EP1301292B1 - Procede de fabrication d'un element de structure ayant une paroi metallique de forme generale tubulaire et element de structure - Google Patents

Procede de fabrication d'un element de structure ayant une paroi metallique de forme generale tubulaire et element de structure Download PDF

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EP1301292B1
EP1301292B1 EP01955416A EP01955416A EP1301292B1 EP 1301292 B1 EP1301292 B1 EP 1301292B1 EP 01955416 A EP01955416 A EP 01955416A EP 01955416 A EP01955416 A EP 01955416A EP 1301292 B1 EP1301292 B1 EP 1301292B1
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EP
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wall
structural element
sections
section
frame
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EP01955416A
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Jean Pierre Reyal
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Aperam Alloys Imphy SAS
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Imphy Alloys SA
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Publication date
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    • 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
    • B21D51/00—Making hollow objects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/08—Making tubes with welded or soldered seams
    • B21C37/0803—Making tubes with welded or soldered seams the tubes having a special shape, e.g. polygonal tubes
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Definitions

  • the invention relates to a method for manufacturing a structural element. having a metal wall of generally tubular shape comprising at at least two sections that are not axially aligned and a structural element tubular metal wall which can be produced in forms and for very diverse applications.
  • a structural element according to the preamble of claim 5 is known e.g. from document US-A-5,018,263.
  • Such structural elements may be curved or have successive straight sections in angular arrangements, for example making right angles between them, in the case of structural elements as square or rectangular frames.
  • the object of the invention is therefore to propose a manufacturing process of a structural element having a metal wall of generally tubular shape comprising at least two axially non-aligned sections which is of a simple implementation and of a limited cost and which makes it possible to carry out structures of complex shape, rigid and light, made of metallic materials any.
  • Figure 1 is a plan view of a portion of a cut plate which can be used for the production of a post with a polygonal section of a structure according to the invention in the form of a frame.
  • Figure 2 is a schematic cross-sectional view of the upright polygonal section made by folding the plate shown on the Figure 1, in a phase prior to welding of a connection part and fixing.
  • Figure 3 is a perspective view of a curved surface door carried out by the method of the invention.
  • Figure 4 is a plan view of a cut sheet metal plate for the realization of the door frame shown in Figure 3.
  • Figure 5 is an enlarged view of part of the plate shown in figure 4.
  • Figures 6 and 7 are partial perspective views of the frame door produced by folding and welding the metal plate shown on Figure 4.
  • Figure 8 is a perspective view. of a structural element of annular shape which can be produced by the method of the invention.
  • Figure 9 is a plan view of part of a metal plate for the production of the structural element shown in FIG. 8.
  • Figure 10 is a perspective view of part of one of the faces of the plate shown in Figure 9.
  • Figures 11 and 12 are perspective views of part of the structural element shown in FIG. 8, during a phase of folding and an assembly phase of the manufacturing process.
  • part of a metal plate has been represented. generally designated by the reference 1, this part of the plate 1 being intended to constitute part of a section constituting the side of a polygonal frame which is a structural element according to the invention.
  • the metal plate 1 as a whole has extensions of the part shown in Figure 1, in the longitudinal direction 2 as well as other parts intended to constitute by folding on other sides of the frame possibly having cross sections of shape polygonal different from the shape of the section of the section represented on the figure 2.
  • FIGS. 1 and 2 have the simple aim of explaining the principle of the method of manufacture according to the invention, without describing the complete manufacture of a structural element.
  • the section of the metal plate 1 shown in Figure 1 shows the shape of a rectangular strip extending in the longitudinal direction 2 and having a sufficient width to make the section of a side of rectangular frame shown in Figure 2.
  • a first frame manufacturing operation consists of cutting the plate 1 in a sheet of metal material of nature and thickness desired.
  • the process according to the invention makes it possible to produce structures of generally tubular shape whose wall thickness may be small and comprised, for example between 50 ⁇ m and 1 mm, such thin-walled structural elements cannot be manufactured by known methods such as angular assembly of tubes.
  • the inward folding of the portions 7 and 8 of the metal plate is made so that the flap 8 is located below the flap 7 and that the flaps 7 and 8 have an angle residual opening relative to their closed position 7 'and 8'.
  • the overlapping assembly and fixing of the portions 7 and 8 is produced by exerting a force 9 on the flap 7, in the vertical direction direction of the flap 8 and from the outside towards the inside of the section on the side of frame 3.
  • the flap 7 pivots around its folding axis and comes to press on the flap 8 which pivots itself around its axis of folding.
  • the movement of the flaps 7 and 8 is determined so as to constitute the upper wall on side 3 of the frame by overlapping the flaps in the coplanar positions 7 'and 8'.
  • the flap 7 ' is held in place by the pushing element exerting force 9 and element 8 in its position 8 'exerts, by elastic return, a pressing force against the underside of the flap 7 ', so that the flaps 7 and 8 in their position 7 'and 8' are perfectly flat and in contact elastic against each other.
  • the part of the upper flap 7 between the free edge of the flap 7 and the line 7a along which the free edge of the flap 8 is applied in the plated position constitutes a covering and fixing portion of the metal plate ensuring the closure of the tubular structure.
  • an installation welding such as a laser welding head 10 with which several points or welding lines can be made in the direction longitudinal 2, through the superimposed parts of the flaps 7 and 8, that is to say through the covering part of the flap 7 and of the wall part of the flap 8 covered by the covering part.
  • Such welding performed in the thickness of the superimposed parts of the flaps 7 and 8 using a beam laser is called transparent welding.
  • the structure is stiffened because any sliding of the covering part on the wall has become impossible.
  • a structural section can be made such as a side of a frame having a polygonal section of any shape in a simple manner, by folding, elastic bearing of a covering part on a wall part and welding, for example using a laser, the covering part on the part of the wall covered.
  • this device must however be able to carry out welding from outside the structure, without contact with the walls of the structure.
  • the process according to the invention can therefore be implemented in the case of industrial sheets whose flatness is such that there is a certain proliferation when stacking sheet metal parts.
  • FIG. 3 A first device incorporating a structural element produced according to the invention has been shown in FIG. 3.
  • FIG 3 there is shown a metal door designated generally by the reference 11 which includes a generally shaped frame rectangular 12 whose sides have a tubular structure and which has was carried out by the method according to the invention.
  • the frame has two horizontal sides, respectively, upper 12a and lower 12b and two vertical lateral sides, respectively, 12c and 12d.
  • the upper and lower sides 12a and 12b are produced under a tubular in shape and have a triangular cross-section and the lateral sides 12c and 12d, also produced in tubular form, have a rectangular cross section.
  • the end edge upper and lower sides 12a and 12b connected together according to the tip part of the triangle of the cross section constitutes a surface curve on which can be fixed, at each of its upper ends and lower, a door facing 13 which thus has a curved shape.
  • the facing 13 may be constituted by a simple sheet metal added and fixed by welding along the curved edges of the two sides 12a and 12b of the frame door.
  • the frame 12 of the door can be produced by the method according to the invention, by simple cutting and folding of a metal plate to form the walls of the frame and the covering parts of the walls allowing the assembly and fixing the folded parts of the frame and fixing the sides of the frame between them, to produce the closed structure shown in FIG. 3.
  • the facing sheet 13 is then added and fixed by welding on the edges of the frame and in particular on the upper and lower curved edges.
  • a curved metal door is thus obtained, the frame of which has section sides of different shapes, which improves aesthetics of the door and give it an original appearance.
  • Such a door can be used to close cabinets or technical premises or to ensure the closure of premises in residential use.
  • a frame as shown in Figure 3, the manufacture of which will be described with reference to Figures 4 to 7 can be achieved not only so to constitute a door frame but also a usable frame, for example, in a screen printing machine.
  • the frame which is made in a light and rigid manner can easily ensure the fixing and tensioning of a serigraphy canvas fixed along the edges of the frame.
  • FIG 4 there is shown a metal plate designated generally by the reference 14 which has been cut from a metal sheet such as a sheet or strip, in the form of an elongated strip having cut-outs between each of the parts of the strip intended to form one side of the frame.
  • the walls of the end sides 12a and 12b of the frame are made at starting from the portions 15a and 15b of the plate 14 in the form of an elongated strip and the lateral sides with rectangular section 12c and 12d are made from portions 15c and 15d of the plate 14.
  • the fold lines of the strip portions 15a, 15b, 15c and 15d to make by folding the corresponding side of the generally tubular section frame, respectively, triangular and rectangular.
  • Each of the plate portions 15a, 15b, 15c and 15d has a main part constituting a flat developed on the side of the frame and covering and fixing parts intended to ensure closure and fixing the sides of the frame as well as fixing the sides of the frame between them.
  • the sections 15a and 15b have three flat parts separated by parallel fold lines between them intended to constitute the three sides of the frame with triangular cross-section as well as two longitudinal edges intended to come in overlap to ensure assembly and fixing end sides of the frame.
  • the two longitudinal edges of the parts 15a and 15b of the metal plate are limited by a curved line and the lower edges are slightly stamped so as to allow to nest the two edges brought together, the stamped parts ensuring more greater rigidity at the edge of the frame serving in particular to the fixing of a facing or a canvas.
  • the parts 15c and 15d of the metal plate include a part main consisting of four portions in the form of steering strips longitudinal separated by fold lines which are intended to constitute the four sides of the wall on the side of the rectangular section frame and two covering portions intended to overlap two portions folded constituting two constituent faces on the side of the form frame general parallelepiped.
  • the cuts between the successive parts of the metal plate 14 are made in such a way that after folding, the ends of the sides sides of the frame fit into the triangular section end sides and that each corner of the frame is broken.
  • the cutting is made so as to provide tongues and flaps constituting parts for covering and fixing the frame walls and the sides of the frame between them.
  • the covering parts are constituted by the longitudinal outer edges of the parts 15a and 15b which are placed facing each other during folding and kept in elastic support, one on the other during the welding which is carried out, for example, by a laser beam, in transparency according to welding points or lines distributed according to the length of the edges placed in coincidence and in elastic support one on the other.
  • connection zones 16 have been shown, constituted by stamped depressions produced along each of the edges to connect end sides of the frame and engaged with each other when of the elastic support of the two edges to be assembled one on the other.
  • the lines welding can be done in the depressions 16 in one direction parallel or in a direction perpendicular to the edges of the end side of the frame which is assembled.
  • the covering parts constituted by the two band-shaped portions cover two portions constituting faces of the walls of the lateral sides.
  • the welding of the sides of the frame can be carried out in a simple and fast, by creating a limited number of distributed welding points or lines along the length of the sides of the frame in the junction zones.
  • the elastic support of the covering parts one on the other or on a part of the wall makes it possible to achieve satisfactory contacting during welding that provides a strong junction.
  • the fixing of the sides lateral to the end sides is provided by parts of covering constituted by flaps or tabs 17, in the parts joining the end or side sides of the frame.
  • the flaps 17 constituting complementary parts for covering the walls of the end sides are resiliently pressed against side walls side while transparent laser welding of the flaps 17 on the walls.
  • the flaps 17 constituting parts side walls are overlapped and in elastic support on the walls of the end sides while carrying out transparent laser welding.
  • the joining by welding of the covering parts with additional covering parts or with frame walls makes it possible to obtain a perfectly rigid assembly, even in the case where a thin metal plate is used, for example a plate metal with a thickness of the order of 0.7 or even 0.5 mm.
  • Such frames can have many applications in the case where both good rigidity and reduced mass are sought, for example in the case of a frame made from an expensive material.
  • relatively small metal plates can be used thick, for example metal plates with a thickness greater than 1 mm, to form the walls of the hollow structure and the covering parts ensuring assembly after folding of the structure.
  • FIG 8 there is shown a part of annular structure and of general tubular shape which can be produced by the process of the invention from a single plate or strip of metal folded to form walls of the structure and of the covering and fixing parts.
  • the part 18 shown in Figure 8 has the shape of a ring which can be of large dimension and whose section hollow cross section has a substantially rectangular shape.
  • the part 18 consists of successive annular sections 19 having an angular amplitude adapted to the manufacturing process which will be described thereafter and which are connected by points or weld lines made on covering parts in elastic support on parts of wall of the structural element.
  • annular part 18 as shown in FIG. 8 comprising twelve sections 19 each having a angular amplitude of 30 °.
  • FIG. 9 part of a metal plate has been represented. making it possible to manufacture the structural element shown on Figure 8, by folding and welding.
  • the metal plate, part of which is shown in Figure 9 is generally designated by the reference 20.
  • Each of the sections 19 of the metal structure is produced from of a section 21 of the metal plate 20.
  • Each section 21 has a portion 22 intended to constitute a part of the external cylindrical surface of the annular structural element 18, at a section 19.
  • the stamped portions 22 are separated from each other by lines or fold zones 23 of transverse direction spaced one of the other in the longitudinal direction of the strip-shaped plate 20.
  • Successive stamped areas can be achieved by a stamping machine comprising for example a wheel or a cylinder having successive stamping zones of cylindrical shape convex separated by transverse depressions.
  • One of the wall portions (24 ') is extended by a wall portion 25 having, as a length, the length of the small base of the walls 24 and 24 'and a width substantially equal to the width of the stamped zone 22.
  • the wall portion 25 is intended to constitute an internal wall part prismatic of the annular part 18.
  • the wall part 25 is extended laterally by an additional covering part 26 intended to ensure the closure of the tubular section 19, during folding and the assembly of section 21.
  • the wall portions 24 and 24 ' comprise, according to one of their inclined lateral sides, a covering and fixing part constituted by a flap 27 or 27. '
  • the wall portion 25 has on one of its lateral sides a covering part constituted by a flap 28.
  • the wall portions 24 ', 25 and 26 are separated from each other by fold lines of longitudinal direction.
  • FIG 11 there are shown two successive sections 19 of the annular part 18 which have been shaped and assembled by folding wall portions 24, 24 'and 25 around the longitudinal fold lines and by folding down the covering part 26 against the outer face of the wall portion 24 folded substantially at 90 ° relative to the wall portion stamped 22.
  • the assembly and the fixing of the section 19 of the annular part 18 can be produced by applying elastic support by pushing, in a transverse direction, the covering part 26 against the portion of wall 24.
  • the covering part 26 and the wall portion 24 in elastic contact are perfectly pressed against each other, so that the section 19 of the annular part 18 can be assembled by transparent welding using a laser beam to perform weld points or lines in the thickness of the walls 26 and 24.
  • stamped areas for receiving the flaps 27 and 27 ′ can be provided in the longitudinal end portions of the wall portions 24 and 24 'of the section 21 located adjacent to the section with flaps 27 and 27 '.
  • the flaps 27 and 27 ' are folded slightly towards the outside of so as to come into elastic support inside the stamped end zones walls 24 and 24 'of section 21 adjacent to the section comprising the flaps 27 and 27 ', during the engagement obtained by pivoting the two sections 21 relative to each other around the fold line separating the two zones 22.
  • the flap 28 engages in a stamped area of the wall portion 25 of the section adjacent to the section comprising the flap 28. During of its engagement, the flap 28 is slightly folded inwardly of the annular part 18, so as to come into resilient abutment against the part end of the wall portion 25.
  • the flaps 27, 27 'and 28 are held in elastic support against the engaging parts of the walls of the neighboring section 19, during welding assembly.
  • the outside of the structure 18 of tubular shape produces the welds of the flaps 27, 27 ′ and 28 of the successive sections 19 of the device after folding along the fold line separating two stamped sections 22 successive.
  • Welding can be carried out transparently by a laser beam, the flaps being perfectly kept in contact with the end parts walls of a neighboring section 19, by elastic return. We can favor the contact between the end parts of the walls and the flaps by exerting pressing or pinching the walls, in the direction from the outside towards the inside of the tubular structure.
  • it is determined by calculation, by performing a digital simulation of the loading in service of the structural element, areas of the structural element where the stress concentration is the weakest. We weld points or lines in these areas determined by calculation.
  • weld points or lines are generally made in transparency by a laser but it may be possible to perform, in some cases, welds along the edges brought together against a part of connection and a portion of wall in elastic support against each other, this welding method being designated as lap welding.
  • the assembly can be carried out without template inside the structure tubular element, which allows for elements in which the cross section of the tubular structure is variable. Maintaining wall portions to be welded during welding can be performed by simple mechanical devices such as pliers or clamps.
  • Extremely rigid structural parts can be produced from thin sheets, due to the stiffening effect obtained by the welding of a covering part on a wall element or another covering part of the structural element.
  • Parts of the element of structure can be reinforced by superimposing an element of overlap to a wall portion, the overlap portion and the portion of the wall being immobilized by welding, for example in transparency.
  • the method of the invention makes it possible to manufacture structural elements in any metals and in particular structural elements difficult to weld metals such as aluminum and its alloys.
  • the structural elements according to the invention are characterized by a generally tubular shape preferably of polygonal cross section comprising at least two tubular sections not axially aligned, the element structure possibly comprising curved parts which can be obtained by stamping parts of the metal plate before the operation folding, this stamping operation can be performed before or after cutting the metal plate.
  • the structural elements according to the invention of generally tubular shape and of polygonal cross section are characterized in that they comprise a plurality of sections, in angular arrangements one by relative to each other, separated by fold lines of the same metal plate and at least one additional covering and fixing part as well as an additional part for fixing successive sections between them superimposed and fixed by at least one welding line or point overlapping, at least one of a wall portion and a second covering part, the entire structural element being assembled and stiffened, only by at least one welding point or line at least one covering element in the superimposed position and in elastic support on at least one of the wall portion and the second covering and fixing part.
  • Structural elements according to the invention used in industry of the building can be for example frames constituting parts opening or sleeping frames and in particular doors or windows. These frames may have tubular sectional sides cross-section of various shapes, to obtain a decorative effect. These frames, in particular when they constitute doors, may include a facing of curved shape and, in general, have curved parts.
  • a structural element according to the invention used in the building can also be a frame of double glazing for doors or windows.
  • a structure made from a metal plate folded and assembled by welding has significant advantages by compared to the classic type frames formed by profiles of square shape bent at right angles to the angles of the double glazing frame.
  • the section of the profile is strongly modified by folding which also results in adaptation folds on the surface of the profile.
  • Structural elements according to the invention can be used for the construction of housings of electrical devices for example as cabinet door frames or electrical boxes.
  • structural elements according to the invention can be used as screen printing frames.
  • the invention can also have many applications in the field of automobile, naval and aeronautical construction, structural elements according to the invention which can be used for the production hulls or chassis of vehicles and in particular of resistant structures in a squirrel cage which may include cover sheets.
  • Structural elements according to the invention can also be used in the production of cells and in particular of aircraft fuselages.
  • structural elements can be easily made from alloys light, difficult to weld such as aluminum or titanium alloys.
  • structural elements according to the invention can be used to replace complex shaped structures from unusually shaped profiles.
  • the structural elements according to the invention find applications as reinforcements or support structures which must have a very great rigidity and very great resistance and possibly a mass scaled down.
  • the structural elements according to the invention can be made up of curved profiles, possibly polygonal in section variable, or of structures in the form of a section frame or ring dig.
  • the structural elements according to the invention can also be used as heat exchangers, for example radiators or heating convectors.
  • tubular structure produced according to the invention must be sealed. In this case, we will make lines of continuous welding between the covering parts and the portions of walls and possibly between certain portions of walls.
  • the structural element according to the invention is such that it constitutes a practically continuous hollow body; when this hollow body is closed on itself, it can contain a flat closed line, located entirely inside the hollow body and passing inside each of its sections.
  • the metal plate (s) used to make the element structure according to the invention can be made of steel, in particular stainless steel, or any other ferrous alloy or even a non-ferrous alloy, for example aluminum alloy.
  • Welding can be carried out by a process different from the welding process.
  • laser beam welding although this process has advantages which were mentioned above.
  • the process according to the invention can be used to manufacture elements different from frames or annular parts with tubular structure.
  • the process according to the invention can be used for the manufacture of generally tubular parts with polygonal cross-section which are not closed on themselves like the frames or annular parts.

Landscapes

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  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Rod-Shaped Construction Members (AREA)
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  • Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)
  • Forging (AREA)

Description

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un élément de structure ayant une paroi métallique de forme générale tubulaire comportant au moins deux tronçons non alignés axialement et un élément de structure à paroi métallique tubulaire pouvant être réalisé sous des formes et pour des applications très diverses. Un élément de structure selon le préambule de la la revendication 5 est p.e. connu du document US-A- 5 018 263.
Dans de nombreux secteurs de l'industrie, il est nécessaire de disposer d'éléments de structure ayant une forme générale tubulaire comportant des tronçons successifs non alignés axialement et une section transversale plus ou moins complexe, en particulier de forme polygonale.
De tels éléments de structure peuvent être courbes ou présenter des tronçons successifs rectilignes dans des dispositions angulaires, par exemple faisant entre eux des angles droits, dans le cas d'éléments de structure sous forme de cadres carrés ou rectangulaires.
Dans certaines applications, il est nécessaire de disposer de cadres présentant une forte rigidité et une masse la plus réduite possible, ces deux conditions étant généralement difficilement conciliables, dans le cas de cadres réalisés par assemblage de profilés tubulaires à section polygonale. En effet, il est nécessaire, pour réaliser l'assemblage et la fixation par soudage des côtés du cadre au niveau de ses angles, d'utiliser des tubes ayant des parois d'une épaisseur suffisante. Généralement, il est difficile de réaliser des cadres par assemblage de tubes, par exemple à section carrée, dont l'épaisseur de paroi est inférieure à 1 mm.
Dans certaines applications, par exemple dans le cas de la fabrication de cadres de portes métalliques, on peut rechercher, en plus d'une bonne rigidité et d'une masse la plus réduite possible; des qualités esthétiques du cadre de la porte, par exemple lorsque cette porte est utilisée dans un bâtiment dans lequel on recherche un certain style de décoration. Dans ce cas, il peut être nécessaire de disposer de cadres dont les différents côtés présentent des sections de forme variée. Il est donc nécessaire de disposer de tubes ayant des sections de formes différentes et éventuellement de formes tout à fait inhabituelles. Dans ce cas, la construction des cadres de porte est très coûteuse.
Dans certaines industries, par exemple l'industrie automobile, l'industrie aéronautique ou la construction navale, on utilise des éléments de structure, ou membrures, allégés, à parois métalliques tubulaires, de forme complexe, qui peuvent être courbes ou même éventuellement refermés sur eux-mêmes pour constituer une pièce annulaire. La construction de tels éléments de structure dont la réalisation tubulaire permet d'obtenir un gain de poids doit être extrêmement rigide et extrêmement résistante.
Pour réaliser de telles structures complexes, il est généralement nécessaire de réaliser l'assemblage d'un grand nombre de pièces mises en forme préalablement, par un procédé de formage et/ou par découpage. L'assemblage des pièces pour réaliser une structure de forme complexe avec une très bonne précision de forme et de dimension est une opération coûteuse et les différentes soudures d'assemblage réalisées doivent être contrôlées soigneusement.
En outre, dans le cas de matériau métallique difficile à souder, tel que l'aluminium et ses alliages, la réalisation de structures complexes est encore plus difficile et coûteuse et peut nécessiter d'utiliser des procédés d'assemblage de mise en oeuvre délicate pour éviter la présence de soudures.
Dans le cas de la réalisation d'éléments de structure à partir de produits plats tels que des tôles métalliques, on réalise généralement l'assemblage de plaques découpées par soudage suivant leurs bords, ce qui nécessite généralement l'utilisation de gabarits et de supports de maintien des plaques dans leur position d'assemblage. La réalisation de telles structures est donc complexe et nécessite l'utilisation d'un outillage coûteux. En outre, dans certains cas, il n'est même pas possible d'utiliser un gabarit placé dans une partie creuse de la structure tubulaire, du fait que la forme de la structure ne permet pas d'enlever le gabarit après assemblage et soudage de la structure.
Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de fabrication d'un élément de structure ayant une paroi métallique de forme générale tubulaire comportant au moins deux tronçons non alignés axialement qui soit d'une mise en oeuvre simple et d'un coût limité et qui permette de réaliser des structures de forme complexe, rigides et légères, en des matériaux métalliques quelconques.
Dans ce but :
  • on découpe, dans une feuille en matériau métallique, au moins une plaque plane comportant une partie principale ayant la forme développée des tronçons de la paroi de l'élément de structure et, pour chacun des tronçons, au moins une partie complémentaire de recouvrement et de fixation, ainsi qu'au moins une partie complémentaire de fixation des tronçons entre eux;
  • on plie la plaque découpée selon une pluralité de lignes, de façon à former la paroi de l'élément de structure à partir de portions pliées de la partie principale de la plaque découpée ; et
  • on fixe par soudage l'au moins une partie complémentaire de recouvrement et de fixation de chacun des tronçons et l'au moins une partie complémentaire de fixation des tronçons entre eux sur l'une au moins d'une portion pliée du tronçon de la paroi de l'élément de structure et d'une seconde partie de recouvrement, l'au moins une partie complémentaire de recouvrement et de fixation de chaque tronçon et l'au moins une partie de fixation des tronçons entre eux et la portion pliée de la paroi ou la seconde partie de recouvrement étant maintenues en appui élastique l'une sur l'autre.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire, à titre d'exemples, plusieurs modes de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention et des éléments de structure ayant des caractéristiques tout à fait nouvelles qui peuvent être obtenues par ce procédé.
La figure 1 est une vue en plan d'une portion d'une plaque découpée qui peut être mise en oeuvre pour la fabrication d'un montant à section polygonale d'une structure selon l'invention en forme de cadre.
La figure 2 est une vue schématique en coupe transversale du montant à section polygonale réalisé par pliage de la plaque représentée sur la figure 1, dans une phase préalable au soudage d'une partie de raccordement et de fixation.
La figure 3 est une vue en perspective d'une porte à surface galbée réalisée par le procédé de l'invention.
La figure 4 est une vue en plan d'une plaque de tôle découpée pour la réalisation du cadre de la porte représentée sur la figure 3.
La figure 5 est une vue agrandie d'une partie de la plaque représentée sur la figure 4.
Les figures 6 et 7 sont des vues en perspective partielle du cadre de porte réalisé par pliage et soudage de la plaque métallique représentée sur la figure 4.
La figure 8 est une vue en perspective. d'un élément de structure de forme annulaire qui peut être réalisé par le procédé de l'invention.
La figure 9 est une vue en plan d'une partie d'une plaque métallique pour la réalisation de l'élément de structure représenté sur la figure 8.
La figure 10 est une vue en perspective d'une partie de l'une des faces de la plaque représentée sur la figure 9.
Les figures 11 et 12 sont des vues en perspective d'une partie de l'élément de structure représenté sur la figure 8, au cours d'une phase de pliage et d'une phase d'assemblage du procédé de fabrication.
Sur la figure 1, on a représenté une partie d'une plaque métallique désignée de manière générale par le repère 1, cette partie de la plaque 1 étant destinée à constituer une partie d'un tronçon constituant le côté d'un cadre de forme polygonale qui est un élément de structure suivant l'invention.
La plaque métallique 1 dans son ensemble comporte des prolongements de la partie représentée sur la figure 1, dans la direction longitudinale 2 ainsi que d'autres parties destinées à constituer par pliage d'autres côtés du cadre présentant éventuellement des sections transversales de forme polygonale différente de la forme de la section du tronçon représentée sur la figure 2.
Les figures 1 et 2 ont pour simple but d'expliquer le principe du procédé de fabrication suivant l'invention, sans décrire la fabrication complète d'un élément de structure.
Le tronçon de la plaque métallique 1 représenté sur la figure 1 présente la forme d'une bande rectangulaire s'étendant dans la direction longitudinale 2 et présentant une largeur suffisante pour réaliser la section d'un côté de cadre de forme rectangulaire représenté sur la figure 2.
Une première opération de fabrication du cadre consiste à découper la plaque 1 dans une tôle en matériau métallique de nature et d'épaisseur voulue.
De manière générale, comme il sera expliqué plus loin, le procédé suivant l'invention permet de réaliser des structures de forme générale tubulaire dont l'épaisseur de paroi peut être faible et comprise, par exemple entre 50 µm et 1 mm, de tels éléments de structure à paroi mince ne pouvant être fabriqués par les procédés connus tels que l'assemblage angulaire de tubes.
On réalise sur la partie de la plaque métallique 1 destinée à constituer le montant 3 du cadre dont la section est représentée sur la figure 2 le tracé de lignes de pliage qui sont toutes parallèles à la direction longitudinale 2 et qui délimitent cinq portions de la plaque métallique désignées par les repères 4, 5, 6, 7 et 8 et qui présentent la forme de bandes rectangulaires. La partie de plaque 1 représentée sur la figure 1 sur laquelle ont été tracées les lignes de pliage séparant les différentes portions de la plaque constitue la forme développée de la section du côté de cadre 3 représentée sur la figure 2. Le pliage est réalisé comme représenté sur la figure 2 de manière que les portions de plaques 5 et 6 pliées à 90° vers le haut par rapport à la portion de plaque 4 constituent deux faces latérales de côté de cadre et les portions de plaque 7 et 8 repliées vers l'intérieur de la section de côté 3 du cadre deux rabats destinés à être superposés dans les positions 7' et 8' pour constituer la paroi supérieure du côté 3 du cadre.
Comme représenté sur la figure 2, le pliage vers l'intérieur des portions 7 et 8 de la plaque métallique est réalisé de manière que le rabat 8 soit situé en-dessous du rabat 7 et que les rabats 7 et 8 présentent un angle d'ouverture résiduel par rapport à leur position de fermeture 7' et 8'.
L'assemblage par recouvrement et la fixation des portions 7 et 8 est réalisé en exerçant une force 9 sur le rabat 7, dans la direction verticale en direction du rabat 8 et de l'extérieur vers l'intérieur de la section du côté de cadre 3.
Sous l'effet de la force 9, le rabat 7 pivote autour de son axe de pliage et vient appuyer sur le rabat 8 qui pivote lui-même autour de son axe de pliage. Le déplacement des rabats 7 et 8 est déterminé de manière à constituer la paroi supérieure du côté 3 du cadre par superposition des rabats dans les positions coplanaires 7' et 8'.
Le rabat 7' est maintenu en place par l'élément de poussée exerçant la force 9 et l'élément 8 dans sa position 8' exerce, par retour élastique, une force de pression contre la face inférieure du rabat 7', de sorte que les rabats 7 et 8 dans leur position 7' et 8' sont parfaitement plaqués et en appui élastique l'un contre l'autre.
La partie du rabat supérieur 7 comprise entre le bord libre du rabat 7 et la ligne 7a suivant laquelle vient s'appliquer le bord libre du rabat 8 dans la position plaquée constitue une portion de recouvrement et de fixation de la plaque métallique assurant la fermeture de la structure tubulaire. Pour réaliser la fixation des rabats 7, 8 l'un sur l'autre, on peut utiliser une installation de soudage telle qu'une tête de soudage par laser 10 à l'aide de laquelle on peut effectuer plusieurs points ou lignes de soudage suivant la direction longitudinale 2, à travers les parties superposées des rabats 7 et 8, c'est-à-dire à travers la partie de recouvrement du rabat 7 et de la partie de paroi du rabat 8 recouverte par la partie de recouvrement. Un tel soudage réalisé dans l'épaisseur des parties superposées des rabats 7 et 8 à l'aide d'un faisceau laser est appelé soudage en transparence.
Il est possible également de réaliser un soudage entre les rabats 7 et 8 suivant le bord libre du rabat 7 superposé au rabat 8 dans leur position d'assemblage 7', 8' mais un tel soudage suivant le bord du rabat 7 demande un contrôle plus précis de la direction et du positionnement du faisceau de soudage qu'un soudage en transparence suivant des points ou des zones linéaires placées de manière quelconque dans les parties en recouvrement des rabats 7 et 8 dans leur position d'assemblage.
Dès que le soudage de la partie de recouvrement sur une partie de paroi de la structure a été réalisé, la structure se trouve rigidifiée du fait que tout glissement de la partie de recouvrement sur la paroi est devenu impossible.
Il apparaít donc sur l'exemple très simple représenté sur les figures 1 et 2 qu'on peut réaliser un tronçon de structure tel qu'un côté de cadre ayant une section polygonale de forme quelconque de manière simple, par pliage, mise en appui élastique d'une partie de recouvrement sur une partie de paroi et soudage, par exemple en utilisant un laser, de la partie de recouvrement sur la partie de paroi recouverte.
Bien entendu, on peut utiliser un moyen de soudage différent d'une torche laser pour réaliser des points ou des lignes de soudage, ce dispositif devant toutefois pouvoir réaliser le soudage depuis l'extérieur de la structure, sans contact avec les parois de la structure.
Dans le cas de soudage de parois d'une structure en forme de cadre d'une épaisseur inférieure à 1 mm, et par exemple de l'ordre de 0,7 mm, il est possible de réaliser un soudage de qualité par laser, en utilisant un laser YAG, même dans le cas d'un foisonnement d'épaisseur des tôles d'une valeur pouvant aller jusqu'à 0,2 mm. On appelle foisonnement de tôles empilées, l'excédent d'épaisseur de l'empilement par rapport à la somme des épaisseurs des tôles superposées. Le foisonnement correspond à l'épaisseur moyenne de la couche d'air entre les tôles superposées, présente du fait d'une planéité imparfaite des tôles.
Le procédé suivant l'invention peut donc être mis en oeuvre dans le cas de tôles industrielles dont la planéité est telle qu'il existe un certain foisonnement lors de l'empilage de parties de tôle.
On va maintenant décrire, à titre d'exemples, deux modes de réalisation d'une structure de forme générale tubulaire par pliage d'une plaque métallique découpée dans une feuille telle qu'une tôle ou un feuillard, ces deux modes de réalisation n'étant qu'illustratifs du procédé de l'invention qui a été décrit de manière très générale en regard des figures 1 et 2.
Bien entendu, le procédé suivant l'invention peut être appliqué à la réalisation de nombreux éléments de structure de forme générale tubulaire présentant des caractéristiques et des utilisations très diverses.
Un premier dispositif incorporant un élément de structure réalisé suivant l'invention a été représenté sur la figure 3.
Sur la figure 3, on a représenté une porte métallique désignée de manière générale par le repère 11 qui comporte un cadre de forme générale rectangulaire 12 dont les côtés présentent une structure tubulaire et qui a été réalisé par le procédé selon l'invention.
Le cadre comporte deux côtés horizontaux, respectivement, supérieur 12a et inférieur 12b et deux côtés latéraux verticaux, respectivement, 12c et 12d.
Les côtés supérieur et inférieur 12a et 12b sont réalisés sous une forme tubulaire et présentent une section transversale en forme de triangle et les côtés latéraux 12c et 12d, également réalisés sous forme tubulaire, présentent une section transversale de forme rectangulaire. Le bord d'extrémité des côtés supérieur et inférieur 12a et 12b reliés entre eux suivant la partie de pointe du triangle de la section transversale constitue une surface courbe sur laquelle peut être fixé, à chacune de ses extrémités supérieure et inférieure, un parement de porte 13 qui présente ainsi une forme galbée. Le parement 13 peut-être constitué par une simple tôle rapportée et fixée par soudage le long des bords courbes des deux côtés 12a et 12b du cadre de porte.
Comme il sera expliqué ci-après en regard des figures 4, 5, 6 et 7, le cadre 12 de la porte peut être réalisé par le procédé suivant l'invention, par simple découpage et pliage d'une plaque métallique pour constituer les parois du cadre et des parties de recouvrement des parois permettant l'assemblage et la fixation des parties pliées du cadre et la fixation des côtés du cadre entre eux, pour réaliser la structure fermée représentée sur la figure 3.
La tôle de parement 13 est ensuite rapportée et fixée par soudage sur les bords du cadre et en particulier sur les bords courbes supérieur et inférieur. On obtient ainsi une porte métallique galbée dont le cadre présente des côtés de section de formes différentes, ce qui permet d'améliorer l'esthétique de la porte et de lui donner un aspect original.
Une telle porte peut être utilisée pour assurer la fermeture d'armoires ou de locaux techniques ou encore pour assurer la fermeture de locaux à usage d'habitation.
Un cadre tel que représenté sur la figure 3 dont la fabrication sera décrite en regard des figures 4 à 7 peut être réalisé non seulement de manière à constituer un cadre de porte mais encore un cadre utilisable, par exemple, dans une machine d'impression par sérigraphie. Dans ce cas, le cadre qui est réalisé de manière légère et rigide peut assurer facilement la fixation et la tension d'une toile de sérigraphie fixée suivant les bords du cadre.
On peut également assurer la tension de la toile sur le cadre en exerçant un effort entre les côtés supérieur 12a et inférieur 12b pendant le montage de la toile et en relâchant l'effort sur les côtés d'extrémité après fixation de la toile.
Sur la figure 4, on a représenté une plaque métallique désignée de manière générale par le repère 14 qui a été découpée dans une feuille métallique telle qu'une tôle ou un feuillard, sous la forme d'une bande allongée comportant des découpes entre chacune des parties de la bande destinées à constituer un côté du cadre.
Les parois des côtés d'extrémité 12a et 12b du cadre sont réalisées à partir des portions 15a et 15b de la plaque 14 en forme de bande allongée et les côtés latéraux à section rectangulaire 12c et 12d sont réalisés à partir des portions 15c et 15d de la plaque 14.
On a également représenté sur la figure 4, par des lignes pointillées, les lignes de pliage des portions de bande 15a, 15b, 15c et 15d pour réaliser par pliage le côté correspondant du cadre de forme générale tubulaire à section, respectivement, triangulaire et rectangulaire.
Chacune des portions de la plaque 15a, 15b, 15c et 15d comporte une partie principale constituant une développée plane du côté du cadre et des parties de recouvrement et de fixation destinées à assurer la fermeture et la fixation des côtés du cadre ainsi que la fixation des côtés du cadre entre eux.
Les tronçons 15a et 15b comportent trois parties planes séparées par des lignes de pliage parallèles entre elles destinées à constituer les trois faces du côté du cadre à section triangulaire ainsi que deux bords longitudinaux destinés à venir en recouvrement pour assurer l'assemblage et la fixation des côtés d'extrémité du cadre. Les deux bords longitudinaux des parties 15a et 15b de la plaque métallique sont limités par une ligne courbe et les bords inférieurs sont légèrement emboutis de manière à permettre d'emboíter les deux bords rapportés l'un contre l'autre, les parties embouties assurant de plus une plus grande rigidité au bord du cadre servant en particulier à la fixation d'un parement ou d'une toile.
Les parties 15c et 15d de la plaque métallique comportent une partie principale constituée de quatre portions en forme de bandes de direction longitudinale séparées par des lignes de pliage qui sont destinées à constituer les quatre faces de la paroi du côté du cadre à section rectangulaire et deux portions de recouvrement destinées à venir se superposer à deux portions pliées constituant deux faces constitutives du côté du cadre de forme générale parallélépipédique.
Les découpes entre les parties successives de la plaque métallique 14 sont réalisées de manière telle qu'après pliage, les extrémités des côtés latéraux du cadre s'encastrent dans les côtés d'extrémité à section triangulaire et que chacun des coins du cadre soit cassé. De plus, le découpage est réalisé de manière à ménager des languettes et rabats constituant des parties de recouvrement et de fixation des parois du cadre et des côtés du cadre entre eux.
Sur les figures 6 et 7, on a représenté, respectivement, la partie externe et la partie interne d'un côté d'extrémité du cadre et les parties d'extrémité de deux côtés latéraux venant s'encastrer à l'intérieur des côtés d'extrémité après pliage de la plaque 14 selon les lignes de pliage représentées.
Dans la disposition du cadre représentée sur la figure 7 après pliage, on réalise la fixation des parois de forme tubulaire de chacun des côtés du cadre, par l'intermédiaire des parties de recouvrement qui sont mises en appui élastique sur des portions de plaque constituant des parties de paroi des côtés du cadre ou sur d'autres parties de recouvrement.
Comme indiqué plus haut, les parties de recouvrement sont constituées par les bords extérieurs longitudinaux des parties 15a et 15b qui sont placés en vis-à-vis lors du pliage et maintenus en appui élastique l'un sur l'autre pendant le soudage qui est réalisé, par exemple, par un faisceau laser, en transparence suivant des points ou lignes de soudage réparties suivant la longueur des bords mis en coïncidence et en appui élastique l'un sur l'autre.
Sur la figure 7, on a représenté des zones de raccordement 16 constituées par des dépressions embouties réalisées suivant chacun des bords à raccorder des côtés d'extrémité du cadre et engagées l'une dans l'autre lors de l'appui élastique des deux bords à assembler l'un sur l'autre. Les lignes de soudage peuvent être réalisées dans les dépressions 16 dans une direction parallèle ou dans une direction perpendiculaire aux bords du côté d'extrémité du cadre dont on réalise l'assemblage.
Lors de l'assemblage de fermeture des côtés latéraux du cadre, les parties de recouvrement constituées par les deux portions en forme de bandés viennent recouvrir deux portions constituant des faces des parois des côtés latéraux. En exerçant une force d'appui sur ces parties de recouvrement, on peut réaliser une mise en appui élastique des parties de recouvrement sur les portions pliées constituant les faces des côtés latéraux. On réalise alors le soudage des parties de recouvrement sur les portions pliées constituant les faces des parois du cadre, par exemple en transparence, en utilisant un faisceau laser ou par soudage électrique. On peut réaliser l'assemblage et la fixation des côtés latéraux du cadre par des points ou lignes de soudage espacées suivant la longueur des côtés latéraux.
Le soudage des côtés du cadre peut être réalisé de manière simple et rapide, en réalisant un nombre limité de points ou de lignes de soudage répartis suivant la longueur des côtés du cadre dans les zones de jonction. La mise en appui élastique des parties de recouvrement l'une sur l'autre ou sur une partie de paroi permet de réaliser une mise en contact satisfaisante lors du soudage qui assure une jonction résistante.
Comme représenté en particulier sur la figure 7, la fixation des côtés latéraux par rapport aux côtés d'extrémité est assurée par des parties de recouvrement constituées par des rabats ou languettes 17, dans les parties de jonction des côtés d'extrémité ou des côtés latéraux du cadre. Les rabats 17 constituant des parties complémentaires de recouvrement des parois des côtés d'extrémité sont mis en appui élastique contre des parois des côtés latéraux pendant qu'on effectue le soudage au laser en transparence des rabats 17 sur les parois. De même, les rabats 17 constituant des parties complémentaires des parois des côtés latéraux sont mis en recouvrement et en appui élastique sur des parois des côtés d'extrémité pendant qu'on réalise le soudage au laser en transparence.
La solidarisation par soudage des parties de recouvrement avec des parties de recouvrement complémentaires ou avec des parois du cadre permet d'obtenir un assemblage parfaitement rigide, même dans le cas où l'on utilise une plaque métallique de faible épaisseur, par exemple une plaque métallique d'une épaisseur de l'ordre de 0,7 ou même 0,5 mm.
Dans certains cas, il est même possible d'envisager la fabrication de cadre par découpage et pliage de tôles ayant une épaisseur comprise entre 0,05 et 0,5 mm.
De tels cadres peuvent connaítre de nombreuses applications dans le cas où l'on recherche à la fois une bonne rigidité et une masse réduite, par exemple dans le cas d'un cadre fabriqué à partir d'un matériau coûteux.
Dans d'autres cas, il est nécessaire d'obtenir une très forte rigidité et une très grande résistance mécanique de structures creuses de forme générale tubulaire et pouvant présenter un contour de forme complexe.
Dans le cas de telles structures pour lesquelles on recherche une très forte résistance, on peut utiliser des plaques métalliques relativement épaisse, par exemple des plaques métalliques d'une épaisseur supérieure à 1 mm, pour constituer les parois de la structure creuse et les parties de recouvrement assurant l'assemblage après pliage de la structure.
Sur la figure 8, on a représenté une pièce de structure annulaire et de forme générale tubulaire qui peut être réalisée par le procédé de l'invention à partir d'une seule plaque ou bande de métal plié pour constituer des parois de la structure et des parties de recouvrement et de fixation.
De manière générale, la pièce 18 représentée sur la figure 8 présente la forme d'un anneau qui peut être de grande dimension et dont la section transversale creuse présente une forme sensiblement rectangulaire.
La pièce 18 est constituée de tronçons annulaires successifs 19 ayant une amplitude angulaire adaptée au procédé de fabrication qui sera décrit par la suite et qui sont reliés par des points ou des lignes de soudure réalisés sur des parties de recouvrement en appui élastique sur des parties de paroi de l'élément de structure.
Par exemple, on peut concevoir une pièce annulaire 18 telle que représentée sur la figure 8 comportant douze tronçons 19 ayant chacun une amplitude angulaire de 30°.
Sur la figure 9, on a représenté une partie d'une plaque métallique permettant de réaliser la fabrication de l'élément de structure représenté sur la figure 8, par pliage et par soudage.
La plaque métallique dont une partie est représentée sur la figure 9 est désignée de manière générale par le repère 20.
Chacun des tronçons 19 de la structure métallique est réalisé à partir d'une section 21 de la plaque métallique 20.
Chaque section 21 comporte une portion 22 destinée à constituer une partie de la surface cylindrique externe de l'élément de structure annulaire 18, au niveau d'un tronçon 19.
On réalise, dans une bande de direction longitudinale de la plaque 20 découpée dans une feuille métallique, une succession de zones 22 embouties sous la forme d'une portion de surface cylindrique dont la section longitudinale présente la forme d'un arc dé cercle d'une amplitude de 30°.
Les portions embouties 22 sont séparées les unes des autres par des lignes ou zones de pliage 23 de direction transversale espacées l'une de l'autre dans la direction longitudinale de la plaque 20 en forme de bande.
Les zones embouties successives peuvent être réalisées par une machine d'emboutissage comportant par exemple une roue ou un cylindre présentant des zones successives d'emboutissage de forme cylindrique convexe séparées par des dépressions transversales.
De part et d'autre de chacune des portions 22 d'une section 21 de la bande 20, dans la direction transversale, sont réalisées deux portions de paroi 24 et 24' de forme trapézoïdale destinées à constituer deux surfaces latérales de la paroi de forme générale tubulaire de la pièce annulaire 18. Les portions de paroi 24 et 24' sont séparées de la portion emboutie 22 par des lignes de pliage de direction longitudinale.
L'une des portions de paroi (24') est prolongée par une portion de paroi 25 ayant, comme longueur, la longueur de la petite base des parois 24 et 24' et une largeur sensiblement égale à la largeur de la zone emboutie 22. La portion de paroi 25 est destinée à constituer une partie de paroi interne prismatique de la pièce annulaire 18. Enfin, la partie de paroi 25 est prolongée latéralement par une partie complémentaire de recouvrement 26 destinée à assurer la fermeture de la section tubulaire 19, lors du pliage et de l'assemblage de la section 21.
De plus, les portions de paroi 24 et 24' comportent, suivant l'un de leurs côtés latéraux inclinés, une partie de recouvrement et de fixation constituée par un rabat 27 ou 27.'
De même, la portion de paroi 25 comporte sur l'un de ses côtés latéraux une partie de recouvrement constituée par un rabat 28.
Les portions de paroi 24', 25 et 26 sont séparées les unes des autres par des lignes de pliage de direction longitudinale.
Sur la figure 11, on a représenté deux tronçons 19 successifs de la pièce annulaire 18 qui ont été mis en forme et assemblées par pliage des portions de paroi 24, 24' et 25 autour des lignes de pliage longitudinales et par rabattement de la partie de recouvrement 26 contre la face extérieure de la portion de paroi 24 pliée sensiblement à 90° par rapport à la partie de paroi emboutie 22. L'assemblage et la fixation du tronçon 19 de la pièce annulaire 18 peuvent être réalisés en mettant en appui élastique par poussée, dans une direction transversale, la partie de recouvrement 26 contre la portion de paroi 24. La partie de recouvrement 26 et la portion de paroi 24 en contact élastique sont parfaitement plaquées l'une contre l'autre, de sorte qu'on peut réaliser l'assemblage du tronçon 19 de la pièce annulaire 18 par soudage en transparence en utilisant un faisceau laser pour réaliser des points ou des lignes de soudure dans l'épaisseur des parois 26 et 24.
Comme représenté sur la figure 11, on réalise ensuite un pliage suivant la ligne de pliage séparant les deux zones embouties successives 22, de manière à engager les rabats 27 et 27' de portions de paroi 24 et 24' à l'intérieur des parties d'extrémité longitudinales d'autres portions de paroi. On peut prévoir des zones embouties de réception des rabats 27 et 27' dans les parties d'extrémité longitudinales des portions de paroi 24 et 24' de la section 21 situées de manière adjacente à la section comportant des rabats 27 et 27'. Les rabats 27 et 27' sont repliés légèrement vers l'extérieur de manière à venir en appui élastique à l'intérieur des zones embouties d'extrémité des parois 24 et 24' de la section 21 voisine de la section comportant les rabats 27 et 27', lors de l'engagement obtenu par pivotement des deux sections 21 l'une par rapport à l'autre autour de la ligne de pliage séparant les deux zones 22.
De même, le rabat 28 vient s'engager dans une zone emboutie de la portion de paroi 25 du tronçon voisin du tronçon comportant le rabat 28. Lors de son engagement, le rabat 28 est légèrement replié vers l'intérieur de la pièce annulaire 18, de manière à venir en appui élastique contre la partie d'extrémité de la portion de paroi 25.
Les rabats 27, 27' et 28 sont maintenus en appui élastique contre les parties d'engagement des parois du tronçon 19 voisin, pendant le soudage d'assemblage.
On réalise, par l'extérieur de la structure 18 de forme tubulaire les soudures des rabats 27, 27' et 28 des tronçons successifs 19 du dispositif après pliage suivant la ligne de pliage séparant deux sections embouties 22 successives.
Le soudage peut être réalisé en transparence par un faisceau laser, les rabats étant parfaitement maintenus en contact avec les parties d'extrémité des parois d'un tronçon 19 voisin, par rappel élastique. On peut favoriser le contact entre les parties d'extrémité des parois et les rabats en exerçant une pression ou un pincement sur les parois, dans le sens allant de l'extérieur vers l'intérieur de la structure de forme tubulaire.
Sur la figure 12, on a représenté les différentes lignes ou points de soudage au laser 29, 30 permettant d'assembler deux tronçons successifs de forme tubulaire et d'assembler entre elles, par leur extrémité commune, ces deux tronçons successifs.
De manière préférentielle, on détermine par le calcul, en effectuant une simulation numérique du chargement en service de l'élément de structure, les zones de l'élément de structure où la concentration des contraintes est la plus faible. On effectue les points ou lignes de soudure dans ces zones déterminées par le calcul.
Ces points ou lignes de soudure sont généralement réalisés en transparence par un laser mais il peut être possible d'effectuer, dans certains cas, des soudures suivant les bords rapportés l'un contre l'autre d'une partie de raccordement et d'une portion de paroi en appui élastique l'une contre l'autre, cette méthode de soudage étant désignée comme soudage à clin.
Il est possible d'obtenir une très bonne précision dimensionnelle de l'élément de structure, cette précision dimensionnelle dépendant en particulier de la précision avec laquelle sont réalisés le découpage et le pliage de la plaque métallique ainsi que de la position d'immobilisation de la ou des parties de recouvrement et des portions de paroi, au cours du soudage. La précision de positionnement au cours du soudage peut être obtenue facilement, du fait qu'il suffit d'assurer le positionnement de l'une des deux parois à fixer par soudage, la seconde paroi étant plaquée par rappel élastique contre la première paroi.
Le montage peut être effectué sans gabarit à l'intérieur de la structure tubulaire de l'élément, ce qui permet de réaliser des éléments dans lesquels la section transversale de la structure tubulaire est variable. Le maintien des portions de paroi à souder pendant le soudage peut être effectué par des dispositifs mécaniques simples tels que des pinces ou serre-joints.
La réalisation d'éléments de structure de forme très complexe est possible, en particulier en utilisant des logiciels de conception permettant d'optimiser le tracé de la pièce métallique et de ses lignes de pliage.
Dans le cas d'éléments de structure de grandes dimensions, on peut réaliser l'élément de structure à partir de plusieurs plaques métalliques, les différentes pièces obtenues par pliage et assemblage des différentes plaques métalliques étant ensuite assemblées par des opérations de soudage mettant en oeuvre des parties de recouvrement et/ou des parois en appui élastique les unes contre les autres.
Il est possible de fabriquer des pièces de structure extrêmement rigide à partir de tôles minces, du fait de l'effet de raidissement obtenu par le soudage d'une partie de recouvrement sur un élément de paroi ou une autre partie de recouvrement de l'élément de structure. Certaines parties de l'élément de structure peuvent être renforcées par superposition d'un élément de recouvrement à une portion de paroi, la partie de recouvrement et la portion de paroi étant immobilisées par soudage, par exemple en transparence.
On peut ainsi fabriquer des éléments de structure ayant des épaisseurs de paroi allant de 0,05 à 1 mm, ce qui est difficilement concevable dans la fabrication d'éléments de structure de forme générale tubulaire à section polygonale, à partir de profilés.
Comme indiqué plus haut, il est également possible de réaliser des structures extrêmement rigides et résistantes en utilisant des plaques métalliques d'une épaisseur supérieure à 1 mm et pouvant aller jusqu'aux épaisseurs maximales concevables avec les moyens de découpage et de pliage dont on dispose pour la fabrication de l'élément de structure.
Le procédé de l'invention permet de fabriquer des éléments de structure en des métaux quelconques et en particulier des éléments de structure en des métaux difficilement soudables tels que l'aluminium et ses alliages.
Les applications possibles du procédé suivant l'invention et les éléments de structure qui peuvent être obtenus sont extrêmement nombreux.
On énumérera ci-dessous quelques applications possibles du procédé suivant l'invention et les éléments de structure réalisés par pliage dans différents domaines de l'industrie. Cette énumération n'est toutefois pas limitative.
Les éléments de structure suivant l'invention sont caractérisés par une forme générale tubulaire de préférence à section polygonale comportant au moins deux tronçons tubulaires non alignés axialement, l'élément de structure pouvant comporter des parties courbes qui peuvent être obtenues par emboutissage de certaines parties de la plaque métallique, avant l'opération de pliage, cette opération d'emboutissage pouvant être effectuée avant ou après le découpage de la plaque métallique.
Les éléments de structure suivant l'invention de forme générale tubulaire et à section transversale polygonale sont caractérisés en ce qu'ils comportent une pluralité de tronçons, dans des dispositions angulaires l'une par rapport à l'autre, séparées par des lignes de pliage d'une même plaque métallique et au moins une partie complémentaire de recouvrement et de fixation ainsi qu'une partie complémentaire de fixation de tronçons successifs entre eux superposées et fixées par au moins une ligne ou un point de soudage en recouvrement, à l'une au moins d'une portion de paroi et d'une seconde partie de recouvrement, l'ensemble de l'élément de structure étant assemblé et rigidifié, uniquement par l'au moins un point ou ligne de soudage de l'au moins un élément de recouvrement en position superposée et en appui élastique sur l'une au moins de la portion de paroi et de la seconde partie de recouvrement et de fixation.
Les éléments de structure suivant l'invention utilisés dans l'industrie du bâtiment peuvent être par exemple des cadres constituant des parties ouvrantes ou dormantes d'huisserie et en particulier des portes ou fenêtres. Ces cadres peuvent comporter des côtés de forme tubulaire de section transversale de formes variées, pour obtenir un effet décoratif. Ces cadres, en particulier lorsqu'ils constituent des portes, peuvent comporter un parement de forme galbée et, de manière générale, présenter des parties courbes. Un élément de structure suivant l'invention utilisé dans le bâtiment peut être également un encadrement d'un double vitrage pour portes ou fenêtres. Dans cette application, une structure réalisée à partir d'une plaque métallique pliée et assemblée par soudage présente des avantages importants par rapport aux encadrements de type classique constitués par des profilés de forme carrée pliés à angle droit suivant les angles du cadre de double vitrage. Dans de tels cadres suivant l'art antérieur, la section du profilé est fortement modifiée par le pliage qui se traduit également par des plis d'adaptation sur la surface du profilé.
Des éléments de structure suivant l'invention peuvent être utilisés pour la construction de boítiers de dispositifs électriques par exemple comme cadres de portes d'armoires ou boítiers électriques.
Dans le domaine des machines d'imprimerie, les éléments de structure suivant l'invention peuvent être utilisés comme cadres de sérigraphie.
L'invention peut également connaítre de nombreuses applications dans le domaine de la construction automobile, navale et aéronautique, des éléments de structure suivant l'invention pouvant être utilisés pour la réalisation de coques ou châssis de véhicules et en particulier de structures résistantes en cage d'écureuil pouvant comporter des tôles d'habillage.
Des éléments de structure suivant l'invention peuvent être également utilisés dans la réalisation de cellules et en particulier de fuselages d'avion. Dans ces applications, et en particulier dans le cas des applications aéronautiques, on peut réaliser facilement des éléments de structure en alliages léger difficilement soudables tels que les alliages d'aluminium ou de titane.
De manière générale, des éléments de structure suivant l'invention peuvent être utilisés en remplacement de structures de forme complexe réalisées à partir de profilés de forme inhabituelle.
Les réalisations suivant l'invention permettent d'éviter la fabrication de tels profilés coûteux.
De manière générale, dans le domaine de la construction métallique, les éléments de structure suivant l'invention trouvent des applications comme armatures ou structures de maintien devant présenter une très grande rigidité et une très grande résistance et éventuellement une masse réduite.
En particulier, les éléments de structure suivant l'invention peuvent être constitués par des profilés courbes, à section polygonale éventuellement variable, ou de structures en forme de cadre ou anneau à section creuse.
Les éléments de structure suivant l'invention peuvent être également utilisés comme échangeurs de chaleur, par exemple des radiateurs ou des convecteurs de chauffage.
Dans certains cas, la structure tubulaire réalisée suivant l'invention devra être fermée de manière étanche. Dans ce cas, on réalisera des lignes de soudage continues entre les parties de recouvrement et les portions de parois et éventuellement entre certaines portions de parois.
De manière générale, l'élément de structure selon l'invention est tel qu'il constitue un corps creux pratiquement continu ; lorsque ce corps creux est refermé sur lui-même, il peut contenir une ligne fermée plane, située entièrement à l'intérieur du corps creux et passant à l'intérieur de chacun de ses tronçons.
L'invention ne se limite pas strictement aux modes de mise en oeuvre qui ont été décrits dans deux cas particuliers.
La ou les plaques métalliques utilisées pour fabriquer l'élément de structure suivant l'invention peuvent être en acier, en particulier en acier inoxydable, ou en tout autre alliage ferreux ou encore en alliage non ferreux, par exemple en alliage d'aluminium.
Le soudage peut être réalisé par un procédé différent du procédé de soudage par faisceau laser, bien que ce procédé présente des avantages qui ont été mentionnés plus haut.
Le procédé suivant l'invention peut être utilisé pour fabriquer des éléments différents de cadres ou de pièces annulaires à structure tubulaire.
Le procédé suivant l'invention peut être utilisé pour la fabrication de pièces de forme générale tubulaire à section polygonale qui ne sont pas refermées sur elles-mêmes comme les cadres ou pièces annulaires.

Claims (6)

  1. Procédé de fabrication d'un élément de structure ayant une paroi métallique de forme générale tubulaire comportant au moins deux tronçons (19) non alignés axialement, caractérisé par le fait :
    qu'on découpe, dans une feuille en matériau métallique, au moins une plaque plane (14, 20) comportant une partie principale ayant la forme développée des tronçons de la paroi de l'élément de structure (11, 18) et, pour chacun des tronçons (19), au moins une partie complémentaire de recouvrement et de fixation, ainsi qu'au moins une partie complémentaire de fixation des tronçons entre eux ;
    qu'on plie la plaque découpée selon une pluralité de lignes de façon à former la paroi de l'élément de structure (11, 18) à partir de portions pliées de la partie principale de la plaque découpée (14, 20), et
    qu'on fixe par soudage l'au moins une partie complémentaire de recouvrement et de fixation de chacun des tronçons et l'au moins une partie complémentaire de fixation de tronçons (19) entre eux sur l'une au moins d'une portion pliée du tronçon de la paroi de l'élément de structure (11, 18)
    ou d'une seconde partie de recouvrement, l'au moins une partie complémentaire de recouvrement et de fixation de chaque tronçon (19) et l'au moins une partie de fixation des tronçons (19) entre eux et la portion pliée de la paroi ou la seconde partie de recouvrement étant maintenues en appui élastique l'une sur l'autre.
  2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on réalise préalablement au pliage de la plaque découpée (14, 20), l'emboutissage d'au moins une zone (22) de la plaque métallique (14, 20).
  3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le soudage est réalisé à l'aide d'un faisceau laser et de préférence en transparence à travers la partie complémentaire de recouvrement et de fixation de chaque tronçon (19) et la partie complémentaire de fixation des tronçons (19) entre eux, et l'une au moins de la portion pliée d'une paroi de l'élément de structure (11, 18) et d'une seconde partie de recouvrement.
  4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la feuille en matériau métallique présente une épaisseur comprise entre 0,05 et 1 mm.
  5. Elément de structure ayant une paroi métallique de forme générale tubulaire à section transversale polygonale comportant au moins deux tronçons non alignés axialement l'élément comportant une pluralité de portions de paroi (24, 24', 25, 26), dans des dispositions angulaires l'une par rapport à l'autre, séparées par des lignes de pliage d'une même plaque métallique (20, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins une partie complémentaire de recouvrement et de fixation (17, 27, 27', 28) de chaque tronçon (19) et au moins une partie complémentaire de fixation des tronçons (19) entre eux superposées et fixées par au moins une ligne ou un point de soudage (29, 30) en recouvrement, à l'une au moins d'une portion de paroi (24, 24', 25, 26) et d'une seconde partie de recouvrement de l'élément, l'ensemble de l'élément de structure (11, 18) étant assemblé et rigidifié, uniquement par l'au moins un point ou ligne de soudage (29, 30) de l'au moins une partie de recouvrement de chaque tronçon (19) et de l'au moins une partie de fixation (17) des tronçons (19) entre eux en position superposée et en appui élastique sur l'une au moins de la portion de paroi et de la seconde partie de recouvrement et de fixation.
  6. Elément de structure suivant la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il constitue tout ou partie de l'un des éléments suivants : cadre d'huisserie pour le bâtiment, porte, fenêtre, encadrement de double vitrage, cadre ou porte d'armoire et de boítier électrique, cadre de sérigraphie pour machine d'imprimerie, pièce de structure pour la construction automobile, navale ou aéronautique, coque, châssis de véhicule automobile, cellule, fuselage d'avion, structure résistante en cage d'écureuil pour véhicule automobile, armature et structure de maintien pour la construction métallique, profilé courbe complexe à section polygonale, pièce annulaire à section creuse polygonale, élément d'échangeur de chaleur.
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