Brevet FR3102943A1 — publié le 20210514

Pièce de véhicule destinée à être soudée par ultrasons, ensembles comprenant une telle pièce et procédé de soudage par ultrasons d’une telle pièce La pièce de véhicule (2) porte un élément d’assemblage (8) comprenant une tige (14) tubulaire destinée à être déformée plastiquement à l’aide d’une sonotrode pour l’assemblage de la pièce sur une autre pièce (4) par soudage par ultrasons, la tige (14) étant munie de plusieurs saillies de centrage (24) prévues sur une surface interne (15) de la tige (14) pour le centrage d’un pion de centrage (20) de la sonotrode inséré à l’intérieur de la tige (14), les saillies de centrage (24) étant réparties circonférentiellement en étant espacées les unes de autres. Figure pour l'abrégé : Figure 3 Pièce de véhicule destinée à être soudée par ultrasons, ensembles comprenant une telle pièce et procédé de soudage par ultrasons d’une telle pièce La présente invention concerne le domaine du soudage par ultrasons d’une pièce sur une autre pièce. Pour le soudage par ultrasons d’une pièce de véhicule sur une autre pièce de véhicule, il est possible de munir la pièce d’un élément d’assemblage tubulaire, de l’insérer dans un orifice d’assemblage de l’autre pièce, puis de déformer plastiquement l’élément d’assemblage de la pièce engagé dans l’orifice d’assemblage de l’autre pièce de manière à former une tête d’assemblage interférant avec l’autre pièce et empêchant la séparation de la pièce et de l’autre pièce. La déformation de l’élément d’assemblage est par exemple réalisée à l’aide d’une tête à ultrasons, ou « sonotrode », conformée pour être appliquée en force sur l’élément d’assemblage tout en transmettant des ultrasons à la pièce via la sonotrode, ces ultrasons provoquant un échauffement de l’élément d’assemblage qui facilite la déformation de l’élément d’assemblage sous l’effet de l’effort appliqué à l’aide de la sonotrode. La sonotrode possède un pion de centrage destiné à s’engager dans un orifice central de l’élément d’assemblage tubulaire, et une cavité annulaire entourant le pion, pour former, lors de la déformation plastique de l’élément d’assemblage, la tête d’assemblage présentant la forme d’un bourrelet annulaire recouvrant le bord de l’orifice d’assemblage de l’autre pièce. Afin de limiter les coûts d’investissement, il est possible d’utiliser un outil de soudage par ultrasons pour la production de différentes pièces. Des pièces différentes sont généralement munies d’éléments d’assemblage de dimensions différentes. Pour pouvoir utiliser un outil de soudage par ultrasons pour la fixation de différentes pièces possédant des éléments d’assemblage de dimensions différentes, il est possible de prévoir plusieurs sonotrodes interchangeables, chaque sonotrode étant adaptée pour un type d’élément d’assemblage correspondant. Toutefois, ceci nécessite des opérations de manutention qui peuvent s’avérer fastidieuses et chronophages lors d’un changement de production impliquant un changement de sonotrode. Un des buts de l’invention est de proposer une solution permettant de faciliter des opérations de soudage par ultrasons de pièces différentes, tout en obtenant un soudage fiable. A cet effet, l’invention propose une pièce de véhicule portant un élément d’assemblage comprenant une tige tubulaire destinée à être déformée plastiquement à l’aide d’une sonotrode pour l’assemblage de la pièce sur une autre pièce par soudage par ultrasons, la tige étant munie de plusieurs saillies de centrage prévues sur une surface interne de la tige pour le centrage d’un pion de centrage de la sonotrode inséré à l’intérieur de la tige, les saillies de centrage étant réparties circonférentiellement en étant espacées les unes de autres. Les saillies de centrage prévues sur la surface interne de la tige de l’élément d’assemblage de la pièce permettent de centrer correctement un pion de centrage de la sonotrode ayant des dimensions externes strictement inférieures aux dimensions internes de la tige. Il est donc possible d’utiliser une même sonotrode avec des éléments d’assemblage ayant des tiges qui ont des dimensions internes différentes mais qui sont munies de saillies de centrage de hauteurs différentes adaptées pour recevoir le pion de centrage de la sonotrode. Selon des modes de réalisation particuliers, la pièce comprend une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - la tige s’étend suivant un axe de tige, chaque saillie de centrage s’étendant à partir de la surface interne de la tige radialement relativement à l’axe de tige et vers l’intérieur de la tige ; - la tige est cylindrique ; - la tige possède une section transversale circulaire ; - chaque saillie de centrage possède un sommet, les sommets des saillies de centrage étant situés sur un cercle imaginaire ; - les saillies de centrage sont réparties circonférentiellement, de préférence de manière uniforme ; - la tige possède au moins trois saillies de centrage ; L’invention concerne aussi un ensemble comprenant une pièce telle que définie ci-dessus et une sonotrode possédant un pion de centrage destiné à inséré dans la tige de l’élément d’assemblage en coopérant avec les saillies de centrage pour le centrage du pion de centrage par rapport à la tige. L’invention concerne aussi un ensemble comprenant une première pièce telle que définie ci-dessus et une deuxième pièce telle que définie ci-dessus, la première pièce et la deuxième pièce possédant des tiges qui présentent des dimensions internes différentes et qui sont munies de saillies de centrage configurées pour le centrage d’un pion de centrage d’une même sonotrode. Dans un mode de réalisation particulier, la tige de la première pièce possède des dimensions transversales internes supérieures à celles de la tige de la deuxième pièce, les saillies de centrage prévues sur la tige de la première pièce possédant une hauteur, prise radialement par rapport à un axe de tige, supérieure à celle des saillies de centrage de la tige de la deuxième pièce L’invention concerne encore un procédé d’assemblage d’une pièce telle que définie ci-dessus sur une autre pièce par soudage par ultrasons, comprenant l’insertion de la tige de l’élément d’assemblage de la pièce dans un orifice d’assemblage de l’autre pièce, l’application d’une sonotrode sur l’élément d’assemblage en insérant un pion de centrage de la sonotrode à l’intérieur de la tige de l’élément d’assemblage de manière que le pion de centrage est centrée relativement à la tige par les saillies de centrage de la tige, et la déformation plastique de la tige à l’aide de la sonotrode de manière à déformer plastiquement l’élément d’assemblage en formant une tête d’assemblage retenant la pièce sur l’autre pièce. L’invention concerne aussi un procédé d’assemblage d’une première pièce et d’une deuxième pièce un ensemble tel que défini ci-dessus, comprenant le soudage par ultrasons de la première pièce et le soudage par ultrasons de la deuxième pièce à l’aide d’une même sonotrode, par application de la sonotrode sur les tiges de la première pièce et de la deuxième pièce en insérant le pion de centrage à l’intérieur des tiges. L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - [Fig 2] les Figures 1 et 2 illustrent deux étapes de soudage par ultrasons d’une pièce sur une autre pièce à l’aide d’une sonotrode ; - la Figure 3 est une vue en coupe d’un élément d’assemblage de la pièce des Figures 1 et 2 ; - la Figure 4 est une vue analogue à celle de la Figure 3, illustrant un élément d’assemblage d’une autre pièce. La pièce 2 illustrée sur les Figures 1 et 2 est prévue pour être soudée par ultrasons sur une autre pièce 4 à l’aide d’une tête de soudage par ultrasons ou sonotrode 6. La pièce 2 et l’autre pièce 4 sont par exemple des pièces de véhicule, en particulier des pièces d’un habillage de véhicule, par exemple un panneau interne de porte, une planche de bord, un ciel de pavillon, une console centrale… La pièce 2 comprend un élément d’assemblage 8 destiné à être déformé plastiquement à l’aide de la sonotrode 6 pour l’assemblage de la pièce 2 sur l’autre pièce 4. La pièce 2 est réalisée par exemple dans un matériau thermoplastique ou thermofusible, par exemple un matériau plastique thermoplastique ou thermofusible. L’élément d’assemblage 8 est plus particulièrement destiné à être inséré dans un orifice d’assemblage 10 de l’autre pièce 4, puis déformé plastiquement à l’aide de la sonotrode 6 de manière à former une tête d’assemblage 12 (Figure 2) s’opposant à l’extraction de l’élément d’assemblage 8 hors de l’orifice d’assemblage 10, et s’opposant donc à la séparation de la pièce 2 et de l’autre pièce 4. Avant déformation plastique (Figure 1), l’élément d’assemblage 8 est insérable dans l’orifice d’assemblage 10, de préférence sans interférence avec l’orifice d’assemblage 10. Après déformation plastique (Figure 2), l’élément d’assemblage 8 interfère avec le bord de l’orifice d’assemblage 10 et retient la pièce 2 contre l’autre pièce 4. Un tel élément d’assemblage 8 est aussi nommé un « rivet ». L’élément d’assemblage 8 se présente, avant sa déformation plastique (Figure 1), sous la forme d’une tige 14 tubulaire possédant une surface interne 15. La tige 14 possède une extrémité proximale 16 liée au reste de la pièce 2 et une extrémité distale 18 libre. La tige 14 fait saillie à partir du reste de la pièce 2. La tige 14 s’étend par exemple suivant un axe de tige A. La tige 14 est de préférence cylindrique suivant l’axe de tige A. De préférence, comme dans l’exemple illustré, la tige 14 s’étend en saillie d’une surface 19 sensiblement plane de la pièce 2, l’axe de tige A étant sensiblement perpendiculaire à cette surface 19. La sonotrode 6 possède un pion de centrage 20 et une gorge 22 s’étendant autour du pion de centrage 20, à la base de celui-ci. La sonotrode 6 est destinée à être appliquée sur la tige 14 suivant l’axe de tige A en insérant le pion de centrage 20 à l’intérieur la tige 14 par son extrémité distale 18. L’insertion du pion de centrage 20 à l’intérieur de la tige 14 permet de centrer la sonotrode 6 par rapport à l’élément d’assemblage 8 pour obtenir une déformation plastique adéquate de l’élément d’assemblage 8. La sonotrode 6 est destinée à être appliquée sur l’élément d’assemblage 8 en étant simultanément soumise à des vibrations ultrasoniques. Ces vibrations sont générées par la sonotrode 6 ou appliquée à la sonotrode 6. L’extrémité distale 18 de la tige 14 est alors déformée plastiquement en rentrant dans la gorge 22 et en s’évasant vers l’extérieur, formant ainsi la tête d’assemblage 12 (Figure 2) interférant avec le bord de l’orifice d’assemblage 10 de l’autre pièce 4 et empêchant la séparation de la pièce 2 et de l’autre pièce 4. Comme illustré sur la Figure 3, dans un exemple de réalisation, la surface interne 15 de la tige 14 possède des dimensions transversales (i.e. perpendiculairement à l’axe de tige A) strictement supérieures à celles du pion de centrage 20. Lorsque le pion de centrage 20 est inséré dans la tige 14, il existe un jeu transversal entre le pion de centrage 20 et la surface interne 15 de la tige 14. Dans un exemple de réalisation, la tige 14 possède une section transversale circulaire, et le pion de centrage 20 possède alors aussi une section transversale circulaire. La surface interne de la tige 14 est circulaire centrée sur l’axe de tige A. Le diamètre externe du pion de centrage 20 est strictement inférieur au diamètre interne de la tige 14, i.e. au diamètre de la surface interne 15 de la tige 14. La tige 14 est munie sur sa surface interne 15 de saillies de centrage 24 réparties circonférentiellement sur la surface interne 15 de la tige 14. Les saillies de centrage 24 sont circonférentiellement espacées les unes de autres. Les saillies de centrage 24 sont séparées par des creux 26. Chaque creux 26 sépare deux saillies de centrage 24 adjacentes. Les saillies de centrage 24 sont par exemple circonférentiellement régulièrement réparties. En particulier, dans un exemple de réalisation, les saillies de centrage 24 sont circonférentiellement uniformément réparties. Chaque saillie de centrage 24 s’étend par exemple à partir de la surface interne 15 en saillie radialement par rapport à l’axe de tige A et vers l’intérieur de la tige 14. Chaque saillie de centrage 24 possède un sommet 25. Le sommet 25 de chaque saillie de centrage 24 est le point de la saillie de centrage 24 situé le plus vers l’intérieur de la tige 14, i.e. le plus proche de l’axe de tige A. Les saillies de centrage 24 sont configurées pour le centrage du pion de centrage 20 inséré dans la tige 14. Le pion de centrage 20 inséré dans la tige 14 est reçu entre les saillies de centrage 24 avec un jeu transversal réduit par rapport à celui existant entre le pion de centrage 20 et la surface interne 15 de la tige 14. Ainsi, bien que la surface interne 15 de la tige 14 présente un jeu transversal avec le pion de centrage 20, le pion de centrage 20 peut être centré par rapport à la tige 14 pour assurer une déformation satisfaisante de la tige 14 lors du soudage par ultrasons à l’aide de la sonotrode 6. Les sommets 25 des saillies de centrage 24 sont par exemple situées sur un cercle imaginaire C centré sur l’axe de tige A. Ceci permet de recevoir un pion de centrage 20 de section transversale circulaire. De préférence, les saillies de centrage 24 sont prévues pour recevoir le pion de centrage 20 de manière ajustée transversalement. Ceci permet d’assurer un centrage précis du pion de centrage 20 sur l’axe de tige A. Dans un exemple de réalisation, les sommets 25 des saillies de centrage 24 sont réparties sur un cercle imaginaire C centré sur l’axe de tige A, le cercle imaginaire ayant un diamètre sensiblement égal au diamètre externe du pion de centrage 20. Dans un exemple de réalisation, la tige 14 comprend au moins trois saillies de centrage 24. Ceci permet d’assurer un centrage y compris avec des saillies de centrage 24 possédant des formes simples, comme dans l’exemple illustré. Dans l’exemple illustré les saillies de centrage 24 sont au nombre de cinq. Il est possible de prévoir un nombre de saillies de centrage 24 différent. Dans des variantes, la tige 14 comprend exactement trois saillies de centrage 24, exactement quatre saillies de centrage 24 ou plus de cinq saillies de centrage 24. Dans un autre exemple de réalisation, la tige 14 peut comprendre seulement deux saillies de centrage 24. Dans ce cas, les sommets 25 peuvent présenter une forme permettant le maintien du pion de centrage 20 au centre de la tige 14. Les sommets 25 possèdent par exemple, en vue suivant l’axe de tige A, des profils en arc de cercle centrés sur l’axe de tige A. Une procédé d’assemblage de la pièce 2 avec l’autre pièce 4 comprend le positionnement de la pièce 2 par rapport à la pièce 4 en insérant la tige 14 de l’élément d’assemblage 8, initialement non déformé, dans l’orifice d’assemblage 10 de l’autre pièce 4. Le procédé d’assemblage comprend ensuite le positionnement de la sonotrode 6 sur l’extrémité distale 18 de la tige 14 en insérant le pion de centrage 20 dans l’extrémité distale de la tige 14. Dans cette position, la sonotrode 6 est centrée par rapport à la tige 14 grâce aux saillies de centrage 24 prévues sur la surface interne 15 de la tige 14 coopérant avec le pion de centrage 20 de la sonotrode 6. Le procédé d’assemblage comprend ensuite la transmission d’ultrasons à la pièce 2 à l’aide de la sonotrode 6 tout en appuyant la sonotrode 6 sur la tige 14 suivant l’axe de tige A. Les ultrasons provoquent un échauffement de la tige 14 facilitant la déformation plastique de la tige 14, et la sonotrode 6 déforme l’élément d’assemblage 8 plastiquement en formant la tête d’assemblage 12 empêchant le retrait de la tige 14 hors de l’orifice d’assemblage 10. La pièce 2 et l’autre pièce 4 sont ainsi liées ensemble par l’élément d’assemblage 8. En principe, il convient d’utiliser une sonotrode 6 de forme adaptée à la tige 14 de la pièce 4, et en particulier aux dimensions de la tige 14, et en principe une sonotrode 6 ayant un pion de centrage 20 adapté aux dimensions transversales intérieures de la tige 14. La prévision de saillies de centrage 24 sur une tige 14 de soudage par ultrasons pour le centrage d’un pion de centrage 20 d’une sonotrode 6 permet d’utiliser la même sonotrode 6 avec des pièces 2 possédant des tiges 14 de dimensions transversales intérieures différentes, le centrage du pion de centrage 20 étant réalisé pour chaque tige 14 par le biais des saillies de centrage 24 prévues sur la surface interne de la tige 14. Ainsi, la même sonotrode 6 peut être utilisée pour le soudage par ultrasons d’une première pièce 2 telle que représentée sur la Figure 3 et pour le soudage d’une deuxième pièce 2A telle que représentée sur la Figure 4, sur laquelle les références numériques aux éléments analogues à ceux de la Figure 3 ont été conservées en y ajoutant la lettre « A ». La première pièce 2 et la deuxième pièce 2A de la Figure 4 possèdent des élément d’assemblage 8, 8A analogues qui diffèrent par certaines de leurs dimensions transversales, tout en étant adaptés pour la réception et le centrage d’un pion de centrage 20 d’une même sonotrode 6. En particulier, la tige 14A de la deuxième pièce 2A est de dimensions transversales internes strictement inférieures à celles de la tige 14 de la première pièce 2, mais possède des saillies de centrage 24A de hauteur plus réduite que les saillies de centrage 24 de la tige 14 de la première pièce 2, de sorte que les saillies de centrage 24A de la tige 14A de la deuxième pièce 2A sont propres à assurer le centrage du pion de centrage 20 de la même sonotrode 6 que les saillies de centrage 24 de la tige 14 de la première pièce 2. La hauteur de chaque saillie de centrage 24, 24A est prise entre la base de saillie reliée à la tige 14, 14A et le sommet 25, 25A de la saillie de centrage 24, 24A, radialement par rapport à l’axe de tige A. Dans un exemple de réalisation particulier dans lequel les tiges 14, 14A possèdent des surfaces internes 15, 15A de sections transversales circulaires, la tige 14A de la deuxième pièce 2A possède un diamètre interne D2 strictement inférieure à celui D1 de la tige 14 de la première pièce 2, et les saillies de centrage 24A de la tige 14A de la deuxième pièce 2A présentent une hauteur H2 strictement inférieure à celle H1 des saillies de centrage 24 de la tige 14 de la première pièce 2. Le cercle imaginaire C passant par les sommets 24 des saillies de centrage 24 de la tige 14 de la première pièce 2 présente sensiblement le même diamètre que le cercle imaginaire C2 passant par les sommets 25 des saillies de centrage 24A de la tige 14A de la deuxième pièce 2A. Un ensemble comprenant une première pièce 2 et une deuxième pièce 2A telles que celles des Figures 3 et 4 est ainsi avantageux, car ces pièces peuvent être soudées à l’aide de la même sonotrode 6. Il est donc possible de changer de production pour passer d’une production utilisant la première pièce 2 à une production utilisant la deuxième pièce 2A en utilisant un même outil de soudage par ultrasons, et ce sans avoir à changer la sonotrode. Un procédé de soudage par ultrasons avantageux comprend ainsi le soudage par ultrasons de la première pièce 2 et le soudage par ultrasons de la deuxième pièce 2A à l’aide d’une même sonotrode 6, par application de la sonotrode sur les tiges 14, 14A de la première pièce 2 et de la deuxième pièce 2A en insérant le pion de centrage 20 à l’intérieur des tiges 14, 14A. Les soudages sont bien entendu réalisés séquentiellement. La première pièce 2 est soudée sur une première autre pièce et la deuxième pièce 2A est soudée sur une deuxième autre pièce. Pièce de véhicule portant un élément d’assemblage (8) comprenant une tige (14) tubulaire destinée à être déformée plastiquement à l’aide d’une sonotrode pour l’assemblage de la pièce sur une autre pièce (4) par soudage par ultrasons, la tige (14) étant munie de plusieurs saillies de centrage (24) prévues sur une surface interne (15) de la tige (14) pour le centrage d’un pion de centrage (20) de la sonotrode inséré à l’intérieur de la tige (14), les saillies de centrage (24) étant réparties circonférentiellement en étant espacées les unes de autres. Pièce selon la revendication 1, dans laquelle la tige (14) s’étend suivant un axe de tige (A), chaque saillie de centrage (24) s’étendant à partir de la surface interne (15) de la tige (14) radialement relativement à l’axe de tige (A) et vers l’intérieur de la tige (14). Pièce selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle la tige (14) est cylindrique. Pièce selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle chaque saillie de centrage (24) possède un sommet (25), les sommets (25) des saillies de centrage (24) étant situés sur un cercle imaginaire. Pièce selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les saillies de centrage (24) sont réparties circonférentiellement de manière uniforme. Ensemble comprenant une pièce (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 et une sonotrode (6) possédant un pion de centrage (20) destiné à inséré dans la tige (14) de l’élément d’assemblage (8) en coopérant avec les saillies de centrage (24) pour le centrage du pion de centrage (20) par rapport à la tige (14). Ensemble comprenant une première pièce (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 et une deuxième pièce (2A) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, la première pièce (2) et la deuxième pièce (2A) possédant des tiges (14, 14A) qui présentent des dimensions internes différentes et qui sont munies de saillies de centrage (24, 24A) configurées pour le centrage d’un pion de centrage d’une même sonotrode (6). Ensemble selon la revendication 7, dans lequel la tige (14) de la première pièce (2) possède des dimensions transversales internes supérieures à celles de la tige (14A) de la deuxième pièce (2A), les saillies de centrage (24) prévues sur la tige (14) de la première pièce (2) possédant une hauteur, prise radialement par rapport à un axe de tige (A), supérieure à celle des saillies de centrage (24A) de la tige (14A) de la deuxième pièce (2A) Procédé d’assemblage d’une pièce (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 sur une autre pièce (4) par soudage par ultrasons, comprenant l’insertion de la tige (14) de l’élément d’assemblage (8) de la pièce (2) dans un orifice d’assemblage (10) de l’autre pièce (4), l’application d’une sonotrode (6) sur l’élément d’assemblage (8) en insérant un pion de centrage (20) de la sonotrode (6) à l’intérieur de la tige (14) de l’élément d’assemblage (8) de manière que le pion de centrage (20) est centrée relativement à la tige (14) par les saillies de centrage (24) de la tige (14), et la déformation plastique de la tige (14) à l’aide de la sonotrode (6) de manière à déformer plastiquement l’élément d’assemblage (8) en formant une tête d’assemblage (12) retenant la pièce (2) sur l’autre pièce (4). Procédé d’assemblage d’un première pièce (2) et d’une deuxième pièce (2A) d’un ensemble selon la revendication 6 ou 7, comprenant le soudage par ultrasons de la première pièce (2) et le soudage par ultrasons de la deuxième pièce (2A) à l’aide d’une même sonotrode (6), par application de la sonotrode sur les tiges (14, 14A) de la première pièce (2) et de la deuxième pièce (2A) en insérant le pion de centrage (20) à l’intérieur des tiges (14, 14A).