WO2001002110A1 - Procede d'assemblage d'au moins deux elements constitutifs en metal en vue de creer une structure - Google Patents

Procede d'assemblage d'au moins deux elements constitutifs en metal en vue de creer une structure Download PDF

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metal
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Richard Kergen
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Recherche & Developpement Du Groupe Cockerill Sambre
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    • B21D39/02—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders of sheet metal by folding, e.g. connecting edges of a sheet to form a cylinder
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Definitions

  • the present invention relates to a method of assembling at least two metalli ⁇ ues elements in order to create a structure, at least one of the two elements having a very high yield strength and its application to achieve structures (beam) of complex shape from simple elements, not requiring significant deformations.
  • the steels concerned by this patent application have an elastic limit between 400 and 1500 MPa. These steels are produced by mass steel processes known per se, which make it possible to offer steels whose cost price is close to that of conventional carbon steels. The interest then lies in the fact that it is possible to obtain a significant reduction in the structure. However, because of their low formability and sometimes poor weldability, these steels pose specific problems of implementation, and in particular of assembly.
  • the components of the same structure often have complex shapes obtained by stamping processes involving significant deformation and therefore incompatible with the low shaping capacities of these steels.
  • the mechanical crimping method by hem or the like is well known, for example for the assembly of elements such as scales, in metal joinery.
  • document US-A-4 356 888 describes a structural joint of two elements, preferably made in malleable and deformable metal, such as aluminum.
  • the first element has an elongated tongue and a short tongue. These two tabs define a cavity capable of receiving the second element at the level of a curved tab on a support such as a wire.
  • the tabs and the tab deform and interpenetrate.
  • the elongated tongue at least partially forms a circular loop around the tab, thus making any subsequent loosening impossible.
  • Document US-A-3 854 185 proposes, in the same field of application, a method for forming a structural joint between two rigid elements, one having on one side a flange with a protruding end and the another an essentially circular groove.
  • the flange enters the groove, deforming. More specifically, the assembly is done by securing the flange to the groove, the flange forming a winding in said groove.
  • Document DE-C-385 642 proposes a machine for the assembly by crimping of two sheet metal elements to form a hollow body.
  • Document FR-A-2 321 962 proposes an assembly process by crimping a zinc element and a lead element in order to solve the sealing problems which arise in the field of building cover.
  • the present invention aims to provide a method of assembling at least two metal elements or component parts of which at least one of the two is made of a steel having a very high elastic limit associated with a low shaping capacity in order to produce structural parts of complex shape, from simpler parts achievable using setting operations form essentially of the folding type, not involving significant deformations in the plane of the sheet, and therefore compatible with steels with high mechanical characteristics. Indeed, within a given alloy family, for example steels, or even aluminum alloys, the higher the elastic limit, the more the ductility is reduced. The level of elastic limit associated with this low shaping capacity depends on the family of alloy considered; thus for steels this limit can be situated from 600 to 800 MPa depending on the grade considered.
  • steels can only be very difficult to be shaped by stamping: deformations in the plane of the sheet in wide tension or in expansion will quickly lead to failure. The elastic return also makes it very difficult to respect the geometry of the part. On the other hand, these steels retain a capacity for deformation by bending. However, the bending limit radius being several times the thickness, assembly by crimping is practically impossible.
  • the present invention relates to a method of assembling at least two simple metal elements in sheet form, with a view to creating a structural part of open section, preferably in the form of " U ", or closed, at least one of said metal elements having a high or very high yield strength and a low deformation capacity, characterized in that: - the metal elements are shaped by at least one folding process; the metal elements are arranged relative to each other along a joining section; the metal elements are assembled by hemming (4) along the junction section of said elements.
  • At least one of the elements is preferably produced in a steel having an elastic limit greater than 400 MPa or in an aluminum alloy with an elastic limit greater than 200 MPa.
  • the ratio of the radius of the hem to the sum of the thicknesses of the various elements which it is desired to assemble along the joining section is between 2 and 10.
  • the ratio of the difference between the radius of the hem and the thickness of the outermost metal with the thickness of the innermost metal is, advantageously greater than 2.
  • the nature or the thickness of the different elements may not be identical for all elements.
  • the method is also characterized in that the junction is not necessarily straight but may have a local curvature, the radius of curvature preferably being greater than five outer hem radii.
  • the assembly method according to the invention is further characterized by the fact that after the hem crimping operation, a blocking of said hem vis-à-vis the sliding of its elements along the section of junction, is obtained by gluing, mdentation or nesting.
  • the present invention also relates to the product obtained by the assembly method described above, characterized in that it is in the form of at least two metal elements having, along a junction section , a hem.
  • the product is in the form of an "I" beam with a double core, obtained by the assembly of four constituent elements connected by four hems along the section. of junction of the four elements taken two by two.
  • the product results from the assembly of two elements by two hems so as to form a closed section, one of the two elements at least having a "U" section.
  • the method of the invention therefore makes it possible to obtain structural parts of complex shape from metallic sheet materials having, on the one hand, a high to very high elastic limit, and on the other hand , a limited forming capacity.
  • the latter is not binding in terms of operations preparatory to the assembly process, such as bending, involving little deformation in the plane of the sheet. This process thus makes it possible to obtain parts of geometry equivalent to that obtained by stamping.
  • the hem assembly is compatible with the low formability of these steels, the working radius being several times the thickness, which is not the case with simple crimping for example.
  • Another advantage of the invention lies in the fact that the purely mechanical hemming or crimping method makes it possible to overcome the problems of possible weldability of steels with high mechanical characteristics.
  • An additional advantage of the invention is to provide a method for producing reinforced structural parts, in particular in the automotive industry.
  • the method of the invention which uses a simple press for assembly, is a cheap method.
  • FIGS. 1 describe a structure produced in a conventional manner having a "U" geometry.
  • Figures 2 show the simple components to create the same kind of structure as that shown in Figures 1 according to the assembly method of the present invention.
  • Figures 3 show a tool for producing a structure as described in Figure 2.
  • Figure 4 shows variants of assembly orientation for a U-shaped structure.
  • FIGS. 5 show a more complex embodiment of a structure having a closed section and obtained according to the assembly method of the present invention.
  • FIG. 6 represents the tool used to produce a closed structure as shown in FIGS. 5.
  • Figure 7 shows another embodiment of a structure having the form of an "I" beam with double core.
  • Figure 8 shows the tool for the realization and assembly of a beam "I" double core.
  • FIG. 9 shows a part of the shield crossmember type.
  • FIG. 10 represents a piece of the middle foot type.
  • Figure 11 shows a part having tabs at the ends to facilitate assembly.
  • Figures 12 illustrate the principle of blocking the relative sliding of the core relative to the sole in the hem assembly, by nesting using a cut of alternating slots.
  • Figures 12a and 12b show the two sheets just before making the hem.
  • the idea at the base of the invention is to decompose a structural element of complex shape, usually achieved by forming operations by stamping little compatible with steels with high mechanical characteristics, under - simple elements, produced using folding-type forming operations, and assembled by hem.
  • Figure 1 shows the usual mode of production of a "U" shaped part.
  • this type of part is obtained by stamping from a flat sheet metal as shown diagrammatically in FIG.
  • the stamping of such a part poses severe problems of controlling the elastic return: the shape obtained deviates appreciably from the ideal shape as presented in FIG. 1b.
  • Critical problems due to the low formability of this type of steel arise, for example when the height of the "U” section varies appreciably as indicated in FIG. 1a or when the height of the section remains constant, the curvature of the "U” beam varies locally significantly (Figure Id).
  • FIGS. 2 The principle according to the present invention proposed for producing this type of part is illustrated in FIGS. 2. The part is broken down into simple elements, the sides 1 and 2, the bottom 3 which are assembled by a hem 4.
  • Parts 1, 2 and 3 can be obtained by folding or by raising the edge. These shaping techniques involve only small deformations in the plane of the sheet and are compatible with steels with very high yield strength having a low forming capacity.
  • Figure 3 shows a typical tool for producing this type of part using a press.
  • the side elements 1 or 2 and the bottom 3 are prepared for the formation of the hem as indicated in 5.
  • These parts produced using simple press operations are presented in the tool described in Figure 3.
  • the half-view on the left shows the closed tool, before the hem is made, the half-view on the right shows the tool when the hem is finished.
  • the elements 7, 7 'and 9 bear on the upper slide of the press by means of springs not shown and whose crushing stroke is greater than the stroke of the tools 8, 8 'forming the hem.
  • the springs are compressed and press, through the parts 7 and 9, the parts 1, 2 and 3 against the part 10 which matches their shape and rests on the press table.
  • Parts 1, 2 and 3 are not necessarily all steel with high yield strength: for example, depending on the function of the part, only part 3 can be made of steel with very high yield strength, parts 1 and 2 made of steel having better shaping capacity and better weldability, which makes it easy to assemble the part to the rest of the structure with assembly methods such as spot welding.
  • the method also makes it possible to adapt the thicknesses to the structural requirements of the part: the three parts 1, 2 and 3 may have different thicknesses, the assembly method by hem accepting substantially different thicknesses, the ratio of which is greater than two . Variations in orientation of the hem are shown in Figure 4.
  • the method also allows for closed sections as shown in Figure 5.
  • the part 11 can be obtained by simple folding, a variation of the closed section being obtained by varying the height of the folded edges.
  • the part 12 which closes the section is even simpler in shape.
  • the part 11 can also be produced by stamping a steel with a lower elastic limit, less than 400 MPa for example, the part 12 being made of steel with a very high elastic limit and playing the role of reinforcement.
  • FIG. 6 A typical tool making it possible to produce this type of part is presented in FIG. 6. The principle is close to that described in FIG. 3.
  • the element 15 holds the parts 10 and 11 against the element 17-17 'which rests on the lower table of the press.
  • the parts are then placed in the tool which is composed of the movable elements 20 and 20 ', 19 and 19'. These elements are first spread apart, horizontally for 20 and 20 ', vertically for 19 and 19'. The parts 21 and 21 'are deposited on 19 and 19' respectively and maintained by non-means shown, a magnetic system for example. Similarly, the parts 22 and 22 'are deposited on the elements 20 and 20' and maintained in the same way. All type 18 tools (18 ', 18'',18'') are then in the position indicated for tool 18. The tools 18 are then moved, successively or simultaneously to form the hem and be in the position indicated by 18 ', 18'',18'''.
  • This type of tool can be mounted on a press, the elements 19, 18 and 18 'being implemented by the upper slide of the press: 19 is mounted on springs and its stroke is limited by a stop not shown. The element 19 'rests on the press table and is therefore fixed, the tools 18''and18''' being actuated by the lower slide of the press.
  • This type of assembly method by press tool makes it possible to produce shapes whose section is not constant: the distance between the parts 21 and 21 ′ as well as the distance between the parts 22 and 22 ′ can vary.
  • Potential applications relate to different types of automotive structural parts such as passenger compartment reinforcement parts (shield cross member), center legs, spar elements, engine cradle. Some of these applications are illustrated in Figures 8 to 10.
  • the technique allows for structures of complex shape with steels having very low ductility by taking advantage of the productivity of the hem assembly process and the reinforcement it provides to the structure. It also makes it possible to provide metal tabs at the ends of the parts allowing these parts to be easily assembled with the rest of the automobile structure (FIG. 11).
  • the hem assembly guarantees very good retention of the metals in the plane perpendicular to the axis of the hem.
  • This drawback can easily be remedied, for example by interposing an adhesive between the two sheets of metal at the hem, by performing local fusion welds or preferably by locally crushing the hem with a press tool comprising for example a punch in the shape of "V" finished by a rounding and a plane anvil.
  • a tool can be designed to simultaneously carry out the teeth, the tooth pitch being of the order of 5 to 10 times the outside diameter of the hem.
  • the teeth 20 have a height less than the circumference of the hem, for example one third of this circumference.
  • the width of the teeth 20 is slightly less than that of the intervals 21 between the teeth.

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Abstract

Procédé d'assemblage d'au moins deux éléments métalliques simples en feuille (1, 2, 3; 11, 12; 21, 21', 22, 22'), en vue de créer une pièce de structure de section ouverte, de préférence en forme de 'U', ou fermée, au moins un desdits éléments métalliques présentant une haute ou très haute limite d'élasticité et une faible capacité de déformation, caractérisé en ce que: les éléments métalliques sont mis en forme par au moins un procédé de pliage; les éléments métalliques sont disposés l'un par rapport à l'autre suivant une section de jonction; les éléments métalliques sont assemblés par sertissage par ourlet (4) le long de la section de jonction desdits éléments.

Description

PROCEDE D'ASSEMBLAGE D'AU MOINS DEUX ELEMENTS CONSTITUTIFS EN METAL EN VUE DE CREER UNE STRUCTURE
Objet de l'invention
[0001] La présente invention se rapporte à un procédé d'assemblage d'au moins deux éléments métalliσues en vue de créer une structure, au moins un des deux éléments présentant une très haute limite d'élasticité et à son application pour réaliser des structures (de poutre) de forme complexe à partir d'éléments simples, ne demandant pas de déformations importantes .
Arrière-plan technologique et état de la technique [0002] Dans le domaine de la construction mécanique et en particulier de l'automobile, l'objectif est de réduire sensiblement le poids des structures en utilisant le moins de métal possible. Ces structures, les châssis de véhicule automobile par exemple, sont obtenues par assemblage de pièces souvent complexes, réalisées par emboutissage .
[0003] Afin de réduire l'épaisseur du métal utilisé pour réaliser ces structures tout en conservant leurs propriétés mécaniques, il faut utiliser des aciers présentant des caractéristiques mécaniques élevées. Des nuances d'aciers au carbone faiblement alliés présentant de hautes caractéristiques mécaniques, mais souvent associées à une capacité de mise en forme par déformation très limitée, sont aujourd'hui disponibles. [0004] Pour fixer les idées, nous ferons la distinction, dans la suite de la description, entre ces aciers sur base de leur limite d'élasticité (LE) : aciers doux : LE < 250 MPa ; - aciers à haute limite d'élasticité (HLE) :
250 MPa < LE < 600 MPa ; aciers à très haute limite d'élasticité (THLE) :
600 MPa < LE < 1000 MPa ; aciers à ultra-haute limite d'élasticité (UHLE) : 1000 MPa < LE < 1500 MPa.
[0005] Typiquement, les aciers concernés par cette demande de brevet, présentent une limite d'élasticité située entre 400 et 1500 MPa. Ces aciers sont produits par des procédés sidérurgiques de masse connus en soi, qui permettent de proposer des aciers dont le prix de revient est voisin de celui des aciers au carbone classiques. L'intérêt réside alors dans le fait que l'on peut obtenir un allégement non négligeable de la structure. Cependant, de par leur faible capacité de mise en forme et de par une soudabilité parfois médiocre, ces aciers posent des problèmes spécifiques de mise en œuvre, et en particulier d ' assemblage .
[0006] Plus particulièrement, les éléments constitutifs d'une même structure présentent souvent des formes complexes obtenues par des procédés d'emboutissage impliquant des déformations importantes et donc incompatibles avec les faibles capacités de mise en forme de ces aciers.
[0007] Le procédé de sertissage mécanique par ourlet ou similaire est bien connu, par exemple pour l'assemblage d'éléments tels que des échelles, en menuiserie métallique.
Ainsi, le document US-A-4 356 888 décrit un joint structurel de deux éléments, réalisés de préférence en métal malléable et déformable, tel que l'aluminium. Selon une forme d'exécution particulière, le premier élément présente une languette allongée et une languette courte. Ces deux languettes définissent une cavité apte à recevoir le second élément au niveau d'une patte recourbée sur un support tel qu'un fil. Lorsque les deux éléments sont pressés l'un contre l'autre, en utilisant un outil adéquat, les languettes et la patte se déforment et s'interpénétrent. La languette allongée forme au moins partiellement une boucle circulaire autour de la patte, rendant alors impossible tout descellement ultérieur.
[0008] Le document US-A-3 854 185 propose, dans le même domaine d'application, un procédé pour former un joint structurel entre deux éléments rigides, l'un présentant sur une face une bride avec une extrémité saillante et l'autre une gorge essentiellement circulaire. En appliquant les deux pièces avec suffisamment de force l'une contre l'autre, la bride pénètre dans la gorge en se déformant. Plus précisément, l'assemblage se fait par solidarisation de la bride avec la gorge, le bride formant un enroulement dans ladite gorge.
[0009] Le document DE-C-385 642 propose une machine pour l'assemblage par sertissage de deux éléments de tôle pour former un corps creux. [0010] Le document FR-A-2 321 962 propose un procédé d'assemblage par sertissage d'un élément de zinc et d'un élément de plomb en vue de résoudre les problèmes d'étanchéité qui se présentent dans la domaine de la couverture de bâtiment.
Buts de 1 ' invention
[0011] La présente invention vise à proposer un procédé d'assemblage d'au moins deux éléments métalliques ou pièces constitutives dont au moins un des deux est réalisé dans un acier présentant une très haute limite d'élasticité associée à une faible capacité de mise en forme en vue de réaliser des pièces de structure de forme complexe, à partir de pièces plus simples réalisables à l'aide d'opérations de mise en forme essentiellement de type pliage, n'impliquant pas de déformations importantes dans le plan de la tôle, et donc compatibles avec les aciers à hautes caractéristiques mécaniques. [0012] En effet, au sein d'une famille d'alliage donnée, par exemple les aciers, ou encore les alliages d'aluminium, plus la limite d'élasticité est élevée, plus la ductilité est réduite. Le niveau de limite d'élasticité associé à cette faible capacité de mise en forme dépend de la famille d'alliage considérée ; ainsi pour les aciers cette limite peut être située de 600 à 800 MPa selon la nuance considérée. Au delà de cette limite, les aciers ne peuvent que très difficilement être mis en forme par emboutissage : des déformations dans le plan de la tôle en traction large ou en expansion vont rapidement conduire à la rupture. Le retour élastique rend également très difficile le respect de la géométrie de la pièce. Par contre ces aciers gardent une capacité de déformation par pliage. Toutefois le rayon limite de pliage étant de plusieurs fois l'épaisseur, l'assemblage par sertissage est pratiquement impossible.
[0013] Ces aciers présentent cependant un potentiel intéressant d'amélioration des structures métalliques et en particulier des structure automobiles. Ils permettent de réduire le poids à performances égales ou encore d'améliorer les performances à poids égal.
[0014] Il est donc déterminant de pouvoir réaliser des pièces de formes complexes à partir de ces métaux à hautes caractéristiques mécaniques, ce qui est l'objet de la présente invention. Principaux éléments caractéristiques de l'invention [0015] La présente invention se rapporte à un procédé d'assemblage d'au moins deux éléments métalliques simples en feuille, en vue de créer une pièce de structure de section ouverte, de préférence en forme de "U" , ou fermée, au moins un desdits éléments métalliques présentant une haute ou très haute limite d'élasticité et une faible capacité de déformation, caractérisé en ce que : - les éléments métalliques sont mis en forme par au moins un procédé de pliage ; les éléments métalliques sont disposés l'un par rapport à l'autre suivant une section de jonction ; les éléments métalliques sont assemblés par sertissage par ourlet (4) le long de la section de jonction desdits éléments .
[0016] Au moins un des éléments est réalisé de préférence dans un acier présentant une limite d'élasticité supérieur à 400 MPa ou dans un alliage d'aluminium avec une limite d'élasticité supérieure à 200 MPa.
[0017] Avantageusement, le rapport du rayon de l'ourlet à la somme des épaisseurs des différents éléments que l'on désire assembler le long de la section de jonction est compris entre 2 et 10. [0018] De plus, le rapport de la différence entre le rayon de l'ourlet et l'épaisseur du métal le plus extérieur avec l'épaisseur du métal le plus intérieur est, avantageusement supérieur à 2. [0019] La nature ou l'épaisseur des différents éléments peut ne pas être identique pour tous les éléments. [0020] Le procédé est également caractérisé par le fait que la jonction n'est pas nécessairement rectiligne mais peut présenter une courbure locale, le rayon de courbure étant de préférence supérieur à cinq rayons extérieurs d'ourlet.
[0021] Le procédé d'assemblage selon l'invention se caractérise en outre par le fait qu'après l'opération de sertissage par ourlet, un blocage dudit ourlet vis-à-vis du glissement de ses éléments le long de la section de jonction, est obtenu par collage, mdentation ou imbrication. [0022] La présente invention concerne également le produit obtenu par le procédé d'assemblage décrit ci- dessus, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'au moins deux éléments métalliques présentant, le long d'une section de jonction, un ourlet. [0023] Sous une première forme préférée de l'invention, le produit se présente sous la forme d'une poutre en "I" à âme double, obtenue par l'assemblage de quatre éléments constitutifs reliés par quatre ourlets le long de la section de jonction des quatre éléments pris deux à deux. [0024] Sous une deuxième forme préférée de l'invention, le produit résulte de l'assemblage de deux éléments par deux ourlets de façon à former une section fermée, un des deux éléments au moins présentant une section en "U" . [0025] Le procédé de l'invention permet donc d'obtenir des pièces de structure de forme complexe à partir de matériaux métalliques en feuille présentant, d'une part, une limite d'élasticité élevée à très élevée, et d'autre part, une capacité de formage limitée. Cette dernière n'est pas contraignante au niveau d'opérations préparatoires au processus d'assemblage, telles que le pliage, impliquant peu de déformation dans le plan de la tôle. Ce procédé permet ainsi d'obtenir des pièces de géométrie équivalente à celle obtenue par emboutissage. De plus, l'assemblage par ourlet est compatible avec la faible formabilité de ces aciers, le rayon de travail valant plusieurs fois l'épaisseur, ce qui n'est pas le cas du sertissage simple par exemple. [0026] Un autre avantage de l'invention réside dans le fait que le procédé d'assemblage ou sertissage par ourlet, purement mécanique, permet de s'affranchir des problèmes de soudabilité éventuels des aciers à hautes caractéristiques mécaniques. [0027] Un avantage complémentaire de l'invention est de proposer un procédé pour la réalisation de pièces de structure renforcées, en particulier dans l'industrie automobile . [0028] Enfin, le procédé de l'invention, qui utilise une simple presse pour l'assemblage, est un procédé bon marché .
Brève description des dessins [0029] Les figures 1 décrivent une structure réalisée de manière classique présentant une géométrie en "U" .
[0030] Les figures 2 représentent les éléments constitutifs simples en vue de créer le même genre de structure que celle représentée aux figures 1 selon le procédé d'assemblage de la présente invention.
[0031] Les figures 3 représentent un outil permettant la réalisation d'une structure telle que décrite à la figure 2. [0032] La figure 4 représente des variantes d'orientation d'assemblage pour une structure en U.
[0033] Les figures 5 représentent une forme d'exécution plus complexe d'une structure possédant une section fermée et obtenue selon le procédé d'assemblage de la présente invention. [0034] La figure 6 représente l'outil mis en oeuvre pour réaliser une structure fermée telle que représentée aux igures 5.
[0035] La figure 7 représente une autre forme d'exécution d'une structure présentant la forme d'une poutre en "I" à âme double.
[0036] La figure 8 représente l'outil permettant la réalisation et l'assemblage d'une poutre en "I" à âme double . [0037] La figure 9 représente une pièce de type traverse de bouclier.
[0038] La figure 10 représente une pièce de type pied milieu.
[0039] La figure 11 représente une pièce présentant des languettes aux extrémités pour faciliter l'assemblage.
[0040] Les figures 12 illustrent le principe de blocage du glissement relatif de l'âme par rapport à la semelle dans l'assemblage par ourlet, par imbrication à l'aide d'une découpe de créneaux alternés. Les figures 12a et 12b présentent les deux tôles juste avant la réalisation de 1 ' ourlet .
Description détaillée de plusieurs formes d'exécution de
1 ' invention [0041] L'idée à la base de l'invention est de décomposer un élément de structure de forme complexe, réalisé habituellement par des opérations de mise à forme par emboutissage peu compatibles avec des aciers à hautes caractéristiques mécaniques, en sous-éléments simples, réalisés à l'aide d'opérations de formage de type pliage, et assemblés par ourlet.
[0042] La présente invention sera décrite plus en détails à l'aide des figures annexées.
[0043] La figure 1 présente le mode habituel de réalisation d'une pièce de géométrie en "U" . Classiquement ce type de pièce est obtenu par emboutissage à partir d'une tôle plane comme schématisé à la figure la. Dans le cadre d'aciers à très haute limite d'élasticité, l'emboutissage d'une telle pièce pose des problèmes sévères de maîtrise du retour élastique : la forme obtenue s'écarte sensiblement de la forme idéale comme présenté à la figure lb . Des problèmes critiques dus à la faible formabilité de ce type d'acier surviennent, par exemple lorsque la hauteur de la section en "U" varie sensiblement comme indiqué à la figure le ou lorsque la hauteur de la section restant constante, la courbure de la poutre en "U" varie localement de façon sensible (figure Id) . [0044] Le principe selon la présente invention proposé pour réaliser ce type de pièce est illustré aux figures 2. La pièce est décomposée en éléments simples, les côtés 1 et 2 , le fond 3 qui sont assemblés par un ourlet 4.
[0045] Les pièces 1, 2 et 3 peuvent être obtenues par pliage ou par relevage de bord. Ces techniques de mise en forme n'impliquent que de faibles déformations dans le plan de la tôle et sont compatibles avec des aciers à très haute limite d'élasticité présentant une faible capacité de formage .
[0046] La figure 3 présente un outil typique permettant la réalisation de ce type de pièce à l'aide d'une presse. Les éléments latéraux 1 ou 2 et le fond 3 sont préparés pour la formation de l'ourlet comme indiqué en 5. Ces pièces réalisées à l'aide d'opération de presses simples sont présentées dans l'outil décrit à la figure 3. [0047] La demi-vue de gauche présente l'outil fermé, avant la réalisation de l'ourlet, la demi-vue de droite présente l'outil une fois l'ourlet terminé. Les éléments 7, 7' et 9 prennent appui sur le coulisseau supérieur de la presse par l'intermédiaire de ressorts non représentés et dont la course d'écrasement est supérieure à la course des outils 8, 8' formant l'ourlet. Dans la situation présentée à la figure 3, les ressorts sont comprimés et pressent, par l'intermédiaire des pièces 7 et 9, les pièces 1, 2 et 3 contre la pièce 10 qui épouse leur forme et repose sur la table de la presse. Lorsque le coulisseau de la presse achève sa course, l'élément 8' qui lui est directement relié forme l'ourlet comme indiqué dans la partie droite de la figure 3. [0048] Les pièces 1, 2 et 3 ne sont pas nécessairement toutes en acier à haute limite d'élasticité : par exemple, selon la fonction de la pièce, seule la pièce 3 peut être en acier à très haute limite d'élasticité, les pièces 1 et 2 en acier présentant une meilleure capacité de mise à forme et une meilleure soudabilité, ce qui permet d'assembler facilement la pièce au reste de la structure avec des procédés d'assemblage tels que la soudure par points. Le procédé permet également d'adapter les épaisseurs aux exigences structurales de la pièce : les trois pièces 1, 2 et 3 peuvent présenter des épaisseurs différentes, le procédé d'assemblage par ourlet acceptant des épaisseurs sensiblement différentes, dont le rapport est supérieur à deux. [0049] Des variantes d'orientation de l'ourlage sont présentées à la figure 4.
[0050] Le procédé permet également de réaliser des sections fermées comme indiqué à la figure 5. Selon la figure 5, la pièce 11 peut être obtenue par simple pliage, une variation de la section fermée étant obtenue en variant la hauteur des bords plies. La pièce 12 qui ferme la section est de forme encore plus simple. Comme variante de ce cas, la pièce 11 peut également être réalisée par emboutissage d'un acier à plus basse limite d'élasticité, inférieure à 400 MPa par exemple, la pièce 12 étant en acier à très haute limite d'élasticité et jouant le rôle de renfort .
[0051] Un outillage typique permettant de réaliser ce type de pièce est présenté à la figure 6. Le principe est proche de celui décrit à la figure 3. Les éléments 14,
14' et 15 prennent appui sur le coulisseau supérieur de la presse par l'intermédiaire de ressorts non représentés.
[0052] L'élément 15 maintient les pièces 10 et 11 contre l'élément 17-17' qui repose sur la table inférieure de la presse.
[0053] Dans la partie gauche de la figure, la situation avant la formation de l'ourlet est représentée : le coulisseau de la presse a amené les éléments 14 et 15 en contact, les ressorts étant légèrement comprimés. La vue de droite présente la situation à la fin de la formation de l'ourlet : le coulisseau de la presse a poursuivi sa course et l'élément 16', qui lui est directement relié, a formé 1 ' ourlet . [0054] Un autre mode possible de réalisation de structure fermée est basé sur l'assemblage des pièces par quatre ourlets. Une section typique correspondant à cette application est présentée à la figure 7. Les pièces 22, 22' sont assemblées par ourlet avec les pièces 21 et 21' . [0055] La figure 8 présente un outillage permettant de réaliser l'assemblage par ourlet de cette section à la presse. Les pièces 21 et 22 sont préparées en vue de la formation de l'ourlet comme indiqué en 23 : elles ont reçu une préforme qui amorce l'ourlet. Les pièces sont alors placées dans l'outillage qui est composé des éléments mobiles 20 et 20', 19 et 19'. Ces éléments sont d'abord écartés, horizontalement pour 20 et 20', verticalement pour 19 et 19' . Les pièces 21 et 21' sont déposées sur 19 et 19' respectivement et maintenues par des moyens non représentés, un système magnétique par exemple. De même, les pièces 22 et 22' sont déposées sur les éléments 20 et 20' et maintenues de même. Tous les outils de type 18 (18', 18'', 18''') sont alors dans la position indiquée pour l'outil 18. Les outils 18 sont alors déplacés, successivement ou simultanément pour former l'ourlet et se trouver dans la position indiquée par 18' , 18' ' , 18' ' ' . Ce type d'outillage peut être monté sur une presse, les éléments 19, 18 et 18' étant mis en œuvre par le coulisseau supérieur de la presse : 19 est monté sur ressorts et sa course est limitée par une butée non représentée. L'élément 19' repose sur la table de la presse et est donc fixe, les outils 18'' et 18''' étant mise en action par le coulisseau inférieur de la presse. Ce type de mode d'assemblage par outil de presse permet de réaliser des formes dont la section n'est pas constante : la distance entre les pièces 21 et 21' ainsi que la distance entre les pièces 22 et 22' peuvent varier. [0056] Les applications potentielles concernent différents types de pièces de structure automobile comme pièces de renfort d'habitacle (traverse bouclier), pieds milieux, éléments de longeron, berceau moteur. Certaines de ces applications sont illustrées aux figures 8 à 10.
[0057] La technique permet de réaliser des structures de forme complexe avec des aciers présentant une très faible ductilité en profitant de la productivité du procédé d'assemblage par ourlet et du renforcement qu'il apporte à la structure. Elle permet également de ménager aux extrémités des pièces des languettes de métal permettant d'assembler facilement ces pièces au reste de la structure automobile (figure 11) .
[0058] L'assemblage par ourlet garantit un très bon maintien des métaux dans le plan perpendiculaire à l'axe de l'ourlet. Toutefois, il existe un risque non négligeable de glissement des éléments assemblés dans l'axe de l'ourlet ou du moins dans la direction longitudinale, si l'ourlet n'est pas rectiligne. On peut facilement remédier à cet inconvénient, par exemple en interposant une colle entre les deux feuilles de métal au niveau de l'ourlet, en réalisant des soudures par fusion locale ou encore de préférence en écrasant localement l'ourlet avec un outil de presse comprenant par exemple un poinçon en forme de "V" terminé par un arrondi et une enclume plane. Cette opération peut être réalisée à la presse de façon très productive : un outillage peut être conçu pour réaliser simultanément les mdentations , le pas d' mdentation étant de l'ordre de 5 à 10 fois le diamètre extérieur de 1 ' ourlet . [0059] On peut également procéder à des découpes dentelées alternées dans les deux feuilles de métal, dans la zone à assembler par ourlet, de manière à garantir un blocage longitudinal (figures 12) . Ces découpes sont pratiquées lors des étapes de fabrication à la presse de ces pièces. Les dents 20 présentent une hauteur inférieure à la circonférence de l'ourlet, par exemple le tiers de cette circonférence. La largeur des dents 20 est légèrement inférieure à celle des intervalles 21 entre les dents. Lors de l'assemblage des deux feuilles de métal par ourlet, les dents de la tôle se trouvant la plus proche de l'axe de l'ourlet s'imbriquent dans l'espace entre les dents de la feuille de métal extérieure réalisant ainsi un blocage selon l'axe de l'ourlet.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'assemblage d'au moins deux éléments métalliques simples en feuille (1,2,3 ; 11,12 ; 21 , 21 ' , 22 , 22 ' ) , en vue de créer une pièce de structure de section ouverte, de préférence en forme de "U" , ou fermée, au moins un desdits éléments métalliques présentant une haute ou très haute limite d'élasticité et une faible capacité de déformation, caractérisé en ce que : - les éléments métalliques sont mis en forme par au moins un procédé de pliage ; les éléments métalliques sont disposés l'un par rapport à l'autre suivant une section de jonction ; les éléments métalliques sont assemblés par sertissage par ourlet (4) le long de la section de jonction desdits éléments .
2. Procédé d'assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un des éléments est en acier et présente une limite d'élasticité supérieure à 400 MPa.
3. Procédé d'assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un des éléments est en alliage d'aluminium et présente une limite d'élasticité supérieure à 200 MPa.
4. Procédé d'assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le rapport du rayon de l'ourlet (4) à la somme des épaisseurs des différents éléments que l'on désire assembler le long de la section de jonction est compris entre 2 et 10.
5. Procédé d'assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le rapport de la différence entre le rayon d'ourlet (4) et l'épaisseur du métal le plus extérieur avec l'épaisseur du métal le plus intérieur est supérieur à 2.
6. Procédé d'assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la nature ou l'épaisseur des différents éléments n'est pas identique pour tous.
7. Procédé d'assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la jonction n'est pas rectiligne et présente une courbure locale, dont le rayon est supérieur à au moins cinq fois le rayon extérieur de l'ourlet (4) .
8. Procédé d'assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'après ledit sertissage par ourlet, un blocage dudit ourlet, vis-à-vis du glissement des éléments assemblés le long de la section de jonction, est obtenu par collage, mdentation ou imbrication.
9. Produit obtenu par le procédé d'assemblage décrit dans l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente au moins deux éléments métalliques (1,2,3 ; 11,12 ; 21, 21' , 22 , 22 ' ) assemblés selon un ourlet (4) le long d'une section de jonction desdits éléments.
10. Produit selon la revendication 8, caractérisé en ce que le rapport du rayon de l'ourlet (4) à la somme des épaisseurs des différents éléments que l'on assemble le long de la section de jonction est compris entre 2 et 10.
11. Produit selon la revendication 8 ou 9 , caractérisé en ce que le rapport de la différence entre le rayon d'ourlet (4) et l'épaisseur du métal le plus extérieur avec l'épaisseur du métal le plus intérieur est supérieur à 2.
12. Produit selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'une poutre en "I" à âme double obtenue par l'assemblage de quatre éléments constitutifs (21 , 21 ' , 22 , 22 ' ) reliés par quatre ourlets (4) le long de la section de jonction des quatre éléments pris deux à deux.
13. Produit selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'il résulte de l'assemblage de deux éléments (11,12) par deux ourlets (4) de façon à former une section fermée, un des deux éléments au moins présentant une section en "U" .
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