FR2726494A1 - METHOD FOR ASSEMBLING TWO FLANS OF METALLIC SHEET - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE D'ASSEMBLAGE DE DEUX FLANS DE TOLE METALLIQUE.METHOD OF ASSEMBLING TWO FLANS OF METAL SHEET
La présente invention concerne un procédé d'assemblage de deux flans de tôle métallique dont un au moins est revêtu sur au moins une de ses faces d'un revêtement métallique, ou de deux flans de tôle métallique revêtus sur au moins une de leurs faces d'un revêtement métallique. Il est connu pour assembler deux flans de tôle métallique de superposer les deux flans de tôle et de réaliser au moins un point d'assemblage par fluage à froid du type dans lequel on pratique simultanément dans les deux flans de tôle à l'aide d'un poinçon et d'une io matrice une cavité circulaire, lesdites cavités étant ainsi logées l'une dans The present invention relates to a method of assembling two blanks of metal sheet, at least one of which is coated on at least one of its faces with a metal coating, or with two blanks of metal sheet coated on at least one of their faces. a metal coating. It is known to assemble two sheet metal blanks to superpose the two sheet blanks and to produce at least one cold creep assembly point of the type in which the two blanks of sheet metal are used simultaneously with the aid of a punch and a matrix a circular cavity, said cavities thus being housed one in
l'autre et présentant au voisinage du fond un élargissement. the other and presenting in the vicinity of the bottom an enlargement.
Cette technique d'assemblage mécanique de deux flans de tôle est connue sous le nom de clinchage, et est très souvent utilisée dans le domaine de l'électroménager ainsi que dans le domaine automobile, dans le This technique of mechanical assembly of two sheet blanks is known by the name of clinching, and is very often used in the field of household appliances as well as in the automotive field, in the
cadre de l'assemblage de pièces non visibles. part of the assembly of non-visible parts.
La tenue mécanique d'un tel point d'assemblage, appelé point The mechanical strength of such an assembly point, called point
clinché, est parfois considérée comme trop faible, surtout en traction pure. clinché, is sometimes considered too weak, especially in pure traction.
Par exemple, pour des tôles galvanisées de 0,8 mm d'épaisseur, la tenue mécanique en traction pure d'un point clinché est de l'ordre de 80 à 140 DaN selon la technologie et les outils utilisés, et la tenue mécanique d'un point clinché en traction-cisaillement est de l'ordre de 150 à 280 DaN, toujours For example, for galvanized sheets 0.8 mm thick, the mechanical strength in pure tension of a clinch point is of the order of 80 to 140 DaN depending on the technology and tools used, and the mechanical strength of a clinch point in tension-shear is of the order of 150 to 280 DaN, always
selon la technologie et les outils utilisés. depending on the technology and the tools used.
L'inconvénient principal de cette technique d'assemblage est sa tenue à la corrosion. En effet, la technique consiste, à l'aide d'un poinçon et d'une matrice, à réaliser deux emboutis de manière à former, dans chacune des tôles à partir d'une face, une cavité et sur l'autre face une saillie, la saillie de la première tôle étant insérée dans la cavité de la seconde tôle, ladite cavité de la seconde tôle présentant, au voisinage de son fond, un élargissement tandis que la saillie de la première tôle comporte un évasement logé dans ledit élargissement. Entre la saillie de la première tôle et la cavité de la seconde tôle peuvent pénétrer des agents de corrosion, tels que par exemple tout simplement de l'humidité, ou de l'eau, qui vont stagner The main disadvantage of this assembly technique is its resistance to corrosion. Indeed, the technique consists, using a punch and a die, to make two stampings so as to form, in each of the sheets from one side, a cavity and on the other side a protrusion, the projection of the first sheet being inserted into the cavity of the second sheet, said cavity of the second sheet having, in the vicinity of its bottom, an enlargement while the projection of the first sheet has a flare housed in said widening. Between the protrusion of the first sheet and the cavity of the second sheet can penetrate corrosion agents, such as for example simply moisture, or water, which will stagnate
et favoriser la corrosion des tôles au niveau du point d'assemblage. and promote corrosion of the sheets at the point of assembly.
Une autre solution pour assembler deux flans de tôle métallique Another solution to assemble two sheet metal blanks
consiste à utiliser la technique du soudage par résistance. consists in using the resistance welding technique.
Pour cela on place les deux flans à assembler en recouvrement et on réalise un point soudé en faisant passer un courant de soudage entre For this purpose, the two blanks to be assembled are placed in overlap and a soldered point is made by passing a welding current between
deux électrodes situées en vis-à-vis de part et d'autre des flans. two electrodes located vis-à-vis on both sides of the blanks.
Un tel point soudé présente une très bonne tenue mécanique, supérieure à 300 DaN en traction pure et en traction cisaillement. Such a welded point has a very good mechanical strength, greater than 300 DaN in pure traction and shear tensile.
En revanche cette technique présente quelques inconvénients. On the other hand, this technique has some disadvantages.
Lorsque les flans de tôle sont revêtus, par exemple d'un revêtement anticorrosion, le soudage provoque un brûlage dudit revêtement ce qui est préjudiciable à la tenue à la corrosion des flans de tôle au niveau When the sheet blanks are coated, for example with an anticorrosive coating, the welding causes a burning of said coating which is detrimental to the corrosion resistance of the sheet blanks at the
io des points soudés.welded points.
La technique du soudage par résistance par point nécessite que The technique of spot resistance welding requires that
les flans de tôle à assembler soient en recouvrement sur au moins 20 mm. the sheet blanks to be assembled are overlapped for at least 20 mm.
C'est ce que l'on appelle dans le domaine automobile le bord tombé, et il This is what is called in the automotive field the fallen edge, and it
s'avère qu'un bord tombé de 20 mm est pénalisant dans l'automobile. turns out that a rim of 20 mm is penalizing in the automobile.
Enfin, la technique du soudage par résistance par point est une technique qui nécessite une grande quantité d'énergie, I'intensité électrique nécessaire au soudage étant de l'ordre de 10 kA, voire plus, ce qui engendre Finally, the technique of spot resistance welding is a technique that requires a large amount of energy, the electrical intensity required for welding being of the order of 10 kA or more, which generates
un coût important.a significant cost.
De plus, lorsque les flans de tôle dont revêtus sur les deux faces ou que les faces revêtues sont les faces extérieures de l'assemblage, le revêtement pollue les électrodes de soudage, diminuant ainsi leur durée de vie. La présente invention a pour objet un procédé d'assemblage de deux flans de tôle dont la tenue mécanique des points d'assemblage est supérieure à celle des points dits clinchés, et qui ne présente pas les In addition, when the sheet blanks coated on both sides or the coated faces are the outer faces of the assembly, the coating pollutes the welding electrodes, thus reducing their life. The subject of the present invention is a method of assembling two sheet blanks whose mechanical strength of the assembly points is greater than that of the so-called clinched points, and which does not exhibit the
inconvénients liés à la technique du soudage par résistance par points. disadvantages related to the technique of resistance welding spot.
La présente invention concerne plus particulièrement un procédé d'assemblage de deux flans de tôle métallique dont un au moins est revêtu sur au moins une de ses faces d'un revêtement métallique, caractérisé en ce qu'on superpose les deux flans de tôle de manière que la face revêtue du flan de tôle revêtu soit en contact avec une face de l'autre flan de tôle, et on réalise au moins un point d'assemblage par fluage à froid du type dans lequel on pratique simultanément dans les deux flans de tôle à l'aide d'un poinçon et d'une matrice une cavité, par exemple circulaire, lesdites cavités étant ainsi logées l'une dans l'autre et présentant au voisinage du fond un élargissement, en faisant passer entre le poinçon et la matrice un courant électrique de brasage dudit point d'assemblage La présente invention concerne également un procédé d'assemblage de deux flans de tôle métallique revêtus sur au moins une de leurs faces d'un revêtement métallique, caractérisé en ce qu'on superpose les deux flans de tôle de manière qu'une face revêtue du premier flan de tôle soit en contact avec une face revêtue de l'autre flan de tôle, et on réalise au moins un point d'assemblage par fluage à froid du type dans lequel on pratique simultanément dans les deux flans de tôle à l'aide d'un poinçon et io d'une matrice une cavité, par exemple circulaire, lesdites cavités étant ainsi logées l'une dans l'autre et présentant au voisinage du fond un élargissement, en faisant passer entre le poinçon et la matrice un courant The present invention relates more particularly to a method of assembling two sheet metal blanks, at least one of which is coated on at least one of its faces with a metal coating, characterized in that the two sheet blanks are superimposed so that the coated face of the coated sheet blank is in contact with one face of the other sheet blank, and at least one cold creep connection point of the type in which both sheet blanks are made simultaneously is produced; with a punch and a matrix a cavity, for example circular, said cavities thus being housed one inside the other and having in the vicinity of the bottom an enlargement, by passing between the punch and the die The present invention also relates to a method of assembling two sheet metal blanks coated on at least one of their faces with a metal coating, which is characterized in that the two sheet blanks are superimposed so that one face coated with the first sheet blank is in contact with one face coated with the other sheet blank, and at least one assembly point is produced by cold creep of the type in which is simultaneously practiced in the two sheet blanks with a punch and a matrix a cavity, for example circular, said cavities thus being housed one inside the other and having in the vicinity of the bottom an enlargement, by passing between the punch and the matrix a current
électrique de brasage dudit point d'assemblage. electric brazing said assembly point.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention - on fait passer le courant électrique de brasage entre le poinçon et la matrice lorsque ledit poinçon est en fin de course, - l'intensité du courant électrique de brasage est telle qu'elle permet d'obtenir dans le point d'assemblage à l'interface entre les deux flans de tôle, par effet Joule, une température comprise entre la température de fusion du revêtement métallique moins 20 % et la température de fusion du revêtement métallique, de préférence comprise entre la température de fusion du revêtement métallique moins 20 % et la température de fusion du revêtement métallique moins 10 %, - le revêtement métallique est un revêtement à base de l'un ou According to other characteristics of the invention - the brazing electric current is passed between the punch and the die when said punch is at the end of the stroke, - the intensity of the electric brazing current is such that it allows obtaining in the assembly point at the interface between the two sheet blanks, by Joule effect, a temperature between the melting temperature of the metal coating minus 20% and the melting temperature of the metal coating, preferably between melting temperature of the metal coating minus 20% and the melting temperature of the metal coating minus 10%, - the metal coating is a coating based on one or
plusieurs éléments parmi le zinc, I'aluminium, le nickel et leurs alliages. several elements among zinc, aluminum, nickel and their alloys.
Les caractéristiques et avantages apparaîtront mieux à la suite Features and benefits will appear better as a result
de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, faite en description which follows, given solely as an example, made in
référence aux dessins annexés, sur lesquels: - les figures 1 à 3 représentent trois étapes de réalisation d'un point d'assemblage de deux flans de tôle selon le procédé de l'invention, - la figure 4 représente une vue en perspective coupée d'un point d'assemblage selon l'invention L'invention a pour objet un procédé d'assemblage de deux flans métallique 1, 2, dont un au moins est revêtu sur au moins une de ses faces reference to the accompanying drawings, in which: - Figures 1 to 3 show three steps of making an assembly point of two sheet blanks according to the method of the invention, - Figure 4 shows a perspective view cut off of The invention relates to a method of assembling two metal blanks 1, 2, at least one of which is coated on at least one of its faces.
d'un revêtement métallique.a metal coating.
Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures 1 à 3, seul le flan de tôle 1 est revêtu d'une couche 3 de revêtement métallique, le In the embodiment shown in Figures 1 to 3, only the sheet blank 1 is coated with a layer 3 of metal coating, the
flan de tôle 2 étant nu.sheet blank 2 being naked.
En revanche dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 4, les deux flans de tôle 1 et 2 sont chacun revêtus sur une de leurs On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 4, the two sheet blanks 1 and 2 are each coated on one of their
faces d'une couche de revêtement métallique, respectivement 4 et 5. faces of a metal coating layer, respectively 4 and 5.
Il est bien évident que l'un ou les deux flans de tôle 1, 2 peuvent It is obvious that one or both sheet blanks 1, 2 can
être revêtus sur leurs deux faces d'une couche de revêtement métallique. be coated on both sides with a layer of metal coating.
La première étape du procédé d'assemblage consiste à The first step in the assembly process is to
1o superposer les deux flans de tôle 1, 2. 1o superimpose the two sheet blanks 1, 2.
Lorsqu'un seul des deux flans de tôle 1. 2 est revêtu d'une couche 3 de revêtement métallique, on superpose les deux flans de tôle de manière que la face revêtue du flan de tôle revêtu 1 soit en contact avec une When only one of the two sheet blanks 1 2 is coated with a layer 3 of metal coating, the two sheet blanks are superimposed so that the coated face of the coated sheet blank 1 is in contact with a metal sheet.
face de l'autre flan de tôle 2.face of the other sheet blank 2.
Lorsque les deux flans de tôle 1, 2 sont revêtus sur l'une de leurs faces d'une couche de revêtement métallique 4, 5, on superpose les deux flans de tôle 1, 2 de manière que la face du premier flan de tôle 1 munie de la couche de revêtement métallique 4 soit en contact avec la face du When the two sheet blanks 1, 2 are coated on one of their faces with a metal coating layer 4, 5, the two sheet blanks 1, 2 are superposed so that the face of the first sheet blank 1 provided with the metal coating layer 4 or in contact with the face of the
second flan de tôle 2 munie de la couche de revêtement métallique 5. second sheet blank 2 provided with the metal coating layer 5.
La seconde étape du procédé d'assemblage selon l'invention consiste à réaliser au moins un point d'assemblage par fluage à froid du type dans lequel on pratique simultanément dans les deux flans de tôle à l'aide d'un poinçon et d'une matrice une cavité, par exemple circulaire, rectangulaire ou autre, lesdites cavités étant ainsi logées l'une dans l'autre et présentant au voisinage du fond un élargissement, en faisant passer entre le poinçon et la matrice un courant électrique de brasage dudit point The second step of the assembly process according to the invention consists in producing at least one cold creep assembly point of the type in which both sheet blanks are simultaneously made using a punch and a punch. a cavity matrix, for example circular, rectangular or other, said cavities thus being housed one in the other and having in the vicinity of the bottom an enlargement, by passing between the punch and the matrix an electric current soldering said point
d'assemblage lorsque ledit poinçon est en fin de course. assembly when said punch is at the end of the stroke.
Cette seconde étape de réalisation d'un point d'assemblage est This second step of making an assembly point is
détaillée sur les figures 1 à 3.detailed in Figures 1 to 3.
Comme on le voit sur la figure 1, les deux flans de tôle 1 et 2 sont placés dans un dispositif de réalisation d'un point d'assemblage par As seen in FIG. 1, the two sheet blanks 1 and 2 are placed in a device for producing an assembly point by
fluage à froid, c'est à dire entre une matrice 6 et un dispositif serreflan 7 - cold creep, ie between a matrix 6 and a greenhouse device 7 -
poinçon 8.punch 8.
Les deux flans de tôle 1, 2 étant maintenus entre le serre-flan 7 et la matrice 6, on descend le poinçon 8 pour former dans chacun des flans de tôle 1, 2 une cavité, circulaire dans l'exemple de réalisation représenté, respectivement 9, 10, lesdites cavités étant logées l'une dans l'autre, comme The two sheet blanks 1, 2 being held between the blank holder 7 and the die 6, the punch 8 is lowered to form in each of the sheet blanks 1, 2 a cavity, circular in the embodiment shown, respectively 9, 10, said cavities being housed one inside the other, as
représenté sur la figure 2.shown in Figure 2.
On continue ensuite à descendre le poinçon 8 afin de continuer à former les cavités 9, 10 de manière à ce que, par fluage à froid du métal, elles présentent au voisinage de leur fond un élargissement 11, comme représenté sur la figure 3. Cette phase est habituellement appelée phase de The punch 8 is then continued to continue to form the cavities 9, 10 so that, by cold creep of the metal, they have, in the vicinity of their bottom, a widening 11, as shown in FIG. phase is usually called phase of
matage des deux flans de tôle.matting of the two blanks of sheet metal.
Lorsque le poinçon est en fin de course et que le point d'assemblage est quasiment réalisé, c'est à dire pendant la phase de matage des deux flans de tôle 1 et 2, on fait passer un courant électrique de brasage When the punch is at the end of the stroke and the assembly point is almost completed, that is to say during the matting phase of the two sheet blanks 1 and 2, we pass an electric soldering current
dudit point d'assemblage entre le poinçon 8 et la matrice 6. said joining point between the punch 8 and the die 6.
Pour cela, le dispositif de formation du point d'assemblage doit comporter un poinçon et une matrice tous deux conducteurs de l'électricité, le poinçon étant isolé électriquement du porte poinçon (non représenté) et la i5 matrice du porte matrice (non représentée), un générateur de courant électrique (non représenté) et un système de contacteurs électriques au For this, the assembly point forming device must comprise a punch and a matrix both electrically conductive, the punch being electrically isolated from the punch holder (not shown) and the die of the matrix holder (not shown). , an electric power generator (not shown) and a system of electrical contactors at
niveau du poinçon et de la matrice (non représenté). punch and die level (not shown).
Le but poursuivi est que par effet Joule dû au passage du courant entre le poinçon 8 et la matrice 6, donc à l'interface entre les deux tôles, on crée un point de brasage 12 des deux flans de tôle 1 et 2, la couche de revêtement métallique 3, 4 ou 5 servant de brasure, comme on l'a The aim is that by the Joule effect due to the passage of the current between the punch 8 and the die 6, therefore at the interface between the two sheets, a brazing point 12 of the two sheet blanks 1 and 2 is created, the layer of metal coating 3, 4 or 5 serving as solder, as has been
représenté sur la figure 4.shown in Figure 4.
Pour cela, il faut que l'intensité du courant de brasage soit telle qu'elle permet d'obtenir dans le point d'assemblage à l'interface entre les deux flans de tôle 1 et 2, par effet Joule, une température comprise entre la température de fusion du revêtement métallique 3, 4, 5 moins 20 % et la For this, it is necessary that the intensity of the brazing current is such that it allows to obtain in the assembly point at the interface between the two sheet blanks 1 and 2, by Joule effect, a temperature between the melting temperature of the metal coating 3, 4, 5 minus 20% and the
température de fusion dudit revêtement. melting temperature of said coating.
De manière préférentielle, il faut que l'intensité du courant de brasage soit telle qu'elle permet d'obtenir dans le point d'assemblage à l'interface entre les deux flans de tôle 1 et 2, par effet Joule, une température comprise entre la température de fusion du revêtement métallique 3, 4, 5 moins 20 % et la température de fusion dudit revêtement. moins 10 % Connaissant l'épaisseur des flans de tôle 1, 2 et de leur couche de revêtement 3, 4, 5 le cas échéant, ainsi que la résistivité du matériau constitutif desdits flans de tôle et de leur revêtement. et les paramètres de () l'installation, il est aisé de calculer l'intensité nécessaire pour satisfaire ces conditions. Le procédé selon l'invention tel que décrit ci-avant est particulièrement efficace pour l'assemblage de deux flans de tôle en acier dont l'un au moins est revêtu sur au moins une de ses faces d'un revêtement à base de l'un ou plusieurs éléments parmi le zinc, I'aluminium, le nickel et leurs alliages, et lorsque les deux flans de tôle sont revêtus sur au moins une Preferably, it is necessary that the intensity of the brazing current is such that it makes it possible to obtain in the assembly point at the interface between the two sheet blanks 1 and 2, by Joule effect, a temperature comprised between between the melting temperature of the metal coating 3, 4, 5 minus 20% and the melting temperature of said coating. minus 10% Knowing the thickness of the sheet blanks 1, 2 and their coating layer 3, 4, 5 where appropriate, as well as the resistivity of the constituent material of said sheet blanks and their coating. and the parameters of () the installation, it is easy to calculate the intensity necessary to satisfy these conditions. The process according to the invention as described above is particularly effective for the assembly of two steel sheet blanks at least one of which is coated on at least one of its faces with a coating based on the one or more of zinc, aluminum, nickel and their alloys, and when both sheet blanks are coated on at least one
de leurs faces d'un revêtement métallique identique. of their faces of an identical metallic coating.
A titre d'exemple, on a réalisé l'assemblage de deux flans de io tôle identiques en acier doux d'épaisseur égale à 0,8 mm revêtus chacun d'un revêtement constitué d'un alliage de zinc et d'aluminium à 99 % de zinc et 1 By way of example, the assembly of two identical sheet blanks made of mild steel with a thickness of 0.8 mm each coated with a coating consisting of a zinc and aluminum alloy of 99 % zinc and 1
% d'aluminium.% of aluminum.
Un premier échantillon a été réalisé en effectuant un point d'assemblage selon la technique antérieure, dit point clinché et un second échantillon a été réalisé en effectuant un point d'assemblage selon l'invention en faisant passer entre le poinçon et la matrice lorsque le poinçon est en fin de course un courant électrique de 1 kA pendant 1 seconde. Les deux points d'assemblage ont été réalisé avec des poinçons et des matrices de forme identique et à effort exercé entre le poinçon et la matrice également A first sample was made by performing an assembly point according to the prior art, said clinch point and a second sample was made by performing an assembly point according to the invention by passing between the punch and the die when the punch is at the end of the stroke an electric current of 1 kA for 1 second. The two points of assembly were realized with punches and dies of identical shape and with exertion exerted between the punch and the matrix also
identique.identical.
On a ensuite déterminé pour chaque échantillon sa résistance en traction pure et sa résistance en traction cisaillement. Les essais de traction pure et de traction cisaillement ont été effectués respectivement selon les normes NF A 87 001 pour la traction pure et NF A 89 206 pour la The pure tensile strength and shear tensile strength were then determined for each sample. The pure tensile and shear tensile tests were carried out respectively according to standards NF A 87 001 for pure traction and NF A 89 206 for the
traction cisaillement.shear tension.
Alors que la résistance en traction pure du point d'assemblage de la technique antérieure est égale à 50 DaN, elle est égale à 65 DaN pour Whereas the pure tensile strength of the assembly point of the prior art is equal to 50 DaN, it is equal to 65 DaN for
le point d'assemblage selon l'invention, soit un gain de 30 %. the assembly point according to the invention, a gain of 30%.
De même la résistance en traction cisaillement du point d'assemblage de la technique antérieure est égale à 170 DaN, elle est égale à 265 DaN pour le point d'assemblage selon l'invention, soit un gain de plus Similarly, the shear tensile strength of the assembly point of the prior art is equal to 170 DaN, it is equal to 265 DaN for the assembly point according to the invention, a gain of more
de 50 %.50%.
Par rapport au soudage par résistance par point, I'avantage du procédé d'assemblage selon l'invention est qu'il permet de réduire le bord tombé à une valeur de 12 à 15 mm comparé aux 20 mm nécessaires pour réaliser un point soudé. De plus l'intensité électrique nécessaire est au moins Compared with spot resistance welding, the advantage of the assembly method according to the invention is that it makes it possible to reduce the dropped edge to a value of 12 to 15 mm compared to the 20 mm required to produce a welded point. Moreover the necessary electric intensity is at least
dix fois moindre ce qui présente un avantage économique non négligeable. ten times less which has a significant economic advantage.
Le procédé d'assemblage de deux flans de tôle selon l'invention trouve particulièrement application dans le domaine de l'électroménager et l'automobile. The method of assembling two sheet blanks according to the invention is particularly applicable in the field of household appliances and automobiles.
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