FR2921889A1 - Procede de fabrication d'un structure en tole - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une structure en tôle comprenant une tôle principale (1) et au moins une tôle de renfort (2) soudée sur la tôle principale (1), comprenant l'emboutissage à chaud de la tôle principale (1) et de la tôle de renfort (2). Ce procédé est caractérisé en ce que la tôle de renfort (2) est soudée sur la tôle principale (1) avant l'emboutissage, et en ce que l'on n'effectue aucune soudure de la tôle de renfort (2) après l'emboutissage.
Description
PROCEDE DE FABRICATION D'UNE STRUCTURE EN TOLE
DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne la fabrication de structures en tôles embouties à chaud comprenant la soudure d'une ou plusieurs tôles de renfort sur une tôle principale.
ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION L'emboutissage à chaud est un procédé consistant à emboutir, dans un outil refroidi, une tôle d'acier ayant été préalablement chauffée. Typiquement, le procédé d'emboutissage à chaud comprend le passage de la tôle dans un four porté à une température de l'ordre de 900 à 950°C, puis l'emboutissage par une presse dans un outil refroidi de manière à effectuer une trempe du matériau. Les tôles ainsi formées présentent une dureté beaucoup plus élevée, ce qui les rend particulièrement intéressantes pour des fonctions d'anti-intrusion ou de gain de masse dans le domaine automobile. Il est connu de renforcer des structures en tôle au moyen de la soudure sur la tôle principale, dans des endroits plus fortement sollicités, de tôles de renfort, également désignées par le terme anglo-saxon de patch ou patchwork dans le vocabulaire du métier. Notamment, le document DE 43 07 563 décrit un procédé de fabrication d'une structure en tôle comprenant une ou plusieurs tôles de renfort, comprenant successivement la fixation partielle des tôles de renfort sur la structure principale, puis l'emboutissage et la fixation inamovible, par soudure, des tôles de renfort.
Or, la soudure affecte la matière chauffée puisque les températures atteintes pendant la soudure peuvent atteindre 1500°C. En effet, la soudure réchauffe localement la matière trempée et modifie ses caractéristiques, ce phénomène étant appelé revenu . Il se forme donc autour du point de soudure une zone dite affectée thermiquement (ZAT) dont le diamètre est de l'ordre de 15 à 20 mm et dont les caractéristiques sont différentes de celle de la tôle trempée. Cette zone affectée thermiquement présente une tenue mécanique diminuée dans certaines sollicitations, principalement en dynamique û par exemple, dans le cas de structures utilisées dans l'automobile, en cas de crash.
Par ailleurs, le procédé décrit dans le document DE 43 07 563 nécessite deux étapes : une première étape, préalable à l'emboutissage, est nécessaire pour assurer le maintien de la tôle de renfort pendant l'emboutissage ; une deuxième étape, après l'emboutissage, permet de solidariser définitivement le renfort à la tôle principale. En outre, la soudure postérieure à l'emboutissage peut être relativement complexe à mettre en oeuvre, puisqu'elle doit être effectuée sur des tôles embouties, dont la géométrie peut être complexe et présenter des points difficiles d'accès. A cet effet, on utilise donc généralement des robots de soudure avec des cinématiques complexes permettant d'accéder aux endroits prévus pour la soudure, mais ces équipements sont coûteux. En outre, il existe un risque de former des points de soudure dont la tenue mécanique n'est pas constante d'un point à un autre. Il existe également un risque de ne pas plaquer parfaitement la tôle de renfort sur la tôle principale. Un premier but de l'invention est donc de proposer un procédé de fabrication d'une structure en tôle permettant de ne pas fragiliser cette structure. Un autre but de l'invention est de définir un procédé d'assemblage plus rapide et plus économique.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION A cet effet, l'invention propose un procédé de fabrication d'une structure en tôle comprenant une tôle principale et au moins une tôle de renfort soudée sur la tôle principale, comprenant l'emboutissage à chaud de la tôle principale et de la tôle de renfort, ce procédé étant caractérisé en ce que la tôle de renfort est soudée sur la tôle principale avant l'emboutissage, et en ce que l'on n'effectue aucune soudure de la tôle de renfort après l'emboutissage. La soudure de la tôle de renfort est avantageusement effectuée avant l'étape de chauffage préalable à l'emboutissage. La tôle de renfort peut être soudée par points électriques, par laser ou par cordons de soudure électrique à l'arc avec fil fusible sous gaz.
De manière particulièrement avantageuse, la tôle principale et la tôle de renfort sont revêtues d'un revêtement anticorrosion tel qu'un alliage d'aluminium et de silicium.
La tôle principale et la tôle de renfort ont de préférence chacune une épaisseur comprise entre 1 et 3 mm. Selon un mode particulier de réalisation, la tôle de renfort est soudée sur la tôle principale par des points, la distance moyenne entre deux points de soudure consécutifs étant comprise entre 20 et 40 mm.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en référence aux figures annexées sur lesquelles : - la figure 1 illustre, en vue de dessus un exemple de positionnement des points de soudure de la tôle de renfort ; - la figure 2 illustre une section d'une structure comprenant une tôle principale et une tôle de renfort, fabriquée conformément à l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION On va maintenant décrire les différentes étapes du procédé conforme à l'invention.
Soudure de la tôle de renfort sur la tôle principale En référence aux figures 1 et 2, on positionne sur la tôle principale 1 une ou plusieurs tôles de renfort 2 et on les soude sur la tôle principale. Les tôles 1 et 2 sont en acier trempable et présentent typiquement chacune une épaisseur comprise entre 1 et 3 mm.
La soudure de la tôle de renfort 2 sur la tôle principale 1 est généralement réalisée par un robot sous forme de points 3 séparés par un pas déterminé (dans le domaine de l'automobile, c'est généralement le constructeur qui définit le pas de soudure û typiquement, la distance entre deux points consécutifs est comprise entre 20 et 40 mm), au moyen de techniques connues de l'homme du métier. De manière préférée, on mettra en oeuvre une soudure électrique, mais on pourra également employer par exemple une soudure laser ou encore par cordons de soudure électrique à l'arc avec fil fusible sous gaz, cette technique étant également connue sous le nom de MAG (acronyme du terme anglo-saxon Metal Active Gas ). Les points de soudure peuvent être disposés non seulement à la périphérie de la tôle de renfort mais en un point quelconque de sa surface. Lors de la soudure électrique par points, on plaque les deux tôles à assembler l'une contre l'autre au moyen d'une pince comprenant une électrode à chacune de ces extrémités, puis on applique une forte intensité électrique qui chauffe les tôles jusqu'à leur fusion. Le diamètre des points de soudure est de l'ordre de 6 à 10 mm. Chauffaqe avant emboutissaqe On introduit la structure soudée dans le four de manière à la porter à une 10 température de l'ordre de 900 à 950°C pendant une durée de 7 à 15 minutes environ, en fonction de l'épaisseur de la tôle. Emboutissaqe à chaud Enfin, l'ensemble chauffé est embouti au moyen d'une presse d'emboutissage et d'un outil refroidi. Les paramètres de l'emboutissage à chaud 15 (vitesse de refroidissement pour obtenir la trempe) sont connus de l'homme du métier et ne seront donc pas décrits en détail ici. Après l'emboutissage, on n'effectue aucune soudure supplémentaire de la tôle de renfort, la soudure effectuée au préalable étant suffisante pour assurer la tenue mécanique de la tôle de renfort sur la tôle principale et pour que la 20 structure ainsi obtenue respecte le cahier des charges du constructeur. L'un des avantages d'effectuer la soudure de la tôle de renfort avant le passage dans le four préalablement à l'emboutissage, est notamment la suppression des zones affectées thermiquement. En effet, le chauffage effectué entre la soudure et l'emboutissage permet d'homogénéiser la matière des zones 25 soudées et des zones non soudées. En outre, l'assemblage indémontable de la tôle de renfort sur la tôle principale évite tout déplacement relatif de l'une par rapport à l'autre durant l'emboutissage, et garantit donc un positionnement précis de la tôle de renfort sur la tôle principale. Le procédé conforme à l'invention permet donc d'assembler la 30 tôle de renfort de manière définitive en une seule étape au lieu de deux. Par ailleurs, l'assemblage préalable à l'emboutissage intervient sur des tôles planes ou peu déformées, donc aisément accessibles par des équipements de soudure traditionnels. Ceci permet de respecter plus facilement les préconisations du constructeur en termes de positionnement des points de soudure et ce, dans des zones qui seraient non accessibles en soudage après emboutissage. On garantit également la perpendicularité des électrodes de soudure par rapport aux tôles et une tenue mécanique sensiblement constante d'un point de soudure à l'autre.
On évite en outre la présence de jeux entre les tôles, pouvant être source d'un phénomène acoustique nommé foisonnement , correspondant à un bruit dû au contact non permanent des tôles. Selon la géométrie des pièces, le temps d'assemblage peut donc être considérablement réduit.
De manière particulièrement avantageuse, la tôle principale et la tôle de renfort sont revêtues d'un revêtement en alliage d'aluminium et de silicium généralement désigné dans le langage du métier par AS150 ou AS23-23 , obtenu par trempage des tôles dans un bain d'aluminium et de silicium. Ce revêtement, dont l'épaisseur est de 23 pm par face, et dont la masse surfacique est de 75 g/m2 par face, constitue donc une couche de protection anticorrosion entre les deux tôles. Un autre avantage d'effectuer la soudure avant le passage dans le four est que l'on évite le risque d'augmentation de l'épaisseur du revêtement, due à une migration du fer vers l'aluminium sous l'effet de la température. Au-delà d'une certaine épaisseur du revêtement û typiquement, de l'ordre de 50 pm û la soudure est en effet plus faible, moins performante en tenue.
Claims (7)
1. Procédé de fabrication d'une structure en tôle comprenant une tôle principale (1) et au moins une tôle de renfort (2) soudée sur la tôle principale (1), comprenant l'emboutissage à chaud de la tôle principale (1) et de la tôle de renfort (2), caractérisé en ce que la tôle de renfort (2) est soudée sur la tôle principale (1) avant l'emboutissage, et en ce que l'on n'effectue aucune soudure de la tôle de renfort (2) après l'emboutissage.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soudure de la tôle de renfort (2) est effectuée avant l'étape de chauffage préalable à l'emboutissage.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la tôle de renfort est soudée par points électriques, par laser ou par cordons de soudure électrique à l'arc avec fil fusible sous gaz.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la tôle principale (1) et la tôle de renfort (2) sont revêtues d'un revêtement anticorrosion.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le revêtement anticorrosion est un alliage d'aluminium et de silicium.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la tôle principale (1) et la tôle de renfort (2) ont chacune une épaisseur comprise entre 1 et 3 mm.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la tôle de renfort (2) est soudée sur la tôle principale (1) par des points (3), la distance moyenne entre deux points de soudure consécutifs étant comprise entre 20 et 40 mm.
Priority Applications (1)
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