EP0711614B1 - Procédé d'assemblage de deux flanes de tÔle métallique - Google Patents

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EP0711614B1
EP0711614B1 EP95401925A EP95401925A EP0711614B1 EP 0711614 B1 EP0711614 B1 EP 0711614B1 EP 95401925 A EP95401925 A EP 95401925A EP 95401925 A EP95401925 A EP 95401925A EP 0711614 B1 EP0711614 B1 EP 0711614B1
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EP
European Patent Office
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sheet
metal
blanks
coating
punch
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EP95401925A
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Inventor
Thierry Marquais
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Sollac SA
Original Assignee
Sollac SA
Lorraine de Laminage Continu SA SOLLAC
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D39/00—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders
    • B21D39/03—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders of sheet metal otherwise than by folding
    • B21D39/031—Joining superposed plates by locally deforming without slitting or piercing

Definitions

  • the present invention relates to a method of assembling two sheet metal blanks, at least one of which is coated on at least one of its faces with a metallic coating.
  • point clinched The mechanical strength of such an assembly point, called point clinched, is sometimes considered too weak, especially in pure traction.
  • the resistance mechanical in pure tension of a clinched point is of the order of 80 to 140 DaN depending on the technology and tools used, and the mechanical strength of a point clinch in tension-shear is of the order of 150 to 280 DaN, always depending on the technology and the tools used.
  • the main drawback of this assembly technique is its corrosion resistance.
  • the technique consists, using a punch and of a matrix, to make two stampings so as to form, in each sheets from one side, a cavity and on the other side a projection, the projection of the first sheet being inserted into the cavity of the second sheet, said cavity of the second sheet having, near its bottom, a widening while the projection of the first sheet has a flare housed in said enlargement.
  • corrosion agents such as that for example simply humidity, or water, which will stagnate and promote corrosion of the sheets at the assembly point.
  • Another solution for joining two sheet metal blanks is to use the resistance welding technique.
  • Such a welded point has very good mechanical strength, greater than 300 DaN in pure tension and in shear tension.
  • the spot resistance welding technique requires that the sheet blanks to be assembled are overlapped over at least 20 mm. This is what is known in the automotive field as the fallen edge, and it turns out that a fallen edge of 20 mm is penalizing in the automobile.
  • the spot resistance welding technique is a technique that requires a large amount of energy, electrical intensity necessary for welding being of the order of 10 kA, or even more, which generates a significant cost.
  • the coating pollutes the welding electrodes, thus reducing their duration of life.
  • the present invention relates to a method of assembling two sheet metal blanks whose mechanical strength of the assembly points is greater than that of the so-called clinched points, and which does not have the disadvantages associated with the resistance welding spot technique.
  • the present invention relates to a process for assembling two sheet metal blanks, at least one of which is coated on at least one of its faces with a metallic coating, in which we superimpose the two sheet blanks and we realize at least one point of assembly by cold creep of the type in which one practices simultaneously in the two sheet metal blanks using a punch and a matrix a cavity, for example circular, said cavities being thus housed one inside the other and having an enlargement in the vicinity of the bottom, characterized in that the two sheet blanks are superimposed so that the coated side of the coated sheet blank is in contact with one side of the other sheet blank, and in that we pass between the punch and the die a electric current for soldering said assembly point.
  • the subject of the invention is a method of assembling two blanks metallic 1, 2, at least one of which is coated on at least one of its faces a metallic coating.
  • the two sheet blanks 1 and 2 are each coated on one of their faces of a metal coating layer, respectively 4 and 5.
  • one or both sheet metal blanks 1, 2 can be coated on both sides with a layer of metallic coating.
  • the first step in the assembly process is to overlap the two sheet blanks 1, 2.
  • the second step of the assembly process according to the invention consists in making at least one cold-flow assembly point of the type in which we practice simultaneously in the two sheet blanks using with a punch and a die a cavity, for example circular, rectangular or other, said cavities being thus housed one inside the other and having an enlargement in the vicinity of the bottom, passing between the punch and the matrix an electric current of soldering of said point assembly when said punch is at the end of the stroke.
  • the two sheet blanks 1 and 2 are placed in a device for producing an assembly point by cold creep, i.e. between a matrix 6 and a blank holding device 7 - punch 8.
  • the assembly point training device must have a punch and a matrix both conductors of electricity, the punch being electrically isolated from the punch holder (not shown) and the matrix holder matrix (not shown), a current generator electrical (not shown) and a system of electrical contactors level of the punch and of the die (not shown).
  • the goal is that by Joule effect due to the passage of current between punch 8 and die 6, so at the interface between the two sheets, we create a brazing point 12 of the two sheet blanks 1 and 2, the layer of metallic coating 3, 4 or 5 serving as brazing, as has been shown in figure 4.
  • the intensity of the brazing current must be such that it allows to obtain in the assembly point at the interface between the two sheet blanks 1 and 2, by Joule effect, a temperature between the melting temperature of the metal coating 3, 4, 5 minus 20% and the melting temperature of said coating.
  • the intensity of the current of soldering is such that it allows to obtain in the assembly point to the interface between the two sheet blanks 1 and 2, by Joule effect, a temperature between the melting temperature of the metal coating 3, 4, 5 minus 20% and the melting temperature of said coating. minus 10%.
  • the method according to the invention as described above is particularly effective for the assembly of two blanks of steel sheet at least one of which is coated on at least one of its faces with a coating based on one or more elements among zinc, aluminum, nickel and their alloys, and when the two sheet blanks are coated on at least one of their faces with an identical metallic coating.
  • a first sample was made by making a point assembly according to the prior art, said clinch point and a second sample was produced by performing an assembly point according to the invention passing between the punch and the die when the punch is finished an electric current of 1 kA for 1 second.
  • the two points assembly were carried out with punches and dies of form identical and effort exerted between the punch and the die also identical.
  • point shear tensile strength assembly of the prior art is equal to 170 DaN, it is equal at 265 DaN for the assembly point according to the invention, i.e. a gain of more 50%.
  • the advantage of assembly method according to the invention is that it reduces the edge dropped to a value of 12 to 15 mm compared to the 20 mm needed to make a welded stitch.
  • the required electrical intensity is at least ten times less which has a significant economic advantage.
  • the method of assembling two sheet blanks according to the invention finds particular application in the field of household appliances and the automobile.

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Description

La présente invention concerne un procédé d'assemblage de deux flans de tôle métallique dont un au moins est revêtu sur au moins une de ses faces d'un revêtement métallique.
Il est connu pour assembler deux flans de tôle métallique, par exemple dans le document FR 2 691 388, de superposer les deux flans de tôle et de réaliser au moins un point d'a ssemblage par fluage à froid du type dans lequel on pratique simultanément dans les deux flans de tôle à l'aide d'un poinçon et d'une matrice une cavité circulaire, lesdites cavités étant ainsi logées l'une dans l'autre et présentant au voisinage du fond un élargissement.
Cette technique d'assemblage mécanique de deux flans de tôle est connue sous le nom de clinchage, et est très souvent utilisée dans le domaine de l'électroménager ainsi que dans le domaine automobile, dans le cadre de l'assemblage de pièces non visibles.
La tenue mécanique d'un tel point d'assemblage, appelé point clinché, est parfois considérée comme trop faible, surtout en traction pure. Par exemple, pour des tôles galvanisées de 0,8 mm d'épaisseur, la tenue mécanique en traction pure d'un point clinché est de l'ordre de 80 à 140 DaN selon la technologie et les outils utilisés, et la tenue mécanique d'un point clinché en traction-cisaillement est de l'ordre de 150 à 280 DaN, toujours selon la technologie et les outils utilisés.
L'inconvénient principal de cette technique d'assemblage est sa tenue à la corrosion. En effet, la technique consiste, à l'aide d'un poinçon et d'une matrice, à réaliser deux emboutis de manière à former, dans chacune des tôles à partir d'une face, une cavité et sur l'autre face une saillie, la saillie de la première tôle étant insérée dans la cavité de la seconde tôle, ladite cavité de la seconde tôle présentant, au voisinage de son fond, un élargissement tandis que la saillie de la première tôle comporte un évasement logé dans ledit élargissement. Entre la saillie de la première tôle et la cavité de la seconde tôle peuvent pénétrer des agents de corrosion, tels que par exemple tout simplement de l'humidité, ou de l'eau, qui vont stagner et favoriser la corrosion des tôles au niveau du point d'assemblage.
Une autre solution pour assembler deux flans de tôle métallique consiste à utiliser la technique du soudage par résistance.
Pour cela on place les deux flans à assembler en recouvrement et on réalise un point soudé en faisant passer un courant de soudage entre deux électrodes situées en vis-à-vis de part et d'autre des flans.
Un tel point soudé présente une très bonne tenue mécanique, supérieure à 300 DaN en traction pure et en traction cisaillement.
En revanche cette technique présente quelques inconvénients.
Lorsque les flans de tôle sont revêtus, par exemple d'un revêtement anticorrosion, le soudage provoque un brûlage dudit revêtement ce qui est préjudiciable à la tenue à la corrosion des flans de tôle au niveau des points soudés.
La technique du soudage par résistance par point nécessite que les flans de tôle à assembler soient en recouvrement sur au moins 20 mm. C'est ce que l'on appelle dans le domaine automobile le bord tombé, et il s'avère qu'un bord tombé de 20 mm est pénalisant dans l'automobile.
Enfin, la technique du soudage par résistance par point est une technique qui nécessite une grande quantité d'énergie, l'intensité électrique nécessaire au soudage étant de l'ordre de 10 kA, voire plus, ce qui engendre un coût important.
De plus, lorsque les flans de tôle dont revêtus sur les deux faces ou que les faces revêtues sont les faces extérieures de l'assemblage, le revêtement pollue les électrodes de soudage, diminuant ainsi leur durée de vie.
La présente invention a pour objet un procédé d'assemblage de deux flans de tôle dont la tenue mécanique des points d'assemblage est supérieure à celle des points dits clinchés, et qui ne présente pas les inconvénients liés à la technique du soudage par résistance par points.
La présente invention concerne un procédé d'assemblage de deux flans de tôle métallique dont un au moins est revêtu sur au moins une de ses faces d'un revêtement métallique, dans lequel on superpose les deux flans de tôle et on réalise au moins un point d'assemblage par fluage à froid du type dans lequel on pratique simultanément dans les deux flans de tôle à l'aide d'un poinçon et d'une matrice une cavité, par exemple circulaire, lesdites cavités étant ainsi logées l'une dans l'autre et présentant au voisinage du fond un élargissement, caractérisé en ce qu' on superpose les deux flans de tôle de manière que la face revêtue du flan de tôle revêtu soit en contact avec une face de l'autre flan de tôle, et en ce qu'on fait passer entre le poinçon et la matrice un courant électrique de brasage dudit point d'assemblage.
Selon d'autres caractéristiques préférées de l'invention :
  • les deux flans de tôle métallique sont chacun revêtus sur au moins une de leurs faces, et on superpose les deux flans de tôle de manière qu'une face revêtue du premier flan de tôle soit en contact avec une face revêtue de l'autre flan de tôle,
  • on fait passer le courant électrique de brasage entre le poinçon et la matrice lorsque ledit poinçon est en fin de course,
  • l'intensité du courant électrique de brasage est telle qu'elle permet d'obtenir dans le point d'assemblage à l'interface entre les deux flans de tôle, par effet Joule, une température comprise entre la température de fusion du revêtement métallique moins 20 % et la température de fusion du revêtement métallique, de préférence comprise entre la température de fusion du revêtement métallique moins 20 % et la température de fusion du revêtement métallique moins 10 %,
  • le revêtement métallique est un revêtement à base de l'un ou plusieurs éléments parmi le zinc, l'aluminium, le nickel et leurs alliages.
Les caractéristiques et avantages apparaítront mieux à la suite de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
  • les figures 1 à 3 représentent trois étapes de réalisation d'un point d'assemblage de deux flans de tôle selon le procédé de l'invention,
  • la figure 4 représente une vue en perspective coupée d'un point d'assemblage selon l'invention.
L'invention a pour objet un procédé d'assemblage de deux flans métallique 1, 2, dont un au moins est revêtu sur au moins une de ses faces d'un revêtement métallique.
Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures 1 à 3, seul le flan de tôle 1 est revêtu d'une couche 3 de revêtement métallique, le flan de tôle 2 étant nu.
En revanche dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 4, les deux flans de tôle 1 et 2 sont chacun revêtus sur une de leurs faces d'une couche de revêtement métallique, respectivement 4 et 5.
Il est bien évident que l'un ou les deux flans de tôle 1, 2 peuvent être revêtus sur leurs deux faces d'une couche de revêtement métallique.
La première étape du procédé d'assemblage consiste à superposer les deux flans de tôle 1, 2.
Lorsqu'un seul des deux flans de tôle 1, 2 est revêtu d'une couche 3 de revêtement métallique, on superpose les deux flans de tôle de manière que la face revêtue du flan de tôle revêtu 1 soit en contact avec une face de l'autre flan de tôle 2.
Lorsque les deux flans de tôle 1, 2 sont revêtus sur l'une de leurs faces d'une couche de revêtement métallique 4, 5, on superpose les deux flans de tôle 1, 2 de manière que la face du premier flan de tôle 1 munie de la couche de revêtement métallique 4 soit en contact avec la face du second flan de tôle 2 munie de la couche de revêtement métallique 5.
La seconde étape du procédé d'assemblage selon l'invention consiste à réaliser au moins un point d'assemblage par fluage à froid du type dans lequel on pratique simultanément dans les deux flans de tôle à l'aide d'un poinçon et d'une matrice une cavité, par exemple circulaire, rectangulaire ou autre, lesdites cavités étant ainsi logées l'une dans l'autre et présentant au voisinage du fond un élargissement, en faisant passer entre le poinçon et la matrice un courant électrique de brasage dudit point d'assemblage lorsque ledit poinçon est en fin de course.
Cette seconde étape de réalisation d'un point d'assemblage est détaillée sur les figures 1 à 3.
Comme on le voit sur la figure 1, les deux flans de tôle 1 et 2 sont placés dans un dispositif de réalisation d'un point d'assemblage par fluage à froid, c'est à dire entre une matrice 6 et un dispositif serre-flan 7 - poinçon 8.
Les deux flans de tôle 1, 2 étant maintenus entre le serre-flan 7 et la matrice 6, on descend le poinçon 8 pour former dans chacun des flans de tôle 1, 2 une cavité, circulaire dans l'exemple de réalisation représenté, respectivement 9, 10, lesdites cavités étant logées l'une dans l'autre, comme représenté sur la figure 2.
On continue ensuite à descendre le poinçon 8 afin de continuer à former les cavités 9, 10 de manière à ce que, par fluage à froid du métal, elles présentent au voisinage de leur fond un élargissement 11, comme représenté sur la figure 3. Cette phase est habituellement appelée phase de matage des deux flans de tôle.
Lorsque le poinçon est en fin de course et que le point d'assemblage est quasiment réalisé, c'est à dire pendant la phase de matage des deux flans de tôle 1 et 2, on fait passer un courant électrique de brasage dudit point d'assemblage entre le poinçon 8 et la matrice 6.
Pour cela, le dispositif de formation du point d'assemblage doit comporter un poinçon et une matrice tous deux conducteurs de l'électricité, le poinçon étant isolé électriquement du porte poinçon (non représenté) et la matrice du porte matrice (non représentée), un générateur de courant électrique (non représenté) et un système de contacteurs électriques au niveau du poinçon et de la matrice (non représenté).
Le but poursuivi est que par effet Joule dû au passage du courant entre le poinçon 8 et la matrice 6, donc à l'interface entre les deux tôles, on crée un point de brasage 12 des deux flans de tôle 1 et 2, la couche de revêtement métallique 3, 4 ou 5 servant de brasure, comme on l'a représenté sur la figure 4.
Pour cela, il faut que l'intensité du courant de brasage soit telle qu'elle permet d'obtenir dans le point d'assemblage à l'interface entre les deux flans de tôle 1 et 2, par effet Joule, une température comprise entre la température de fusion du revêtement métallique 3, 4, 5 moins 20 % et la température de fusion dudit revêtement.
De manière préférentielle, il faut que l'intensité du courant de brasage soit telle qu'elle permet d'obtenir dans le point d'assemblage à l'interface entre les deux flans de tôle 1 et 2, par effet Joule, une température comprise entre la température de fusion du revêtement métallique 3, 4, 5 moins 20 % et la température de fusion dudit revêtement. moins 10 %.
Connaissant l'épaisseur des flans de tôle 1, 2 et de leur couche de revêtement 3, 4, 5 le cas échéant, ainsi que la résistivité du matériau constitutif desdits flans de tôle et de leur revêtement, et les paramètres de l'installation, il est aisé de calculer l'intensité nécessaire pour satisfaire ces conditions.
Le procédé selon l'invention tel que décrit ci-avant est particulièrement efficace pour l'assemblage de deux flans de tôle en acier dont l'un au moins est revêtu sur au moins une de ses faces d'un revêtement à base de l'un ou plusieurs éléments parmi le zinc, l'aluminium, le nickel et leurs alliages, et lorsque les deux flans de tôle sont revêtus sur au moins une de leurs faces d'un revêtement métallique identique.
A titre d'exemple, on a réalisé l'assemblage de deux flans de tôle identiques en acier doux d'épaisseur égale à 0,8 mm revêtus chacun d'un revêtement constitué d'un alliage de zinc et d'aluminium à 99 % de zinc et 1 % d'aluminium.
Un premier échantillon a été réalisé en effectuant un point d'assemblage selon la technique antérieure, dit point clinché et un second échantillon a été réalisé en effectuant un point d'assemblage selon l'invention en faisant passer entre le poinçon et la matrice lorsque le poinçon est en fin de course un courant électrique de 1 kA pendant 1 seconde. Les deux points d'assemblage ont été réalisé avec des poinçons et des matrices de forme identique et à effort exercé entre le poinçon et la matrice également identique.
On a ensuite déterminé pour chaque échantillon sa résistance en traction pure et sa résistance en traction cisaillement. Les essais de traction pure et de traction cisaillement ont été effectués respectivement selon les normes NF A 87 001 pour la traction pure et NF A 89 206 pour la traction cisaillement.
Alors que la résistance en traction pure du point d'assemblage de la technique antérieure est égale à 50 DaN, elle est égale à 65 DaN pour le point d'assemblage selon l'invention, soit un gain de 30 %.
De même la résistance en traction cisaillement du point d'assemblage de la technique antérieure est égale à 170 DaN, elle est égale à 265 DaN pour le point d'assemblage selon l'invention, soit un gain de plus de 50 %.
Par rapport au soudage par résistance par point, l'avantage du procédé d'assemblage selon l'invention est qu'il permet de réduire le bord tombé à une valeur de 12 à 15 mm comparé aux 20 mm nécessaires pour réaliser un point soudé. De plus l'intensité électrique nécessaire est au moins dix fois moindre ce qui présente un avantage économique non négligeable.
Le procédé d'assemblage de deux flans de tôle selon l'invention trouve particulièrement application dans le domaine de l'électroménager et l'automobile.

Claims (6)

  1. Procédé d'assemblage de deux flans de tôle métallique (1, 2) dont un au moins est revêtu sur au moins une de ses faces d'un revêtement métallique (3), dans lequel on superpose les deux flans de tôle (1,2) et on réalise au moins un point d'assemblage par fluage à froid du type dans lequel on pratique simultanément dans les deux flans de tôle (1, 2) à l'aide d'un poinçon (8) et d'une matrice (6) une cavité (9, 10), lesdites cavités étant ainsi logées l'une dans l'autre et présentant au voisinage du fond un élargissement (11), caractérisé en ce qu'on superpose les deux flens de tôle (1, 2) de manière que la face revêtue du flan de tôle revêtu soit en contact avec une face de l'autre flan de tôle, et en ce qu'on fait passer entre le poinçon (8) et la matrice (6) un courant électrique de brasage dudit point d'assemblage.
  2. Procédé d'assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux flans de tôle métallique (1, 2) sont chacun revêtus sur au moins une de leurs faces, et en ce qu'on superpose les deux flans de tôle (1, 2) de manière qu'une face revêtue du premier flan de tôle soit en contact avec une face revêtue de l'autre flan de tôle.
  3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on fait passer le courant électrique de brasage entre le poinçon (8) et la matrice (6) lorsque ledit poinçon est en fin de course.
  4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'intensité du courant électrique de brasage est telle qu'elle permet d'obtenir dans le point d'assemblage à l'interface entre les deux flans de tôle (1, 2), par effet Joule, une température comprise entre la température de fusion du revêtement métallique moins 20 % et la température de fusion du revêtement métallique.
  5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'intensité du courant électrique de brasage est telle qu'elle permet d'obtenir dans le point d'assemblage à l'interface entre les deux flans de tôle (1, 2), par effet Joule, une température comprise entre la température de fusion du revêtement métallique moins 20 % et la température de fusion du revêtement métallique moins 10 %.
  6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement métallique est un revêtement à base de l'un ou plusieurs éléments parmi le zinc, l'aluminium, le nickel et leurs alliages.
EP95401925A 1994-11-08 1995-08-22 Procédé d'assemblage de deux flanes de tÔle métallique Expired - Lifetime EP0711614B1 (fr)

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EP0711614A1 EP0711614A1 (fr) 1996-05-15
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