Brevet FR3042730A1 — publié le 20170428

Procédé et outil d'assemblage de deux éléments La présente invention se rapporte à un procédé d'assemblage de deux éléments et à un outil permettant de mettre en oeuvre ledit procédé. Il est bien connu dans le domaine de la plasturgie, d'injecter un matériau polymère thermoplastique autour d'un insert métallique par exemple, pour le protéger des chocs dans certaines applications ou bien pour pouvoir l'isoler électriquement dans d'autres. L'insert métallique est alors placé dans l'empreinte du moule d'une presse à injection, et le matériau polymère thermoplastique est injecté sous forme liquide autour de l'insert après que le moule a été refermé. Lorsque le matériau polymère thermoplastique entoure entièrement l'insert métallique, les risques de désolidarisation de l'élément métallique et de l'élément polymère n'existent pas. En revanche, lorsque l'élément polymère recouvre, par exemple une seule face des deux faces opposées d'un élément métallique, se pose le problème de la liaison entre le métal et le polymère. Dans de telles circonstances, il est connu d'augmenter la surface spécifique du matériau métallique de manière à augmenter l'adhésion du matériau polymère. On y procède, par exemple en ménageant des stries à la surface du matériau métallique. La liaison entre le métal et le polymère, d'ordre purement mécanique, est alors augmentée. Il est également possible de ménager des orifices traversant dans le matériau métallique, de manière à permettre l'écoulement du matériau polymère thermoplastique à travers ces orifices de manière à former des points d'ancrage. Toutefois, ces procédés ont leurs limites, et certains polymères peu adhérents, se décollent assez aisément du support métallique sur lequel ils sont moulés. Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention est non seulement de fournir un procédé d'assemblage plus performant permettant une meilleure liaison entre un élément thermoplastique et un élément rigide quelque soit la nature de l'élément thermoplastique, mais 3042730 2 aussi de fournir un outil permettant de mettre en oeuvre le procédé d'assemblage. Dans ce but, il est proposé, selon un premier aspect, un procédé d'assemblage de deux éléments, du type comprenant dans l'ordre les étapes 5 suivantes : a) on fournit un matériau polymère thermoplastique, et un élément rigide présentant deux surfaces opposées et au moins un orifice débouchant dans lesdites deux surfaces opposées ; b) on ramolli ledit matériau thermoplastique pour le mouler contre l'une desdites deux surfaces opposées dudit élément rigide, de façon que ledit matériau thermoplastique vienne 10 s'écouler à l'intérieur dudit au moins un orifice ; c) on solidifie ledit matériau thermoplastique de manière à former un élément thermoplastique présentant un téton s'étendant à l'intérieur dudit orifice, ledit téton présentant une extrémité venant sensiblement en affleurement de ladite autre desdites surface. En outre, après l'étape c), on provoque le ramollissement dudit matériau 15 thermoplastique dudit téton, et on repousse axialement le centre de ladite extrémité dudit téton vers l'intérieur dudit orifice, de manière à provoquer le débordement du matériau thermoplastique ramolli dans le pourtour dudit orifice sur ladite autre desdites surfaces opposées, pour pouvoir former une collerette de retenue, lorsque ledit matériau thermoplastique se solidifie. 20 Ainsi, une caractéristique de l'invention réside dans la mise en oeuvre d'un téton à travers un orifice pratiqué à travers l'élément rigide, et du façonnage de ce téton de manière à former une collerette d'arrêt à son extrémité, la collerette d'arrêt venant prendre appui dans le pourtour de l'orifice à l'opposé de la surface sur laquelle est moulé le matériau polymère thermoplastique. La 25 collerette d'arrêt est alors façonnée en prélevant une partie du matériau polymère contenu à l'intérieur de l'orifice de l'élément rigide. Et pour ce faire, on vient repousser axialement le matériau polymère thermoplastique ramolli au centre du téton sur une surface bien inférieure à celle du téton lui-même. On évite ainsi les discontinuités de matériau entre le téton sensiblement évidé 30 axialement et la collerette. De la sorte, le téton est plus fermement ancré dans l'épaisseur de l'élément rigide puisqu'il constitue alors un rivet d'une seule pièce avec le matériau polymère. 3042730 3 Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention particulièrement avantageux, on provoque le ramollissement dudit matériau thermoplastique dudit téton par conduction. Un tel mode de chauffage, par contact, permet de circonscrire et de cibler l'élément auquel on souhaite apporter de l'énergie 5 thermique. De plus, et préférentiellement, on provoque le ramollissement dudit matériau thermoplastique dudit téton par conduction et simultanément on repousse axialement le centre de ladite extrémité dudit téton vers l'intérieur dudit orifice. Ainsi, les deux actions conjuguées permettent de mieux contrôler 10 l'apport énergétique au téton pour le ramollir et l'effort exercé pour repousser le matériau polymère. En outre, selon un mode de réalisation de l'invention particulièrement avantageux, on confine ledit matériau thermoplastique ramolli débordant autour dudit orifice sur ladite autre desdites surfaces opposées, pour former ladite 15 collerette. De la sorte, on vient conformer et mouler la collerette dans l'espace de confinement. Cela permet d'éviter les pertes de matériau thermoplastique et de façonner la collerette dans une position, dans une forme et dans des dimensions contrôlées. Aussi, et de manière avantageuse, on fournit un élément rigide muni d'un 20 rebord autour dudit orifice sur ladite autre desdites faces. Le rebord forme alors un collet autour de l'orifice et dans son prolongement, ce qui permet d'une part d'augmenter la longueur du téton, et partant la réserve de matériau thermoplastique pour former la collerette, et d'autre part, de constituer un appui calibré pour asseoir la collerette comme on l'expliquera plus en détail dans la 25 suite de la description. Néanmoins, la mise en oeuvre d'un collet n'est pas absolument nécessaire, notamment lorsque l'élément rigide présente une grande épaisseur. Selon un autre objet, l'invention propose un outil d'assemblage pour assembler, un élément rigide présentant deux surfaces opposées et au moins 30 un orifice débouchant dans lesdites deux surfaces opposées, et un élément thermoplastique moulé contre l'une desdites deux surfaces opposées dudit élément rigide, ledit élément thermoplastique présentant un téton s'étendant à l'intérieur dudit orifice, ledit téton présentant une extrémité venant sensiblement 3042730 4 en affleurement de ladite autre desdites surface. L'outil d'assemblage comprend un organe chauffant pour provoquer le ramollissement dudit matériau thermoplastique dudit téton, et un organe saillant pour repousser axialement le centre de ladite extrémité dudit téton vers l'intérieur dudit orifice, 5 de manière à provoquer le débordement du matériau thermoplastique ramolli dans le pourtour dudit orifice sur ladite autre desdites surfaces opposées, pour pouvoir former une collerette de retenue, lorsque ledit matériau thermoplastique se solidifie. De façon préférentielle, ledit organe saillant et ledit organe chauffant 10 forme une seule pièce. De la sorte, l'énergie thermique et la contrainte exercée sur le téton en matériau thermoplastique, sont appliquées simultanément et de manière ciblée. Aussi, l'énergie thermique est essentiellement fournie à la partie du téton que l'on souhaite déformer par la contrainte. L'outil comprend en outre, et de façon avantageuse, une cloche de 15 confinement s'étendant autour dudit organe saillant. De la sorte, et comme on l'expliquera plus en détail dans la suite de la description, on contrôle ainsi le débordement du matériau thermoplastique ramolli pour façonner la collerette. Pour ce faire, ladite cloche de confinement présente, préférentiellement, un fond plat et un rebord circulaire, tandis que ledit organe saillant s'étend 20 axialement en saillie dudit fond plat. De la sorte, le rebord circulaire et le fond plat vont permettre de conformer la collerette. Il va de soi que le fond plat est maintenu à distance du bord du collet durant la conformation pour autoriser la circulation et l'écoulement du polymère thermoplastique ramolli dans l'espace de confinement ainsi formé. 25 En outre, et de manière préférée, ledit organe chauffant est chauffé par induction électromagnétique. De la sorte, on apporte de l'énergie thermique au matériau polymère thermoplastique par l'intermédiaire de l'organe chauffant très rapidement. Aussi, avantageusement, l'outil est équipé d'un circuit de refroidissement permettant de refroidir rapidement l'organe chauffant. 30 On observera que l'organe chauffant peut également être chauffé au moyen d'une résistance électrique usuelle. Selon un autre mode de réalisation avantageux, on met en oeuvre une technologie par ultrasons au moyen d'une sonotrode formant alors l'organe 3042 730 5 chauffant. L'organe chauffant est alors soumis à des ultrasons, qu'il restitue pour venir chauffer le téton. Il n'est, dans ce mode de réalisation, nul besoin d'équiper l'outil avec un circuit de refroidissement. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture 5 de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - les Figures 1A et 1B, la première en perspective, la seconde en coupe axiale, illustrent une portion de deux éléments ajustés l'un contre l'autre et 10 destinés à être assemblés selon le procédé conforme à l'invention ; - la Figure 2 montre, la portion de deux éléments telle qu'illustrée sur la figure 1B et un outil conforme à l'invention pour procéder à l'assemblage, dans une première position ; - la Figure 3 montre l'outil conforme à l'invention dans une seconde 15 position par rapport à la portion des deux éléments ; - les Figures 4A et 4B, la première en coupe axiale, la seconde en perspective, illustrent les deux éléments assemblés conformément au procédé d'assemblage selon l'invention. Les Figures 1A et 1B illustrent deux portions d'élément, un élément rigide 20 10, réalisé en métal ou dans un matériau composite par exemple, et un élément thermoplastique 12. Dans le cas d'un matériau composite, pour l'élément rigide, on veillera à ce que la température de fusion de la matrice de ce matériau soit supérieure à la température de fusion du polymère de l'élément thermoplastique 12. 25 L'élément rigide 10 est ici constitué d'une plaque présentant une surface externe 13 et une surface interne opposée 15. En outre, un orifice 14 est ménagé dans la plaque et il est surmonté d'un collet 16, présentant lui-même un bord supérieur 17. Le collet 16 constitue un rebord ménagé autour de l'orifice 14 et il présente une hauteur sensiblement égale à celle de l'épaisseur 30 de la plaque. L'épaisseur radiale du collet 16, ou du rebord, est sensiblement voisine de l'épaisseur de la plaque également. Ainsi, l'orifice 14 présente une profondeur sensiblement équivalente au double de l'épaisseur de la plaque. 3042 730 6 Aussi, on fournit un matériau polymère thermoplastique, par exemple un polyamide, lequel est solide à température ambiante, et on lui fournit de l'énergie thermique pour le fondre en une seule phase homogène, et ce, de manière à pouvoir le mouler contre la surface interne de 15 de l'élément rigide 5 10. La viscosité du polymère thermoplastique est telle qu'il pénètre à l'intérieur de l'orifice 14, jusqu'à venir affleurer le bord supérieur du collet 16. Ensuite, une étape de solidification ou de rigidification du polymère thermoplastique ramolli s'opère, lorsque l'élément rigide 10 et l'élément thermoplastique 12 sont portés à la température ambiante. Partant, l'élément 10 thermoplastique 12 se prolonge à l'intérieur de l'orifice 14 par un téton 18. Le téton 18 présente une extrémité 20 venant en affleurement du bord supérieur du collet 16, du côté de la surface externe 13 de l'élément rigide 10. On retrouve sur la figure 2, l'élément rigide 10 et l'élément thermoplastique 12 dont le prolongement sous forme de téton 18 s'étend à 15 l'intérieur de l'orifice 14. Il s'y étend jusqu'à l'extrémité 20. En outre, du côté de la surface externe 13 de l'élément rigide 10 est représenté un outil d'assemblage 22. Il présente un corps 24 terminé par une cloche de confinement 26 elle-même présentant un rebord de cloche 25 de symétrie circulaire. La cloche de confinement 16 est réalisée par exemple en métal, et 20 elle présente un fond plat 28 au centre duquel vient s'étendre en saillie un organe chauffant 30 de forme sensiblement sphérique. On observera que d'autres formes d'organe chauffant sont possibles et envisagées. L'organe chauffant peut prendre une forme conique, ou encore cylindrique. L'organe chauffant 30 est ici conformé par déformation du fond plat 28 de 25 la cloche de confinement 26. Et il est alimenté en énergie thermique grâce à un inducteur 32, lui-même alimenté en courant électrique par une paire de fils 34. Avantageusement, et selon un mode de mise en oeuvre de l'invention non représenté, l'outil d'assemblage 22 est équipé d'un circuit de refroidissement venant s'étendre à l'intérieur du corps 24 et autour de l'inducteur 32 au 30 voisinage de l'organe chauffant 30. Le circuit de refroidissement, qui s'étend par exemple hélicoïdalement dans le corps 24 de l'outil d'assemblage 22, est alimenté avec un fluide caloporteur approprié. Ainsi qu'on l'expliquera ci-après, 3042730 7 le circuit de refroidissement est alimenté après que l'inducteur 32 a cessé lui d'être alimenté. On observera que le diamètre intérieur de la cloche de confinement 26 est sensiblement égal au diamètre externe du collet 16. 5 Aussi, on alimente en courant électrique l'inducteur 32 et on provoque ainsi une augmentation rapide de la température de l'organe chauffant 30. L'inducteur 32 est alors prévu et dimensionné pour que la température de l'organe chauffant 30 soit sensiblement voisine de la température de fusion du polymère thermoplastique. On porte alors la cloche de confinement au-dessus 10 du collet 16 de manière à ce que l'organe chauffant 30 soit ajusté en regard du centre C de l'extrémité 20 du téton 18. Puis, on vient alors coiffer le collet 16 avec la cloche de confinement 26, de façon que l'organe chauffant 30 chauffé, viennent en appui au centre C de l'extrémité 20 du téton 18. L'organe chauffant 30 fournit alors de l'énergie thermique par conduction 15 au téton 18. Et le polymère thermoplastique qui le constitue commence à se ramollir autour du point de contact entre l'organe chauffant 30 et le téton 18. À mesure que le polymère se ramollit, on applique une pression sur le corps 24 de l'outil d'assemblage 22 vers la surface externe 13 de manière à venir enfoncer l'organe chauffant 30 axialement dans le téton 18 au niveau de son 20 centre C, d'une part, et à ajuster la paroi de la cloche de confinement 26 autour du collet 16. Alors, à mesure que l'organe chauffant s'enfonce dans le téton 18, le matériau polymère chauffé et ramolli déborde de l'orifice 14 et vient alors s'écouler radialement autour de l'orifice 14 entre le bord 17 du collet 16 et le fond plat 28 de la cloche de confinement 26. Il vient ainsi s'écouler jusqu'à la 25 paroi de la cloche de confinement 26 qui coiffe de façon relativement étanche le collet 16. Aussi, le volume défini par l'organe chauffant 30 est prévu et est suffisamment important pour qu'une quantité suffisante de polymère thermoplastique fluide vienne s'écouler dans l'espace de confinement délimité par le fond plat 28 de la cloche de confinement 26 et le bord supérieur 17 du 30 collet 16. En effet, si le fond plat 28 vient s'appliquer directement contre le bord 17 du collet 16, il n'y a pas d'espace de confinement et le polymère thermoplastique en fusion ne peut venir s'écouler sur le bord supérieur. 3042 730 8 L'alimentation en courant électrique de l'inducteur cesse, et le circuit de refroidissement est alimenté en fluide caloporteur, par exemple de l'eau froide, de manière à pouvoir refroidir l'organe chauffant 30 et plus largement, la cloche de confinement 26. Ainsi, le polymère thermoplastique durci localement dans 5 un premier temps, et le corps 24 de l'outil d'assemblage 22 peut alors être dégagé et écarté de la surface externe 13 de l'élément rigide 10 comme l'illustre la figure 4A. Selon un autre mode de réalisation, non représenté, l'organe chauffant forme une sonotrode soumise à des ondes ultrasonores par un dispositif 10 adapté logé à l'intérieur du corps de l'outil, et il restitue l'énergie vibratoire directement à la surface du polymère qui se ramollit alors. Le polymère thermoplastique retrouve alors progressivement la température ambiante dans toute sa masse et se solidifie. Aussi, apparaît une collerette 36 rigide appuyée sur le bord du collet 16, et étant comme le 15 prolongement du téton 18 au centre duquel apparaît également l'enfoncement 38. La figure 4B montre alors en perspective la collerette 36 appuyée sur le bord du collet 16. Elle forme ainsi une collerette de retenue puisqu'elle est formée d'une seule pièce avec le téton 18 qu'elle prolonge qui lui-même, 20 prolonge l'élément en polymère thermoplastique 12. On comprend alors, que l'élément en polymère thermoplastique 12 est totalement solidaire de l'élément rigide 10 et qu'il ne peut s'en décoller que par la rupture de la collerette de retenue 36. Bien entendu, il est ici décrit la mise en oeuvre d'un seul téton à travers un 25 seul orifice surmonté d'un collet, mais il peut être mis en oeuvre une pluralité d'orifices et de collets dans l'élément rigide, s'il s'étend par exemple sur une grande surface de manière à constituer une pluralité de point d'ancrage. Il peut par exemple en être ainsi de l'habillage d'une structure thermoplastique au moyen d'une plaque métallique. Il est également envisagé de renforcer par ce 30 biais des assemblages soumis à des contraintes mécaniques importantes. De surcroît, l'outil d'assemblage, ou broche, peut constituer un outil portatif que l'on vient ajuster manuellement sur le collet et le téton ou bien, il peut être installé dans un moule adapté à cet effet. REVENDICATIONS1. Procédé d'assemblage de deux éléments, du type comprenant dans l'ordre les étapes suivantes : - a) on fournit un matériau polymère thermoplastique, et un élément rigide (10) présentant deux surfaces opposées (13, 15) et au moins un orifice (14) débouchant dans lesdites deux surfaces opposées (13, 15) ; - b) on ramolli ledit matériau thermoplastique pour le mouler contre l'une (15) desdites deux surfaces opposées dudit élément rigide, de façon que ledit matériau thermoplastique vienne s'écouler à l'intérieur dudit au moins un orifice (14) ; - c) on solidifie ledit matériau thermoplastique de manière à former un élément thermoplastique présentant un téton (18) s'étendant à l'intérieur dudit orifice (14), ledit téton (18) présentant une extrémité (20) venant sensiblement en affleurement de ladite autre desdites surface (13) ; caractérisé en ce qu'en outre, après l'étape c), on provoque le ramollissement dudit matériau thermoplastique dudit téton (18), et on repousse axialement le centre C de ladite extrémité (20) dudit téton (18) vers l'intérieur dudit orifice (14), de manière à provoquer le débordement du matériau thermoplastique ramolli dans le pourtour dudit orifice (14) sur ladite autre (13) desdites surfaces opposées, pour pouvoir former une collerette de retenue (36), lorsque ledit matériau thermoplastique se solidifie. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on provoque le ramollissement dudit matériau thermoplastique dudit téton (18) par 25 conduction. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que simultanément, on provoque le ramollissement dudit matériau thermoplastique dudit téton (18) par conduction et on repousse axialement le centre de ladite extrémité dudit téton (18) vers l'intérieur dudit orifice (14). 30 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on confine ledit matériau thermoplastique ramolli débordant autour dudit orifice (14) sur ladite autre (13) desdites surfaces opposées, pour former ladite collerette de retenue (36). 3042 730 10 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on fournit un élément rigide (10) muni d'un rebord (16) autour dudit orifice (14) sur ladite autre desdites surfaces (13). 6. Outil d'assemblage pour assembler, un élément rigide (10) 5 présentant deux surfaces opposées (13, 15) et au moins un orifice (14) débouchant dans lesdites deux surfaces opposées (13, 15), et un élément thermoplastique (12) moulé contre l'une (15) desdites deux surfaces opposées dudit élément rigide (10), ledit élément thermoplastique présentant un téton (18) s'étendant à l'intérieur dudit orifice (14), ledit téton (18) présentant une 10 extrémité (20) venant sensiblement en affleurement de ladite autre desdites surface (13) ; caractérisé en ce qu'il comprend un organe chauffant (30) pour provoquer le ramollissement dudit matériau thermoplastique dudit téton (18), et un organe saillant (30) pour repousser axialement le centre C de ladite extrémité (20) 15 dudit téton (18) vers l'intérieur dudit orifice (14), de manière à provoquer le débordement du matériau thermoplastique ramolli dans le pourtour dudit orifice (14) sur ladite autre (13) desdites surfaces opposées, pour pouvoir former une collerette de retenue (36), lorsque ledit matériau thermoplastique se solidifie. 7. Outil d'assemblage selon la revendication 6, caractérisé en ce que 20 ledit organe saillant (30) et ledit organe chauffant (30) forme une seule pièce. 8. Outil d'assemblage selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comprend une cloche de confinement (26) s'étendant autour dudit organe saillant (30). 9. Outil d'assemblage selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite cloche de confinement (26) présente un fond plat (28) et un rebord circulaire (25), tandis que ledit organe saillant (30) s'étend axialement en saillie dudit fond plat (28). 10. Outil d'assemblage selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que ledit organe chauffant (30) est chauffé par induction 30 électromagnétique. 11. Outil d'assemblage selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que ledit organe chauffant (30) est soumis à des ultrasons.