, laquelle est transpercée par l'outil produisant la perforation et donc perforée, de sorte qu'une saillie formant collerette 7 perforée est formée. Pour certaines applications, il peut être avantageux d'appliquer sur cette saillie formant collerette 7 une pièce formée ou une bague 8 en matériau indéformable, par 10 exemple en métal. Cette pièce formée ou la bague 8 peut être collée sur la saillie formant collerette 7 afin de produire un assemblage solide. En outre, la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres 2 peut, en plus de l'aile 3, présenter au moins une surface qui, après l'application de la pièce formée métallique 1, présente une distance par 15 rapport à celle-ci. Cette surface est estampée dans la même direction que la matière enfoncée dans les perforations, de sorte qu'une nervure 9 est formée du côté opposé. L'estampage 10 qui apparaît de l'autre côté est représenté sur la figure 10. Ici aussi, de la matière plastique supplémentaire peut être appliquée dans la zone de cette surface, laquelle, par le processus 20 d'estampage, forme une partie de la nervure 9 ou la nervure 9 complète. Il est prévu ici aussi que le formage de la nervure 9 soit effectué à chaud sur la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres 2. Dans les exemples de réalisation, la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres 2 est un profilé sensiblement en U avec des 25 ailes 3 en saillie vers l'extérieur. La pièce formée métallique 1 est une bande de tôle plate. La forme de réalisation selon l'invention produit un composant composite relativement léger qui répond particulièrement bien aux exigences de la technique automobile. 30 L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés, mais présente de multiples variations dans le cadre de la divulgation. Toutes les caractéristiques individuelles ou combinées divulguées dans la description et/ou les dessins sont considérées comme 35 essentielles à l'invention. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications - 8 - restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un composant pour la construction automobile, selon lequel une pièce formée métallique (1) est assemblée avec une pièce formée en matériau composite renforcé par fibres (2), caractérisé en ce qu'une pièce formée en matériau composite renforcé par 5 fibres (2) est formée avec au moins une aile (3) et chauffée à une température qui permet une formabilité du matériau composite renforcé par fibres, que la pièce formée métallique (1) est perforée dans les zones qui sont destinées à être assemblées avec l'aile (3) ou les ailes (3), que la pièce formée métallique (1) avec les zones présentant les perforations (4) est 10 posée sur la ou les ailes (3) de la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres (2) et la matière encore chaude de la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres (2) est pressée dans les perforations (4) par application d'une force de compression dans les zones qui reposent sur les perforations (4), de sorte qu'une liaison par complémentarité de 15 forme est produite. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les perforations (4) de la pièce formée métallique (1) sont soyées, de sorte qu'une collerette (5) de préférence conique est formée du côté opposé à la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres (2), qui, par le 20 pressage de la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres (2), est entièrement remplie par sa matière. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la matière de la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres (2) et/ou la pièce formée (1) est/sont chauffée(s) à une température de 25 240°C à 280°C. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la température de la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres (2) est maintenue jusqu'à la fin du processus de pressage. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en 30 ce que l'aile (3) de la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres (2) est perforée à chaud au moins à un endroit, l'outil produisant la perforation (6) étant guidé à travers le tissu du matériau composite renforcé par fibres et les fibres du tissu n'étant pas détruites mais repoussées latéralement.-10- 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la matière plastique de la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres (2) est repoussée par la perforation (6) produite et qu'une saillie formant collerette (7) entourant la perforation (6) est produite avec la masse enfoncée. 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que dans la zone de la perforation (6), du côté de la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres (2) tourné vers ou opposé à l'outil produisant la perforation (6), une masse de matière plastique supplémentaire est appliquée sur la pièce formée (2), laquelle est transpercée par l'outil produisant la perforation (6) et donc perforée, de sorte qu'une saillie formant collerette (7) perforée est formée. 8. Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'une pièce formée ou une bague (8) en matériau indéformable, par exemple en métal, est appliquée sur la saillie formant collerette (7). 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la bague (8) ou la pièce formée est collée sur la saillie formant collerette (7), de sorte que son enveloppe intérieure est assemblée avec l'enveloppe extérieure de la saillie formant collerette (7). 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres (2) est formée, en plus de l'aile (3), avec au moins une surface qui, après application de la pièce formée métallique (1), présente une distance par rapport à celle-ci, et que cette surface est estampée dans la même direction que la matière enfoncée dans la perforation (4), de sorte qu'une nervure (9) est formée du côté opposé. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que dans la zone de la surface, de la matière plastique supplémentaire est appliquée, laquelle, par le processus d'estampage, forme une partie de la 30 nervure (9) ou la nervure (9) complète. 12. Procédé selon l'une des revendications 10 à 11, caractérisé en ce que le formage de la nervure (9) est effectué à chaud sur la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres (2). 13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé 35 en ce que la pièce formée en matériau composite renforcé par fibres (2) est formée en un profilé en U avec des ailes (3) en saillie vers l'extérieur.-11- 14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la pièce formée métallique (1) est réalisée sous la forme d'une bande de tôle plate. 15. Composant composite formé d'une pièce formée métallique 5 (1) et d'une pièce formée en matériau composite renforcé par fibres (2), fabriqué avec le procédé selon l'une des revendications 1 à 14.