FR3008013A1 - Piece metallique a orientation de deformation controlee - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne une pièce métallique pour la réalisation d'un véhicule automobile, caractérisée en ce que la pièce métallique comprend un fond de pièce (10) et deux feuillures latérales (30, 32) séparées du fond de pièce (10) par des murs (20, 22), et la pièce comprend une zone de plus faible résistance mécanique (50) définie lors de l'emboutissage et qui possède une largeur non constante transversalement à un plan de section de la pièce.
Description
DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine des pièces métalliques intervenant dans la réalisation d'une ossature métallique, notamment d'un châssis ou d'une carrosserie ou caisse de véhicules.
ETAT DE L'ART On trouvera un exemple de réalisation d'une pièce connue dans le document WO 2006/038868. OBJECTIF GENERAL DE L'INVENTION La présente invention a pour objectif de proposer des moyens permettant de contrôler avec précision la nature et l'orientation de la déformation d'une pièce métallique, de préférence allongée et/ou compact. Le but précité est atteint selon l'invention grâce à une pièce métallique comprenant un fond de pièce et deux feuillures latérales séparées du fond de pièce par des murs, la pièce comprenant une zone de plus faible résistance mécanique définie lors de l'emboutissage et qui possède une largeur non constante transversalement à un plan de section de la pièce. Selon un autre aspect de l'invention, la pièce métallique comprend un fond de pièce et deux feuillures latérales séparées du fond de pièce par des murs, la section de la pièce métallique étant définie par deux axes de 20 référence, l'un globalement orthogonal au fond de pièce et l'autre globalement parallèle à au moins une feuillure, et la pièce comprenant une zone de plus faible résistance mécanique définie lors de l'emboutissage et qui s'étend sur l'un au moins des murs, de manière dissymétrique par rapport aux axes de référence. 25 Selon encore un autre aspect de l'invention, la pièce métallique présente au moins deux zones de résistance mécanique plus faible que le corps de la pièce, disposées respectivement de part et d'autre d'un plan médian longitudinal de ladite pièce. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention 30 apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard de dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 représente respectivement sur ses dessins 1 a, 1 b, 1 c, 1d, quatre variantes générales de réalisation de pièces auxquelles peut s'appliquer l'invention, - les figures 2a à 2f représentent six exemples non limitatifs de pièces 5 conformes à la présente invention comportant des zones de résistance mécanique réduite, possédant une largeur non constante, et - la figure 3 représente différents exemples de réalisation de pièces métalliques conformes à la présente invention comprenant au moins deux zones de résistance mécanique plus faible que le corps de la pièce, 10 disposées respectivement de part et d'autre d'un plan médian longitudinal de ladite pièce. On a représenté sur les figures 1 a, 1 b et 1 c annexées différents exemples de réalisation de pièces métalliques comprenant un fond de pièce 10, deux feuillures latérales 30, 32, séparées du fond de pièce 10 par des 15 murs 20, 22. Selon le mode de réalisation de la figure 1 a, la pièce comprend un corps en U 12 comprenant une âme qui forme le fond de pièce 10 et deux ailes globalement orthogonales à l'âme 10 qui forment les murs 20, 22. Les feuillures latérales 30, 32, s'étendent globalement orthogonalement aux 20 murs 20, 22 et donc globalement parallèlement au fond de pièce 10 selon la figure I a. Selon la figure 1 b, le corps a une forme générale de L comprenant une âme qui forme le fond de pièce 10, une aile 20 globalement orthogonale à l'âme 10 qui forme un mur, une première feuillure 30 qui s'étend 25 globalement orthogonalement au mur 20 et donc globalement parallèlement au fond de pièce 10, une deuxième aile 22 globalement dans le prolongement de l'âme 10 qui forme un second mur et une deuxième feuillure 32 qui s'étend globalement dans le prolongement du mur 22. Selon la figure lc, le corps est formé d'une toile globalement plane de 30 sorte que les deux murs 20, 22 sont situés globalement dans le prolongement de l'âme 10 formant fond de pièce et les deux feuillures 30, 32 sont également globalement dans le prolongement des murs 20, 22.
Selon les trois modes de réalisation représentés sur la figure1, les deux feuillures 30, 32 sont parallèles entre elles. Cette disposition n'est cependant pas limitative. L'on peut en effet envisager des variantes selon lesquelles les deux feuillures 30, 32 sont au moins légèrement inclinées l'une par rapport à l'autre. Comme on le voit sur les figures 1 a, lb et 1 c, dans chacune des variantes de réalisation, la pièce métallique a une section définie par deux axes de référence, l'un A-A globalement orthogonal au fond de pièce 10 et l'autre B-B globalement parallèle à au moins une feuillure.
On a par ailleurs représenté sur la figure 1 d une variante de réalisation selon laquelle la pièce est une pièce tubulaire comprenant, sans que cet exemple ne soit limitatif, une section définie par quatre parois globalement planes 40, 42, 44 et 46, respectivement parallèles et orthogonales deux à deux.
Là encore la pièce schématisée sur la figure 1 d comprend deux axes de référence, l'un A-A globalement orthogonal aux parois 40, 42 et parallèle aux parois 44, 46 et l'autre B-B globalement parallèle aux parois 40, 42 et orthogonal aux parois 44 et 46. On a représenté sur les figures 2a à 2d quatre exemples de réalisation d'une pièce du type illustré sur la figure la comportant des zones 50 de plus faible résistance mécanique que le reste du corps, formées lors de l'emboutissage de la pièce. Les zones de faible résistance mécanique sont hachurées sur les figures 2a à 2d.
L'homme de l'art comprendra que ces pièces comprennent donc des zones de plus faible résistance mécanique, dissymétriques par rapport aux axes de référence. Plus précisément selon la figure 2a, les zones 50 sont formées sur toute la section de la pièce et s'étendent donc sur le fond de pièce 10, les murs 20, 22 et les feuillures 30 et 32. Selon la figure 2b, les zones 50 sont formées sur le fond de pièce 10.
Selon la figure 2c, les zones 50 sont formées essentiellement sur les murs 20, 22 et sur une partie de transition entre les murs 20, 30 et le fond de pièce 10. Selon la figure 2d, les zones 50 sont formées essentiellement sur une feuillure 30. On a par ailleurs représenté sur la figure 2e un autre exemple de réalisation d'une variante de pièce inspirée du type illustré sur la figure 1 a, mais dont le corps de base n'est pas symétrique par rapport à l'axe de référence A-A et comportant sur une partie au moins d'un mur 20, une zone de plus faible résistance mécanique que le reste du corps formée lors de l'emboutissage de la pièce. Là encore cette pièce comprend donc une zone de plus faible résistance mécanique, dissymétrique par rapport aux axes de référence. Selon les modes de réalisation représentés sur les figures 2a à 2e, les 15 flancs des plages 50 de faible résistance mécanique sont globalement rectilignes et inclinés entre eux. On a représenté sur la figure 2f un autre mode de réalisation selon lequel les plages 50 de faible résistance mécanique ont des flancs non rectilignes, incurvés et ont une forme générale ovoïde, par exemple sur un 20 mur 20. L'homme de l'art pourra concevoir de nombreuses autres variantes de réalisation, notamment en étendant les zones de faible résistance mécanique sur les zones de transitions voisines des zones hachurées représentées sur les figures 2a à 2f. 25 Le fait de prévoir des zones de plus faible résistance mécanique dissymétriques par rapport aux axes de référence et de largeur non constante permet de contrôler finement les orientations des déformations générées sous contrainte. Dans le cas d'une pièce qui présente une section dissymétrique par 30 rapport au plan médian PM, comme illustré par exemple sur la figure 3e, l'utilisation d'une largeur non constante pour au moins certaines des zones de plus faible résistance mécanique 50 permet par exemple d'imposer un axe de flexion maintenu dans ce plan médian, alors qu'en raison de la dissymétrie structurelle de la pièce, une zone de plus faible résistance mécanique de largeur constante conduirait à un axe de flexion incliné par rapport au plan médian. Généralement pour cela la zone de faible résistance mécanique aura une largeur croissante vers les secteurs de la pièce présentant en section droite une structure plus complexe et donc a priori une résistance mécanique d'origine plus élevée. La disposition précitée de zone de faiblesse de largeur non constante permet également, si cela est souhaité, pour une pièce présentant une symétrie par rapport au plan médian ou un axe quelconque de référence, comme illustré sur les figures 2a à 2d, d'imposer un axe de flexion non orthogonal à cet axe de référence ou incliné par rapport au plan médian de référence, et ainsi imposer la direction de déformation de la pièce. La figure 3 représente différents exemples de réalisation de pièces métalliques conformes à la présente invention comprenant au moins deux zones de résistance mécanique plus faible que le corps de la pièce, disposées respectivement de part et d'autre d'un plan médian longitudinal de ladite pièce passant par l'axe de référence A-A. Plus précisément on voit sur la figure 3a un mode de réalisation d'une pièce du type illustré sur la figure 1 a qui comprend des zones 60, 62, 64 disposées respectivement de part et d'autre d'un plan médian longitudinal PM de la dite pièce passant par l'axe de référence A-A, mais situées également alternativement en des lieux séparés longitudinalement le long de la pièce.
Selon le mode de réalisation illustré sur la figure 3a, les zones 60, 62 et 64 sont définies essentiellement sur les murs 20, 22 de la pièce. Comme indiqué précédemment le cas échéant les zones 60, 62 et 64 peuvent également s'étendre au moins en partie sur les zones de transition entre les murs 20, 22 et le fond de pièce 10 et/ou les feuillures 30, 32, voire également en_partie sur le fond de pièce 10 et/ou les feuillures 30, 32. L'homme de l'art comprendra qu'une telle pièce permet de définir des points de faiblesse au niveau des zones 60, 62 et 64. Ces zones de faiblesse 60, 62 et 64 génèrent, lorsqu'un effort axial ou un effort latéral transversal au plan PM est appliqué à la pièce, des zones préférentielles d'articulation imposant une direction de déformation. Cela conduit à un pliage en accordéon de la pièce tel qu'illustré sur la figure 3b, comprenant des tronçons inclinés par rapport au plan médian PM de la pièce dans des directions alternées. Ainsi la pièce conserve dans son ensemble une direction générale centrée sur le plan médian PM. D'une manière plus générale, l'homme de l'art comprendra que les dispositions conformes à la présente invention permettent d'obtenir une déformation contrôlée en compression et/ou en flexion, c'est-à-dire une déformation en compression seule ou une déformation en flexion seule ou une déformation en compression et flexion combinées, suivant les prestations recherchées. Cependant en raison de la largeur non constante des zones 50, la pièce est déformée également en accordéon selon l'axe de référence A-A.
Sur la figure 3b on a ainsi illustré la déformation d'un angle a de certains tronçons de la pièce, par rapport à leur plan longitudinal d'origine. On a représenté sur la figure 3c une variante appliquée à une pièce tubulaire du type illustré sur la figure 1 d pour laquelle les zones de faiblesse alternées 70, 72, 74 sont limitées à deux parois opposées 40, 42, et sur la figure 2d la déformation résultante. On notera que ici deux zones de faiblesse 70a, 70b, respectivement 72a, 72b sont formées en regard en des lieux identiques longitudinalement le long de la pièce. Cette disposition permet comme illustré sur la figure 3d un pliage de la pièce par affaissement sur elle-même de sorte que la pièce reste en tout point de sa longueur globalement centré sur le plan médian longitudinal PM passant par l'axe de référence B-B. Une autre variante est illustrée sur la figure 3e. Selon cette variante, des zones de plus faible résistance, 70, 71, 72, 73, 74 sont réalisées alternativement sur des paires opposées de parois 40, 42 et 44, 46. Et là encore deux zones de faiblesse 70a, 70b ; 71a, 71b ; 72a, 72b ; 73a, 73b ; 74a, 74b sont formées en regard en des lieux identiques longitudinalement le long de la pièce, mais les zones de plus faible résistance 70a, 70b ; 72a, 72b ; 74a, 74b formées sur les parois 40, 42, sont décalées d'un demis pas par rapport aux zones de faiblesse 71a, 71b ; 73a, 73b formées sur les parois 44 et 46. On notera que selon la figure 3a les variations de largeur des zones de faible résistance mécanique sont identiques sur toute la longueur de la pièce. En revanche selon les modes de réalisation illustrés sur les figures 3c et 3e, les variations de largeur des zones précitées sont alternées, c'est-à-dire alternativement croissantes et décroissantes dans des directions opposées de la section de la pièce. Les dispositions de la figure 3a tendent à des déformations successives dans la même direction. Les dispositions des figures 3c et 3e tendent à des déformations alternativement dans des directions opposées. Les figures 3f, 3g et 3h schématisent trois exemples non limitatifs de déformations contrôlées susceptibles d'être obtenus grâce à l'invention, avec au moins deux zones charnières de faiblesse du type illustré sur la figure 3a. Plus précisément les figures 3f, 3g et 3h schématisent trois exemples non limitatifs de déformations contrôlées susceptibles d'être obtenus grâce à l'invention, respectivement pour la figure 3f avec 3 ou 4 zones charnières de faiblesse du type illustré sur la figure 3a, pour la figure 3g avec 2 zones charnières de faiblesse du type illustré sur la figure 3a et pour la figure 3h avec une juxtaposition axiale de 2 zones charnières de faiblesse du type illustré sur la figure 3a et d'un ensemble conçu pour s'affaisser sur lui-même incorporant des zones charnières de faiblesse du type illustré sur la figure 3c ou 3e, L'homme de l'art comprendra que au moins le mode de réalisation illustré sur la figure 3a correspond à un mode de réalisation selon lequel la pièce métallique conforme à la présente invention comprend au moins une zone de plus faible résistance mécanique définie lors de l'emboutissage et qui s'étend sur l'un au moins des murs, de manière dissymétrique par rapport aux axes de référence A-A et B-B, en l'espèce au moins par rapport à l'axe de référence A-A, De préférence, on réalise les zones de plus faible résistance mécanique par contrôle local de la température d'emboutissage lors d'un procédé d'emboutissage de la pièce.
Plus précisément, l'invention met de préférence en oeuvre un procédé comprenant les étapes consistant à : - chauffer la pièce dans une gamme de température propre à obtenir une phase austénitique, - puis emboutir cette pièce dans un outil d'emboutissage adapté pour définir des températures différentes sur des zones différentes de la pièce emboutie. Les zones de la pièce en contact avec des parties de l'outil d'emboutissage refroidies, sont embouties à température contrôlée conduisant à des zones de résistance mécanique élevée, typiquement supérieure à 1400MPa, tandis que les zones de la pièce emboutie à température élevée conduisent à des zones de résistance mécanique plus faibles, typiquement inférieur à 1100MPa, par exemple comprises entre 500 et 1000MPa.
Une température plus faible sur certaines zones de la pièce emboutie peut être obtenue par exemple en ménageant des évidements locaux dans l'outil d'emboutissage et/ou en augmentant localement la température des outils d'emboutissage. La présente invention concerne les pièces réalisées en acier.
Elle peut s'appliquer à tout type de pièces mises en oeuvre dans un véhicule automobile, par exemple et non limitativement, un pied milieu ou un longeron, ou encore dans un dispositif amortisseur ou d'absorption d'énergie. Lors d'une sollicitation axiale à la compression les zones de plus faible 25 résistance forment des zones charnières de déformation qui permettent d'orienter le sens de déformation latérale de la pièce allongée et évitent ainsi une déformation aléatoire des pièces. L'invention permet par exemple d'orienter la déformation de longerons vers l'extérieur d'un habitacle et non pas vers l'intérieur de celui-ci, 30 minimisant ainsi les risques d'impact pour les occupants de l'habitacle. L'invention permet notamment d'optimiser l'absorption d'énergie en cas d'accident.
Elle permet également de réduire les pics d'accélération ressentis par les occupants d'un véhicule, en cas d'accident. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, mais s'étend à toutes variantes 5 conformes à son esprit. Par exemple la pièce de forme générale en U illustrée sur la figure 1 a peut être complétée par une plaque de recouvrement. Ou encore on peut prévoir l'ajout de renforts assemblés et/ou de nervures de raidissement localisées sur certaines faces de la pièce.
10 Le terme « pièce métallique » dans le cadre de la présente invention doit être compris dans un sens large en ce sens qu'il recouvre à la fois une structure monobloc sans assemblage et une structure formée par l'assemblage de plusieurs entités initialement individualisées, mais réunies par assemblage. 15
Claims (14)
- REVENDICATIONS1. Pièce métallique pour la réalisation d'un véhicule automobile, caractérisée en ce que la pièce métallique comprend un fond de pièce (10) et deux feuillures latérales (30, 32) séparées du fond de pièce (10) par des murs (20, 22), et la pièce comprend une zone de plus faible résistance mécanique (50 ; 60, 62) définie lors de l'emboutissage et qui possède une largeur non constante transversalement à un plan de section de la pièce.
- 2. Pièce selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pièce métallique comprend un fond de pièce (10) et deux feuillures latérales (30, 32) séparées du fond de pièce (10) par des murs (20, 22), la section de la pièce métallique étant définie par deux axes de référence (A-A), l'un globalement orthogonal au fond de pièce (10) et l'autre globalement parallèle à au moins une feuillure (30, 32), et la pièce comprend une zone de plus faible résistance mécanique (50 ; 60, 62, 64) définie lors de l'emboutissage et qui s'étend sur l'un au moins des murs (20, 22), de manière dissymétrique par rapport aux axes de référence.
- 3. Pièce selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les zones (50 ; 60, 62, 64) de résistance mécanique plus faible que le corps de la pièce sont délimitées par des plages de bords rectilignes.
- 4. Pièce selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les zones (50 ; 60, 62, 64) de résistance mécanique plus faible que le corps de la pièce sont délimitées par des plages de bords incurvés.
- 5. Pièce selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend une succession de zones (50 ; 60, 62, 64) de résistance mécanique plus faible que le corps de la pièce réparties sur celle-ci, les variations de largeur des zones étant identiques le long de la pièce.
- 6. Pièce selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend une succession de zones (50 ; 60, 62, 64) de résistance mécanique plus faible que le corps de la pièce réparties sur celle-ci, lesvariations de largeur des zones étant alternativement d'orientations opposées, le long de la pièce.
- 7. Pièce selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les zones (50 ; 60, 62, 64) de résistance mécanique plus faible que le corps 5 de la pièce sont formées par contrôle local de la température d'emboutissage lors d'un procédé d'emboutissage de la pièce.
- 8. Pièce selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les zones (50 ; 60, 62, 64) de résistance mécanique plus faible que le corps de la pièce sont formées par contrôle local de la température 10 d'emboutissage lors d'un procédé d'emboutissage de la pièce comprenant les étapes consistant à chauffer la pièce dans une gamme de température propre à obtenir une phase austénitique, puis emboutir cette pièce dans un outil d'emboutissage adapté pour définir des températures différentes sur des zones différentes de la pièce emboutie, par exemple grâce à des 15 évidements locaux formés dans l'outil d'emboutissage ou par réchauffage local de l'outil d'emboutissage.
- 9. Pièce selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le corps de la pièce possède une résistance mécanique élevée, typiquement supérieure à 1400MPa, tandis que les zones (50 ; 60, 62, 64) 20 de résistance mécanique plus faible, possède une résistance mécanique inférieure à 1100MPa, typiquement comprises entre 500 et 1000MPa.
- 10. Pièce selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle présente au moins deux zones (60, 62, 64) de résistance mécanique plus faible que le corps de la pièce, disposées respectivement de part et 25 d'autre d'un plan médian longitudinal (PM) de ladite pièce.
- 11. Pièce selon la revendication 10, caractérisée en ce que les zones de faible résistance mécanique (60, 62, 64) disposées respectivement de part et d'autre d'un plan médian longitudinal (PM), sont situées alternativement en des lieux séparés longitudinalement le long de la pièce. 30
- 12. Pièce selon la revendication 10, caractérisée en ce que les zones (60, 62, 64) de résistance mécanique plus faible que le corps de la pièce, disposées respectivement de part et d'autre d'un plan médian longitudinal(PM) sont formées en regard en des lieux identiques longitudinalement le long de la pièce.
- 13. Pièce selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que les zones (60, 62, 64) de faible résistance mécanique s'étendent sur toute la section de la pièce.
- 14. Pièce selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que les zones (60, 62, 64) de faible résistance mécanique s'étendent sur une partie de la section de la pièce.10
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