FR3092023A3 - DISPOSITIF DE FIXATION pour assembler UN MATERIAU COMPOSITE a UN MATERIAU metallique par soudage electrique par resistance - Google Patents

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Abstract

L’invention porte sur un dispositif de fixation (1) présentant une face supérieure (A) et une face inférieure (B), et comprenant une pièce monobloc métallique emboutie (1a) qui définit : une partie centrale (2) en forme de cuvette présentant une base plane (21) et au moins une paroi latérale (22), une partie périphérique (3) comportant un rebord plan et une pluralité de griffes (31), le dispositif de fixation (1) étant destiné à assembler une première pièce en matériau composite à une deuxième pièce en matériau métallique, lorsque :le rebord plan (21) et la paroi latérale (22) sont solidaires de la première pièce, du côté de la face inférieure (B) du dispositif de fixation (1) ; les griffes (31) sont englobées dans la première pièce ; la base plane (21) est soudée à la deuxième pièce, du côté de la face inférieure (B) du dispositif de fixation (1). Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1 a

Description

DISPOSITIF DE FIXATION pour assembler UN MATERIAU COMPOSITE a UN MATERIAU metallique par soudage electrique par resistance
La présente invention concerne un dispositif de fixation destiné à l’assemblage d’un matériau composite et d’un matériau métallique, par soudage électrique par résistance du dispositif de fixation sur le matériau métallique. Elle concerne plus particulièrement le domaine de l’automobile.
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION
Il est connu, notamment dans le domaine des transports terrestres ou aériens, d’utiliser des assemblages multi-matériaux intégrant aussi bien des composants métalliques tels que l’acier, l’aluminium, le magnésium, que des composants en matériaux composites, de type à matrice et renfort, tels que par exemple des polymères renforcés en fibre de carbone ou fibre de verre. Ces assemblages multi-matériaux répondent aux problématiques d’allègement des véhicules en remplaçant des parties métalliques par des matériaux composites plus légers, dans le but de réduire la consommation d’énergie ou d’améliorer le comportement dynamique du véhicule. Cependant, ces assemblages sont relativement difficiles à mettre en œuvre compte-tenu de la nature différente des matériaux assemblés.
On connait du document FR3065895 un dispositif de fixation d’un matériau composite à un matériau métallique par soudure électrique par résistance. Le dispositif de fixation est composé d’un insert métallique positionné dans une ouverture préalablement formée dans le matériau composite de manière à le traverser complétement pour être en contact avec le matériau métallique. Une électrode de soudage est ensuite appliquée sur l’insert métallique pour réaliser la soudure entre l’insert et le matériau métallique, au niveau de leur point de contact.
OBJET DE L’INVENTION
Un but de l’invention est de proposer une solution alternative à celle de l’état de la technique. L’invention concerne en particulier un dispositif de fixation d’une pièce en matériau composite à une pièce en matériau métallique, la fixation se faisant par soudage électrique par résistance du dispositif de fixation avec la pièce en matériau métallique. Ledit dispositif permettant une fixation simplifiée, économique et robuste des pièces entre elles.
BREVE DESCRIPTION DE L’INVENTION
En vue de la réalisation de ce but, l’objet de l’invention propose un dispositif de fixation présentant une face supérieure et une face inférieure, et comprenant une pièce monobloc métallique emboutie qui définit : une partie centrale en forme de cuvette présentant une base plane et au moins une paroi latérale, une partie périphérique comportant un rebord plan et une pluralité de griffes. Le dispositif de fixation est destiné à fixer une première pièce en matériau composite à une deuxième pièce en matériau métallique, lorsque :
- le rebord plan et la paroi latérale sont solidaires de la première pièce, du côté de la face inférieure du dispositif de fixation ;
- les griffes sont englobées dans la première pièce ;
- la base plane est soudée à la deuxième pièce, du côté de la face inférieure du dispositif de fixation.
Selon d’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l’invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable :
  • le rebord plan de la partie périphérique comprend au moins un chanfrein, du côté de la face supérieure du dispositif de fixation ;
  • le rebord plan de la partie périphérique possède une forme polygonale ;
  • le rebord plan de la partie périphérique possède au moins deux méplats sur sa tranche, pour faciliter la manipulation du dispositif ;
  • les griffes sont formées par découpe et pliage de la pièce monobloc ;
  • les griffes forment un angle compris entre 45° et 90° par rapport au rebord plan, et s’étendent au-delà de la face inférieure du dispositif de fixation ;
  • la paroi latérale de la partie centrale est tronconique ;
  • la pièce monobloc métallique emboutie présente une épaisseur comprise entre 0,5 mm et 2,5 mm ;
  • le dispositif de fixation comprend une couche surmoulée disposée contre la partie périphérique et la paroi latérale, du côté de la face inférieure du dispositif de fixation, la couche surmoulée étant destinée à être solidaire de la première pièce ;
  • la couche surmoulée est composée d’un matériau thermoplastique, chargé ou non en fibre de verre, tel que le polyamide, le polypropylène ou le polytéréphtalate de butylène ;
  • le dispositif de fixation comprend un embout conique surmoulé solidaire de la couche surmoulée et disposé en vis-à-vis de la base plane, du côté de la face inférieure du dispositif de fixation, l’embout conique surmoulé étant configuré pour être retirable de manière à exposer la base plane ;
  • l’embout conique surmoulé est composé d’un matériau thermoplastique, chargé ou non en fibre de verre, tel que le polyamide, le polypropylène ou le polytéréphtalate de butylène ;
Selon un autre aspect de l’invention, l’invention propose un assemblage formé d’une première pièce en matériau composite, d’une deuxième pièce en matériau métallique et d’un dispositif de fixation tel que ci-dessus dans lequel : le rebord plan et la paroi latérale du dispositif de fixation sont solidaires de la première pièce, du côté de la face inférieure du dispositif de fixation ; les griffes sont englobées dans la première pièce ; la base plane est soudée à la deuxième pièce, du côté de la face inférieure du dispositif de fixation.
Selon encore un autre aspect de l’invention, l’invention propose un procédé de fabrication d’un assemblage comprenant : une première étape de solidarisation du dispositif de fixation à la première pièce ; puis, une deuxième étape de solidarisation du dispositif de fixation à la deuxième pièce.
Selon d’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l’invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable :
  • la première étape est réalisée par une technique de moulage par injection et comprend : une première sous-étape de fourniture d’une première pièce préliminaire comprenant au moins des fibres et présentant au moins une ouverture traversant la première pièce préliminaire ; une deuxième sous-étape de disposition de la cuvette du dispositif de fixation dans l’ouverture, de sorte que la base plane affleure ou dépasse légèrement d’une surface inférieure de la première pièce préliminaire, les griffes traversant au moins partiellement la première pièce préliminaire ; une troisième sous-étape d’injection d’une matrice pour former la première pièce en matériau composite ;
  • la première étape comprend la chauffe de la première pièce et l’enfoncement du dispositif de fixation dans la première pièce de sorte que la cuvette traverse l’épaisseur de la première pièce et que la base plane affleure ou dépasse légèrement d’une surface inférieure de la première pièce ;
  • préalablement à l’enfoncement, le dispositif de fixation est muni au niveau de sa base plane d’une pointe pour faciliter son enfoncement et protéger la surface de la base plane, ladite pointe étant retirée à la fin de la première étape ;
  • la pointe est une pointe retirable assemblée à la base plane par aimantation et munie d’un joint s’étendant sur la périphérie de la base plane, à la jonction entre ladite base et la pointe.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée de l’invention qui va suivre en référence aux figures annexées sur lesquels :
La figure 1a représente une vue d’ensemble de la face supérieure A du dispositif de fixation conforme à un premier mode de réalisation ;
La figure 1b représente une vue d’ensemble de la face inférieure B d’un dispositif de fixation conforme à un premier mode de réalisation ;
La figure 2 représente une vue en coupe, ne passant pas par le centre de la cuvette, d’un assemblage utilisant un dispositif de fixation conforme à un premier mode de réalisation ;
La figure 3 représente la première étape de formation de l’assemblage de l’invention ;
La figure 4 représente une vue globale de l’assemblage selon la face supérieure du dispositif de fixation à l’issue de la deuxième étape de formation de l’assemblage de l’invention ;
La figure 5 représente la troisième étape de formation de l’assemblage de l’invention ;
La figure 6a représente une vue d’ensemble de la face supérieure A du dispositif de fixation conforme à un deuxième mode de réalisation ;
La figure 6b représente une vue d’ensemble de la face inférieure B d’un dispositif de fixation conforme à un deuxième mode de réalisation ;
La figure 7 représente une vue en coupe d’un assemblage utilisant un dispositif de fixation conforme à un deuxième mode de réalisation.
Par souci de simplification de la description à venir, les mêmes références sont utilisées pour des éléments identiques ou assurant la même fonction. Les figures sont des représentations schématiques qui, dans un objectif de lisibilité, ne sont pas nécessairement à l’échelle.
Présentation générale du dispositif de fixation
Le dispositif de fixation 1 a pour but d’assembler une première pièce 4 en matériau composite, tel qu’un polymère renforcé en fibre de carbone ou fibre de verre, à une deuxième pièce 5 en matériau métallique, par soudure électrique par résistance. Le dispositif de fixation 1 présente une face supérieure A et une face inférieure B.
Le dispositif de fixation 1 est formé à partir d’une pièce monobloc métallique emboutie 1a. Par « pièce monobloc métallique emboutie » on comprend une pièce d’un seul tenant en métal, généralement une plaque métallique, qui a subi une ou plusieurs étapes d’emboutissage, c’est-à-dire des étapes de déformation à froid de la plaque métallique. Cette pièce peut également avoir subi une ou plusieurs étapes de découpe et/ou pliage.
La pièce monobloc métallique emboutie 1a présente une épaisseur comprise entre 0,5 mm et 2,5 mm, préférentiellement entre 1 et 2 mm, sensiblement constante sur toute sa surface comme cela est visible sur la figure 2. Cette épaisseur correspond à l’épaisseur de la plaque métallique initiale avant l’emboutissage. L’épaisseur des parties embouties peut légèrement diminuer au niveau des zones déformées par l’emboutissage.
Le métal choisi pour la pièce monobloc métallique peut être choisi parmi les métaux ferreux et les aciers.
Description du dispositif de fixation selon un premier mode de réalisation
Les figures 1a et 1b représentent respectivement une vue d’ensemble de la face supérieure A et de la face inférieure B d’un dispositif de fixation 1 conforme à un premier mode de réalisation de l’invention. Ce dispositif de fixation 1 est composé d’une partie centrale 2 et d’une partie périphérique 3. La partie périphérique 3 entoure la partie centrale 2.
La partie centrale 2 est en forme de cuvette et présente une base plane 21 ainsi qu’une paroi latérale 22. De manière avantageuse, la paroi latérale 22 de la partie centrale 2 est tronconique.
Dans la suite de la description, « partie centrale » et « cuvette » pourront être utilisées de manière équivalente.
Le dispositif de fixation 1 est destiné à être rendu solidaire de la première pièce 4 du côté de sa face inférieure B par le biais de la paroi latérale 22 de la cuvette 2 et de la partie périphérique 3, tel que représenté sur la figure 2. Le dispositif de fixation 1 est destiné à être soudé, par le biais d’une électrode 8a, à la deuxième pièce 5 du côté de sa face inférieure B par le biais de la base plane 21 de la cuvette 2, tel que représenté sur la figure 2. De plus amples détails seront fournis dans la suite de la description concernant l’utilisation du dispositif de fixation 1 pour l’assemblage de la première pièce 4 à la deuxième pièce 5.
La profondeur de la cuvette 2 est déterminée de telle sorte que la base plane 21 puisse être en contact avec la deuxième pièce 5 lors de l’assemblage de la première pièce 4 à la deuxième pièce 5 par le biais du dispositif de fixation 1. De manière avantageuse, la profondeur de la cuvette 2 correspond sensiblement à l’épaisseur de la première pièce 4 et est préférentiellement légèrement supérieure à l’épaisseur de la première pièce 4.
Les dimensions internes de la cuvette 2 sont préférentiellement choisies de manière à laisser un jeu suffisant avec les dimensions latérales ou le diamètre de l’électrode 8a. Cela a pour effet de réduire de possibles risques de court-circuit en évitant que l’électrode 8a ne soit en contact avec la paroi latérale 22, notamment lors du positionnement de ladite électrode 8a dans la cuvette 2 pour son soudage sur la deuxième pièce 5.
La partie périphérique 3 comporte un rebord plan 30 qui s’étend dans un plan sensiblement parallèle à la base plane 21. La partie périphérique 3 comporte également quatre griffes 31. On notera qu’il est possible d’envisager un nombre plus important ou plus faible de griffes 31.
Les griffes 31 ont pour but d’améliorer la résistance au cisaillement et à la torsion du dispositif de fixation 1 en pénétrant et en étant englobées dans la première pièce 4.
Les griffes 31 sont avantageusement formées par découpe et pliage de la pièce monobloc 1a, plus particulièrement au niveau des extrémités de la partie périphérique 3, comme cela est bien visible sur les figures 1a et 1b.
Les griffes 31 forment un angle compris entre 45° et 90° par rapport au rebord plan 30 et s’étendent au-delà de la face inférieure B du dispositif de fixation 1 de manière à pouvoir traverser au moins partiellement la première pièce 4.
De manière préférentielle, la longueur des griffes 31 est choisie de sorte que l’extrémité des griffes 31 ne s’étende pas plus loin que la base plane 21 de la cuvette 2 ; cela permet d’éviter que les griffes sortent de la première pièce 4.
De manière avantageuse l’extrémité des griffes 31 est en forme de pointe de manière à pouvoir plus facilement pénétrer dans la première pièce 4.
Avantageusement, le rebord plan 30 est de forme polygonale, cette forme présente l’avantage d’améliorer la résistance aux couples subis par le dispositif de fixation 1, comparativement à un rebord plan 30 qui aurait une forme de couronne. Par ailleurs, plus la surface du rebord plan 30 sera importante, meilleure sera la tenue mécanique de l’assemblage final. Toutefois, il est nécessaire de limiter cette surface en fonction du nombre de dispositifs de fixation 1 utilisés ainsi que de leur disposition pour éviter les risques de court-circuit et pour pouvoir, si besoin, faire des points de soudure proches, par exemple espacés de 50 à 60 mm. Le choix de cette surface est un compromis entre la tenue mécanique et l’encombrement du dispositif de fixation 1.
De manière optionnelle, le rebord plan 30 comprend au moins un chanfrein 32 du côté de la face supérieure A du dispositif de fixation 1. Les chanfreins 32 pourront être disposés de part et d’autre des griffes 31 (figure 1a). Les chanfreins 32 ont pour but d’améliorer la solidarisation du dispositif de fixation 1 à la première pièce 4 comme cela sera décrit plus loin.
De manière également optionnelle, comme cela est visible sur la figure 1a, le rebord plan 30 possède quatre méplats 33 sur sa tranche pour faciliter la manipulation du dispositif 1 ainsi que son positionnement par le biais d’un bras robotisé par exemple. Les méplats 33 sont préférentiellement disposés par paire en vis-à-vis l’un de l’autre, par exemple de manière symétrique par rapport au centre du dispositif 1. Les méplats 33 peuvent être présents sur toute ou partie de l’épaisseur de la tranche. Même si quatre méplats 33 sont représentés sur les figures 1a et 1b, il est possible d’envisager d’utiliser un nombre différent de méplats tel que deux, trois ou plus de quatre.
Assemblage utilisant un dispositif de fixation selon le premier mode de réalisation
La figure 2 représente une vue en coupe, ne passant pas par le centre de la cuvette 2, d’un assemblage comprenant le dispositif de fixation 1 selon le premier mode de réalisation, la première pièce 4 ainsi que la deuxième pièce 5.
Pour réaliser cet assemblage, plusieurs étapes sont nécessaires. Il faut dans une première étape solidariser le dispositif de fixation 1 à la première pièce 4, cela peut être réalisé en une ou plusieurs sous-étapes suivant la technique employée. Dans une deuxième étape, le dispositif de fixation 1 est ensuite solidarisé à la deuxième pièce 5.
Il existe plusieurs façons de réaliser la première étape. En effet, la première étape peut être conditionnée par le matériau initial de la première pièce 4.
Un premier cas de figure correspond au cas où la première pièce 4 est initialement uniquement composée de fibres et appelée première pièce préliminaire par la suite. On utilise alors préférentiellement une technique de moulage par injection, tel qu’un moulage par injection basse pression de résine, connu sous l’acronyme « RTM » (pour « Resin Transfer Molding ») ou un moulage par injection et infusion de résine, connu sous l’acronyme « LCM » (pour « Liquid Compression Molding »). Dans ce premier cas de figure, il est nécessaire d’injecter la matrice (habituellement en résine) pour rendre composite la première pièce 4.
Un deuxième cas de figure correspond au cas où la première pièce 4 est initialement composite, formée de fibres pré-imprégnées : ce cas ne nécessite pas d’étape d’injection de matrice.
Dans le premier cas de figure, la première étape est réalisée par une technique de moulage par injection.
Elle comprend une première sous-étape de fourniture d’une première pièce préliminaire. Cette première pièce préliminaire est formée principalement de fibres, tel que des fibres de carbone ou de verre, et présente une ouverture qui traverse son épaisseur.
Une deuxième sous-étape consiste à disposer la cuvette 2 du dispositif de fixation 1, du côté de la face inférieure B du dispositif de fixation 1, dans l’ouverture de sorte que la base plane 21 affleure, ou dépasse légèrement d’une surface inférieure de la première pièce 4. Les griffes 31 pénètrent également dans la première pièce préliminaire en écartant les fibres constituant la première pièce préliminaire.
Dans une troisième sous-étape, une matrice, préférentiellement composée d’un matériau thermodurcissable, tel que de l’époxy, est injectée sur et dans la première pièce préliminaire pour former la première pièce 4 en matériau composite, en comblant les espaces entre les fibres pour assurer la cohésion dudit matériau.
En remplissant les interstices entre la cuvette 2 et l’ouverture, et entre les griffes 31 et les fibres du matériau de la première pièce 4, la matrice favorise la solidarisation du dispositif 1. Elle va également recouvrir les chanfreins 32 du rebord plan 30, comme cela est visible sur la figure 4, permettant ainsi d’améliorer la solidarisation du dispositif de fixation 1 à la première pièce 4. La base plane 21 ainsi que le reste de la face supérieure A du dispositif de fixation 1 restent libres de toute matrice. Cette sous-étape est réalisée avec un outillage spécialisé employant un moule en deux parties qui vient se refermer sur la première pièce 4 au niveau du dispositif de fixation 1 pour injecter la matrice. Afin de prévenir l’infiltration de matrice sur les zones que l’on souhaite libres de toute matrice, notamment pour la soudure, des éléments d’étanchéité, tel que des joints, sont disposés dans l’outillage. Ils sont notamment situés en périphérie des zones à protéger tel que la base plane 21 de la cuvette 2.
Dans le deuxième cas de figure, ayant déjà à disposition la première pièce 4 en matériau composite, il n’est pas nécessaire de faire une étape d’injection de matrice. Il n’est de plus pas nécessaire que la première pièce 4 soit munie d’une ouverture. Dans ce cas de figure, la matrice de la première pièce 4 est préférentiellement composée d’un matériau thermoplastique.
Pour réaliser la solidarisation du dispositif de fixation 1 sur la première pièce 4, la première étape comprend la chauffe de ladite première pièce 4, afin de ramollir la matrice. La première étape comprend ensuite l’enfoncement du dispositif de fixation 1 dans la première pièce 5. Cet enfoncement s’opère du côté de la face inférieure B du dispositif 1.
Le dispositif de fixation 1 est enfoncé dans la première pièce 4, par exemple, au moyen d’une presse : l’objectif est que la cuvette 2 traverse l’épaisseur de la première pièce 4 et que la base plane 21 affleure ou dépasse légèrement d’une surface inférieure de la première pièce 4.
Lors de cet enfoncement, les griffes 31 pénètrent dans la première pièce 4 en écartant les fibres constituant la première pièce 4. La chauffe de la première pièce 4 permet de ramollir la matrice qui va ainsi pouvoir, similairement au premier cas de figure, combler les espaces générés durant l’insertion du dispositif de fixation 1, notamment par les griffes 31, et recouvrir les chanfreins 32 du rebord plan 30, comme cela est visible sur la figure 4, permettant la solidarisation du dispositif de fixation 1 à la première pièce 4. La base plane 21 ainsi que le reste de la face supérieure A du dispositif de fixation 1 doivent rester libres de toute matrice pour pouvoir ultérieurement faire la soudure.
Pour atteindre ce but et selon un mode de mise en œuvre avantageux, avant d’être enfoncé dans la première pièce 4, le dispositif de fixation 1 est muni au niveau de sa base plane 21, du côté de sa face inférieure B, d’une pointe retirable 7a (figure 4). Cette pointe retirable 7a a pour but de faciliter l’enfoncement du dispositif de fixation 1 dans la première pièce 4 tout en protégeant la surface de la base plane 21. Cette pointe retirable 7a peut être assemblée à la base plane 21 par aimantation et être munie d’un joint 6 pour limiter les risques d’endommagement de la surface de la base plane 21, notamment par infiltration de matrice. Ce joint 6 s’étend avantageusement sur la périphérie de la base plane 21, à la jonction entre ladite base 21 et la pointe 7a.
La pointe 7a ainsi que le joint 6, s’il est présent, sont retirés à la fin de la première étape, une fois que la matrice a durci, finalisant la solidarisation du dispositif de fixation 1 à la première pièce 4.
Dans les deux cas de figure énoncés, le dispositif de fixation 1 se retrouve, après la première étape, inséré dans la première pièce 4, cette dernière étant en contact avec le rebord plan 30 et la paroi latérale 22, du côté de la face inférieure B dudit dispositif 1.
Dans une deuxième étape, représentée sur la figure 5, le dispositif de fixation 1 est soudé, au niveau de la base plane 21, à la deuxième pièce 5.
La première pièce 4, munie du dispositif de fixation 1, est déposée sur la deuxième pièce 5 de manière à mettre la base plane 21 en contact avec la deuxième pièce 5, du côté de la face inférieure B du dispositif de fixation 1. Ensuite, une première électrode 8a est disposée dans la cuvette 2, du côté de la face supérieure A du dispositif 1, en contact avec la base plane 21. Une deuxième électrode 8b est également disposée contre la deuxième pièce 5 en vis-à-vis de la première électrode 8a, de manière à ce que la base plane 21 et la deuxième pièce 5 soient comprises entre les deux électrodes 8a et 8b. Un courant électrique est appliqué entre la première électrode 8a et la deuxième électrode 8b pour fusionner par résistance la base plane 21 à la deuxième pièce 5. Une force de pression est également appliquée au niveau de la première électrode 8a et/ou de la deuxième électrode 8b lors de la fusion.
A l’issue de cette deuxième étape, la première pièce 4 est prise en sandwich entre le dispositif de fixation 1 et la deuxième pièce 5, ce qui assure la bonne tenue mécanique de l’assemblage. Les griffes 31 permettent de maintenir la première pièce 4 en sandwich entre le dispositif de fixation 1 et la deuxième pièce 5.
Description du dispositif de fixation selon un deuxième mode de réalisation
Les figures 6a et 6b représentent respectivement une vue d’ensemble de la face supérieure A et de la face inférieure B d’un dispositif de fixation 1 conforme à un deuxième mode de réalisation de l’invention.
Le dispositif de fixation 1 selon ce deuxième mode de réalisation présente les mêmes caractéristiques que celles décrites en référence au premier mode de réalisation.
Dans ce deuxième mode de réalisation, le dispositif de fixation 1 comprend en outre une couche surmoulée 1b disposée contre la partie périphérique 3 et la paroi latérale 22 du côté de la face inférieure B du dispositif de fixation 1. La couche surmoulée 1b conserve toutes les caractéristiques structurelles du dispositif de fixation 1 telles que les griffes 31, les méplats 33, etc.
Cette couche surmoulée 1b est destinée à être solidaire de la première pièce 4. Elle se trouvera donc disposée entre la plaque métallique monobloc emboutie 1a et la première pièce 4 dans l’assemblage décrit plus loin.
Elle a pour but de protéger le dispositif 1 de la corrosion, en prévenant le contact direct de la plaque métallique monobloc emboutie 1a avec le matériau composite de la première pièce 4. La couche surmoulée 1b permet donc un choix plus varié de matériau métallique pour la plaque 1a, en autorisant l’emploi de matériaux différemment sensibles à la corrosion par le matériau composite.
La couche surmoulée 1b recouvre les chanfreins 32 s’ils sont présents du côté de la face supérieure A du dispositif (figure 6a), et englobe les griffes 31 (figure 6b) ce qui favorise la solidarisation entre la couche surmoulée 1b et la plaque métallique 1a.
La couche surmoulée 1b pourra être composée d’un matériau thermoplastique tel que, par exemple, le polyamide, le polypropylène ou le polytéréphtalate de butylène. De manière avantageuse, le matériau thermoplastique est chargé en fibre de verre, c’est-à-dire qu’il comprend des fibres de verre. Cela a pour but d’améliorer sa rigidité.
De manière avantageuse, le dispositif de fixation 1 comprend également un embout conique surmoulé 7b disposé en vis-à-vis de la base plane 21, du côté de sa face inférieure B. Cet embout 7b a le même rôle que la pointe 7a mentionnée dans l’utilisation du dispositif de fixation 1 selon le premier mode de réalisation, pour former un assemblage conforme à l’invention. L’embout conique surmoulé 7b est avantageusement formé d’un matériau thermoplastique, similaire à celui de la couche surmoulée 1b, qui ne laissera pas de résidus accrochés sur la zone de soudure formée par la base plane 21 de la cuvette 2 après son retrait. Préférentiellement, le matériau thermoplastique de l’embout conique surmoulé 7b est chargé en fibre de verre afin de le rendre plus cassant pour faciliter son retrait ultérieur.
De manière également avantageuse, l’embout conique surmoulé 7b et la couche surmoulée 1b sont formés d’un seul tenant.
L’embout conique 7b peut être muni de cavités 71 facilitant la traversée de la première pièce 4 par le dispositif de fixation 1.
L’embout conique 7b est muni d’une rainure de faiblesse 72 afin de le rendre séparable de la couche surmoulée 1b. Cette rainure de faiblesse 72 forme une couronne en périphérie de la base plane 21, où l’embout conique 7b présente une épaisseur moindre. Un outil peut ainsi être utilisé pour séparer facilement l’embout conique 7b de la couche surmoulée 1b au niveau de la rainure de faiblesse 72 lorsque la base plane 21 doit être exposée.
De manière avantageuse, la rainure de faiblesse 72 est disposée légèrement surélevée par rapport à la base plane 21 de la cuvette 2, pour exposer une portion de la paroi latérale 22. Cela a pour effet d’éviter une potentielle butée de la couche surmoulée 1b avec la deuxième pièce 5, en cas de rupture peu précise, lors de la mise en mise en contact de la base plane 21 de la cuvette 2 avec la deuxième pièce 5 pour réaliser la soudure.
Assemblage utilisant un dispositif de fixation selon le deuxième mode de réalisation
La figure 7 représente une vue en coupe d’un assemblage comprenant le dispositif de fixation 1 selon le deuxième mode de réalisation, formé de la plaque métallique 1a et de la couche surmoulée 1b, et comprenant la première pièce 4 ainsi que la deuxième pièce 5.
Comme énoncé précédemment en référence à l’assemblage utilisant le dispositif de fixation 1 selon le premier mode de réalisation, le procédé de fabrication de l’assemblage utilisant le dispositif de fixation 1 selon le deuxième mode de réalisation comprend également deux étapes : une première étape de solidarisation du dispositif de fixation 1 à la première pièce 4 et une deuxième étape de solidarisation du dispositif de fixation 1 à la deuxième pièce 5.
On retrouve également pour la première étape, les mêmes cas de figure que pour le premier mode de réalisation, à savoir le premier cas où la première pièce 4 est initialement une première pièce préliminaire uniquement composée de fibre, et le deuxième cas où l’on dispose initialement de la première pièce 4 en matériau composite.
Dans le premier cas de figure, la première étape est réalisée par une technique de moulage par injection.
Elle comprend une première sous-étape de fourniture d’une première pièce préliminaire. Cette première pièce préliminaire est formée principalement de fibres, tel que des fibres de carbone ou de verre, et présente une ouverture traversant la première pièce préliminaire. Dans ce premier cas de figure, le dispositif de fixation 1 ne comprend pas l’embout conique surmoulé 7b mais uniquement la couche surmoulée 1b.
Une deuxième sous-étape consiste à disposer la cuvette 2 du dispositif de fixation 1, du côté de la face inférieure B du dispositif de fixation 1 où se trouve la couche surmoulée 1b, dans l’ouverture, de sorte que la base plane 21 affleure ou dépasse légèrement d’une surface inférieure de la première pièce 4. Les griffes 31 pénètrent également dans la première pièce 4 en écartant les fibres constituant la première pièce 4.
Dans une troisième sous-étape, une matrice, préférentiellement en matériau thermodurcissable, tel que de l’époxy, est injectée sur et dans la première pièce préliminaire pour former la première pièce 4 en matériau composite, en comblant les espaces entre les fibres pour assurer sa cohésion. En remplissant les interstices entre les griffes 31 et les fibres du matériau de la première pièce 4, la matrice favorise la solidarisation du dispositif 1. Si la couche surmoulée 1b est munie de chanfreins 32, ces chanfreins 32 seront également recouvert par la matrice. La base plane 21 ainsi que le reste de la surface supérieure A du dispositif de fixation 1 restent libres de toute matrice. Cette sous-étape est réalisée avec un outillage spécialisé employant un moule en deux parties qui vient se refermer sur la première pièce 4 au niveau du dispositif de fixation 1 pour injecter la matrice. Afin de prévenir l’infiltration de matrice sur les zones que l’on souhaite libres de toute matrice, notamment pour la soudure, des éléments d’étanchéité, tel que des joints, sont disposés dans l’outillage. Ils sont notamment situés en périphérie des zones à protéger telles que la base plane 21 de la cuvette 2.
Dans le deuxième cas de figure, ayant déjà à disposition la première pièce 4 en matériau composite, il n’est pas nécessaire de faire une étape d’injection de matrice. Il n’est pas non plus nécessaire que la première pièce 4 soit munie d’une ouverture. Dans ce deuxième cas de figure, le dispositif de fixation 1 est muni de l’embout conique surmoulé 7b et la matrice de la première pièce 4 est préférentiellement composée d’un matériau thermoplastique.
Pour réaliser la solidarisation du dispositif de fixation 1 à la première pièce 4 pour ce cas de figure, la première étape comprend la chauffe de la première pièce 4 afin de ramollir la matrice. La première étape comprend ensuite l’enfoncement du dispositif de fixation 1 dans la première pièce 4. Cet enfoncement s’opère du côté de la face inférieure B du dispositif 1 où se trouve l’embout conique surmoulé 7b.
Le dispositif de fixation 1 est enfoncé dans la première pièce 4, par exemple au moyen d’une presse pour que la cuvette 2 traverse l’épaisseur de la première pièce 4 et que la base plane 21 affleure ou dépasse légèrement d’une surface inférieure de la première pièce 4.
Lors de cet enfoncement, l’embout conique surmoulé 7b traverse et écarte les fibres constituant la première pièce 4 facilitant ainsi l’enfoncement tout en protégeant la surface de la base plane 21. L’écartement des fibres peut être favorisé par la présence des cavités 71 sur l’embout conique surmoulé 7b. L’embout conique 7b sera retiré une fois que la matrice aura durci finalisant la solidarisation du dispositif de fixation 1 à la première pièce 4.
Les griffes 31 pénètrent également dans la première pièce 4, en écartant les fibres constituant la première pièce 4, lors de l’enfoncement. La chauffe de la première pièce 4 permet de ramollir la matrice qui va ainsi pouvoir, similairement au premier cas de figure, combler les ouvertures générées durant l’insertion du dispositif de fixation 1, notamment par les griffes 31. Si la couche surmoulée 1b est munie de chanfreins 32, ces chanfreins 32 seront également recouvert par la matrice. Cela permet de solidariser le dispositif de fixation 1 à la première pièce 4. La base plane 21 ainsi que le reste de la face supérieure A du dispositif de fixation 1 doivent rester libres de toute matrice pour pouvoir ultérieurement faire la soudure.
Dans les deux cas de figures énoncés, le dispositif de fixation 1 se retrouve, après la première étape, inséré dans la première pièce 4, cette dernière étant en contact la couche surmoulée 1b, et plus particulièrement avec le rebord plan 30 et la paroi latérale 22, du côté de la face inférieur B dudit dispositif 1. La couche surmoulée 1b protège ainsi bien le dispositif de fixation 1 de la corrosion en empêchant tout contact direct de la plaque métallique 1a avec la première pièce 4. Le matériau thermoplastique de la couche surmoulée 1b permet également d’assurer une préfixation du dispositif de fixation 1 à la première pièce 4 par adhésion surfacique entre le matériau de la couche surmoulée 1b et celui de la première pièce 4.
Dans une deuxième étape, le dispositif de fixation 1 est soudé, au niveau de la base plane 21, à la deuxième pièce 5.
Pour cela, la première pièce 4 munie du dispositif de fixation 1 est déposée sur la deuxième pièce 5 de manière à mettre la base plane 21 en contact avec la deuxième pièce 5, du côté de la face inférieure B du dispositif de fixation 1. Ensuite, une première électrode 8a est disposée dans la cuvette 2, du côté de la face supérieure A du dispositif 1, en contact avec la base plane 21. Une deuxième électrode 8b est disposée contre la deuxième pièce 5 en vis-à-vis de la première électrode 8a, de manière à ce que la base plane 21 et la deuxième pièce 5 soient comprises entre les deux électrodes 8a et 8b. Un courant électrique est appliqué entre la première électrode 8a et la deuxième électrode 8b pour fusionner par résistance la base plane 21 à la deuxième pièce 5. Une force de pression est également appliquée au niveau de la première électrode 8a et/ou de la deuxième électrode 8b lors de la fusion.
A l’issue de cette deuxième étape, la première pièce 4 est prise en sandwich entre le dispositif de fixation 1 et la deuxième pièce 5, ce qui assure la bonne tenue mécanique de l’assemblage. Les griffes 31 permettent de maintenir la première pièce 4 en sandwich entre le dispositif de fixation 1 et la deuxième pièce 5.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée au(x) mode(s) de réalisation décrit(s) et on peut y apporter des variantes de mise en œuvre sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications.
Par exemple, nous avons mentionné deux cas de figures utilisant chacun des techniques différentes mais l’on pourrait également envisager d’autres cas de figures ou d’autres techniques pour chaque cas de figure sans sortir du cadre de l’invention.

Claims (18)

  1. Dispositif de fixation (1) présentant une face supérieure (A) et une face inférieure (B), et comprenant une pièce monobloc métallique emboutie (1a) qui définit :
    - une partie centrale (2) en forme de cuvette présentant une base plane (21) et au moins une paroi latérale (22),
    – une partie périphérique (3) comportant un rebord plan et une pluralité de griffes (31),
    le dispositif de fixation (1) étant destiné à assembler une première pièce (4) en matériau composite à une deuxième pièce (5) en matériau métallique, lorsque :
    - le rebord plan (21) et la paroi latérale (22) sont solidaires de la première pièce (4), du côté de la face inférieure (B) du dispositif de fixation (1) ;
    - les griffes (31) sont englobées dans la première pièce (4) ;
    - la base plane (21) est soudée à la deuxième pièce (5), du côté de la face inférieure (B) du dispositif de fixation (1).
  2. Dispositif de fixation (1) selon la revendication précédente dans lequel le rebord plan de la partie périphérique (3) comprend au moins un chanfrein (32), du côté de la face supérieure (A) du dispositif de fixation (1).
  3. Dispositif de fixation (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel le rebord plan de la partie périphérique (3) possède une forme polygonale.
  4. Dispositif de fixation (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel le rebord plan de la partie périphérique (3) possède au moins deux méplats (33) sur sa tranche, pour faciliter la manipulation du dispositif.
  5. Dispositif de fixation (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel les griffes (31) sont formées par découpe et pliage de la pièce monobloc (1a).
  6. Dispositif de fixation (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel les griffes (31) forment un angle compris entre 45° et 90° par rapport au rebord plan, et s’étendent au-delà de la face inférieure (B) du dispositif de fixation (1).
  7. Dispositif de fixation (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel la paroi latérale (22) de la partie centrale (2) est tronconique.
  8. Dispositif de fixation (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la pièce monobloc métallique emboutie (1a) présente une épaisseur comprise entre 0,5 mm et 2,5 mm.
  9. Dispositif de fixation (1) selon l’une des revendications précédentes comprenant une couche surmoulée (1b) disposée contre la partie périphérique (3) et la paroi latérale (22), du côté de la face inférieure (B) du dispositif de fixation (1), la couche surmoulée (1b) étant destinée à être solidaire de la première pièce (4).
  10. Dispositif de fixation (1) selon la revendication précédente dans lequel la couche surmoulée (1b) est composée d’un matériau thermoplastique, chargé ou non en fibre de verre, tel que le polyamide, le polypropylène ou le polytéréphtalate de butylène.
  11. Dispositif de fixation (1) selon l’une des deux revendications précédentes, comprenant un embout conique surmoulé (7b) solidaire de la couche surmoulée (1b) et disposé en vis-à-vis de la base plane (21), du côté de la face inférieure (B) du dispositif de fixation (1), l’embout conique surmoulé (7b) étant configuré pour être retirable de manière à exposer la base plane (21).
  12. Dispositif de fixation (1) selon la revendication précédente dans lequel l’embout conique surmoulé (7b) est composé d’un matériau thermoplastique, chargé ou non en fibre de verre, tel que le polyamide, le polypropylène ou le polytéréphtalate de butylène.
  13. Assemblage formé d’une première pièce (4) en matériau composite, d’une deuxième pièce (5) en matériau métallique et d’un dispositif de fixation (1) conforme à l’une des revendications 1 à 12 dans lequel :
    - le rebord plan et la paroi latérale (22) du dispositif de fixation (1) sont solidaires de la première pièce (4), du côté de la face inférieure (B) du dispositif de fixation (1) ;
    - les griffes (31) sont englobées dans la première pièce (4) ;
    - la base plane (21) est soudée à la deuxième pièce (5), du côté de la face inférieure (B) du dispositif de fixation (1).
  14. Procédé de fabrication d’un assemblage conforme à la revendication précédente comprenant :
    - une première étape de solidarisation du dispositif de fixation (1) à la première pièce (4) ;
    - puis, une deuxième étape de solidarisation du dispositif de fixation (1) à la deuxième pièce (5).
  15. Procédé de fabrication selon la revendication précédente dans lequel la première étape est réalisée par une technique de moulage par injection et comprend :
    - une première sous-étape de fourniture d’une première pièce préliminaire comprenant au moins des fibres et présentant au moins une ouverture traversant la première pièce préliminaire,
    - une deuxième sous-étape de disposition de la cuvette (2) du dispositif de fixation (1) dans l’ouverture, de sorte que la base plane (21) affleure ou dépasse légèrement d’une surface inférieure de la première pièce préliminaire, les griffes (31) traversant au moins partiellement la première pièce préliminaire ;
    - une troisième sous-étape d’injection d’une matrice pour former la première pièce (4) en matériau composite.
  16. Procédé de fabrication selon la revendication 14 dans lequel la première étape comprend la chauffe de la première pièce (4) et l’enfoncement du dispositif de fixation (1) dans la première pièce (4) de sorte que la cuvette (2) traverse l’épaisseur de la première pièce (4) et que la base plane (21) affleure ou dépasse légèrement d’une surface inférieure de la première pièce (4).
  17. Procédé de fabrication selon la revendication précédente dans lequel, préalablement à l’enfoncement, le dispositif de fixation (1) est muni au niveau de sa base plane (21) d’une pointe (7a, 7b) pour faciliter son enfoncement et protéger la surface de la base plane (21), ladite pointe (7a, 7b) étant retirée à la fin de la première étape.
  18. Procédé de fabrication selon la revendication précédente dans lequel la pointe (7a) est une pointe retirable assemblée à la base plane (21) par aimantation et munie d’un joint (6) s’étendant sur la périphérie de la base plane (21), à la jonction entre ladite base et la pointe.
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