FR2852543A1 - Connection support fixing process for heat exchanger e.g. air-conditioning condenser, involves deforming wall to penetrate hole for connection by mechanical clinching operation and brazing support with lid - Google Patents
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Abstract
Description
Procédé de fixation d'une bride de raccordement sur unMethod of fixing a connection flange to a
couvercle de collecteur d'un échangeur de chaleur L'invention concerne un procédé de fixation d'une bride de raccordement sur un couvercle de collecteur d'un échangeur de chaleur, en particulier d'un condenseur de climatisation pour 10 véhicule automobile. The invention relates to a method of fixing a connection flange to a manifold cover of a heat exchanger, in particular of an air conditioning condenser for a motor vehicle.
Elle s'applique notamment à la réalisation par brasage d'échangeurs de chaleur, assemblés à partir de composants métalliques, typiquement en matière à base d'aluminium. 15 Dans de tels échangeurs de chaleur, des boîtes collectrices sont mises en communication entre elles par des tubes et sont reliées à des conduits extérieurs par des brides de raccordement. Ces conduits extérieurs servent à l'entrée et à la 20 sortie d'un fluide qui parcourt l'échangeur et qui échange de la chaleur avec un flux d'air. Dans le cas d'un condenseur, le fluide est un fluide frigorigène. It applies in particular to the production by brazing of heat exchangers, assembled from metal components, typically made of aluminum-based material. In such heat exchangers, manifolds are placed in communication with one another by tubes and are connected to external conduits by connection flanges. These external conduits are used for the entry and exit of a fluid which passes through the exchanger and which exchanges heat with an air flow. In the case of a condenser, the fluid is a refrigerant.
L'extrémité de chaque conduit extérieur est reçue dans un 25 alésage traversant le corps de la bride qui positionne l'alésage en face d'un trou de communication avec un collecteur. L'extrémité du conduit extérieur est maintenue par une contre-bride qui prend généralement appui contre un bourrelet annulaire externe au conduit. Pour assurer une bonne résis30 tance mécanique aux efforts, la bride est usinée dans un bloc massif, par exemple, en un alliage d'aluminium, puis est fixée extérieurement sur une paroi du collecteur par brasage. The end of each outer conduit is received in a bore passing through the body of the flange which positions the bore opposite a communication hole with a manifold. The end of the outer duct is held by a counter flange which generally bears against an annular bead external to the duct. To ensure good mechanical resistance to stresses, the flange is machined from a solid block, for example, from an aluminum alloy, then is fixed externally to a wall of the collector by brazing.
Dans les techniques actuelles de fabrication des échangeurs de chaleur, il est souhaité que l'assemblage par brasage des différents composants de l'échangeur s'effectue en une seule opération par passage dans un four de brasage. In the current techniques for manufacturing heat exchangers, it is desired that the assembly by brazing of the various components of the exchanger is carried out in a single operation by passage through a brazing furnace.
Il est donc nécessaire d'assurer une fixation provisoire de la bride de raccordement sur le collecteur, ici sur le couvercle du collecteur. En effet, ce collecteur comprend deux parties, formant respectivement deux demi-coquilles. 5 L'une des demi-coquilles reçoit les extrémités des tubes du faisceau, tandis que l'autre demi-coquille, qui forme couvercle, reçoit la bride de raccordement. It is therefore necessary to temporarily secure the connection flange to the manifold, here on the manifold cover. Indeed, this collector comprises two parts, respectively forming two half-shells. 5 One of the half-shells receives the ends of the bundle tubes, while the other half-shell, which forms a cover, receives the connection flange.
Différentes solutions sont utilisées pour assurer une 10 fixation provisoire de la bride sur le couvercle du collecteur. Different solutions are used to provide temporary fixing of the flange on the cover of the manifold.
Une première solution connue consiste à usiner la bride avec une cheminée qui prolonge l'alésage du côté de la face 15 d'appui. Cette cheminée qui forme ainsi un tronçon tubulaire à paroi mince est introduite dans un trou du couvercle du collecteur et est ensuite déformée par sertissage. La réalisation de cette cheminée de sertissage est complexe à réaliser et entraîne des coûts supplémentaires. 20 Une deuxième solution connue consiste à souder au préalable la bride sur le couvercle, par exemple, au moyen d'une soudure dite TIG. Toutefois, la mise en oeuvre d'une telle soudure entraîne des opérations supplémentaires, donc 25 coûteuses, qui de plus risquent d'affecter la qualité de l'assemblage. A first known solution consists in machining the flange with a chimney which extends the bore on the side of the bearing face 15. This chimney, which thus forms a tubular section with a thin wall, is introduced into a hole in the cover of the manifold and is then deformed by crimping. The production of this crimp chimney is complex to carry out and involves additional costs. A second known solution consists in previously welding the flange on the cover, for example, by means of a so-called TIG weld. However, the implementation of such a weld leads to additional operations, therefore costly, which moreover risk affecting the quality of the assembly.
Une troisième solution connue consiste à effectuer une opération de sertissage au moyen d'un tube de liaison. Ce 30 tube de liaison constitue une pièce supplémentaire qui est sertie à la fois dans l'alésage de la bride de fixation, lequel doit être aménagé spécialement, et qui est également sertie dans un trou du couvercle. Ceci nécessite une pièce supplémentaire donc des coûts supplémentaires. En outre, le 35 sertissage du tube dans l'alésage risque d'entraîner la formation de rayures. A third known solution consists in carrying out a crimping operation by means of a connecting tube. This connecting tube constitutes an additional part which is crimped both in the bore of the fixing flange, which must be specially fitted, and which is also crimped in a hole in the cover. This requires an additional room therefore additional costs. In addition, crimping the tube into the bore may cause streaking.
L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients des solutions connues. The object of the invention is in particular to overcome the drawbacks of known solutions.
Elle vise en particulier à procurer un procédé de fixation d'une bride de raccordement sur un couvercle de collecteur qui permet d'assurer une fixation provisoire de la bride de raccordement sur le couvercle de collecteur, de manière sûre et efficace, sans entraîner de coûts supplémentaires. It aims in particular to provide a method of fixing a connection flange to a manifold cover which makes it possible to provide temporary fixing of the connection flange to the manifold cover, safely and effectively, without incurring costs additional.
L'invention propose à cet effet un procédé de fixation d'une bride de raccordement sur un couvercle de collecteur pour un échangeur de chaleur, dans lequel la bride est réalisée sous 10 la forme d'un bloc usiné massif ayant une face d'appui agencée pour venir en contact avec une paroi du couvercle. To this end, the invention provides a method of fixing a connection flange to a manifold cover for a heat exchanger, in which the flange is produced in the form of a solid machined block having a bearing face. arranged to come into contact with a wall of the cover.
Conformément à l'invention, le procédé comprend les opérations consistant à a) réaliser un trou borgne de forme choisie dans la face d'appui de la bride; b) positionner la paroi du couvercle contre la face d'appui 20 de la bride; et c) déformer localement la paroi du couvercle pour que cette paroi pénètre dans le trou borgne afin de réaliser une liaison mécanique par clinchage, la bride servant d'enclume. 25 Le clinchage est une opération de liaison mécanique qui, jusqu'à présent, était essentiellement utilisée pour assembler deux pièces de faible épaisseur. Cette opération repose sur une déformation mécanique effectuée essentiellement par 30 emboutissage et pressage, qui permet de déformer conjointement les parois respectives des deux pièces au moyen d'un poinçon, une enclume étant appliquée sur l'une des pièces, à l'opposé du poinçon pour maintenir les deux pièces entre elles. According to the invention, the method comprises the operations consisting in a) making a blind hole of selected shape in the bearing face of the flange; b) positioning the wall of the cover against the bearing face 20 of the flange; and c) locally deforming the wall of the cover so that this wall penetrates into the blind hole in order to make a mechanical connection by clinching, the flange serving as an anvil. Clinching is a mechanical bonding operation which, until now, has mainly been used to join two thin parts. This operation is based on a mechanical deformation carried out essentially by stamping and pressing, which makes it possible to jointly deform the respective walls of the two parts by means of a punch, an anvil being applied to one of the parts, opposite the punch. to hold the two pieces together.
Dans l'invention, ce clinchage est effectué entre une pièce de faible épaisseur, à savoir le couvercle du collecteur, et une pièce de plus forte épaisseur, à savoir la bride de raccordement qui est réalisée sous la forme d'un bloc massif. In the invention, this clinching is carried out between a thin piece, namely the cover of the collector, and a thicker piece, namely the connection flange which is produced in the form of a solid block.
Une particularité de l'invention réside dans le fait que la bride de raccordement joue elle-même le rôle de l'enclume. A special feature of the invention lies in the fact that the connection flange itself plays the role of the anvil.
Pour cela, le poinçon vient déformer la matière de la paroi du collecteur, laquelle vient s'encastrer dans le trou borgne préalablement réalisé dans la bride. For this, the punch deforms the material of the wall of the collector, which comes to be embedded in the blind hole previously made in the flange.
Il en résulte une liaison mécanique provisoire assurant une fixation correcte de la bride et du collecteur, en vue du brasage. En outre, comme la paroi du couvercle est déformée, 10 sans perforation, il ne risque pas de se créer de fuites susceptibles de porter atteinte au bon fonctionnement de l'échangeur de chaleur. This results in a temporary mechanical connection ensuring correct fixing of the flange and the manifold, for brazing. In addition, as the wall of the cover is deformed, without perforation, there is no risk of creating leaks which could affect the proper functioning of the heat exchanger.
Le trou borgne réalisé à l'opération a) est avantageusement 15 de forme sensiblement cylindrique. The blind hole produced in operation a) is advantageously of substantially cylindrical shape.
Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le trou borgne est de forme sensiblement cylindrique circulaire et il comporte une face fermée circulaire constituant le fond 20 du trou borgne et une face ouverte circulaire débouchant dans la face d'appui de la bride, le diamètre de la face fermée étant supérieur ou égal au diamètre de la face ouverte. In a preferred embodiment of the invention, the blind hole is of substantially circular cylindrical shape and it comprises a closed circular face constituting the bottom 20 of the blind hole and an open circular face opening into the bearing face of the flange, the diameter of the closed face being greater than or equal to the diameter of the open face.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la 25 déformation locale de la paroi de l'opération c) comprend un emboutissage et un pressage de la paroi au moyen d'un poinçon. Ce poinçon possède avantageusement une extrémité de forme généralement circulaire. Toutefois, d'autres formes sont également envisageables. According to yet another characteristic of the invention, the local deformation of the wall of operation c) comprises a stamping and a pressing of the wall by means of a punch. This punch advantageously has an end of generally circular shape. However, other forms are also possible.
Le procédé de l'invention comprend avantageusement une opération supplémentaire d) consistant à assembler définitivement la bride et le couvercle par brasage. The method of the invention advantageously comprises an additional operation d) consisting in definitively assembling the flange and the cover by brazing.
Sous un autre aspect, l'invention concerne une bride de raccordement pour la mise en oeuvre du procédé défini cidessus. La bride de raccordement est réalisée sous la forme d'un bloc usiné massif ayant une face d'appui agencée pour venir en contact avec une paroi du couvercle, et dans laquelle est réalisé un trou borgne de forme choisie. In another aspect, the invention relates to a connection flange for implementing the method defined above. The connection flange is produced in the form of a solid machined block having a bearing face arranged to come into contact with a wall of the cover, and in which a blind hole of selected shape is produced.
La face d'appui de la bride présente avantageusement une 5 forme conjuguée de celle de la paroi du couvercle. Elle est avantageusement réalisée dans une matière à base d'aluminium. The bearing face of the flange advantageously has a shape conjugate with that of the wall of the cover. It is advantageously made of a material based on aluminum.
Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemples, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue partielle de côté d'un échangeur de chaleur comportant un collecteur dont le couvercle reçoit une bride de raccordement; - la figure 2 est une vue de dessus correspondant à la figure 1; - la figure 3 est une vue en perspective d'une bride de raccordement conforme à l'invention; 20 - la figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'une bride de raccordement selon l'invention avant fixation à un couvercle de collecteur; - la figure 5 est une vue analogue à la figure 4 après positionnement du couvercle de collecteur; - la figure 6 est une vue analogue à la figure 5 pendant l'opération de clinchage; et - la figure 7 est une vue analogue à la figure 6 après l'opération de clinchage. In the description which follows, made only by way of examples, reference is made to the appended drawings, in which: FIG. 1 is a partial side view of a heat exchanger comprising a collector, the cover of which receives a flange of connection; - Figure 2 is a top view corresponding to Figure 1; - Figure 3 is a perspective view of a connection flange according to the invention; FIG. 4 is a view in longitudinal section of a connection flange according to the invention before attachment to a manifold cover; - Figure 5 is a view similar to Figure 4 after positioning of the manifold cover; - Figure 6 is a view similar to Figure 5 during the clinching operation; and - Figure 7 is a view similar to Figure 6 after the clinching operation.
On se réfère d'abord aux figures 1 et 2 qui représentent 35 partiellement un échangeur de chaleur 10 réalisé ici sous la forme d'un condenseur propre à faire partie d'une installation de climatisation de véhicule automobile. Le condenseur 10 est généralement constitué d'un faisceau 12 formé d'un empilement alterné de tubes plats 14 et d'ailettes 16 de forme ondulée. Les tubes 14 du faisceau sont reliés à deux collecteurs 18, dont un seul est représenté sur les figures 1 et 2. Reference is first made to FIGS. 1 and 2 which partially represent a heat exchanger 10 produced here in the form of a condenser capable of being part of an air conditioning installation of a motor vehicle. The condenser 10 generally consists of a bundle 12 formed of an alternating stack of flat tubes 14 and fins 16 of corrugated shape. The tubes 14 of the bundle are connected to two collectors 18, only one of which is shown in FIGS. 1 and 2.
Ce collecteur 18 est de forme générale tubulaire. Il est formé de deux parties 20 et 22 en forme de demi-coquilles. La partie 20 a un profil de forme sensiblement semi-cylindrique et comporte des fentes 24 pour la réception d'une première extrémité des tubes 14. La partie 22, qui forme couvercle, 10 possède également un profil de forme sensiblement semicylindrique. Elle comporte des rebords 26 permettant l'emmanchement des extrémités de la partie 22. La partie 22, qui sera appelée "couvercle" par la suite, est délimitée par une paroi 28 de forme semi- cylindrique. 15 A l'extérieur de cette paroi 28 est fixée une bride 30 réalisée sous la forme d'un bloc usiné massif, de forme générale parallélépipédique, avantageusement en alliage à base d'aluminium. La bride 30 comporte une face d'appui 32, 20 que l'on voit aussi sur la figure 3, qui a une forme conjuguée de celle de la paroi 28 du couvercle 22 pour s'adapter étroitement contre celle-ci. This collector 18 is of generally tubular shape. It is formed of two parts 20 and 22 in the form of half-shells. Part 20 has a profile of substantially semi-cylindrical shape and has slots 24 for receiving a first end of the tubes 14. Part 22, which forms a cover, also has a profile of substantially semi-cylindrical shape. It has flanges 26 allowing the ends of the part 22 to be fitted. The part 22, which will be called "cover" below, is delimited by a wall 28 of semi-cylindrical shape. 15 Outside this wall 28 is fixed a flange 30 produced in the form of a solid machined block, of generally parallelepipedal shape, advantageously made of an aluminum-based alloy. The flange 30 has a bearing face 32, 20 which can also be seen in FIG. 3, which has a shape which is conjugate with that of the wall 28 of the cover 22 to closely fit against it.
La bride 30 comprend une paroi plane 34 à l'opposé de la 25 paroi 32. Un alésage 36 traverse de part en part la bride 30 pour déboucher respectivement sur les faces 32 et 34. The flange 30 comprises a flat wall 34 opposite the wall 32. A bore 36 passes right through the flange 30 to open respectively on the faces 32 and 34.
L'alésage 36 reçoit, du côté de la face 34, l'extrémité d'un conduit extérieur 38. Ce conduit comporte un bourrelet 40 pour limiter son introduction dans l'alésage. Une contre30 bride 42 est fixée sur la bride par l'intermédiaire d'une vis 44 qui coopère avec un alésage non débouchant 46. La contrebride 42 comporte une extrémité 46 en forme de H qui appuie sur le bourrelet pour maintenir le tube extérieur 38. Un joint d'étanchéité (non représenté) est interposé entre 35 l'extrémité du conduit 38 et l'alésage 36, lequel a une forme étagée. The bore 36 receives, on the side of the face 34, the end of an external conduit 38. This conduit comprises a bead 40 to limit its introduction into the bore. A counter flange 42 is fixed to the flange by means of a screw 44 which cooperates with a non-through bore 46. The counter flange 42 has an H-shaped end 46 which presses on the bead to hold the outer tube 38. A seal (not shown) is interposed between the end of the conduit 38 and the bore 36, which has a stepped shape.
On se réfère maintenant à la figure 4 qui montre l'alésage étagé 36 débouchant sur les deux faces 32 et 34 et l'alésage 46 qui débouche seulement sur la face 34. Conformément à l'invention, on réalise, dans la face d'appui 32 de la bride, un trou borgne 50 de forme choisie. Ce trou borgne est avantageusement de forme sensiblement cylindrique, de 5 préférence sensiblement cylindrique circulaire. Il est réalisé sur une profondeur limitée, qui peut être par exemple de quelques millimètres. Reference is now made to FIG. 4 which shows the stepped bore 36 opening on the two faces 32 and 34 and the bore 46 which opens only on the face 34. In accordance with the invention, the face of support 32 of the flange, a blind hole 50 of selected shape. This blind hole is advantageously of substantially cylindrical shape, preferably substantially cylindrical circular. It is made over a limited depth, which can be for example a few millimeters.
Pour la suite du procédé, on place la bride dans la position 10 de la figure 4, la face d'appui 32 étant orientée vers le haut. For the remainder of the method, the flange is placed in position 10 in FIG. 4, the bearing face 32 being oriented upwards.
Ensuite, comme montré à la figure 5, on place le couvercle 22 en sorte que sa paroi 28 soit reçue dans la face d'appui 32. 15 Pour cela, le couvercle est positionné de sorte que l'ouverture 52 qu'il comporte soit aligné avec le débouché de l'alésage 36. Then, as shown in FIG. 5, the cover 22 is placed so that its wall 28 is received in the bearing face 32. For this, the cover is positioned so that the opening 52 which it comprises is aligned with the outlet of bore 36.
Dans une opération ultérieure, comme montré à la figure 6, on 20 déplace un poinçon 54 qui possède une tête ou extrémité 56 de forme choisie. Ce poinçon est déplacé verticalement de haut en bas dans la direction de la flèche F. L'extrémité 56 du poinçon entre en contact avec la paroi 28 du couvercle et déforme progressivement la paroi, dans une zone localisée, 25 pour qu'elle épouse la forme imposée par le trou borgne 50 de la bride 30. La bride forme ainsi une enclume à l'égard du poinçon. In a subsequent operation, as shown in Figure 6, a punch 54 is moved which has a head or end 56 of selected shape. This punch is moved vertically up and down in the direction of arrow F. The end 56 of the punch comes into contact with the wall 28 of the cover and gradually deforms the wall, in a localized area, so that it marries the shape imposed by the blind hole 50 of the flange 30. The flange thus forms an anvil with respect to the punch.
Il en résulte une diminution de l'épaisseur de la paroi. 30 Cette opération, dite de "clinchage", réalise une liaison mécanique par coopération de forme entre la cavité que définit le trou borgne 50 et la paroi 28 du couvercle 22 qui se trouve déformée. Ce clinchage permet un maintien et une indexation parfaits avant et pendant l'opération ultérieure 35 de brasage qui réalisera la fixation définitive de la bride sur le couvercle et, plus généralement, de tous les composants de l'échangeur de chaleur. This results in a decrease in the thickness of the wall. This operation, known as "clinching", makes a mechanical connection by form cooperation between the cavity defined by the blind hole 50 and the wall 28 of the cover 22 which is deformed. This clinching allows perfect retention and indexing before and during the subsequent brazing operation which will effect the final fixing of the flange on the cover and, more generally, of all the components of the heat exchanger.
Comme on peut le voir sur la figure 7, après retrait du poinçon 54, la paroi 28 est déformée localement dans une zone 58. On voit sur la figure 7 que le trou borgne comporte une face fermée, ici de forme circulaire, qui constitue le fond 5 et une face ouverte, ici circulaire, qui débouche dans la face d'appui de la bride. Le diamètre D de la face fermée est avantageusement compris entre 5,5 mm et 6 mm, tandis que le diamètre d de la face ouverte est avantageusement compris entre 5 mm et 5,5 mm. As can be seen in FIG. 7, after removal of the punch 54, the wall 28 is locally deformed in an area 58. It can be seen in FIG. 7 that the blind hole has a closed face, here of circular shape, which constitutes the bottom 5 and an open face, here circular, which opens into the bearing face of the flange. The diameter D of the closed face is advantageously between 5.5 mm and 6 mm, while the diameter d of the open face is advantageously between 5 mm and 5.5 mm.
Pour réaliser une bonne liaison par clinchage, il est souhaitable que la zone déformée de la paroi du collecteur présente une étendue plus importante au niveau de la face fermée du trou borgne par rapport à celle qu'elle présente au 15 niveau de la face ouverte du trou borgne. To achieve a good clinching connection, it is desirable that the deformed zone of the manifold wall has a greater extent at the closed face of the blind hole compared to that which it has at the open face of the blind hole.
On comprendra que la bride de raccordement, du fait de son caractère massif, forme enclume à l'égard du poinçon, ce qui évite le recours à une enclume séparée. 20 Le poinçon peut affecter différentes formes choisies qui ne sont pas nécessairement circulaires. It will be understood that the connection flange, because of its massive nature, forms an anvil with respect to the punch, which avoids the use of a separate anvil. The punch can have different chosen shapes which are not necessarily circular.
L'invention trouve une application particulière à la réalisa25 tion de condenseur de climatisation pour véhicules automobiles. The invention finds particular application to the realization of air conditioning condenser for motor vehicles.
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