Brevet FR3059590A1 — publié le 20180608

La présente invention est relative à une installation et à un procédé de soudage par vibration de deux éléments fabriqués chacun avec une matière comprenant du plastique. Le soudage par vibration est un procédé consistant à mettre en contact des éléments à souder pour réaliser une soudure par fusion de matière. Son principe consiste à produire de la chaleur en combinant des vibrations et de la pression sur des surfaces complémentaires de soudage en contact des deux éléments. Les vibrations sont produites par un mouvement alternatif transversal entre les deux surfaces complémentaires de soudage. Ce type de procédé de soudage est particulièrement indiqué pour un assemblage d'un ou plusieurs éléments avec des dimensions importantes pouvant atteindre un mètre, notamment des éléments pour véhicules automobiles. De façon classique, dans une installation de soudage par vibration, un premier élément à souder est porté par une embase, qui est fixe, et un deuxième élément est porté par un outil de transmission de vibration, qui est mobile. L'installation de soudage par vibration comprend classiquement des moyens de déplacement munis de moyens de guidage en translation, déplaçant la partie mobile vers la partie fixe, c'est-à-dire l'outil de transmission des vibrations vers l'embase pour la mise en contact des deux éléments à souder. Le déplacement est parallèle à une direction perpendiculaire à des surfaces complémentaires à souder portées respectivement par le premier élément et le second élément à souder. Toutefois, dans certaines applications, la forme des éléments à assembler oblige de faire intervenir un opérateur. C'est le cas par exemple lorsqu'un premier des éléments à souder présente un profil en gouttière coopérant avec une partie complémentaire du second élément à souder. Le mouvement de translation est inadapté pour mettre automatiquement en contact des surfaces complémentaires à souder de forme complexe. Il faut donc faire intervenir un opérateur pour placer correctement les surfaces complémentaires à souder. L'invention vise à éviter l'intervention d'un opérateur en proposant une installation 30 munie de premiers et de seconds moyens de guidage permettant une mise en contact puis le soudage de surfaces complémentaires à souder de forme complexe, de façon automatique. A cet effet, l'invention a pour objet une installation de soudage par vibration d'un premier élément à souder et d'un second élément à souder comprenant chacun du 35 plastique, comprenant : - une embase fixe destinée à porter le premier élément à souder, - un outil de transmission de vibration destiné à porter le second élément à souder, 3059590 2 - des moyens de déplacement comprenant des premiers moyens de guidage selon une direction parallèle à une direction de référence, sensiblement perpendiculaire à des surfaces complémentaires à souder portées respectivement par le premier élément et le second élément à souder, 5 caractérisée en ce que les moyens de déplacement comprennent des seconds moyens de guidage selon une direction parallèle à une direction de guidage inclinée par rapport à la direction de référence. Ainsi, les moyens de déplacement comprenant les seconds moyens de guidage permettent la mise en contact automatique des surfaces complémentaires à souder. On 10 comprendra que les premier et second éléments à souder comportant chacun du plastique, comprennent donc chacun un matériau thermo-fusible compatible pour le soudage par vibration. Avantageusement, les seconds moyens de guidage comprennent des moyens complémentaires ménagés dans l'embase et l'outil. 15 Selon un exemple de réalisation préféré, les seconds moyens de guidage comprennent au moins une colonne de guidage portée par l'embase destinée à coopérer avec un orifice de guidage complémentaire ménagé dans l'outil, lorsque l'outil se rapproche de l'embase au cours du déplacement de l'outil vers l'embase. Avantageusement, la colonne de guidage est escamotable dans l'embase après 20 mise en contact des premier et second éléments à souder, de façon à libérer l'orifice de guidage de l'outil pour ne pas perturber la propagation des vibrations transmises par l'outil. La propagation des vibrations est nécessaire pour former une soudure par fusion de matière. Selon l'exemple de réalisation préféré, l'installation de soudage par vibration 25 comprend avantageusement, deux paires de colonnes de guidage, destinées à coopérer avec deux paires d'orifices de guidage complémentaires, les premier et second éléments à souder étant destinés à être placés respectivement entre les deux paires de colonnes de guidage et les deux paires d'orifices de guidage correspondants. Avantageusement, les deux éléments à souder sont destinés à former un becquet 30 pour un véhicule automobile. L'invention a également pour objet un procédé de soudage par vibration de premier et second éléments à souder, caractérisé en ce qu'on utilise une installation de soudage par vibration telle que décrite ci-dessus, et dans lequel : - on place le premier élément à souder sur l'embase, 35 - on place le second élément à souder sur l'outil, - on déplace l'outil selon une direction parallèle à la direction de référence grâce aux premiers moyens de guidage, 3059590 3 - on déplace l'outil selon une direction parallèle à la direction de guidage inclinée grâce aux seconds moyens de guidage, - on soude par vibration les premier et second éléments ensemble. Selon l'exemple de réalisation préféré, on escamote chaque colonne de guidage 5 avant de souder les premier et second éléments ensemble. Avantageusement, dans le cas où une partie du premier élément à souder présente un profil en gouttière coopérant avec une partie complémentaire du second élément à souder, on exerce une pression sur la partie en gouttière du premier élément à souder lors du soudage pour faciliter le soudage de la partie en gouttière du premier élément à 10 souder avec la partie complémentaire du second élément à souder. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux figures annexées, dans lesquelles les figures 1 à 4 sont des vues schématiques d'une installation de soudage par vibration selon l'invention dans différentes configurations de fonctionnement de 15 cette installation. Les figures 1 à 4 représentent schématiquement un exemple de réalisation d'une installation de soudage par vibration 6 adaptée pour le soudage par vibration de deux éléments à souder El et E2. Cette installation de soudage par vibration 6 comprend une partie mobile 20 comprenant un outil de transmission de vibration 8 et une partie fixe comprenant une embase 10. L'embase 10 est destinée à porter un premier élément à souder El et l'outil de transmission de vibration 8, appelé outil 8 dans la suite de la description, est destiné à porter un second élément à souder E2. Les deux éléments à souder El et E2 sont 25 retenus respectivement sur l'embase 10 et l'outil 8, à l'aide de moyens classiques non représentés. L'installation de soudage par vibration 6 est destinée, tout d'abord, à mettre en contact les deux éléments à souder El et E2, notamment deux surfaces complémentaires à souder 51 et S2 portées respectivement par le premier élément à souder El et le second élément à souder E2, et ensuite, à procéder au soudage par vibration de ces deux surfaces complémentaire à souder 51 et S2. Pour ce faire, l'installation de soudage par vibration 6 comprend des moyens de déplacement de l'outil 8 vers l'embase 10. Ces moyens de déplacement comportent des moyens classiques non représentés d'entrainement de l'outil 8 vers l'embase 10. Les moyens de déplacement comportent également des premiers et seconds moyens de guidage 14 et 16. 3059590 4 Les premiers moyens de guidage 14 sont d'un type classique. Ils comprennent par exemple des colonnes de guidage classiques associées à des moyens de déplacement par vérin hydraulique et/ou pneumatique. Les premiers moyens de guidage 14 guident en translation l'outil 8 vers l'embase 10, selon une direction parallèle à une direction de 5 référence, sensiblement perpendiculaire aux surfaces complémentaires à souder S1 et S2. Cette direction de référence est représentée par une flèche X sur la figure 1. Les seconds moyens de guidage 16 guident l'outil 8 vers l'embase 10 selon une direction de guidage inclinée par rapport à la direction de référence X. Cette direction inclinée est représentée par une flèche Y sur la figure 2. Selon l'exemple de réalisation 10 illustré sur les figures 1 à 4, les seconds moyens de guidage 16 comprennent au moins une colonne de guidage 16, notamment ici, deux colonnes de guidage 16. De préférence encore, on pourra envisager une installation de soudage par vibration 6 comprenant deux paires de colonnes de guidage 16. Chaque colonne de guidage 16 est portée par l'embase 10, de façon à être apte à guider l'outil 8 vers l'embase 10. 15 Plus particulièrement chaque colonne de guidage 16 est montée déplaçable dans l'embase 10 entre une position en saillie par rapport à une face 20 de l'embase 10 portant le premier élément El et une position escamotée dans l'embase 10. Cette face 20 de l'embase 10 est en regard d'une face 22 de l'outil 8 portant le second élément E2. 20 Les positions en saillie et escamotée de chaque colonne de guidage 16 sont représentées respectivement sur les figures 1 à 3, d'une part, et sur la figure 4, d'autre part. Ces seconds moyens de guidage 16 comprennent également, pour chaque colonne de guidage 16, des moyens complémentaires 18 ménagés dans l'embase 10 et dans 25 l'outil 8. Dans l'exemple de réalisation illustré ici, les moyens complémentaires 18 comprennent un orifice de guidage 18 destiné à coopérer avec une colonne de guidage 16 correspondante. Plus précisément, chaque colonne de guidage 16 coopère par complémentarité de forme avec l'orifice de guidage 18 correspondant ménagé dans l'outil 8. On notera que la colonne de guidage 16 présente une extrémité portée par 30 l'embase 10 et une extrémité libre 24. Cette extrémité libre 24, tel qu'illustrée sur les figures 1 à 4, est conformée en pointe, ou similaire, de façon à faciliter son insertion dans l'orifice de guidage 18 correspondant. On notera que chaque colonne de guidage 16 est escamotable dans un orifice d'escamotage 26 ménagé dans l'embase 10. 35 L'installation de soudage par vibration 6, décrite ici, est avantageusement configurée pour souder deux éléments à souder El et E2 destinés à former un becquet pour un véhicule automobile. Plus particulièrement, dans l'exemple de réalisation illustré, une 3059590 5 partie 28 du premier élément à souder El présente un profil en gouttière coopérant avec une partie complémentaire 30 du second élément à souder E2. La surface complémentaire à souder S2 du second élément à souder E2 présente au moins une zone de soudage 32 comprenant des saillies, par exemple des tétons cylindriques ou 5 des picots. Les saillies de chaque zone de soudage 32 sont destinées à favoriser l'échauffement local et à apporter une quantité de matière suffisante pour former une soudure par fusion de matière. Préférentiellement, au moins une zone de soudage 32 sera disposée près de la périphérie du second élément E2. Ainsi, au moins une zone de soudage 32 est avantageusement disposée dans la partie 30 du second élément à 10 souder E2, tel que représenté sur les figures 1 à 4. On comprendra que pour la réalisation du soudage par vibration des deux éléments à souder El et E2, l'installation de soudage par vibration 6 est configurée de telle sorte que l'embase 10 et l'outil 8 portent le premier et le second élément à souder El et E2 de manière à ce qu'ils n'interfèrent pas avec les moyens de déplacement de 15 l'installation de soudage par vibration 6, notamment avec les colonnes de guidage 16. Selon l'exemple de réalisation, notamment lorsque l'installation de soudage par vibration 6 comprend une paire de colonnes de guidage 16 et une paire d'orifices de guidage 18 correspondants, les premier et second éléments à souder El et E2 sont ainsi destinés à être placés respectivement entre les deux paires de colonnes de 20 guidage 16 et les deux paires d'orifices de guidage 18 correspondants. On décrira maintenant les principales étapes liées à l'invention d'un procédé de soudage par vibration des premier El et second E2 éléments à souder utilisant l'installation de soudage par vibration 6. Tout d'abord, on place le premier élément à souder El sur l'embase de 10, de façon 25 connue en soi. Puis, on place le second élément à souder E2 sur l'outil 8, de façon connue en soi. Ensuite, on déplace l'outil 8 de façon à le rapprocher de l'embase 10. Ce rapprochement de l'outil 8 vers l'embase 10 se fait en deux étapes. Ainsi, tout d'abord, de façon connue en soi, on déplace l'outil 8 selon une direction parallèle à la direction 30 de référence X grâce aux premiers moyens de guidage 14. Puis, on déplace l'outil 8 selon une direction parallèle à la direction de guidage inclinée Y grâce aux seconds moyens de guidage 16. En effet, après le déplacement parallèle à la direction de référence X, les colonnes de guidage 16 s'emboîtent dans les orifices de guidage 18 correspondants de façon à imposer à l'outil 8 un déplacement parallèle à la direction de 35 guidage inclinée Y. Ce déplacement de l'outil 8 parallèlement à la direction de guidage inclinée Y permet d'emboîter la partie complémentaire 30 du second élément à souder 3059590 6 E2 dans la partie en gouttière 28 du premier élément à souder E1, ceci sans faire intervenir un opérateur. À la fin du déplacement de l'outil 8 parallèlement la direction de guidage inclinée Y, les premier El et second E2 éléments à souder sont mis en contact. Plus 5 particulièrement, les zones de soudage 32 de la surface complémentaire à souder S2 du second élément E2 viennent en contact avec des zones correspondantes de la surface complémentaire à souder S1 du premier élément El. Avant de souder ensemble les premier El et second E2 éléments, on escamote chaque colonne de guidage 16 dans l'embase 10. Ceci a pour effet de libérer chaque 10 orifice de guidage 18 de l'outil 8, ce qui évite de perturber par la suite la propagation des vibrations transmises par l'outil 8. Enfin, on soude par vibration les premier El second E2 éléments ensemble, les vibrations étant émises de façon connue en soi. De préférence, pendant l'étape de soudage par vibration, on exerce une pression 15 (schématisée par la flèche P sur la figure 4), à l'aide d'un outil classique, sur la partie en gouttière 28 du premier élément à souder El. Ceci permet de faciliter le soudage de la partie en gouttière 28 du premier élément à souder El avec la partie complémentaire 30 du second élément à souder E2. L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation présenté, d'autres exemples 20 de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier. REVENDICATIONS1. Installation de soudage par vibration (6) d'un premier élément à souder (El) et d'un second élément à souder (E2) comprenant chacun du plastique, comprenant : - une embase (10) fixe destinée à porter le premier élément à souder (El), - un outil de transmission de vibration (8) destiné à porter le second élément à souder (E2), - des moyens de déplacement comprenant des premiers moyens de guidage (14) selon une direction parallèle à une direction de référence (X), sensiblement 10 perpendiculaire à des surfaces complémentaires à souder (S1, S2) portées respectivement par le premier élément (El) et le second élément à souder (E2), caractérisée en ce que les moyens de déplacement comprennent des seconds moyens de guidage (16) selon une direction parallèle à une direction de guidage inclinée (Y) par rapport à la direction de référence (X). 15 2. Installation selon la revendication précédente, dans laquelle les seconds moyens de guidage (16) comprennent des moyens complémentaires (18) ménagés dans l'embase (10) et l'outil (8). 3. Installation selon la revendication précédente, dans laquelle les seconds moyens de guidage (16) comprennent au moins une colonne de guidage (16) portée 20 par l'embase (10) destinée à coopérer avec un orifice de guidage (18) complémentaire ménagé dans l'outil (8), lorsque l'outil (8) se rapproche de l'embase (10) au cours du déplacement de l'outil (8) vers l'embase (10). 4. Installation selon la revendication précédente, dans laquelle la colonne de guidage (16) est escamotable dans l'embase (10) après mise en contact des premier et 25 second éléments à souder (El, E2), de façon à libérer l'orifice de guidage (18) de l'outil (8) pour ne pas perturber la propagation des vibrations transmises par l'outil (8). 5. Installation selon la revendication 3 ou 4, comprenant deux paires de colonnes de guidage (16), destinées à coopérer avec deux paires d'orifices de guidage (18) complémentaires, les premier et second éléments à souder (El, E2) étant destinés à 30 être placés respectivement entre les deux paires de colonnes de guidage (16) et les deux paires d'orifices de guidage (18) correspondants. 6. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les deux éléments à souder (El, E2) sont destinés à former un becquet pour un véhicule automobile. 35 7. Procédé de soudage par vibration de premier et second éléments à souder (E1, E2), caractérisé en ce qu'on utilise une installation de soudage par vibration (6) selon l'une quelconque des revendications précédentes, et dans lequel : 3059590 8 - on place le premier élément à souder (El) sur l'embase (10), - on place le second élément à souder (E2) sur l'outil (8), - on déplace l'outil (8) selon une direction parallèle à la direction de référence (X) grâce aux premiers moyens de guidage (14), 5 - on déplace l'outil (8) selon une direction parallèle à la direction de guidage inclinée (Y) grâce aux seconds moyens de guidage (16), - on soude par vibration les premier et second éléments (El, E2) ensemble. 8. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel on utilise une installation selon la revendication 4 ou 5, et dans lequel on escamote chaque colonne 10 de guidage (16) avant de souder les premier et second éléments (El, E2) ensemble. 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, dans lequel une partie (28) du premier élément à souder (El) présentant un profil en gouttière coopérant avec une partie complémentaire (30) du second élément à souder (E2), dans lequel on exerce une pression sur la partie (28) en gouttière du premier élément à souder (El) lors du 15 soudage pour faciliter le soudage de la partie (28) en gouttière du premier élément à souder (El) avec la partie complémentaire (30) du second élément à souder (E2).