FR3005888A1 - Procede de fabrication d'une piece en materiau composite comportant un collet, et application d'une telle piece pour la realisation d'un assemblage, notamment pour un siege d'automobile - Google Patents

Procede de fabrication d'une piece en materiau composite comportant un collet, et application d'une telle piece pour la realisation d'un assemblage, notamment pour un siege d'automobile Download PDF

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Abstract

Pour réaliser un collet (10) sur une pièce (1) formée à partir d'une plaque en matériau composite à fibres continues, avant de déformer la plaque autour du trou (11) pour former ledit collet, on réalise dans la plaque à la périphérie du trou une pluralité d'encoches (12) réparties sur la périphérie et s'étendant radialement sur une distance sensiblement égale à la hauteur du collet à former, puis on forme le collet sur la plaque préalablement chauffée par déformation de la zone périphérique comportant les encoches. Le collet (10) est particulièrement destiné à assurer une liaison mécanique entre la pièce en matériau composite et une deuxième pièce (2), telle qu'une tôle métallique, placées l'une contre l'autre, ou à assurer une liaison en rotation entre la pièce en matériau composite (6) et une autre pièce (7). Application à la réalisation d'assemblages comportant des pièces en matériau composite à fibres continues dans les sièges d'automobiles.

Description

B12615 - 3456 1.FR 1 PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UNE PIÈCE EN MATÉRIAU COMPOSITE COMPORTANT UN COLLET, ET APPLICATION D'UNE TELLE PIÈCE POUR LA RÉALISATION D'UN ASSEMBLAGE, NOTAMMENT POUR UN SIÈGE D'AUTOMOBILE Domaine La présente invention se situe dans le domaine général des assemblages de pièces mécaniques et concerne plus particulièrement un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite comportant un collet, et la mise en oeuvre d'une telle pièce pour la réalisation d'un assemblage, notamment pour un siège d'automobile. Exposé de l'art antérieur Il est déjà bien connu, pour assembler une pièce quelconque sur une pièce en tôle métallique, notamment par vissage, de réaliser sur le bord du trou percé dans la tôle un collet, appelé encore collet monté, comme décrit par exemple dans FR2901853 ou FR 2734609. Un tel collet, généralement réalisé par emboutissage, constitue une portée de forme tubulaire cylindrique qui renforce la tôle autour du trou et assure notamment une résistance mécanique améliorée à la flexion et au cisaillement dans le plan de la tôle, en particulier lorsque cette dernière a une épaisseur relativement faible.
B12615 - 3456 1.FR 2 Par ailleurs, notamment dans le domaine de l'automobile et plus particulièrement dans le domaine des sièges d'automobiles, on cherche à réduire les masses des divers composants, et à remplacer des pièces, généralement 5 construites en acier pour des raisons de résistance mécanique, par des pièces assurant les mêmes fonctions mais en un matériau de moindre masse volumique, et/ou permettant d'adapter localement son épaisseur aux besoins. On connaît déjà par exemple des sièges d'automobiles comportant des 10 armatures ou autres éléments réalisés en partie ou entièrement en matière plastique ou composite. Pour assurer une meilleure résistance à ces pièces, il est connu d'utiliser un matériau composite composé de couches de matières thermoplastiques renforcées de fibres 15 continues, tel que connu en particulier sous le nom de CFRT® pour « Continuous Fiber Reinforced Thermoplastic » qui sera aussi utilisé par la suite uniquement aux fins de simplification d'expression. Un tel matériau est par exemple constitué d'une matrice en polyamide ou 20 polypropylène renforcée de fibres de verre continues, tissées ou non tissées. La matrice thermoplastique permet d'assurer une capacité de mise en forme du matériau par déformation à chaud, et les fibres continues améliorent sa résistance mécanique. 25 Les pièces ainsi réalisées sont typiquement assem- blées avec d'autres pièces en métal ou autre matériau plastique ou composite, par surmoulage réalisé dans un second temps en matière thermoplastique par exemple en polyamide. 30 Les pièces réalisées en CFRT sont formées typiquement à partir de plaques planes de ce matériau, mises en forme à chaud par des procédés de type emboutissage ou thermoformage. Cependant, la réalisation de collets de renforcement dans de telles plaques, de manière similaire à ce 35 qui a été mentionné précédemment pour des tôles métal- B12615 - 3456 1.FR 3 ligues, ne s'est pas révélée possible. En effet, la déformation d'une plaque en CFRT sur les bords du trous, requise pour former le collet, est relativement importante et, du fait des fibres continues, sans capacité d'allonge- ment, qui arment la plaque en CFRT, il s'ensuit que cette déformation se répercute à distance relativement importante du bord du trou, créant des défauts de géométrie et d'aspect de la pièce sur une zone étendue autour du trou. Résumé La présente invention a pour but de résoudre les problèmes évoqués ci-dessus, et vise en particulier à permettre l'utilisation de plaques ou feuilles en matériau composite à fibres continues pour former des pièces réalisées antérieurement en tôle métallique, ou en complé- ment à de telles pièces, ensembles ou mécanismes. Elle vise tout particulièrement à permettre l'assemblage ou l'association de pièces en matériau composite à fibres continues avec d'autres pièces ou organes couramment utilisés dans des sièges de véhicule automobile.
Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour premier objet un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite à fibres continues par déformation d'une plaque dudit matériau, ladite pièce comportant un trou entouré d'un collet présentant une paroi s'étendant sensiblement perpendiculairement à la dite plaque. Selon l'invention, le procédé est caractérisé en ce que, avant de déformer la plaque autour du trou pour former ledit collet, on réalise dans la plaque à la périphérie du trou une pluralité d'encoches réparties sur la périphérie du trou et s'étendant radialement sur une distance sensiblement égale à la hauteur du collet à former, puis on forme le collet sur la plaque préalablement chauffée par déformation de la zone périphérique comportant les encoches.
B12615 - 3456 1.FR 4 Grâce aux encoches précédemment réalisées, les fibres de la plaque en CFRT sont localement rompues et il en résulte que la déformation globale de la plaque à la périphérie du trou, génératrice des défauts mentionnés ci-5 dessus, est transformée en une pluralité de déformations locales, réalisées indépendamment l'une de l'autre, ne concernant chacune que la zone de matière située entre deux encoches adjacentes. Autrement dit, le collet est formé en repliant indépendamment, mais préférentiellement simul10 tanément, chaque dent formée entre deux encoches, jusqu'à ce que l'ensemble des dents repliées sensiblement perpendiculairement à la plaque forme le collet désiré. Le collet est couramment de forme générale cylindrique, de section circulaire, mais peut aussi avoir une 15 section de forme ovale, ou même polygonale, notamment carrée ou rectangulaire. Par la disposition conforme à l'invention, lorsque le trou est de forme ronde ou ovale, on supprime ou au moins on réduit très fortement l'allongement circonférentiel de 20 la matière située au bord du trou initial et qui se trouve portée à un diamètre supérieur par la formation du collet. De ce fait, les fibres voisines du bord du trou ne sont plus soumises à une traction susceptible de se répercuter à distance du trou du fait du non-allongement des fibres 25 continues. Dans le collet ainsi formé, les encoches linéaires, de largeur constante, découpées initialement, se sont ouvertes, leurs bords étant en V, et constituent ainsi des crans utilisables, comme on le verra par la suite, comme moyens de liaison en rotation avec une autre pièce 30 assemblée avec la pièce en matériau composite à fibres continues. Les explications données ci-dessus relatives à la suppression de l'allongement de la matière au bord du trou s'appliquent de manière similaire lorsque le trou est de 35 forme polygonale. On comprendra aisément que, dans ce cas, B12615 - 3456 1.FR les zones où les bords des encoches sont amenés à s'écarter lors de la formation du collet sont essentiellement situées au niveau des angles du polygone, et il est alors possible de réaliser de telles encoches dans la plaque, avant 5 formation du collet, seulement aux angles du trou polygonal. Selon un mode de réalisation particulier, particulièrement dédié à l'utilisation du collet de la pièce en matériau composite comme moyen de liaison avec une autre pièce comportant un trou de dimension adaptée pour recevoir ledit collet, la déformation de la zone périphérique comportant les encoches est réalisée par emboutissage en se servant de la deuxième pièce comme matrice pour soutenir la pièce en matériau composite autour de ladite zone périphérique comportant les encoches. L'invention a aussi pour objet un assemblage d'une pièce en matériau composite à fibres continues avec une deuxième pièce, caractérisé en ce que ladite pièce en matériau composite comporte un collet comprenant une plu- ralité d'encoches finales, généralement ouvertes en V, réparties sur son pourtour, ledit collet étant obtenu par déformation du bord d'un trou réalisé dans une plaque dans laquelle ladite pièce est réalisée, des encoches ayant été réalisées sur le bord du trou préalablement à ladite déformation et écartées suite à ladite déformation pour former lesdites encoches finales, et le collet assure une liaison mécanique entre la pièce en matériau composite et la deuxième pièce. Le collet est couramment de forme générale cylin- drique, de section circulaire, et les encoches sont alors réparties régulièrement sur la circonférence. Le collet peut aussi avoir une section de forme ovale, ou même polygonale, notamment carrée ou rectangulaire, et dans ces derniers cas, les encoches peuvent être situées seulement au niveau des angles du polygone.
B12615 - 3456 1.FR 6 Selon une première réalisation particulière, la deuxième pièce, préférentiellement métallique, notamment en tôle d'acier, comporte un collet de dimension adaptée pour recevoir le collet de la pièce en matériau composite, le collet de la pièce en matériau composite étant formé par emboutissage en utilisant la deuxième pièce comme matrice. Préférentiellement, le collet de la deuxième pièce est en contre-dépouille, présentant une conicité légère s'ouvrant dans la direction d'extension du collet, de sorte que le diamètre intérieur du bord libre du collet, ou la distance entre les bords libres de deux zones opposées du collet dans le cas d'un collet de section polygonale, soit au moins légèrement supérieur à celui du trou dans la deuxième pièce, et le collet de la pièce en matériau composite est formé contre et épouse la conicité du collet de la deuxième pièce. Il en résulte un ancrage mécanique de la pièce en matériau composite sur la deuxième pièce, cet ancrage pouvant être préférentiellement complété, pour assurer une solidarisation plus forte des deux pièces, par un surmoulage de matière thermoplastique enrobant simultanément les deux collets, et les deux faces de l'assemblage aux alentours des collets. Le premier mode de réalisation qui vient d'être décrit peut par exemple être utilisé pour associer une plaque en CFRT à une tôle métallique dans une armature de siège, permettant notamment de réduire l'épaisseur de ladite tôle et/ou de réduire la masse globale de cette armature. Selon une deuxième réalisation particulière, la deu- xième pièce comporte des projections adaptées pour s'engager dans au moins certaines des encoches du collet de la pièce en matériau composite. Ainsi, les encoches qui ont servi à l'obtention du collet servent en plus à assurer une liaison en rotation robuste entre la pièce en matériau composite et la deuxième pièce. Préférentiellement aussi un B12615 - 3456 1.FR 7 surmoulage de matière thermoplastique est effectué pour enrober le collet et la partie de la deuxième pièce comportant les projections, pour solidariser définitivement les deux pièces.
Ce deuxième mode de réalisation pourra par exemple être avantageusement utilisé pour fixer un mécanisme d'articulation de dossier, de type connu en soi, sur une armature de siège comportant la pièce en matériau composite, le mécanisme d'articulation étant lié à la deuxième pièce. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va être faite de deux exemples de mise en oeuvre de l'invention, l'un pour l'assemblage d'une pièce en matériau composite renforcé de fibres continues sur une deuxième pièce en tôle d'acier, et l'autre pour la fixation d'un mécanisme d'articulation du dossier d'un siège d'automobile sur l'armature du siège. Brève description des dessins On se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective de l'assemblage fini de la pièce en matériau composite renforcé de fibres continues sur une deuxième pièce en tôle d'acier, - la figure 2 est une vue de la découpe réalisée dans 25 la pièce en matériau composite avant formation du collet, - la figure 3 illustre la préparation de l'assemblage, la pièce en matériau composite étant disposée au dessus de la pièce en tôle, - la figure 4 est une vue simplifiée d'une presse 30 utilisée pour réaliser l'emboutissage à chaud, ou thermoformage, du collet, - la figure 5 est une vue en perspective et coupe diamétrale de l'assemblage après formation du collet, - la figure 6 est une vue en perspective et coupe 35 diamétrale de l'assemblage fini, B12615 - 3456 1.FR 8 - la figure 7 est une vue en perspective de l'armature de dossier d'un siège d'automobile monté articulé sur l'armature d'assise par un mécanisme d'articulation fixé au dossier par la mise en oeuvre du deuxième mode de réalisation de l'invention, - la figure 8 est une vue montrant le pré-positionnement avant assemblage d'un flasque du mécanisme d'articulation, de la partie inférieure de l'armature de dossier et d'une pièce de liaison intermédiaire, - la figure 9 est une vue en perspective de l'assemblage provisoire de ces trois pièces, - la figure 10 est une vue de l'assemblage final, après surmoulage. Description détaillée La figure 1 représente un assemblage constitué d'une pièce 1 en matériau composite renforcé de fibres continues, de type CFRT ®, et d'une pièce en tôle métallique 2. Avant l'assemblage, la pièce 1 formée d'une plaque plane en CFRT, ayant une épaisseur de 1,5 mm par exemple, est percée d'un trou 11. Des encoches 12 circonférentiellement réparties et s'étendant radialement à partir du bord du trou 11 sont également formées dans la pièce 1, comme représenté figure 2. Les encoches s'étendent sur une distance sensiblement égale à la hauteur du collet à former. Un collet 20, dont le diamètre intérieur est égal au diamètre extérieur du collet à former sur la pièce 1, est formé par découpe d'un trou et emboutissage dans la tôle 2. Après superposition de la pièce 1 en matériau 30 composite et de la tôle 2, le trou 11 étant aligné coaxialement avec le collet 20, comme représenté figure 3, les deux pièces sont plaquées l'une contre l'autre et placées sur une presse 9 représentée figure 4. La pièce en tôle 2 est disposée sur le plateau 91 de la presse et sert 35 de matrice pour l'emboutissage, ou thermoformage, du collet B12615 - 3456 1.FR 9 10 au moyen du poinçon coulissant 92 de la presse, après chauffage de la pièce 1. La figure 5 montre l'assemblage des deux pièces après emboutissage. On voit que, en conséquence de la déformation de la zone périphérique du trou 11, ayant conduit à la formation du collet 10, les zones 13 situées entre deux encoches 12 ont été rabattues contre la paroi intérieure du collet 20 de la pièce en tôle 2, et les encoches 12 se sont évasées en s'ouvrant en forme de V.
On notera que le collet 20 a une contre-dépouille lui donnant une légère conicité d'angle a. De ce fait, lors de l'emboutissage, les zones 13 de la pièce 1 sont non seulement rabattues vers le bas, mais également, par une déformation complémentaire autorisée par la matière thermoplastique, poussées contre la face conique en contre-dépouille du collet 20, ancrant ainsi le collet 10 à l'intérieur du collet 20, pour lier de manière au moins provisoire les deux pièces. La liaison définitive est assurée par un surmoulage 20 3, par exemple en polyamide, enrobant les deux collets 10 et 20 et les zones des deux pièces entourant ces collets. Le nombre d'encoches dépendra notamment de l'épaisseur de la pièce 1 et de la dimension du trou. Par exemple, pour un trou de 20 mm de diamètre, on pourra réaliser 8 25 encoches. Pour un trou plus grand, le nombre d'encoches sera augmenté, de manière que la distance entre deux encoches soit de l'ordre de 10 mm, cette valeur n'étant nullement limitative. L'application de l'invention représentée aux figures 30 7 à 10 est destinée à assurer la fixation d'un mécanisme d'articulation 4 d'un dossier de siège d'automobile sur l'armature 5 de ce dossier, dont au moins une partie inférieure est formée d'une pièce 6 en matière composite renforcée de fibres continues.
B12615 - 3456 1.FR 10 La liaison entre la pièce 6 et le mécanisme d'articulation 4 est assurée au moyen d'une pièce métallique intermédiaire 7, constituant la deuxième pièce mentionnée précédemment, qui est soudée préalablement sur un flasque 41 du mécanisme d'articulation et qui est conformée pour coopérer avec un collet 60 réalisé sur la pièce 6. La pièce intermédiaire 7 est formée d'un anneau de diamètre extérieur correspondant au diamètre intérieur du collet 60 et comportant des projections, constituées dans l'exemple présenté d'ergots 71 formés sur son pourtour et agencés de manière à pouvoir coopérer avec le collet 60. Dans ce cas, le collet est formé par thermoformage dans un moule ou une matrice d'outillage spécifique, de 15 manière classique. Le collet 60 formé sur la pièce 6 en matière composite ne comporte pas de conicité. Par contre les encoches 62 ont été découpées dans la pièce 6 avant thermoformage de manière que, après la déformation 20 consécutive au thermoformage du collet, elles présentent une forme rectangulaire ou trapézoïdale, de dimensions apte à y loger les ergots 71 de la pièce intermédiaire. Pour réaliser l'assemblage, la pièce intermédiaire 7 préalablement soudée avec le flasque 41, est insérée dans 25 le collet 60, ce qui assure le positionnement axial du mécanisme d'articulation par rapport à la pièce 1 et donc à l'armature de dossier, et les ergots 71 sont engagés dans les encoches 62, ce qui assure la liaison en rotation entre la pièce intermédiaire 7, et donc le mécanisme d'articu- 30 lation 4, et l'armature 5 de dossier. Un surmoulage 8 de matière thermoplastique est ensuite réalisé de manière à recouvrir le collet 60, la pièce intermédiaire 7 et la pièce 6, et à assurer leur liaison définitive. L'invention n'est pas limitée aux modes de réali35 sation décrits ci-dessus uniquement à titre d'exemples. En B12615 - 3456 1.FR 11 particulier, la pièce intermédiaire 7 pourrait être formée de toute autre pièce adaptée pour assurer le positionnement axial et l'engagement avec les encoches du collet, tel que par exemple un tube texturé. Ce deuxième mode de réalisation pourra aussi être utilisé pour assurer une liaison en rotation de diverses pièces avec une pièce en matériau composite renforcée de fibres continues.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une pièce (1, 6) en matériau composite à fibres continues par déformation d'une plaque dudit matériau, ladite pièce comportant un trou (11) entouré d'un collet (10, 60) présentant une paroi 5 s'étendant sensiblement perpendiculairement à la dite plaque, caractérisé en ce que, avant de déformer la plaque autour du trou pour former ledit collet, on réalise dans la plaque à la périphérie du trou une pluralité d'encoches (12, 62) réparties à la périphérie du trou et s'étendant 10 radialement sur une distance sensiblement égale à la hauteur du collet (10, 60) à former, puis on forme le collet sur la plaque préalablement chauffée par déformation de la zone périphérique comportant les encoches.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en 15 ce que, pour l'utilisation du collet (10) comme moyen de liaison avec une deuxième pièce (2) comportant un trou de dimension adaptée pour recevoir le collet de la pièce en matériau composite, la déformation de la zone périphérique comportant les encoches (12) est réalisée par emboutissage 20 en se servant de la deuxième pièce (2) comme matrice pour soutenir la plaque en matériau composite autour de ladite zone périphérique comportant les encoches.
  3. 3. Assemblage d'une pièce (1, 6) en matériau composite à fibres continues avec une deuxième pièce (2, 7), 25 caractérisé en ce que ladite pièce en matériau composite comporte un collet (10, 60) comprenant une pluralité d'encoches finales (12, 62) réparties sur son pourtour, ledit collet étant obtenu par déformation du bord d'un trou (11) réalisé dans une plaque dans laquelle ladite pièce est 30 réalisée, des encoches initiales ayant été réalisées sur le bord du trou préalablement à ladite déformation et se trouvant écartées suite à ladite déformation pour former lesdites encoches finales, et le collet (10, 60) assure uneB12615 - 3456 1.FR 13 liaison mécanique entre la pièce en matériau composite (1, 6) et la deuxième pièce (2, 7).
  4. 4. Assemblage selon la revendication 3, caractérisé en ce que la deuxième pièce (2) comporte un collet (20) de dimension adaptée pour recevoir le collet (10) de la pièce en matériau composite, le collet de la pièce en matériau composite étant formé par emboutissage en utilisant la deuxième pièce comme matrice.
  5. 5. Assemblage selon la revendication 4, caractérisé 10 en ce que le collet (20) de la deuxième pièce est en contre-dépouille.
  6. 6. Assemblage selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'un surmoulage (3) de matière thermoplastique enrobe simultanément les deux collets (10, 20) et 15 les deux faces de l'assemblage aux alentours des collets.
  7. 7. Assemblage selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour associer une plaque (1) en matériau composite à fibres continues à une tôle métallique (2) dans une armature de siège. 20
  8. 8. Assemblage selon la revendication 3, caractérisé en ce que la deuxième pièce (7) comporte des projections (71) adaptées pour s'engager dans au moins certaines des encoches (62) du collet (60) de la pièce (6) en matériau composite. 25
  9. 9. Assemblage selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'un surmoulage (8) de matière thermoplastique est effectué pour enrober le collet (60) et la partie de la deuxième pièce (7) comportant les projections (71).
  10. 10. Assemblage selon la revendication 8 ou 9, carac- 30 térisé en ce qu'il est utilisé pour fixer un mécanisme d'articulation (4) de dossier de siège d'automobile sur une armature (5) de siège comportant la pièce (6) en matériau composite, le mécanisme d'articulation (4) étant lié à la deuxième pièce (7).B12615 - 3456 1.FR 14
  11. 11. Assemblage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le collet est de forme générale cylindrique, de section circulaire ou ovale, ou de section polygonale.
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