WO1994004293A1 - Procede de fabrication d'assemblages composes de deux pieces collees et comportant une etape de formage - Google Patents

Procede de fabrication d'assemblages composes de deux pieces collees et comportant une etape de formage Download PDF

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Philippe Yannick André BLOT
Frédéric Abel Henri LEROY
Didier Simon Vigneron
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Hispano-Suiza
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    • B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
    • B21D26/053—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure characterised by the material of the blanks
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y10T156/1025—Methods of surface bonding and/or assembly therefor with permanent bending or reshaping or surface deformation of self sustaining lamina to form undulated to corrugated sheet and securing to base with parts of shaped areas out of contact

Definitions

  • the invention relates to a method for manufacturing a emo Heils composed of two glued parts and which further comprises a forming step.
  • the process used hitherto by the applicant company consisted in hot forming and separately the parts making up the assembly, in a so-called superplastic deformation regime where large elongations are possible.
  • the two parts were then glued by interposing a layer of epoxy between their contacting surfaces. For this they were placed in an autoclave enclosure where a pressure was applied to the parts for presses so that the temperature was sufficient to transform the epoxy layer and allow this material to become sticky.
  • this method was not very advantageous when the assembly was a panel stiffened with hollow ribs produced by the forming of one of the parts, because the pressure necessary for bonding tended to to crush.
  • the rib cavities therefore had to be filled by hand with a crush-resistant material such as a honeycomb structure.
  • Another technique of assembling two parts by pressing avoids the use of adhesives and consists in realizing by diffusion a diffusion of the material to the assembly surfaces of the parts.
  • the assembly precedes the forming of the assembly, and moreover the diffusion welding is inapplicable to aluminum alloys which constitute an important application of the invention.
  • French Patent 2,374,109 describes the pressing of a coating on an airplane wing using balloons filled with air to bring it to the desired shape, followed by disassembly and the application of a adhesive layer, after which the assembly can be carried out.
  • This process requires many manual interventions and in general the interposition of an intermediate layer at the time of forming to avoid any sticking and form the right shape. It is designed for large parts in small series.
  • the invention relates to a method of manufacturing assemblies composed of two glued parts, characterized in that it consists in placing the parts on two elements, punch and press die, in placing an adhesive layer on surfaces of at least one of the pieces facing the other of the pieces, to form at least one of the pieces by pressurizing between the punch and die to force the material of said piece into cavities of the punch on which it is placed, and to press the pieces one on the other by approaching the punch and die.
  • the assemblies are thus carried out almost without manual intervention and without changing tools.
  • the parts will be frequently hot formed, at a temperature creating a more or less pronounced superplasticity regime, as required, that is to say according to the importance of these required deformations.
  • the part to be obtained is an engine hood element in the form of a cylinder or cone portion.
  • the sheets have been degreased and pickled beforehand and surfaces of each sheet 1 and 3 are applied to the portions to be bonded (that is to say on the portions which do not come opposite grooves 5) a thin sub-layer of bonding material 6 (a few microns thick is sufficient) with a spray gun then a layer of adhesive material 7 (a few tens of microns thick).
  • the bonding material may be a hermosetting material or a thermostable material of the polyimide type and the adhesive material may be a polyetheretherketketone CPEEK) or more generally a thermopiastic material.
  • CPEEK polyetheretherketketone
  • the first step consists in obtaining the hot forming or forging of the sheets, here only ⁇ e the lower sheet 3.
  • the elements 2 and 4 are kept apart by spacers 8 which keep the upper die 2 raised.
  • the spacers 8 consist of shims which can be placed on the same cleat T as the lower punch 4 and extend along these joint lines.
  • Elements 2 and 4 are enclosed in a watertight enclosure E which is then subjected to sufficient pressure so that the material of the sheets 1 and 3 which is not supported by the surface of elements 2 and 4 deforms: the ribs 9 produced by the plastic or superplastic flow of the metal from the internal sheet 3 at the bottom of the grooves 5 are thus formed as seen in FIG. 2.
  • the e n s e m b l e is heated to allow sufficient plastic deformation.
  • a temperature of 350 to 400 ° C may suffice with an effective pressure of 0.6 to 1.5 bars in a specific case.
  • Relatively low temperatures are sufficient when the required deflations are rather low, as is the case here, and it is unnecessary to heat at the most rapid superplasticity regime.
  • the adhesive layer 7 and the bonding undercoat 6 are not destroyed by heating, but this condition depends on the materials which constitute them and it is possible to satisfy them quite easily in practice.
  • the bonding sublayer 6 can moreover often be omitted.
  • the next step begins with the removal of the spacers 8 so that the upper blank 2 falls on The lower punch 4 and that the glued surfaces of the sheets 1 and 3 come into contact.
  • the heating and the pressure are brought to sufficient values for the material that the layer 7 to become adhesive and that the sheets 1 and 3 are pressed firmly enough one on the other by the pressure exerted on it. outside of elements 2 and 4. Temperatures from 380 to 420 ° C and pressures from 1 to 5 bars lead to satisfactory results in the present example.
  • the side panels can be omitted in this second step.
  • the tools and the parts are then allowed to cool and the assembly is removed from the mold, in which the sheets 1 and 2 now form a stiffened panel, shown in FIG. 3, which has sufficient strength to the glued joint.

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Abstract

Procédé de fabrication d'assemblages composés de deux pièces formées et collées. Les deux pièces (1 et 3) sont disposées sur un poinçon et une matrice (2 et 4) maintenus provisoirement écartés pour introduire une pression suffisante permettant de les former à chaud. Le poinçon et la matrice sont ensuite rapprochés pour que les surfaces préalablement collées se trouvent face à face et se touchent. Un avantage essentiel est qu'aucune intervention manuelle n'est nécessaire.

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'ASSEMBLAGES COMPOSES DE DEUX PIECES COLLEES ET COMPORTANT UNE ETAPE DE FORMAGE
DESCRIPTION
L' invention se rapporte à un procédé de fabri cation d ' a ss emo Lages composés de deux pièces collées et qui comprend en outre une étape de formage.
Elle a pour but essentiel de permettre de procéder très commodément et en particulier de ne pas démonter les pièces avant l 'obtention de l 'assemblage fini .
Le procédé uti lisé j usqu'à présent par la société demanderesse consistai t à former à chaud et séparément les pièces composant l 'assemblage, dans un régime de déformation dit superplastique où de grands a llongements sont possibles. Les deux pièces étaient ensuit e collée s en interposant une couche d'époxyde entre leurs surfaces en contact. Pour cela elles étaient placée s dans une enceinte autoclave où une p ression était appliquée sur les pièces pour les presse r ains i qu'une température suffisante pour t ransformer la couche d'époxyde et permettre à ce matériau de deveni r collant .
Outre l' inconvénient de voi r uti liser des apparei l s successifs , ce procédé était peu avantageux quand l 'assemblage était un panneau raidi de nervures creuses produites par le formage d'une des pièces, ca r la pression nécessaire au collage tendait à les écraser. Les cavités des nervures devaient donc être remplies à la main d 'un matériau résistant à l'écrasement tel qu'une structure en nid d'abei lles.
Une autre technique d 'assemblage de deux pièce s pa r pressage évite l 'emploi d'adhési f et consi ste à réa liser par pressage une diffusion de la matière aux surfaces d'assemblage des pièces. On peut se reporter aux sreveis français 2 304 438 et 2 552 500 pour l'exposé de ces techniques. Dans tous les exemples connus se la αemanαeresse, l'assemblage précède le formage de l'ensemble, et de plus le soudage par diffusion est inapplicable aux alliages d'aluminium qui constituent une application importante de l'invention.
Enfin, le brevet français 2 374 109 décrit le pressage d'un revêtement sur une aile d'avion au moyen de ballons remplis d'air pour le mettre à la forme voulue, suivi d'un démontage et de l'application d'une couche adhesive, après quoi on peut réaliser l'assemblage.
Ce procédé nécessite de nombreuses interventions manuelles et en général l'interposition d'une couche intermédiaire au moment du formage pour éviter tout collage et former à la bonne forme. IL est conçu pour de grandes pièces en séries peu nombreuses.
L'invention est quant à elle relative à un procédé de fabrication d'assemblages composés de deux pièces collées, caractérisé en ce qu'il consiste à placer Les pièces sur deux éléments, poinçon et matrice de presse, à placer une couche adhesive sur des surfaces d'au moins une des pièces faisant face à L'autre des pièces, à former au moins une des pièces en pressurisant entre Les poinçon et matrice pour forcer La matière de Ladite pièce dans des cavités du poinçon sur Lequel elle est placée, et à presser les pièces L'une sur L'autre en approchant Les poinçon et matrice. Les assemblages sont ainsi réalisés presque sans intervention manuelle et sans changement d'outillage. Les pièces seront fréquemment formées à chaud, à une température créant un régime de superplasticité plus ou moins prononcé, selon les besoins, c'est-à-dire selon L'importance ces déformations exigées. On va maintenant décrire l'invention plus en détail a L'aide ces figures suivantes annexées à titre illustratif et non Limitatif :
- Les figures 1 et 2 représentent un exemple αe mise en oeuvre eu procédé,
- et La figure 3 représente Le produit obtenu par Le procédé.
La pièce à obtenir est un élément de capot de moteur en forme de portion de cylindre ou de cône. On dispose une tôle extérieure 1 d'aluminium sur une surface concave de même forme d'une matrice supérieure 2 et une tôle intérieure 3 de même nature sur la surface convexe d'un poinçon inférieur 4 qui présente cependant des cannelures 5 en forme de nervures à former sur la tôle inférieure 3. Les tôles ont été préalablement dégraissées et décapées et on a appliqué sur les portions à coller des surfaces de chaque tôle 1 et 3 (c'est-à-dire sur Les portions qui ne viennent pas en face des cannelures 5) une mince sous-couche de matériau d'accrochage 6 (quelques microns d'épaisseur suffisent) au pistolet puis une couche de matériau adhésif 7 (de quelques dizaines de microns d'épaisseur). Le matériau d'accrochage peut être un matériau t hermoourcissable ou un matériau thermostable du type polyimide et le matériau adhésif peut être un po Lyétherétherkétone CPEEK) ou plus généralement un matériau thermopiastique. Un procédé simple pour éviter de recouvrir certaines parties des tôles 1 et 3 consiste à masquer ces parties par des feuilles souples αui sont ensuite retirées.
La première étape consiste à obtenir Le formage ou forgeage à chaud des tôles, ici uniquement αe La tôle inférieure 3. Les éléments 2 et 4 sont maintenus écartés par des espaceurs 8 qui maintiennent La matrice supérieure 2 surélevée. Les espaceurs 8 consistent en des cales qui peuvent être posées sur La même taole T que Le poinçon inférieur 4 et s'étendent le long ces Lignes de joint.
Les éléments 2 et 4 sont enfermés dans une enceinte étancne E qui est alors soumise à une pression suffisante pour que la matière des tôles 1 et 3 qui n'est pas soutenue par la surface des éléments 2 et 4 se déforme : les nervures 9 produites par l'écoulement plastique ou superplastique du métal de la tôle interne 3 au fond des cannelures 5 sont ainsi formées comme on Le voit sur La figure 2.
Les faces latérales non représentées des éléments 2 et 4 sont recouvertes par des panneaux porteurs d'un joint d'étanchéité plan qui permet d'isoler les volumes des cannelures 5, entre la tôle inférieure 3 et le poinçon inférieur 4, et ainsi de ne pas Les pressuriser. La communication entre les tôles 3 et 4 et le volume pressurisé de l'enceinte E est rétablie par un conduit C percé dans un espaceur 8.
L ' e n s e m b l e est chauffé pour permettre des déformations plastiques suffisantes. Une température de 350 à 400°C peut suffire avec une pression effective de 0,6 à 1,5 bars dans un cas concret. Des températures relativement peu élevées suffisent quand les défprmations exigées sont plutôt faibles, comme c'est Le cas ici, et qu'il est inutile de chauffer au régime de La plus fprte superplasticité. IL faut bien entendu que La couche adhesive 7 et la sous-coucne d'accrochage 6 ne soient pas détruites par L'échauffement, mais cette condition dépend des matériaux qui les constituent et il est possible d'y satisfaire assez facilement en pratique. La sous-couche d'accrochage 6 peut d'ailleurs souvent être omise.
L'étape suivante commence par le retrait des espaceurs 8 de sorte que Le flan supérieur 2 tombe sur Le poinçon inférieur 4 et que Les surfaces encollées des tôles 1 et 3 viennent en contact. L'échauffement et La pression sont portés à des valeurs suffisantes pour que Le matériau ce La couche 7 devienne adhésif et que Les tôles 1 et 3 soient pressées suffisamment fermement l'une sur L'autre par la pression qui s'exerce à L'extérieur des éléments 2 et 4. Des températures de 380 à 420°C et des pressions de 1 à 5 bars conduisent à des résultats satisfaisants dans le présent exemple. Les panneaux latéraux peuvent être omis dans cette seconde étape. On laisse ensuite refroidir l'outillage et les pièces et on démoule l'assemblage, dans lequel les tôles 1 et 2 forment désormais un panneau raidi, représenté à la figure 3, qui présente une solidité suffisante au joint collé.
On constate qu'aucune manipulation n'est nécessaire au cours du procédé à l'exception du retrait des espaceurs 8, et que les seules autres interventions consistent à modifier les conditions de température et de pression dans L'enceinte.
Quelques exemples de mise en oeuvre de l'invention sont encore donnés succinctement ci-dessous pour illustrer des régimes de superplasticité :
- pour l'alliage TA6V : chauffer à 925°C et appliquer une pression de 20 bars pour obtenir des allongements de 1000% ;
- pour L'alliage AZ5GU : chauffer à 510°C et appliquer une pression de 5 bars sur une face de la plaque et une contre-pression de 40 bars sur la face opposée pour obtenir des allongements de 1000% : cette réalisation impose donc deux sources de pression distinctes ;
- pour l'alliage Inconel 718 : chauffer à 985°C et appliquer une pression de 20 bars pour obtenir des allongements αe 500%.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'assemblages composes de deux pièces (1, 3) collées, caractérisé en ce qu'il consiste a placer les pièces sur deux éléments de presse, poinçon et matrice (2, 4), à placer une couche adhesive (7) sur des surfaces d'au moins une des pièces faisant face à l'autre des pièces, à former au moins une des pièces en pressurisant entre le poinçon et la matrice pour forcer la matière de ladite pièce dans des cavités (5) du poinçon (4) sur lequel elle est placée, et à presser les pièces l'une sur l'autre en approchant le poinçon et la matrice.
2. Procédé de fabrication d'assemblages suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les pièces sont formées à chaud, à une température créant un régime de superplasticité.
3. Procédé de fabrication d'assemblages suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les pièces sont des tôles et en ce que l'assemblage est un panneau raidi.
4. Procédé de fabrication suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les pièces sont en alliage d'aluminium.
5. Procédé de fabrication d'assemblages suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la couche adhesive est un matériau thermoplastique.
6. Procédé de fabrication d'assemblages suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les surfaces recevant la couche adhesive reçoivent aussi une sous-couche (6) d'accrochage de la couche adhesive (7).
PCT/FR1993/000813 1992-08-19 1993-08-18 Procede de fabrication d'assemblages composes de deux pieces collees et comportant une etape de formage WO1994004293A1 (fr)

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