FR2507532A1

FR2507532A1 - Dispositif de soudage par friction

Info

Publication number: FR2507532A1
Application number: FR8200059A
Authority: FR
Inventors: Leslie Toth
Original assignee: Branson Ultrasonics Corp
Current assignee: Branson Ultrasonics Corp
Priority date: 1981-06-15
Filing date: 1982-01-05
Publication date: 1982-12-17
Also published as: GB2100184A; DE3145428C2; JPS6249849B2; CA1167289A; JPS57206587A; FR2507532B1; US4352711A; DE3145428A1; IT8247967A0; GB2100184B; IT1148510B

Abstract

UN DISPOSITIF DE SOUDAGE PAR FRICTION COMPREND NOTAMMENT UN SUPPORT 32 QUI PORTE UNE PIECE EN U 12 SUR LAQUELLE ON DOIT SOUDER UNE PLAQUE DE RENFORT 10 AU NIVEAU DES EXTREMITES SUPERIEURES DES BRANCHES 16 DU U. UNE AUTRE PIECE DE SUPPORT 34 COMMUNIQUE UN MOUVEMENT RECTILIGNE ALTERNATIF A LA PLAQUE DE RENFORT POUR FAIRE FONDRE LA MATIERE THERMOPLASTIQUE CONSTITUANT CETTE PLAQUE ET LA PIECE EN U AU NIVEAU DE LA REGION DE CONTACT. DES TUYAUX GONFLABLES 54 EXERCENT UNE PRESSION SUR LES BRANCHES DE LA PIECE EN U PAR L'INTERMEDIAIRE DE DOIGTS PIVOTANTS 44.

Description

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" Dispositif de soudage par friction " La présente invention concerne un dispositif destiné à assembler des matières thermoplastiques par la technique de soudage par friction, et elle porte plus particulièrement sur un dispositif de soudage par friction d'une plaque de renfort sur les surfaces intérieures de branches disposées face à face d'une pièce ayant une forme générale en U.

Les dispositifs de soudage par friction sont bien.

connus Par exemple, le brevet US 3 920 504 décrit un dispositif dans lequel on utilise un mouvement de translation alternatif pour souder deux pièces thermoplastiques le long d'une surface de contact commune Le brevet US 3 840 168 décrit un autre

dispositif de soudage par friction.

Il est de pratique courante dans l'art antérieur de fixer une plaque de couvercle sur les bords de branches verticales d'une pièce ayant pratiquement une forme en U, afin de fermer le canal à section en U Dans l'invention, on désire souder une plaque de renfort entre les surfaces intérieures en regard des branches verticales, afin de rigidifier et d'augmenter la résistance de la pièce en U On a trouvé qu'en utilisant la configuration de l'invention, il était possible de souder à une plaque de renfort

des branches inclinées sous des angles atteignant 200.

Dans une application préférée, la pièce de forme générale en U consiste en un pare-chocs d'automobile, et la plaque est une plaque de renfort qui est destinée à renforcer le pare-chocs

pour améliorer sa résistance aux chocs.

Dans lart antérieur, on dispose une première pièce à souder dans un support et on la maintient fixe On applique en contact intime avec la surface associée de la pièce fixe une seconde pièce qui doit être assemblée à la pièce fixe On soumet les deux pièces à un mouvement relatif rectiligne et alternatif, dans le plan des surfaces associées qui portent l'une contre l'autre Pour produire de la chaleur par friction, on applique les pièces l'une contre l'autre sous l'action d'une force qui est exercée dans une direction normale au plan des surfaces associées Le procédé décrit est connu et il est utilisé, par exemple, pour souder un couvercle sur une pièce en U. Dans le dispositif de l'invention, les pièces sont

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également placées en contact intime et soumises à un mouvement relatif rectiligne et alternatif Cependant, conformément à la configuration originale qui est décrite ci-après, la force qui agit sur les pièces pour les amener en contact intime est appliquée dans une direction normale à la direction du mouvement, mais dans le plan des surfaces associées De cette manière, on soude une plaque de renfort à l'intérieur de la pièce en forme de U, au lieu de souder la plaque sous la forme d'un couvercle au-dessus de la pièce en U. Conformément à un perfectionnement du dispositif connu du brevet US 3 920 504, on utilise des moyens d'application de force flexibles pour solliciter les pièces de façon à les amener en contact intime Des moyens d'application de force flexibles, tels qu'un tuyau flexible pouvant être gonflé par un liquide, sont juxtaposés aux surfaces extérieures des branches verticales d'une pièce en forme de U On gonfle les moyens d'application de force flexibles, avec la plaque de renfort disposée à l'intérieur de la pièce en U, à une hauteur médiane sur les branches Lorsque les moyens d'application de force se gonflent, les branches sont sollicitées l'une vers l'autre et elles viennent en contact intime avec les deux bords latéraux de la plaque de renfort Lorsque les moyens d'application de force sont complètement gonflés et lorsque la surface intérieure de chaque branche est en contact intime avec la plaque de renfort, la pièce en U est maintenue de façon pratiquement fixe tandis que la plaque est soumise à un mouvement rectiligne et alternatif dans une direction parallèle à l'axe longitudinal de la pièce en U Dans le dispositif préféré, le déplacement crête-à-crête est de l'ordre de 1 à 3 mm à une fréquence fixe dans la gamme comprise entre 100 et 240 Hz Au bout d'un intervalle de temps de soudage suffisant pour que les surfaces associées ramollissent sous l'effet de la friction, on ramène la plaque à sa position d'origine et on maintient les pièces en contact intime à l'aide des moyens d'application de force Au bout dlune durée suffisante pour que les surfaces associées se solidifient, on dégonfle les moyens d'application de force et on retire la pièce soudée du dispositif de soudage

par friction.

L'invention offre les avantages d'assembler des pièces i 3 X thermoplastiques sans utiliser de solvants, ce qui conserve le brillant à l'intérieur de la pièce en U, et d'assembler des pièces d'une manière qui améliore notablement la résistance d'une pièce en U, par le soudage d'une plaque de renfort sur les surfaces intérieures des branches verticales. L'invention a donc principalement pour but de réaliser un dispositif destiné au sondage par friction d'une plaque de renfort sur une pièce ayant pratiquement une forme en U. L'invention a également pour but de réaliser un appareil de soudage par friction dans lequel des pièces sont sollicitées l'une contre l'autre dans une direction normale à l'axe du mouvement, mais pratiquement dans le plan des surfaces

associées des pièces.

L'invention a également pour but de réaliser un dispositif de soudage qui utilise des moyens d'application de force élastiques pour amener en contact intime les pièces à souder. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la

description qui va suivre d'un mode de réalisation, donné à

titre non limitatif La suite de la description se réfère aux

dessins annexés sur lesquels: La figure t est une vue en perspective d'une pièce en U fermée qui est soudée conformément à l'art antérieur; La figure 2 est une vue en perspective d'une pièce en U renforcée qui est soudée conformément à l'invention La figure 3 est une représentation latérale en élévation, et partiellement en coupe, du dispositif de soudage, avec la plaque de renfort en place-pour souder cette plaque de renfort sur les surfaces intérieures d'une pièce en U; La figure 4 est une représentation similaire à la figure 3, mais avec les moyens d'application de force élastiques gonflés dans le but d'appliquer une pression de contact entre la plaque de renfort et les surfaces intérieures des branches de la pièce en U; La figure 5 est une vue en plan, de dessus, destinée à montrer les moyens destinés à appliquer une force de contact entre la plaque de renfort et les branches de la pièce en-U; et La figure 6 est une représentation selon la ligne 6-6

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de la figure 5.

On va maintenant considérer les dessins, et en particulier la figure 1 qui montre un procédé de l'art antérieur pour souder une plaque de renfort en matière thermoplastique 10 sur une pièce en U en matière thermoplastique 12 qui comporte une partie de base 14 et deux branches verticales 16 La plaque de renfort rectangulaire 10 est assemblée à la pièce en U le long des surfaces \supérieures à nu 18 des branches verticales 16 Normalement, la plaque 10 et les branches 16 sont soumises à une force qui les amène mutuellement en contact intime et qui s'exerce dans la direction de la flèche 20, et la plaque et la pièce en U 12 sont soumises a un mouvement relatif rectiligne et alternatif dans la direction de la flèche 22, c'est-à-dire dans un plan normal à la direction de la force qui applique la plaque et la pièce en U l'une contre l'autre Le brevet US 3 920 504 précité montre un dispositif approprié pour

assembler la plaque 10 à la pièce en U 12 de la manière décrite.

Dans l'exemple préféré, et en utilisant le dispositif indiqués on maintient fixe la pièce en U 12, tandis qu'on soumet la plaque 10 à un mouvement rectiligne atlernatif dans la direction qui est indiquée par la flèche 22, pour produire une soudure entre la face intérieure de la plaque 10 et les surfaces supérieures

18 des branches 16.

Bien que la structure de l'art antérieur procure un certain degré de support pour la pièce en U, il est plus souhaitable de disposer la plaque 10 en retrait à l'intérieur de la pièce en U et'd'établir un assemblage qui est représenté plus clairement sur la figure 2 Dans ce mode de réalisation, les bords longitudinaux de la plaque de renfort 10 sont soudés sur

la surface intérieure de chacune des branches verticales 16.

Pour réaliser cette soudure, des moyens d'application de force sont nécessaires pour appliquer chacune des branches verticales 16 contre les bords longitudinaux de la plaque 10,-dans la direction des flèches 21, afin de réaliser une soudure Comme il a été indiqué précédemment, dans l'exemple préféré la pièce en U est maintenue fixe, tandis que la plaque 10 est soumise à un mouvement rectiligne alternatif dans la direction de la flèche 23, jusqu'à ce que la matière thermoplastique se ramollisse à la

N

jonction entre les bords de la plaque 10 et la surface intérieure des branches 16, après quoi on arrête le mouvement pour permettre la solidification de la matière thermoplastique, pour donner un joint soudé L'homme de l'art notera évidemment que, selon un autre mode de réalisation, on peut maintenir la plaque 10 fixe

-et soumettre la pièce en U à un mouvement alternatif.

On va maintenant considérer la figure 3 qui montre certaines parties importantes du dispositif de soudage par friction On voit sur cette figure une plaque de base 30 qui supporte un support 32 qui a lui même une forme lui permettant de supporter la pièce en U, 12 La plaque de renfort 10 est représentée en place pour être soudée aux surfaces intérieures respectives de chacune des branches verticales 16 Pour réaliser une meilleure soudure, les bords latéraux de la plaque de renfort 10 peuvent se terminer par des bords évasés, comme l'indique la référence 11 La plaque de renfort est maintenue en position par une plaque de support 34 qui comporte une ou plusieurs saillies 36 qui pénètrent dans des ouvertures appropriées de la plaque de renfort 10 afin d'aligner cette plaque et de l'entratner effectivement de façon à déplacer alternativement la plaque 10

dans les directions indiquées par les flèches 23 sur la figure 2.

De plus, on peut employer un dispositif à vide pour maintenir la plaque 10 contre la face inférieure de la plaque de support 34 Les moyens destinés à faire descendre dans la pièce en U 12 la plaque de support 30, avec la plaque de renfort 10 qui lui est fixée, et à déplacer la plaque de support 34 par rapport à la plaque de support fixe 32, ne sont pas représentés et ont été décrits en détail dans le brevet US 3 920 504 précité Pour établir la force de contact nécessaire entre les branches verticales 16 et les bords évasés 11, il existe une paire de plaques 38 et 40, chacune d'elles étant fixée à la plaque de base 30 par des vis appropriées 42 Il existe en outre de part et d'autre de la plaque de support 32 plusieurs doigts 44, montés de façon pivotante, dont l'extrémité inférieure est fixée à un axe 46, 48 et dont l'axtrémité supérieure peut pivoter librement pour venir en-contact avec la surface extérieure des branches 16, à l'emplacement auquel la soudure doit être réalisée, et pour s'écarter de cette surface extérieure Les axes 46, 48

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sont fixés à chaque extrémité à un bloc 47 qui est lui-même

fixé fermement à la plaque de base 30 par des vis appropriées.

Pour établir un contact approprié, chaque doigt 44 comporte une surface de contact appropriée 45 qui est profilée de façon à se conformer à la surface extérieure de la branche 16, dans la zone dans laquelle la force doit être appliquée A titre d'exemple, les doigts peuvent être en métal et les surfaces 45 peuvent comporter une garniture en matière plastique pour éviter

de marquer la pièce à souder.

Chacun des doigts 44 est sollicité de façon à s'écarter de la pièce à souder, au moyen d'un ressort hélicoïdal respectif qui est fixé dans des cavités respectives dans chaque doigt 44 et dans la plaque de support 32 Pour établir une pression de contact entre la plaque 10 et la pièce en U 12, le long des bords évasés 11 et des branches 16, il existe des moyens d'application de pression flexibles, tels que des tuyaux flexibles gonflables 52 et 54, avec l'un d'eux disposé derrière chaque rangée de doigts 44 juxtaposés Dans un exemple caractéristique, chaque tuyau est similaire à un tuyau d'incendie et il peut être gonflé au moyen d'un fluide, de préférence de

l'air comprimé dans le mode de réalisation considéré.

En considérant la figure 4, on voit que les tuyaux 52 et 54 ont été gonflés ou mis sous pression, déplacant ainsi les doigts de pression 44 contre la force des ressorts respectifs 50, pour produire une force de contact qui agit entre les bords évasés 11 de la plaque 10 et les surfaces intérieures des branches 16 de la pièce en U 12 Les surfaces 45 des doigts 44 appliquent les parties de branche supérieures de chaque branche

16 contre le bord évasé respectif 11 de la plaque de renfort 10.

Lorsque les tuyaux 52 et 54 sont gonflés et lorsque cette presio'i de contact entre les branches 16 et la plaque 10 est présente, on peut communiquer un mouvement alternatif à la plaque de support mobile 34, pour provoquer un échauffement par friction à la jonction entre les bords il de la plaque 10 et les branches

16 de la pièce en U, 12.

On va maintenant considérer la figure 5 qui est une vue en plan, de dessus, sur laquelle on voit les axes 46 et 48, disposés horizontalement, chacun d'eux supportant de façon 7 x pivotante une rangée de doigts juxtaposés 44, avec une rangée de chaque côté de la plaque de support 32 Chaque rangée de doigts 44 est actionnée par un tuyau flexible gonflable respectif 52 et 54 pour établir la force de contact Comme le montre également la figure 6, chacun de ces tuyaux est branché à une source de fluide de gonflage sous pression (non représentée) qui communique avec le tuyau à une extrémité de celui-ci au moyen d'l-un raccord approprié 60 duquel part un conduit flexible 62 qui mène à un dispositif à valves approprié qui n'est pas représenté La mise sous pression et l'évacuation des tuyaux sous pression 52 et 54 à l'aide d'un dispositif à valves approprié sont bien connues

et ne-nécessitent pas de description Le tuyau est fermé

hermétiquement à son extrémité éloignée par des colliers appropriés 66 et des vis 68 qui sont fixées dans la plaque latérale 40 De façon similaire, l'extrémité d'entrée de fluide comporte deux colliers 70 et 72 et des vis appropriées 74 L'avantage des tuyaux gonflables réside dans le fait que la pression appliquée aux doigts 44, qui commande à son tour la pression statique appliquée aux pièces à souder pendant le soudage, peut être commandée de façon à optimiser la soudure entre la pièce en U et la plaque de renfort De plus, la flexibilité du tuyau évite la nécessité d'un usinage et d'un assemblage très précis des doigts de la rangée Toute variation faible de l'épaisseur du doigt est automatiquement compensée par la flexibilité du tuyau gonflable qui est utilisé pour appliquer le doigt contre

la surface extérieure de la branche 16 respective.

On voit évidemment que le tuyau flexible 52, 54 n'est

que l'un des moyens d'application de pression qu'on peut utiliser.

Par exemple, si la pièce en U et la plaque de renfort ont des contours complexes, au lieu d'avoir des bords et des surfaces parallèles et rectilignes comme il est représenté, on peut employer plusieurs sections de tuyaux et de doigts espacés à la périphérie de la pièce à souder, pour appliquer une pression approximativement égale sur toutes les surfaces de soudage Dans encore un autre mode de réalisation, chaque doigt 44 ou groupe de doigtspourrait être commandé par un piston et un cylindre actionnés par un fluide pour produire la pression nécessaire On peut évidemment utiliser encore d'autres 8 v

configurations pour produire la pression de contact.

Dans une autre version modifiée# les doigts sont supprimés et les tuyaux sont disposés contre la pièce en U, de façon à établir un contact direct avec les branches de la pièce en U. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent 9 tre apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir

du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

1 Dispositif de soudage par friction destiné à sou-

der une plaque de renfort en matière thermoplastique ( 10) sur une pièce en U en matière thermoplastique ( 12), cette dernière comprenant une base ( 14) et deux branches ver- ticales ( 16), caractérisé en ce qu'il comprend: des premiers moyens de support ( 32) destinés à supporter la pièce en U; des seconds moyens de support ( 34) destinés à supporter la plaque à l'intérieur de la pièce en U de manière à disposer chacun des bords latéraux opposés ( 11)

de cette plaque en contact intime avec une surface inté-

rieure respective de chacune des branches; des moyens ( 52, 54) destinés à appliquer une force sur la surface extérieure de chacune des branches, pour amener de force chacune de ces branches en contact superficiel intime avec la plaque, le long de deux bords opposés de cette plaque; et des moyens destinés à communiquer aux premier et second moyens de support ( 34) un mouvement rectiligne alternatif relatif le long d'un axe parallèle à l'axe longitudinal de la plaque, pendant un intervalle de temps de soudage, pour que la matière thermoplastique fonde le long des contacts superficiels intimes respectifs, et que cette matière fondue devienne rigide lorsque le mouvement cesse, ce qui a pour effet de souder la plaque à la pièce en U.

2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé

en ce que les moyens destinés à appliquer une force com-

prennent des moyens d'application de pression flexibles ( 52, 54) qui sont conçus de façon à se conformer à la

surface extérieure des branches respectives.

3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'application de pression flexibles

peuvent être gonflés avec un fluide.

4 Dispositif selon l'une quelconque des revendica-

tions 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend une ran-

gée de doigts juxtaposés ( 44) disposés de façon à venir en contact avec la surface extérieure des branches, et lorsque les moyens d'application de pression flexibles ( 52, 54) sont gonflés par un fluide, ils sollicitent les doigts pour qu'ils viennent en contact avec la surface extérieure des branches et exercent une force contre

cette surface extérieure.

5 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les seconds moyens de support ( 34) comprennent

des moyens à vide qui sont destinés à maintenir la pla-

que ( 10) en contact avec ces seconds moyens de support

pendant l'intervalle de temps de soudage.

6 Dispositif selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 ou 5, caractérisé en ce que les seconds moyens de support ( 34) comportent au moins un plot d'alignement ( 36) destiné à aligner la plaque ( 10) par rapport à la

pièce en U ( 12).

7 Dispositif selon l'une quelconque des revendica-

tions précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une série de doigts ( 44) disposés pour venir en contact avec la surface extérieure desdites branches ( 16) et en ce que lesdits moyens ( 52, 54) destinés à appliquer une force

appliquent une pression-sélective sur lesdits doigts ( 44).

8 Dispositif selon l'une quelconque des revendica-

tions précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens

destinés à communiquer un mouvement rectiligne alterna-

tif relatif déplacent d'un mouvement alternatif lesdits

seconds moyens de support ( 34) par rapport auxdits pre-

miers moyens de support ( 32).