FR3007675A1 - Procede de fabrication d'une piece de tolerie en alliage d'aluminium 6056t78 - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce de tôlerie (1) à partir d'une feuille d'alliage d'aluminium 6056T78. Durant une étape de préparation, un opérateur détermine au moins une ligne de transformation (20) pour déterminer au moins une zone (20) à transformer devant subir une étape de mise en forme. Durant une étape de transformation, on applique un organe rotatif contre cette feuille (10), puis on déplace cet organe rotatif le long de chaque ligne de transformation (20) pour transformer par malaxage l'alliage d'aluminium 6056T78 en alliage d'aluminium 6056T4. Durant une étape de mise en forme, on déforme chacune desdites zones (30) à transformer par un procédé de formage.

Description

Procédé de fabrication d'une pièce de tôlerie en alliage d'aluminium 6056T78 La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce de tôlerie en un alliage d'aluminium.

Un alliage d'aluminium est un alliage à base d'aluminium, éventuellement transformé par des techniques de forge. Un alliage d'aluminium est désigné à l'aide d'une référence alphanumérique. Cette référence alphanumérique débute par quatre chiffres qui identifient la composition chimique de l'alliage. La série 6000 d'alliage d'aluminium est notamment réalisée à partir d'aluminium, de magnésium et de silicium. De plus, on adjoint à cette série de quatre chiffres une lettre associée à des chiffres pour déterminer le cas échéant la technique de forge appliquée à l'alliage d'aluminium. Ainsi, la lettre « T » fait référence à un alliage d'aluminium ayant subi un traitement thermique. Les pièces de tôlerie utilisées dans l'aéronautique sont parfois réalisées avec un alliage d'aluminium ayant subi le traitement thermique T78 de manière à présenter de bonnes caractéristiques mécaniques. Par exemple, une pièce de tôlerie est obtenue à partir de l'alliage d'aluminium 6056T78 qui est notamment résistant à la corrosion. Cependant, cette bonne tenue mécanique peut présenter un inconvénient lors de la mise en forme de la pièce de tôlerie. Une technique classique de fabrication d'une pièce de tôlerie consiste par exemple à plier une plaque de matière. Or, il s'avère difficile de plier une plaque d'alliage d'aluminium 6056T78, du moins de manière à obtenir un faible rayon de courbure entre deux sections de la plaque. Cet alliage d'aluminium 6056T78 étant mécaniquement résistant, l'opération de pliage peut générer des criques entraînant la mise au rebut de la pièce de tôlerie fabriquée. Dès lors, les alliages d'aluminium subissant le traitement thermique T78 ne sont pas considérés comme étant des alliages pouvant être mis facilement en forme par des opérations de formage. De telles opérations de formage peuvent consister en des techniques de pliage ou encore d'emboutissage. Pour y remédier, un constructeur tend à former la pièce de tôlerie avec un alliage d'aluminium moins résistant ayant subi un traitement thermique T4. La résistance mécanique d'un tel alliage d'aluminium rend en effet possible une opération de pliage. A titre d'exemple, il est possible de plier une plaque d'une épaisseur 1.6 millimètre afin d'obtenir un rayon de courbure de 4.8 millimètres avec un alliage d'aluminium 6056T4. Par contre avec un alliage d'aluminium 6056T78 et pour une même épaisseur de 1.6 millimètre, le rayon de courbure minimal pouvant être atteint est de l'ordre de 6.4 millimètres. Par conséquent, selon les préjugés existants, il n'est pas 20 possible de déformer une plaque d'alliage d'aluminium 6056T78 pour obtenir toutes sortes de pièces de tôlerie. Dès lors, un état de la technique suggère de préparer une plaque en alliage d'aluminium 6056T4 par exemple au travers d'une étape de préparation. Durant cette étape de préparation, la 25 plaque est par exemple détourée et percée aux endroits requis par le constructeur. Ensuite, cette plaque subit une étape de mise en forme incluant des opérations de déformation par exemple par pliage, cambrage, emboutissage notamment.

La pièce de tôlerie est alors à ce stade du procédé une pièce mettant en oeuvre un alliage d'aluminium 6056T4 relativement peu résistant mécaniquement. Pour augmenter la résistance mécanique de la pièce de tôlerie, cette pièce de tôlerie subit par conséquent une étape de traitement thermique pour transformer l'alliage d'aluminium 6056T4 peu résistant mécaniquement en un alliage d'aluminium 6056T78 résistant mécaniquement. A titre d'exemple, l'alliage d'aluminium 6056T78 présente une résistance à la rupture et une limite d'élasticité respectivement de l'ordre de 1.7 fois la résistance à la rupture d'un alliage d'aluminium 6056T4 et de 1.15 fois la limite d'élasticité d'un alliage d'aluminium 6056T4. Le procédé d'obtention d'une pièce de tôlerie compatible avec une utilisation aéronautique s'avère donc relativement complexe et long, en nécessitant une étape de traitement thermique faisant suite à une étape de mise en forme. L'étape de traitement thermique est relativement difficile à réaliser et coûteuse d'un point de vue financier. En effet, l'étape de traitement nécessite un étuvage de plusieurs heures réalisé dans des conditions strictes pour éviter une déformation de la pièce de tôlerie notamment sous l'effet de la chaleur. Le document US7325430 présente une méthode pour localement modifier une feuille d'alliage d'aluminium de types 5052 ou 1050.

Les alliages d'aluminium peuvent être séparés en deux catégories : une première catégorie comprenant les alliages d'aluminium des séries 2000, 6000 et 7000 qui sont traités thermiquement, et une deuxième catégorie comprenant les alliages d'aluminium des séries 1000, 3000, 4000 et 5000 qui obtiendront leurs caractéristiques mécaniques par écrouissage et donc par déformation à froid. On comprend que pour l'homme du métier, le document US7325430 présente un enseignement applicable aux alliages d'aluminium de la deuxième catégorie, et donc a priori non transposable à la première catégorie d'alliages d'aluminium.

Selon ce document US7325430, on identifie une région d'une feuille d'alliage d'aluminium sur laquelle seront concentrées des contraintes. Dès lors, on applique un mandrin dépourvu de son pion sur la région identifiée et on met en rotation ce mandrin en le déplaçant le long d'une ligne pour modifier localement la surface de la feuille d'aluminium le long de la région identifiée. La rotation du mandrin associée à une translation du mandrin génère une modification de la surface de la feuille d'alliage d'aluminium. Le document EP1506832 décrit une méthode et un dispositif 15 de formage à mouvement cyclique pour conformer une pièce à la forme d'une matrice. Le document JP3229556 décrit un procédé pour modifier l'état de surface d'une pièce mécanique pour réduire la probabilité d'apparition de criques de fatigue en assouplissant les zones de 20 fortes concentrations de contraintes. A cet effet, un pion porté par un mandrin rotatif est inséré puis déplacé dans la zone à traiter pour modifier la surface de cette zone par malaxage. Le document US 2004/0055666 décrit un procédé pour fabriquer une pièce structurale durant laquelle on insère un 25 mandrin rotatif dans une région de la pièce fortement sollicitée lors de son utilisation pour améliorer la résistance de cette région. La présente invention a alors pour objet de proposer un procédé de fabrication d'une pièce de tôlerie à partir d'un alliage d'aluminium 6056T78. Le domaine technique de l'invention est donc restreint aux alliages d'aluminium obtenant leurs caractéristiques mécaniques par traitement thermique, et non pas par écrouissage. Le document US 7325430 n'appartient donc pas au domaine technique de l'invention.

Par suite l'invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce de tôlerie à partir d'une feuille d'alliage d'aluminium 6056T78, au cours duquel : - durant une étape de préparation, un opérateur détermine au moins une ligne de transformation sur ladite feuille d'alliage d'aluminium 6056T78 pour déterminer au moins une zone dite « zone à transformer » devant subir une étape de mise en forme, - durant une étape de transformation, on applique un organe rotatif contre cette feuille, puis on déplace cet organe rotatif le long de chaque ligne de transformation pour transformer par malaxage l'alliage d'aluminium 6056T78 en alliage d'aluminium 6056T4 dans chacune desdites zones à transformer, - durant une étape de mise en forme, on déforme chacune desdites zones par un procédé de formage. L'invention concerne donc la fabrication de la pièce de tôlerie avec un alliage d'aluminium ayant subi un traitement thermique, et plus spécialement l'alliage d'aluminium 6056T78. Cette restriction n'est pas anodine et ne résulte pas d'une simple opération d'expérimentation en procurant des effets surprenants non évidents. Ainsi, on utilise une feuille réalisée avec un alliage d'aluminium présentant des caractéristiques mécaniques compatibles avec des standards aéronautiques notamment, et présentant par ailleurs une bonne résistance à la corrosion. Cette feuille d'alliage d'aluminium peut posséder une épaisseur de l'ordre de 0.8 millimètre à 2 millimètres. Une telle feuille peut d'ailleurs être qualifiée de « plaque ». Etonnamment, l'invention permet de mettre en forme cette feuille pour obtenir une pièce de tôlerie subissant une étape de formage à partir d'un alliage d'aluminium 6056T78 contrairement aux préjugés existants. L'étape de préparation permet dans ce contexte de déterminer les lignes de transformation le long desquelles l'organe de rotatif doit évoluer. Le qualificatif « transformation » fait référence à la transformation que va subir la matière dans ces zones à transformer par la suite. Durant l'étape de transformation, l'organe rotatif malaxe l'alliage d'aluminium 6056T78. Ce malaxage induit une recristallisation de l'alliage d'aluminium 6056T78. Cet alliage d'aluminium 6056T78 se transforme alors selon toute son épaisseur et dans les zones à transformer traitées en un alliage d'aluminium présentant des grains plus fins et en l'occurrence en un alliage d'aluminium 6056T4.

Ce phénomène ne peut être déduit du document US 7325430 qui s'applique à des alliages d'un autre type. De plus, ce phénomène n'a rien d'évident dans la mesure où il ne se produit pas avec d'autres alliages d'aluminium, et notamment d'autres alliages d'aluminium à traitement thermique. En effet, en malaxant un alliage d'aluminium 2024T3 ou encore un alliage d'aluminium 2025T42 par exemple, on obtient des alliages d'aluminium présentant des grains plus épais à savoir respectivement un alliage d'aluminium 2024T4 et un alliage d'aluminium 2025T80. L'invention n'est donc pas fortuite et résulte de l'exercice d'une activité inventive.

A l'issue de l'étape de transformation, un constructeur obtient une feuille en un alliage d'aluminium 6056T4 dans des zones à transformer prédéterminées et en un alliage d'aluminium 6056T78 en dehors de ces zones à transformer prédéterminées.

Enfin, durant l'étape de mise en forme, chacune des zones à transformer est déformée par un procédé de formage pour conduire à l'obtention de la pièce de tôlerie désirée. Cette étape est réalisable industriellement parlant dans la mesure où les zones à transformer ne sont plus constituées d'un alliage d'aluminium 6056T78 mais sont constituées de l'alliage d'aluminium 6056T4. Il peut paraître étonnant d'utiliser un alliage d'aluminium moins résistant dans de telles zones à transformer. Toutefois, ces zones à transformer ne correspondent généralement pas à des zones subissant de forts efforts en utilisation. On note d'ailleurs que ces zones peuvent parfois ne pas faire l'objet de calculs de résistance dédiés. Dès lors, la transformation de l'alliage d'aluminium 6056T78 en alliage d'aluminium 6056T4 dans ces zones à transformer n'est pas structurellement pénalisante en ne dégradant pas les caractéristiques mécaniques globales de la pièce de tôlerie. Ce procédé présente de multiples avantages. En effet, on obtient une pièce de tôlerie en un alliage d'aluminium 6056T78 résistant mécaniquement, et en un alliage d'aluminium 6056T4 moins résistant dans des zones à transformer ayant subies un procédé de formage. L'utilisation de l'alliage d'aluminium 6056T78 permet par exemple de minimiser l'épaisseur la pièce de tôlerie par rapport à une pièce réalisée à partir d'alliage d'aluminium moins résistant, pour obtenir des performances mécaniques similaires. Il en résulte un gain de masse pour la pièce de tôlerie.

De plus, on comprend que le procédé peut être mis en oeuvre industriellement à partir d'une chaîne de montage appliquant successivement les diverses étapes énumérées précédemment. Il en résulte un gain de temps important par rapport à un procédé nécessitant une étape de traitement thermique pour transformer un alliage d'aluminium 6056T4 en alliage d'aluminium 6056T78. En outre, ce procédé permet d'obtenir des pièces de tôlerie présentant des rayons de courbure faibles et inférieurs aux standards du domaine aéronautique pourtant contraignant, ou encore des profondeurs d'emboutissage élevées voire des pliures à proximité de leur périphérie. Par suite, le procédé permet d'obtenir des pièces de tôlerie résistantes et complexes par le biais de cycles de fabrication rapides et relativement simples.

Le procédé peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques additionnelles qui suivent. Par exemple, durant une étape préliminaire réalisée avant l'étape de préparation, on détoure la feuille d'alliage d'aluminium 6056T78.

En effet, la pièce de tôlerie peut être réalisée à parti d'une feuille de grandes dimensions. On détoure alors cette feuille selon les dimensions requises pour la fabrication de la pièce de tôlerie. Durant une étape préliminaire, on peut réaliser au moins un orifice dans ladite feuille. La pièce de tôlerie peut en effet comprendre des lumières la traversant de part en part. Dès lors, on perce la feuille d'alliage d'aluminium 6056T78 durant l'étape préliminaire pour former ces lumières.

Par ailleurs, l'organe rotatif comprenant un mandrin portant un pion, la feuille ayant une face inférieure reposant sur une enclume, on applique le mandrin contre une face supérieure de la feuille qui est opposée à ladite face inférieure en insérant le pion dans l'épaisseur de cette feuille. Contrairement à d'autres enseignements, on enfonce un pion dans le coeur de la feuille d'alliage d'aluminium à mettre en forme afin de malaxer l'alliage d'aluminium 6056T78 selon toute son épaisseur.

Le pion peut être inséré dans l'épaisseur de la feuille sur une longueur correspondant à la différence de la hauteur de cette épaisseur et d'une marge de tolérance, pour que le pion ne perfore pas de part en part ladite feuille. La marge de tolérance permet en effet de garantir que le pion n'entre pas en contact avec l'enclume portant la feuille à mettre en forme. Par ailleurs, durant l'étape de mise en forme on déforme au moins une des zones à transformer ayant subies l'étape de transformation, par un procédé de formage incluant par exemple un procédé de pliage. Le pliage peut être obtenu de manière usuelle, éventuellement à l'aide d'un couteau. Durant l'étape de mise en forme, on peut déformer au moins une des zones à transformer ayant subies l'étape de transformation par un procédé de formage incluant un procédé de cambrage.

Durant l'étape de mise en forme, on peut déformer au moins une des zones à transformer ayant subies l'étape de transformation, par un procédé de formage incluant un procédé d'emboutissage en agençant la feuille entre un moule en forme et une couche de matière en caoutchouc.

Cet emboutissage n'est pas un emboutissage au sens académique du terme dans la mesure où il ne met pas en oeuvre une forme et une contre-forme, mais une forme et une couche de matière en caoutchouc L'invention et ses avantages apparaîtront avec plus de détails dans le cadre de la description qui suit avec des exemples de réalisations donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées qui représentent : - la figure 1, une feuille d'alliage d'aluminium illustrant l'étape préliminaire, - la figure 2, une feuille d'alliage d'aluminium illustrant l'étape de préparation, - la figure 3, une vue illustrant l'étape de transformation, - la figure 4, une vue présentant la pièce de tôlerie obtenue à l'issue de l'étape de mise en forme, et - la figure 5, une vue illustrant un emboutissage selon l'invention. Les éléments présents dans plusieurs figures distinctes sont affectés d'une seule et même référence.

Les figures 1 à 6 illustrent un procédé de fabrication d'une pièce de tôlerie. En référence à la figure 1, ce procédé met en oeuvre une feuille 10 d'alliage d'aluminium 6056T78. On note que l'épaisseur EP de la feuille 10 représente la plus petite dimension de cette feuille 10. Cette épaisseur EP sépare ainsi une face inférieure 11 et une face supérieure 12 de la feuille 10 La feuille 10 peut être conformée aux dimensions requises pour la fabrication de la pièce de tôlerie par formage. Dans la négative, le procédé peut comprendre une étape préliminaire STPO.

Durant cette étape préliminaire, on détoure alors la feuille 10 pour enlever des bandes 15 d'alliage d'aluminium 6056T78 à sa périphérie. Lorsque la pièce de tôlerie comprend des lumières, on ménage des orifices 40 traversant de part en part la feuille 10, à savoir selon son épaisseur. Ces deux phases de l'étape préliminaire sont réalisées de manière usuelle, à l'aide d'un robot par exemple. Lorsque la feuille 10 d'alliage d'aluminium 6056T78 présente la forme requise pour obtenir par formage la pièce de tôlerie à fabriquer, une étape de préparation STP1 illustrée par la figure 2 débute. Ainsi, un constructeur détermine au moins une ligne de transformation 20 pour définir des zones à transformer durant une étape ultérieure de transformation STP2.

Par exemple et à titre illustratif, le constructeur peut définir : - des lignes de transformation de type droite 21 pour définir des zones à transformer 31 devant subir un pliage, - des lignes de transformation de type droite 22 pour définir des zones à transformer 31 devant subir un emboutissage de façon à former un bossage, - des lignes de transformation en spirale 23 pour définir des zones à transformer 33 devant subir une opération d'emboutissage sur une hauteur importante, par exemple pour obtenir une cheminée, - des lignes de transformation en corolle 24 pour définir des zones à transformer 34 devant subir une opération de cambrage. Les lignes de transformation peuvent être dessinées sur la feuille 10 pour faciliter leur visualisation. A l'issue de cette étape de préparation STP1 débute l'étape de transformation STP2 visant à transformer les zones 30 à transformer de la feuille 10. Dès lors, on presse un organe rotatif 50 sur la feuille 10 puis on déplace cet organe rotatif 50 le long de chaque ligne 20 de transformation. L'organe rotatif effectue donc simultanément une rotation ROT autour de son axe de rotation AX et une translation selon la flèche F. Ce mouvement de l'organe rotatif induit un malaxage de la matière constituant la feuille 10 selon toute son épaisseur EP dans les zones 30 à transformer. Ce malaxage conduit à la transformation surprenante de l'alliage d'aluminium 6056T78 en alliage d'aluminium 6056T4 dans ces zones 30.

Cette étape s'apparente à la technique de soudure par friction connue sous l'acronyme FSW. Les appareils de soudure par friction peuvent ainsi être utilisés pour mettre en oeuvre ce procédé. L'organe rotatif peut comprendre un mandrin 51 portant un pion 52. Par ailleurs, la feuille 10 à transformer à coeur et localement repose par sa face inférieure 11 sur une enclume 100 ou équivalent. Dès lors, on insère le pion 52 dans la feuille 10 en pressant le mandrin 51 contre la face supérieure 12. Le déplacement de l'organe rotatif 50 induit la création d'un dôme 400 en alliage d'aluminium 6056T4 s'étendant de la face inférieure 11 vers la face supérieure 12.

A cet effet, le pion 52 peut avoir une longueur L1 inférieure à la hauteur L2 de l'épaisseur EP de la feuille 10. Par exemple, la longueur L1 du pion 52 peut être égale à la différence de la hauteur L2 moins une marge de tolérance. Ainsi, le pion 52 ne risque pas d'impacter l'enclume 100.

A l'issue de l'étape de transformation STP2, la feuille 10 possède des zones 30 à transformer en alliage d'aluminium 6056T4, et des sections en alliage d'aluminium 6056T78 en dehors de ces zones 30. Dès lors, une étape de mise en forme STP3 illustrée par la figure 4 débute. Par suite, on déforme la feuille 10 en déformant chacune des zones 30 à transformer par un procédé de formage. Au moins une zone 21 à transformer peut être déformée par un procédé de pliage, au moins une zone 24 à transformer peut être déformée par un procédé de cambrage, et au moins une zone 22, 23 à transformer peut être déformée par un procédé d'emboutissage. En référence à la figure 5, la feuille 10 peut être emboutie en étant agencée entre un moule en forme 200 et une couche de 25 matière en caoutchouc 300. Naturellement, la présente invention est sujette à de nombreuses variations quant à sa mise en oeuvre. Bien que plusieurs modes de réalisation aient été décrits, on comprend bien qu'il n'est pas concevable d'identifier de manière exhaustive tous les modes possibles. Il est bien sûr envisageable de remplacer un moyen décrit par un moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention.5

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une pièce de tôlerie (1) à partir d'une feuille (10) d'alliage d'aluminium 6056T78, caractérisé en ce que - durant une étape de préparation (STP1), un opérateur détermine au moins une ligne de transformation (20) sur ladite feuille (10) d'alliage d'aluminium 6056T78 pour déterminer au moins une zone (20) dite « zone à transformer » devant subir une étape de mise en forme, - durant une étape de transformation, on applique un organe rotatif (50) contre cette feuille (10), puis on déplace cet organe rotatif (50) le long de chaque ligne de transformation (20) pour transformer par malaxage l'alliage d'aluminium 6056T78 en un alliage d'aluminium 6056T4 dans chacune desdites zones (30), - durant une étape de mise en forme, on déforme chacune desdites zones (30) à transformer par un procédé de formage.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que durant une étape préliminaire (STPO), on détoure ladite feuille (10).
3. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que durant une étape préliminaire, on réalise au moins un orifice (40) dans ladite feuille (10).
4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,caractérisé en ce que l'organe rotatif (50) comprenant un mandrin (51) portant un pion (52), ladite feuille (10) ayant une face inférieure (11) reposant sur une enclume (100), on applique ledit mandrin (51) contre une face supérieure (12) de la feuille (10) qui est opposée à ladite face inférieure (11) en insérant ledit pion (52) dans l'épaisseur (EP) de cette feuille (10).
5. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit pion (52) est inséré dans ladite épaisseur (EP) sur une longueur (L1) correspondant à la différence de la hauteur (L2) de ladite épaisseur (EP) et d'une marge de tolérance, pour que le pion (52) ne perfore pas de part en part ladite feuille (10).
6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que durant l'étape de mise en forme on déforme 15 au moins une zone (21) à transformer par un procédé de formage incluant un procédé de pliage.
7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que durant l'étape de mise en forme on déforme au moins une zone (24) à transformer par un procédé de formage 20 incluant un procédé de cambrage.
8. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que durant l'étape de mise en forme on déforme au moins une zone (22, 23) à transformer par un procédé de formage incluant un procédé d'emboutissage en agençant ladite 25 feuille (10) entre un moule en forme (200) et une couche de matière en caoutchouc (300).