Brevet FR3116452A1 — publié le 20220527

L’invention concerne un dispositif de clinchage d’un empilement de pièces maintenues par l’intermédiaire d’une couche de colle structurale interposée entre les pièces Le dispositif de clinchage (2) selon l’invention comprend un poinçon (4), une matrice (8) comportant une ouverture (10) de forme complémentaire au poinçon (4), un moyen de déplacement (12) réversible du poinçon (4) dans l’ouverture (10) de la matrice (8), caractérisé en ce que le dispositif de clinchage (2) comprend des moyens de chauffage (22) apte à élever la température d’un empilement de pièces (14), interposé entre le poinçon (4) et la matrice (8). (Figure 1) Dispositif de clinchage d’un empilement de pièces maintenues par l’intermédiaire d’une couche de colle structurale interposée entre les pièces La présente invention concerne le domaine technique des véhicules automobiles, et plus particulièrement, le domaine technique de l’assemblage de pièces de carrosserie par un procédé de clinchage. Dans le secteur automobile, la réglementation impose de mettre en œuvre des moyens afin de réduire de façon significative la consommation en carburant des véhicules automobiles, pour réduire leurs émissions nocives. Une solution bien connue pour cela consiste à réduire le poids des véhicules automobiles, par exemple en diminuant les épaisseurs des pièces ou tôles constituant la carrosserie d’un véhicule automobile. Afin de conserver les propriétés mécaniques de la carrosserie, notamment sa rigidité, il est connu la mise en œuvre d’un procédé consistant à assembler deux pièces de fine épaisseur, par l’intermédiaire d’une couche de colle dite structurale. Après polymérisation, la colle structurale forme une couche solide renforçant la rigidité de l’empilement de pièces, sans augmenter de façon significative son poids. Une des particularités liées à cette solution, est la nécessité impérative de maintenir les pièces de façon immobile, l’une par rapport à l’autre, jusqu’à polymérisation complète de la colle structurale. Or, la polymérisation complète de la couche de colle structurale est obtenue après un laps de temps significatif, pendant lequel l’empilement de pièces subit plusieurs étapes de fabrication. Ainsi, les pièces sont encollées lors d’une étape dite de ferrage, et la polymérisation de la colle structurale est complète après peinture de l’empilement de pièces. Ainsi, il est nécessaire d’employer des moyens de maintien afin d’immobiliser les pièces jusqu’à la polymérisation complète de la colle structurale, entre l’atelier de ferrage et l’atelier peinture. C’est pourquoi le procédé de collage structural n’est jamais utilisé seul, mais en association d’un autre procédé d’assemblage. La technique dite du “clinchage” permet de jouer efficacement ce rôle, en insérant de force une pièce de l’empilement dans une autre pièce de l’empilement, de manière à ce que les forces mécaniques de frottement entre lesdites pièces assurent le maintien de l’empilement de pièces. De façon avantageuse, à la différence du soudage, le clinchage n’expose pas la couche de colle structurale à un risque de brûlure et donc à un risque d’émanation de fumées toxiques provenant de ladite couche. Le clinchage peut ainsi être réalisé sans risque, à travers une couche de colle structurale. Toutefois, les colles structurales se caractérisent par un coefficient de viscosité élevé. La présence d’une couche structurale entre deux pièces à assembler, nécessite ainsi d’appliquer une pression mécanique supplémentaire lors d’un procédé de clinchage, de manière à s’assurer que les pièces s’emboîtent convenablement entre elles. À défaut d’application d’une pression mécanique suffisante, les pièces s’emboîtent partiellement. Dans le cas inverse, l’application d’une pression mécanique excessive peut endommager la forme et/ou l’intégrité des pièces. La présente invention vise à proposer un dispositif de clinchage, ainsi qu’un procédé de clinchage, plus sûr et plus efficace pour maintenir un empilement de pièces, lorsqu’une couche de colle structurale est présente entre lesdites pièces. Afin de résoudre le problème technique mentionné ci-dessus, il est proposé un dispositif de clinchage d’un empilement de pièces, maintenues ensemble par l’intermédiaire d’une couche de colle structurale interposée entre les pièces, comprenant un poinçon, une matrice comportant une ouverture de forme complémentaire au poinçon, un moyen de déplacement réversible du poinçon dans l’ouverture de la matrice. Le dispositif de clinchage est remarquable en ce qu’il comprend des moyens de chauffage, apte à élever localement la température d’un empilement de pièces interposé entre le poinçon et la matrice, de sorte à augmenter la viscosité d’une couche ou bien de plusieurs couches de colle structurale maintenant lesdites pièces ensemble. L’invention porte également sur les variantes suivantes du dispositif de clinchage décrit ci-dessus : - les moyens de chauffage sont localisés au niveau du poinçon ; - les moyens de chauffage sont localisés au niveau de la matrice ; - les moyens de chauffage comprennent une source d’émission infrarouge ; - les moyens de chauffage comprennent une résistance électrique. L’invention porte aussi sur un procédé de clinchage d’un empilement de pièces de carrosserie pour véhicule automobile, maintenues ensemble par l’intermédiaire d’une couche de colle structurale interposée entre lesdites pièces. Le procédé de clinchage selon l’invention est remarquable en ce qu’il met en œuvre les étapes suivantes : - échauffement d’une zone localisée de l’empilement de pièces, de manière à augmenter la viscosité de la couche ou des couches de colle structurale interposées entre les pièces ; puis - emboutissage de l’empilement de pièces au niveau de la zone localisée, à l’aide d’un poinçon, jusqu’à emboîtement des pièces ; puis - retrait du poinçon de l’empilement de pièces. L’échauffement préalable d’une zone localisée de l’empilement de pièces, permet avantageusement d’augmenter la viscosité de la ou des couches de colle structurale maintenant lesdites pièces ensemble, de sorte à faciliter l’emboutissage de l’empilement, en réduisant de façon significative la résistance mécanique de la ou des couches de colle structurale au niveau de la zone localisée à emboutir. Selon une variante de réalisation de l’invention, lors de l’étape d’échauffement, la température de la couche de colle structurale maintenant les pièces ensemble, est élevée dans une plage de température comprise entre 50°C et 60°C, dans la zone localisée. De préférence, la température de la couche de colle structurale est de l’ordre de 55°C. D’autres avantages et caractéristiques pourront ressortir plus clairement de la description qui va suivre. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins dans lesquels : représente une vue schématique d’un dispositif de clinchage selon l’invention, en position initiale ; représente une vue schématique d’un dispositif de clinchage selon l’invention, en position finale ; représente une vue schématique d’une deuxième étape d’un procédé de clinchage selon l’invention, à l’aide du dispositif de clinchage illustré par les figures 1 et 2 ; représente une vue schématique d’une troisième étape de retrait d’un procédé de clinchage selon l’invention ; illustre une coupe longitudinale d’un empilement de pièces, maintenues par l’intermédiaire d’une couche de colle structurale, après clinchage sans chauffage préalable de colle structurale conformément au procédé de clinchage selon l’invention ; illustre une coupe longitudinale d’un même empilement de pièces que celui représenté sur la , après clinchage conformément au procédé de clinchage selon l’invention. Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments. Pour rappel, l’invention propose un dispositif de clinchage de pièces de carrosserie pour véhicules automobiles, plus sûr et plus efficace lorsqu’une couche de colle structurale est présente entre lesdites pièces. La illustre un exemple non limitatif d’un dispositif de clinchage 2 selon l’invention. Le dispositif de clinchage 2 comprend un poinçon 4 délimité par une pointe 6. La pointe 6 est destinée à exercer une pression sur un empilement de pièces de sorte à permettre leur emboîtement partiel. Une matrice 8 est positionnée en vis-à-vis du poinçon 4. La matrice 8 comprend une ouverture 10 de forme complémentaire à la pointe 6 du poinçon 4, de sorte à permettre l’insertion puis le retrait de la pointe 6 dans la matrice 8. Le dispositif de clinchage 2 comprend un moyen de déplacement 12 configuré pour permettre au poinçon 4 et à la matrice 8 de mouvoir simultanément et de façon réversible, entre une position d’initiale illustrée par la , et une position finale illustrée par la . En position initiale, illustrée par la , le moyen de déplacement 12 maintient à distance le poinçon 4 de la matrice 8, afin de permettre le positionnement d’un empilement de pièces 14 de carrosserie, sur une face supérieure 16 de la matrice 8, comme illustré par la , de sorte à obturer l’ouverture 10 de la matrice. En position finale, illustrée par la , le poinçon 4 et la matrice ont été rapprochés par le moyen de déplacement 12, de sorte que la pointe 6 du poinçon 4 occupe au moins partiellement l’ouverture 10 de la matrice 8. Selon le présent exemple, l’empilement de pièces 14 se compose de deux pièces 18 ou tôles, superposées et maintenues par l’intermédiaire d’une couche de colle structurale 20 interposée entre lesdites pièces. Les pièces 18 sont réalisées à partir d’un matériau métallique de type acier ou aluminium. L’épaisseur d’une pièce est comprise entre 0,5 mm et 4 mm. L’empilement de pièces 14 illustré sur la se compose de supports de gâche en acier grade E275D 1,75 mm de chez Arcelor Mittal. Chaque pièce comporte une doublure en aluminium grade 5182-O de Constellium d’une épaisseur de 0,85 mm. La colle structurale 20 interposée entre les pièces 18 est du type époxyde, son épaisseur est comprise entre 0,1 mm et 2mm. Le dispositif de clinchage 2 est remarquable en ce qu’il comprend des moyens de chauffage 22. Lorsque le dispositif de clinchage 2 est en position initiale illustrée par la , les moyens de chauffage 22 se composent d’une première source 24 d’émission de chaleur localisée au niveau de la face supérieure 16 de la matrice 8, et d’une seconde source 26 d’émission de chaleur localisée au niveau de la pointe 6 du poinçon 4. Les moyens de chauffage 22 sont maintenus par rapport au dispositif de clinchage 2, de sorte à être immobile lorsque le dispositif de clinchage passe d’une position initiale à une position finale et inversement. Selon le présent exemple, la première source 24 et la seconde source 26 d’émission de chaleur comprennent une boucle de résistantes électriques entourant respectivement la matrice et le poinçon. Chaque boucle est pilotée de sorte à pouvoir libérer une puissance thermique comprise entre 1500 watts et 3000 watts. En d’autres termes, les moyens de chauffage 22 sont paramétrés pour permettre l’élévation de la température de la couche de colle structurale de l’empilement de pièces décrit ci-dessus, placé sur la face supérieure 16 de la matrice, dans une plage de température comprise entre 50°C et 60°C, de préférence de l’ordre de 55°C. Le dispositif de clinchage 2 décrit ci-dessus, permet avantageusement la mise en œuvre d’un procédé de clinchage selon l’invention tel que décrit ci-après. Le procédé de clinchage selon l’invention met en œuvre une première étape consistant à chauffer une zone localisée d’un empilement de pièces 14 décrit ci-dessus, déposé sur la face supérieure 16 de la matrice 8. Dans la zone localisée, se situant en vis-à-vis du poinçon 4 et de la matrice 8, la température de la couche de colle structurale est élevée jusqu’à une température comprise dans une plage de température s’étendant entre 50°C et 60°C, de préférence autour de 55°C, à l’aide des moyens de chauffage 22 mentionnés ci-dessus. Selon une deuxième étape du procédé de clinchage, la zone localisée de l’empilement de pièces 14 est emboutie par l’intermédiaire du poinçon 4 en coopération avec la matrice 8, de sorte à insérer une partie d’une pièce supérieure 30 dans une partie d’une pièce inférieure 32 de l’empilement de pièces. Selon une troisième étape du procédé de clinchage, le poinçon 4 est retiré de l’empilement de pièces de sorte à libérer ledit empilement. Les figures 5 et 6 illustrent respectivement une coupe longitudinale d’un empilement de pièces 14 identique, maintenues par l’intermédiaire d’une couche de colle structurale 20 identique, après la mise en œuvre d’un procédé de clinchage à l’aide d’un dispositif de clinchage 2 décrit ci-dessus, sans chauffage préalable de la colle structurale, et avec chauffage préalable de la colle structurale conformément au procédé de clinchage selon l’invention. On observe ainsi sur la qu’il n’y a pas d’enclenchement significatif de la pièce supérieure 30 dans la pièce inférieure 32, une déformation substantielle desdites pièces, et la présence de poches 34 de colle structurale 20 de volume important. A l’inverser, sur la , on observe un enclenchement conforme de la pièce supérieure 30 dans la pièce inférieure 32, une déformation moindre desdites pièces, et la présence de poches 34 de colle structurale 20 de faible volume. Le procédé de clinchage mis en œuvre par le dispositif de clinchage 2 décrit ci-dessus, permet donc un maintien plus sûr et plus efficace, d’un empilement de pièces 14 maintenues entre elles par une couche de colle structurale. Dispositif de clinchage (2) d’un empilement de pièces maintenues par l’intermédiaire d’une couche de colle structurale, interposée entre les pièces, comprenant un poinçon (4), une matrice (8) comportant une ouverture (10) de forme complémentaire au poinçon (4), un moyen de déplacement (12) réversible du poinçon (4) dans l’ouverture (10) de la matrice (8), caractérisé en ce que le dispositif de clinchage (2) comprend des moyens de chauffage (22) apte à élever la température d’un empilement de pièces (14), interposé entre le poinçon (4) et la matrice (8). Dispositif de clinchage (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de chauffage (22) sont localisés au niveau du poinçon (4). Dispositif de clinchage (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de chauffage (22) sont localisés au niveau de la matrice (8). Dispositif de clinchage (2) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de chauffage (22) comprennent une source d’émission infrarouge. Dispositif de clinchage (2) selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de chauffage (22) comprennent une résistance électrique. Procédé de clinchage d’un empilement de pièces (14) de carrosserie pour véhicule automobile, maintenues ensemble par l’intermédiaire d’une couche de colle structurale (20) interposée entre les pièces, caractérisé en ce que le procédé de clinchage met en œuvre les étapes suivantes : - échauffement d’une zone localisée de l’empilement de pièces (14), de manière à augmenter la viscosité de la couche ou des couches de colle structurale (20) interposées entre les pièces ; puis - emboutissage de l’empilement de pièces (14) au niveau de la zone localisée, à l’aide d’un poinçon (4), jusqu’à emboîtement des pièces ; puis retrait du poinçon (4) de l’empilement de pièces (14). Procédé de clinchage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lors de l’échauffement, la température de la couche de colle structurale (20) maintenant les pièces ensemble, est élevée dans une plage de température comprise entre 50°C et 60°C.