WO2002096579A2 - Procede de fabrication de profiles metalliques - Google Patents

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WO2002096579A2
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cut
welding
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Georges Eftymiades
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Airbus France
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D47/00—Making rigid structural elements or units, e.g. honeycomb structures
    • B21D47/04—Making rigid structural elements or units, e.g. honeycomb structures composite sheet metal profiles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D47/00—Making rigid structural elements or units, e.g. honeycomb structures
    • B21D47/01—Making rigid structural elements or units, e.g. honeycomb structures beams or pillars

Definitions

  • the invention relates to a method for manufacturing metal profiles and, more specifically, to a method for manufacturing metal profiles of complex shape, having for example a three-dimensional geometry, an evolving radius of curvature, a variable thickness and / or wings forming between them, in section, evolutionary angles.
  • profiles of complex shape is meant profiles whose different constituent elements have a non-planar shape.
  • a first known manufacturing process for metal profiles consists in extruding a metal bar. Straight profiles are thus obtained. These profiles can then be shaped, if necessary, for example by bending. For certain materials such as titanium, forming must be carried out at high temperature. As it is difficult to obtain directly by this process a part having the desired dimensions, a part is generally produced having dimensions slightly greater than these and the manufacture is finished by machining this part. This process has several drawbacks.
  • This • method has the disadvantage of requiring as many molds to manufacture, as one wishes to produce parts of different shapes and sizes.
  • the cost of the molds is high.
  • the metal may then not cool uniformly throughout its volume, which has the consequence of creating weak points in the structure of the profile.
  • a third known method consists in producing the profiles directly by mass machining of a metal block.
  • This method has the disadvantage of being long to implement, due to the importance of the machining cycle. In addition, it requires specific machining machines, which represents a significant investment. Thus, the manufacture of profiles more than 5m long requires large machines with 5-axis numerical control. Finally, this process mainly has the disadvantage of generating a lot of metal losses (about 95% of the metal block is transformed into chips). This is very disadvantageous, especially when the profile is made of an expensive metal such as, for example, titanium.
  • the subject of the invention is precisely a new process for manufacturing metal profiles, of complex shapes, which does not have the drawbacks of existing manufacturing processes and which in particular makes it possible to manufacture long profiles in a relatively simple, rapid and inexpensive manner, without significant loss of metal.
  • this result is obtained by a method of manufacturing a metal profile having in cross section at least two distinct non-aligned parts, said method being characterized in that it is applied to the manufacture of a profile of complex shape only formed of non-planar parts forming between them an angle which can be any and evolving according to profile length, and in that it consists in cutting from at least one metal sheet elements to dimensions corresponding to those of each of said parts, then assembling these elements together to obtain said metal profile.
  • the edge of at least one of the elements is advantageously cut at a bevel, before being assembled with the other element.
  • the various elements constituting the profile are cut flat, in flat metal sheets, then shaped before being assembled.
  • the elements can however be shaped before being cut from the metal sheet.
  • the deformations (elongation or shrinking) which will be induced during its shaping are advantageously calculated in each element intended to be shaped.
  • This element is then cut to dimensions which are corrected by taking into account the abovementioned deformations.
  • the different elements are assembled to each other by welding.
  • This assembly can then be done by means of at least one laser beam, preferably without adding material.
  • the assembly by welding can be carried out either at points distributed along a contact zone between the elements, ie continuously along said zone.
  • the elements are advantageously kept in contact with each other by a clamping tool, according to a predetermined relative positioning.
  • the identical elements are advantageously cut simultaneously from a stack of sheets.
  • Recesses which may or may not be through holes, are optionally machined in at least some of the elements, before or during their cutting.
  • the cutting of the different elements of the profile is preferably made either by high speed laser beam, or by abrasive water jet, or by traditional mechanical machining.
  • Figure 4 schematically illustrates, in cross section, a first technique of assembly by welding of the two elements forming the T-profile of Figures 1 to 3;
  • Figure 5 is a view comparable to Figure 4, which illustrates a second joining technique by welding;
  • Figure G is a view comparable to Figures 4 and 5, which illustrates a third assembly technique by welding;
  • Figure 7 is a sectional view comparable to Figures 4 to 6, which illustrates the assembly of two elements of a T-profile, not orthogonal to each other.
  • drawings are made which represent the various elements whose assembly will then make it possible to manufacture the profile.
  • Each of these drawings represents in three-dimensional form one of the constituent elements of the profile. Separation of the overall drawing into as many individual drawings as the profile has of constituent elements is also carried out, preferably, using CAD tools.
  • Each of the elements thus defined is then developed in order to obtain the flat outline of a part called upon to constitute said element, after forming.
  • This contour is established by taking into account the elongations or contractions likely to occur during the forming process.
  • the deformations which will be induced in the element considered during its shaping are calculated and the corrected dimensions of the flat contour from which said element will be cut out are established, taking these deformations into account. Any suitable method can be used for this purpose, preferably using computer means.
  • the different metal elements forming the profile are cut from a thin sheet, according to the flat contours previously determined.
  • sheets with a thickness of between 0.5 mm and 2.5 mm it is possible in particular to use sheets with a thickness of between 0.5 mm and 2.5 mm.
  • these elements can possibly be cut simultaneously from a panoply of stacked sheets.
  • the various elements to be cut are placed in the sheet to be cut according to a nesting method, so as to optimize their placement and to minimize metal falls. This arrangement is particularly advantageous when using an expensive metal such as titanium.
  • the cuts can be made by any known means and in particular by using a high speed laser beam, an abrasive water jet cutting machine or a traditional machining machine.
  • the different metallic elements can be cut directly to the dimensions of the finished parts, with an accuracy of the order of two tenths of a millimeter.
  • certain parameters of the laser beam are advantageously adjusted, such as its intensity and its speed of movement, according to the characteristics of the sheet to be cut.
  • the same laser beam can also be used to carry out a preliminary marking of the contour on each of the elements to be cut.
  • the laser beam parameters are then set differently to provide this function.
  • the contours of the elements to be cut can also be identified on the sheet by means of a light beam.
  • the cutting of the different elements is made from a flat sheet.
  • plane metallic elements These are then formed, for example by forming, bending, etc. in a direction perpendicular to their thickness.
  • the elements can also be directly cut from a sheet previously shaped, such as a curved sheet, or the like.
  • the cutting step or the step of forming the constituent elements of the profile can be followed by a complementary step of surface treatment such as a degreasing step, ie ; clogging, etc.
  • each of the constituent elements of the profile has a uniform thickness and a constant width over its entire length.
  • this arrangement should not be considered as limiting the method according to the invention. So some at. fewer of said elements may have a non-uniform thickness (depending on the length and / or depending on the width of the element) and / or a variable width (continuously and progressively or discontinuously) depending on its length.
  • this characteristic can in particular be obtained by chemical or mechanical machining, preferably after its cutting.
  • these elements can be kept in contact, in said relative position, by a clamping tool.
  • the elements thus positioned are then assembled together.
  • the assembly can be carried out by any suitable means such as, preferably, by welding.
  • the positioning and assembly steps are repeated as many times as necessary, taking into account in particular the accessibility of the parts to be welded, until the profile under consideration is completely produced.
  • the steps thus repeated can relate to either at least two isolated elements, or at least one isolated element and at least one sub-assembly - made up of several already assembled elements, - or even at least two • sub-assemblies made up of several already assembled elements .
  • Figure 1 the manufacture of a straight profile is shown: PI with a T-shaped cross section.
  • the PI profile is manufactured by assembling two planar and rectangular elements Al and Bl.
  • Element Al (view (a) in Figure 1) forms the lower wing of T and element Bl (view (b) in Figure 1) forms the upper wing of T.
  • Element Bl is arranged perpendicular to one of the faces of the element Al, so that one f B ⁇ of the longitudinal edges of the element Bl is in contact with the aforementioned face of the element Al along a longitudinal axis x A1 of this face (view (c) in Figure 1).
  • the assembly of elements A1 and B1 is preferably carried out by welding.
  • Figure 2 there is shown the manufacture of a section P2 with a T-shaped cross section, bent in a single spatial direction.
  • the section P2 is also manufactured by assembling two elements A2 and B2.
  • the element A2 forming the lower wing of the T is planar and substantially in the shape of a crown arc
  • the element B2 forming the upper wing of the T is obtained by. cutting of a rectangular element in a flat sheet (view (b) in figure 2), then bending of: this rectangular element according to a curvature identical to that of an axis
  • the method according to the invention is applied to the manufacture of a profile P3 with a T-shaped cross section, bent in two spatial directions orthogonal to one another.
  • the profile is produced by assembling, preferably by welding, two elements A3 and B3.
  • the element A3 which forms the lower wing of the T, is obtained by cutting a planar element and substantially in the form of a crown arc in a flat metal sheet (view (a) in FIG. 3). This one is then bent, in a direction perpendicular to its thickness, as shown in view (b) in Figure 3.
  • Element B3 which forms the upper wing of the T, is obtained by cutting an element of suitable shape from a flat sheet (view (c) in Figure 3). This element is then bent along a curvature identical to that of a longitudinal axis x A3 of the element A3 (view (d) in FIG. 3). As illustrated in (e) on the right of FIG. 3, the assembly is then carried out, .. v, th. preferably by welding, placing the element '.' B3. perpendicular to the - '. one of the faces of the element A3, -' so that one f B3 of the longitudinal edges of. the element B3 is in contact with the aforementioned face of the element A3 along one axis. • longitudinal x A3 of this face.
  • This clamping tool may in particular include wedges, presses, clamps, etc.
  • the weld bead is advantageously produced continuously, without the addition of material, by means of a laser beam.
  • welding can also be carried out at points situated at suitable locations along the contact zone between the elements to be assembled. As illustrated diagrammatically by arrows in (a) and (b) in FIG. 4, the welding can be carried out in two stages by means of a laser beam
  • the welding can also be carried out at once, by means of two laser beams (double flux) used simultaneously and placed on either side of the junction zone. between .elements A and B to be assembled.
  • the welding can also be carried out in a single pass (by transparency), by means of a single laser beam ', when the element A forming. , the lower element of the T has a sufficiently small thickness (at most about 2.5 mm). Welding is then carried out through this element A. In this case, it is preferably used a clamping tool ensuring correct maintenance of all the parts to be welded, to avoid any deformation. It is then possible to control the direction of the laser beam on the element B to be welded, so that the laser beam follows the joint line even in the event that a deviation of the part B occurs, for any reason.
  • the elements such as A and B forming the profile P must be assembled together in a non-orthogonal direction.
  • the edge of the part B is then bevelled to be assembled with the part A, so as to form a chamfer.
  • the edge of the part B is in contact with the opposite face of the part A over the entire surface of the chamfer.
  • the angle formed between the elements such as A and B forming the profile P can also be variable depending on the length of the profile.
  • the angle of the chamfer machined on the edge of part B. scheduled to be assembled in part A is also evolving.
  • One or more of the elements intended to form the profile can be the object of additional machining such as the cutting of recesses in this element.
  • These recesses can fulfill different functions, without departing from the scope of the invention.
  • they may be holes intended for the subsequent fixing of the profile or for the fixing of other elements on the profile, fixing holes or passage of cables, or recesses intended to reduce the weight of the finished profile. while retaining sufficient characteristics of resistance to mechanical stresses to which it may be subjected.
  • the aforementioned recesses and holes can be made, directly to the finished diameter, preferably during the cutting phase of the element considered.
  • the recesses are preferably made using the same laser.
  • Hl'.invention presents the great: at.vantage to allow the production of profiles of complex shapes, directly to • desired dimensions and • with good precision
  • the method according to the invention also makes it possible to minimize material losses. Indeed, these are limited to the scrap produced during the cutting of the sheets. As previously observed, these drops can be reduced by optimizing the positioning of the various elements when cutting the sheet.
  • the manufacturing method according to the invention makes it possible to produce profiles of complex shapes at a lower cost than the methods of the prior art.
  • the mechanical stresses in the profile structure are minimized since there is no no forming of a three-dimensional profile, but only thin sheets depending on their thickness. Since this is small compared to the other dimensions of the shaped elements, and also generally compared to the radii of curvature used during forming, the mechanical stresses induced in the various constituent elements of the profile are therefore low.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)

Abstract

Pour réaliser un profilé métallique (P3) de forme complexe, on le dessine en trois dimensions, à sa taille définitive, puis on dessine et on développe à plat chacun des éléments formant une partie distincte du profilé. On découpe alors ces éléments (A3, B3) dans au moins une tôle métallique. Cette découpe est réalisée de préférence à plat, dans une tôle plane. Si nécessaire, l'un au moins des éléments (A3, B3) est ensuite mis en forme. Enfin, les éléments (A3, B3) sont assemblés entre eux, par exemple par soudage, pour former le profilé (P3).

Description

PROCEDE DE FABRICATION DE PROFILES METALLIQUES
DESCRIPTION
Domaine technique
L'invention concerne un procédé de fabrication de profilés métalliques et, plus précisément, un procédé permettant de fabriquer des profilés métalliques de forme complexe, présentant par exemple une géométrie tridimensionnelle, un rayon de courbure évolutif, une épaisseur variable et/ou des ailes formant entre elles, en section, des angles évolutifs.
Par "profilés de forme complexe", on entend des profilés dont les différents éléments constitutifs ont une forme non plane .
Etat de la techniique
Un premier procédé de fabrication connu de profilés métalliques consiste à extruder une barre de métal. On obtient ainsi des profilés rectilignes. Ces profilés peuvent ensuite être mis en forme, si nécessaire, par exemple par cintrage. Pour certains matériaux tels que le titane, le formage doit être effectué à haute température. Comme il est difficile d'obtenir directement par ce procédé une pièce présentant les dimensions désirées, on réalise généralement une pièce présentant des dimensions légèrement supérieures à celles-ci et on termine la fabrication par un usinage de cette pièce. Ce procédé présente plusieurs inconvénients.
Ainsi, il est long et difficile à mettre en œuvre. De plus, son coût est élevé en raison de nombreuses opérations qui doivent être réalisées (extrusion, formage, usinage) . En outre, l'opération de formage appliquée à un profilé déjà extrudé a pour conséquence d'induire des contraintes mécaniques dans la structure de celui-ci, ce qui peut entraîner une moindre résistance aux efforts dans certaines zones de ladite structure .
Une autre technique connue de fabrication de profilés métalliques consiste à fabriquer directement ceux-ci par moulage. Les profilés sont alors obtenus en une seule .opération, en effectuant une .-.coulée de précision directement aux dimensions désirées.
Ce • procédé présente 1 ' inconvénient de nécessiter autant de moules de fabrication, que l'on souhaite produire de pièces de formes et de dimensions différentes. Or, le coût des moules est élevé.
De plus, ce procédé est difficile à mettre en œuvre pour des profilés de longueur importante par rapport à leur section, tels que des profilés de plusieurs mètres de longueur (en particulier de plus de
5 mètres) et présentant une section en forme de T, de I, de H ou de N ou toute autre section et dont les ailes ne mesurent que quelques dizaines de millimètres de largeur pour des épaisseurs de 1,5 à 2 mm. En effet, le métal risque alors de ne pas se refroidir uniformément dans tout son volume, ce qui a pour conséquence d'entraîner la création de points faibles dans la structure du profilé.
De surcroît, le procédé de fabrication par moulage appliqué à des profilés de grande longueur nécessite des installations de production de grandes dimensions, donc d'investissement élevé. Un troisième procédé connu consiste à réaliser directement les profilés par usinage dans la masse d'un bloc métallique.
Ce procédé présente l'inconvénient d'être long à mettre en œuvre, en raison de l'importance du cycle d'usinage. De plus, il nécessite des machines d'usinage spécifiques, ce qui représente un investissement important. Ainsi, la fabrication de profilés de plus de 5m de long nécessite des machines de grandes dimensions à commande numérique 5 axes. Enfin ce procédé a surtout pour, inconvénient de générer beaucoup de pertes de métal (environ 95% du bloc métallique est transformé en copeaux). Ceci est très pénalisant, notamment lorsque le profilé est fabriqué dans un métal coûteux tel que, par exemple, le titane.
Expose de 1 • invention
L'invention a précisément pour objet un nouveau procédé de fabrication de profilés métalliques, de formes complexes, ne présentant pas les inconvénients des procédés de fabrication existants et permettant notamment de fabriquer des profilés de grande longueur de façon relativement simple, rapide et peu coûteuse, sans perte notable de métal. Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu grâce à un procédé de fabrication d'un profilé métallique présentant en section transversale au moins deux parties distinctes non alignées, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il est appliqué à la fabrication d'un profilé de forme complexe uniquement formé de parties non planes formant entre elles un angle pouvant être quelconque et évolutif selon la longueur de profilé, et en ce qu'il consiste à découper dans au moins une tôle métallique des éléments à des dimensions correspondant à celles de chacune desdites parties, puis à assembler ces éléments entre eux pour obtenir ledit profilé métallique.
Lorsque deux éléments doivent être assemblés entre eux selon des directions non orthogonales, on découpe avantageusement en biseau le bord de l'un au moins des éléments, avant de l'assembler à l'autre élément.
De préférence, les différents éléments constituant le profilé sont découpés à plat, dans des tôles métalliques planes, puis mis en forme avant d'être assemblés. En variante, les éléments peuvent toutefois être mis en forme avant d'être découpés dans la tôle métallique.
Avant de procéder à la découpe de la tôle, on calcule avantageusement les déformations (allongements ou rétreints) qui seront induites lors de sa mise en forme, dans chaque élément prévu pour être mis en forme. On découpe ensuite cet élément à des dimensions qui sont corrigées en prenant en compte les déformations précitées. Selon une mise en œuvre préférée de l'invention, les différents éléments sont assemblés les uns aux autres par soudure. Cet assemblage peut alors être fait au moyen d'au moins un faisceau laser, de préférence sans apport de matière. Selon le cas, l'assemblage par soudure peut être réalisé soit en des points répartis le long d'une zone de contact entre les éléments, soit de façon continue le long de ladite zone.
Lors de l'assemblage, les éléments sont avantageusement maintenus en contact les uns contre les autres par un outillage de bridage, selon un positionnement relatif prédéterminé.
De préférence, on établit d'abord un dessin tridimensionnel du profilé métallique à ses dimensions définitives, puis un dessin du contour de chacun des éléments, avant de les découper. Ces opérations sont avantageusement effectuées au moyen d'outils de conception par ordinateur.
Il est alors possible de dessiner le contour de chacun des éléments par marquage, préalablement à leur découpe, au moyen d'un faisceau laser. En variante, le contour des différents éléments peut aussi être dessiné au moyen d'un faisceau lumineux, lors de leur découpe .
Lorsque plusieurs profilés identiques doivent être fabriqués, les éléments identiques sont avantageusement découpés simultanément dans un empilement de tôles.
Des évidements, qui peuvent être des trous traversant ou non, sont éventuellement usinés dans certains au moins des éléments, avant ou pendant leur découpe .
Afin de minimiser les chutes de métal, il est aussi possible, selon une caractéristique avantageuse de l'invention, de découper plusieurs des éléments dans la même tôle métallique, en optimisant leur positionnement relatif. La découpe des différents éléments du profilé est faite de préférence soit par faisceau laser à grande vitesse, soit par jet d'eau abrasif, soit encore par usinage mécanique traditionnel .
Brève description des dessins
On décrira à présent, à titre d'exemples illustratifs et non limitatifs, différents modes de réalisation de l'invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : la •'• figure 1 illustre schématiquement les différentes étapes de fabrication d'un profilé rectiligne à section en T ; la figure 2 est une vue comparable à la figure 1, qui illustre les différentes étapes de fabrication d'un profilé cintré selon une seule direction spatiale, à section en forme de T ; la figure 3 est une vue comparable aux figures
1 et 2, qui illustre les différentes étapes de fabrication d'un profilé cintré selon deux directions spatiales différentes, à section en forme de T, conformément à 1 ' invention ; la figure 4 illustre schématiquement, en section transversale, une première technique d'assemblage par soudage des deux éléments formant le profilé en T des figures 1 à 3 ; la figure 5 est une vue comparable à la figure 4, qui illustre une deuxième technique d'assemblage par soudage ; la figure G est une vue comparable aux figures 4 et 5, qui illustre une troisième technique d'assemblage par soudage ; et la figure 7 est une vue en coupe comparable aux figures 4 à 6, qui illustre l'assemblage de deux éléments d'un profilé en T, non orthogonaux entre eux.
Description détaillée de plusieurs modes de réalisation préférés de 1 ' invention Pour faciliter la compréhension de l'invention, tous les modes de réalisation illustrés sur les figures concernent la fabrication de profilés présentant une section transversale., .en forme de T. On comprendra cependant que 1 ' invention . ne doit en aucun cas être considérée comme limitée à ce type de profilés. Ainsi, toute section transversale susceptible d'être obtenue par le procédé selon l'invention, telle qu'une section en forme de I , de H, de L, etc. rentre dans le cadre de la présente invention. Les profilés métalliques dont la fabrication est envisagée sont tout d'abord dessinés à leur forme définitive, selon des vues appropriées permettant de déterminer leur géométrie tridimensionnelle. Cette première opération est réalisée de préférence au moyen d'outils de conception assistée par ordinateur (CAO).
A partir de ce dessin d'ensemble, on réalise des dessins qui représentent les différents éléments dont l'assemblage permettra ensuite de fabriquer le profilé. Chacun de ces dessins représente sous forme tridimensionnelle l'un des éléments constitutifs du profilé. La séparation du dessin d'ensemble en autant de dessins individuels que le profilé comporte d'éléments constitutifs est également réalisée, de préférence, en utilisant des outils de CAO.
Chacun des éléments ainsi défini est ensuite développé afin d'obtenir le contour à plat d'une pièce appelée à constituer ledit élément, après formage. Ce contour est établi en tenant compte des allongements ou des rétreints susceptibles de se produire lors du processus de formage. A cet effet, on calcule les déformations qui seront induites dans 1 ' élément considéré lors de sa mise en forme et on établit les dimensions corrigées du contour à plat auquel ledit élément sera découpé, en prenant en compte ces déformations. On peut utiliser à cet effet toute méthode appropriée mettant en œuvre, de préférence, des moyens informatiques.
Dans le cas où plusieurs profilés identiques doivent être réalisés, les étapes qui viennent d'être décrites sont mises en œuvre en une seule fois, avant le début de la fabrication. Au contraire, les étapes suivantes sont répétées lors de la fabrication de chacun des exemplaires de la série de profilés identiques .
Les différents éléments métalliques formant le profilé sont découpés dans une tôle mince, selon les contours à plat préalablement déterminés. A titre d'exemple nullement limitatif de la portée de l'invention, on peut notamment utiliser des tôles d'épaisseur comprise entre 0,5 mm et 2,5 mm.
Lorsque plusieurs éléments identiques doivent être réalisés, ces éléments peuvent éventuellement être découpés simultanément dans une panoplie de tôles empilées . Avantageusement, les différents éléments à découper sont placés dans la tôle à découper selon une méthode par imbrication, de façon à optimiser leur placement et à minimiser les chutes de métal . Cet agencement est particulièrement avantageux lorsqu'on utilise un métal onéreux tel que le titane.
Les découpes peuvent être réalisées par tout moyen connu et notamment en utilisant un faisceau laser à grande vitesse, une machine de découpe à jet d'eau abrasif ou une machine à usinage traditionnel. Dans . ce cas, les différents-, .éléments métalliques peuvent... être découpés directement .aux dimensions des pièces finies, avec une précision de l'ordre, de deux dixièmes de millimètre . Lorsqu'on utilise un laser pour effectuer les découpes , on règle avantageusement certains paramètres- du faisceau laser, tels que son intensité et sa vitesse de déplacement, selon les caractéristiques de la tôle à découper. Dans ce cas, il est à noter que le même faisceau laser peut aussi être utilisé pour effectuer un marquage préalable du contour sur chacun des éléments à découper. Les paramètres du faisceau laser sont alors réglés différemment pour assurer cette fonction. En variante et notamment lorsqu'on n'utilise pas de laser pour effectuer la découpe, les contours des éléments à découper peuvent aussi être repérés sur la tôle au moyen d'un faisceau lumineux.
Généralement, la découpe des différents éléments est faite dans une tôle plane. On obtient alors des éléments métalliques plans. Ces éléments sont ensuite formés, par exemple par formage, pliage, etc. selon une direction perpendiculaire à leur épaisseur.
Selon une variante de réalisation, les éléments peuvent aussi être directement découpés dans une tôle préalablement mise en forme, telle qu'une tôle cintrée, ou autre.
Dans certains cas, l'étape de découpe ou l'étape de formage des éléments constitutifs du profilé peut être suivie d'une étape complémentaire de traitement de surface telle qu'une .étape de dégraissage, ie ;colmatage, etc..
Généralement, chacun des éléments constitutifs du profilé .a une épaisseur uniforme et une largeur constante sur toute sa longueur. Toutefois, cet agencement ne doit pas être considéré comme limitatif du procédé selon 'l'invention. Ainsi, certains au. moins desdits éléments peuvent présenter une épaisseur non uniforme (selon la longueur et/ou selon la largeur de l'élément) et/ou une largeur variable (de façon continue et évolutive ou de façon discontinue) selon sa longueur. Dans le cas d'un élément présentant une épaisseur variable, cette caractéristique peut notamment être obtenue par un usinage chimique ou mécanique, de préférence après sa découpe. Lorsque les différents éléments destinés à former le profilé ont été découpés et cintrés, on positionne au moins deux éléments adjacents du profilé de façon qu'ils soient en contact l'un contre l'autre, dans la position relative qu'ils occuperont dans le profilé fini. Si nécessaire, ces éléments peuvent être maintenus en contact, dans ladite position relative, par un outillage de bridage . Les éléments ainsi positionnés sont ensuite assemblés entre eux. L'assemblage peut être effectué par tout moyen approprié tel que, de préférence, par soudure . Les étapes de positionnement et d'assemblage sont répétées autant de fois que nécessaire, en tenant compte notamment de l'accessibilité des parties à souder, jusqu'à la réalisation complète du profilé considéré. Les étapes ainsi répétées peuvent concerner soit au moins deux éléments isolés, soit au moins un élément isolé et au moins un sous-ensemble -constitué de plusieurs éléments déjà assemblés,' soit encore au moins deux •sous-ensembles constitués de plusieurs éléments déjà assemblés. Sur la figure 1, on a représenté la fabrication d'un profilé rectiligne : PI à section transversale en forme de T.
Dans ce cas, le profilé PI est fabriqué en assemblant deux éléments Al et Bl plans et rectangulaires. L'élément Al (vue (a) sur la figure 1) forme l'aile inférieure du T et l'élément Bl (vue (b) sur la figure 1) forme l'aile supérieure du T. L'élément Bl est disposé perpendiculairement à l'une des faces de l'élément Al, de telle sorte que l'un fBι des bords longitudinaux de l'élément Bl soit en contact avec la face précitée de 1 ' élément Al selon un axe longitudinal xA1 de cette face (vue (c) sur la figure 1) . Comme on le décrira plus en détail par la suite, l'assemblage des éléments Al et Bl est réalisé de préférence par soudage. Sur la figure 2, on a représenté la fabrication d'un profilé P2 à section transversale en forme de T, cintré selon une seule direction spatiale.
Dans ce cas, le profilé P2 est également fabriqué en assemblant deux éléments A2 et B2.
L'élément A2 formant l'aile inférieure du T est plan et sensiblement en forme d'arc de couronne
(vue (a) sur la figure 2) . L'élément B2 formant l'aile supérieure du T est obtenu par . découpage d'un élément rectangulaire dans une tôle plane (vue (b) sur la figure 2) , puis cintrage de\:.cet .élément rectangulaire selon une courbure identique à celle d'un axe
•longitudinal xA2 de l'élément A2 (vue (c) sur la figure
2) . On assemble ensuite les ' éléments A2 et B2, de préférence par soudage, en disposant l'élément B2 perpendiculairement à l'une deis faces de l'élément A2, de telle sorte que l'un fB2 des bords longitudinaux de l'élément B2 soit en contact avec la face précitée de l'élément A2 selon l'axe longitudinal xA2 de cette face (vue (d) sur la figure 2) .
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 3, le procédé selon l'invention est appliqué à la fabrication d'un profilé P3 à section transversale en forme de T, cintré selon deux directions spatiales orthogonales l'une à l'autre.
Comme précédemment, le profilé est fabriqué en assemblant, de préférence par soudage, deux éléments A3 et B3.
L'élément A3, qui forme l'aile inférieure du T, est obtenu en découpant un élément plan et sensiblement en forme d'arc de couronne dans une tôle métallique plane (vue (a) sur la figure 3) . Celui-ci est ensuite cintré, dans une direction perpendiculaire à son épaisseur, comme le montre la vue (b) sur la figure 3.
L'élément B3, qui forme l'aile supérieure du T, est obtenu par découpage d'un élément de forme appropriée dans une tôle plane (vue (c) sur la figure 3) . Cet élément est ensuite cintré selon une courbure identique à celle d'un axe longitudinal xA3 de l'élément A3 (vue (d) sur la figure 3) . Comme on l'a illustré en (e) sur la droite de la figure 3, 1 ' assemblage est ensuite réalisé,..v,dé. préférence par soudage, en disposant l'élément'.' B3. perpendiculairement à l'-'.une des faces de l'élément A3,-' de telle sorte que l'un fB3 des bords longitudinaux de. l'élément B3 soit en contact avec la face précitée de l'élément A3 selon 1 ' axe. • longitudinal xA3 de cette face.-.
Quelle que soit leur forme et comme on l'a déjà mentionné, une fois que deux éléments métalliques sont positionnés en contact l'un contre l'autre, ils sont avantageusement maintenus dans cette position par un outillage de bridage approprié. Cet outillage de bridage peut notamment comprendre des cales, des presses, des serre-joints, etc..
Dans le mode de réalisation préféré de l'invention où les différents éléments sont assemblés par soudage, le cordon de soudure est réalisé avantageusement en continu, sans apport de matière, au moyen d'un faisceau laser. En variante, le soudage peut aussi être effectué en des points situés en des emplacements appropriés le long de la zone de contact entre les éléments à assembler. Comme on l'a illustré schématiquement par des flèches en (a) et (b) sur la figure 4, la soudure peut être réalisée en deux fois au moyen d'un faisceau laser
(simple flux) placé successivement de part et d'autre de la zone de jonction entre les deux éléments A et B à assembler.
Comme le montrent schématiquement les flèches sur la figure 5, la soudure peut aussi être réalisée en une seule fois, au moyen de deux faisceaux laser (double flux) utilisés simultanément et placés, de part et d'autre .de la • zone de jonction entre les .éléments A et B à assembler.
Comme1- on l'a illustré par une flèche sur la figure 6, la soudure peut aussi être réalisée en un seul passage (par transparence), au moyen d'un seul faisceau laser', lorsque l'élément A formant. ,l ' élément inférieur du T présente une épaisseur suffisamment faible (au plus environ 2,5 mm) . La soudure est alors réalisée au travers de cet élément A. Dans ce cas, on utilise de préférence un outillage de bridage assurant un maintien correct de l'ensemble des pièces à souder, pour éviter toute déformation. Il est alors possible d'asservir la direction du faisceau laser sur l'élément B à souder, afin que le faisceau laser suive la ligne de joint même dans le cas où une déviation de la pièce B se produirait, pour une raison quelconque.
Dans certains cas et comme on l'a illustré schématiquement sur la figure 7, les éléments tels que A et B formant le profilé P doivent être assemblés entre eux selon une direction non orthogonale. Avant de procéder à l'assemblage, on usine alors en biseau le bord de la pièce B prévue pour être assemblée à la pièce A, de façon à former un chanfrein. Ainsi, le bord de la pièce B est en contact avec la face en regard de la pièce A sur toute la surface du chanfrein. Cet agencement permet de réaliser une soudure de qualité similaire à celle des soudures réalisées entre deux éléments orthogonaux entre eux.
Il est à noter que l'angle formé entre les éléments tels que A et B formant le profilé P peut aussi être évolutif selon la longueur du profilé . Dans ce cas, .l'angle du chanfrein usiné sur le bord de la pièce B . prévue pour être assemblée à la pièce A est également évolutif.
Un ou plusieurs des éléments destinés à former le profilé peuvent faire l'objet d'un usinage complémentaire tel que la découpe d'évidements dans cet élément,. Ces évidements peuvent remplir différentes fonctions, sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, il peut s'agir de trous destinés à la fixation ultérieure du profilé ou à la fixation d'autres éléments sur le profilé, de trous de fixation ou de passage de câbles, ou d'évidements destinés à diminuer le poids du profilé fini tout en conservant des caractéristiques suffisantes de résistance aux contraintes mécaniques auxquelles il peut être soumis. Les évidements et les trous précités peuvent être réalisés, directement au diamètre fini, de préférence pendant la phase de découpage de l'élément considéré. Lorsqu'un laser est utilisé pour réaliser la découpe, on réalise de préférence les évidements au moyen du même laser. La réalisation des évidements avant la soudure des différents éléments présente l'avantage d'être simple à mettre en œuvre, du fait qu'elle a lieu dans un plan, alors que des moyens de découpe sont déjà mis en œuvre. Il est évidemment plus difficile de réaliser des évidements dans un profilé terminé, présentant une géométrie tridimensionnelle, comme 1 ' imposent les profilés extrudés ou usinés dans la masse de l'art antérieur. Puisque les découpes des éléments et des évidements éventuels sont réalisées aux dimensions finales, aucune retouche n'est nécessaire, ce qui permet un gain de temps . Le procédé de fabrication conforme à
:Hl'.invention présente le grand .:à.vantâge de permettre la production de profilés de formes complexes, directement aux • dimensions voulues et • avec une bonne précision
.(sensiblement de l'ordre de', quelques dizaines de millimètres) .
Le procédé selon 1 ' invention permet aussi de minimiser les pertes de matière. En effet, celles-ci sont limitées aux chutes produites lors du découpage des tôles. Comme on l'a observé précédemment, ces chutes peuvent être réduites par une optimisation du positionnement des différents éléments lors du découpage de la tôle .
Etant donné que les pertes de matière sont minimales et que la mise en œuvre du procédé comporte peu d'étapes de production (découpage, formage éventuel, traitement de surface éventuel et assemblage) , le procédé de fabrication selon l'invention permet de produire des profilés de formes complexes à un coût moindre que les procédés de l'art antérieur.
De surcroît, les contraintes mécaniques dans la structure du profilé sont minimisées puisqu'il n'y a pas de formage d'un profilé tridimensionnel, mais seulement de tôles minces selon leur épaisseur. Etant donné que celle-ci est faible par rapport aux autres dimensions des éléments mis en forme, et aussi généralement par rapport aux rayons de courbure mis en œuvre lors du formage, les contraintes mécaniques induites dans les différents éléments constitutifs du profilé sont donc faibles .

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'un profilé métallique (P; PI; P2 ; P3) présentant en section transversale au moins deux parties distinctes non alignées, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il est appliqué à la fabrication d'un profilé de forme complexe uniquement formé de parties non planes formant entre elles un angle pouvant être quelconque et évolutif selon la longueur du profilé, et en ce qu'il consiste à découper dans au moins une tôle, métallique des éléments (A, B; Al, Bl; A2 , B2 ; A3, B3) à des dimensions correspondant à celles de chacune desdites parties, puis à assembler ces éléments entre eux pour obtenir ledit profilé métallique.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on découpe en biseau un bord de l'un au moins (B) des éléments, avant de l'assembler à un autre élément (A) selon une direction non orthogonale à celui-ci .
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 , dans lequel lesdits éléments (A, B; Al, Bl; A2 , B2 ; A3, B3) sont découpés à plat dans des tôles métalliques planes, puis mis en forme avant d'être assemblé.
4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel lesdits éléments (A, B; Al, Bl; A2 , B2 ; A3, B3) sont découpés dans des tôles métalliques préalablement mises en forme.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, dans lequel on calcule des déformations qui seront induites dans chaque élément (B2; A3, B3 ) prévu pour être mis en forme, et on découpe cet élément à des dimensions corrigées en prenant en compte lesdites déformations.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les éléments (A, B; Al, Bl; A2 , B2 ; A3, B3) sont, assemblés par soudure;
7. Procédé selon la revendication 6 , dans lequel on réalise l'assemblage par soudure au moyen d'au moins un faisceau laser.
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel on réalise l'assemblage par soudure d'un bord • d'un premier élément (B) sur une face d'un deuxième élément (A) au moyen d'un seul faisceau laser agissant successivement de part et d'autre du premier élément (B) .
9. Procédé selon la revendication 7, dans lequel on réalise l'assemblage par soudure d'un bord d'un premier élément (B) sur une face d'un deuxième élément (A) au moyen de deux faisceaux laser agissant simultanément de part et d'autre du premier élément (B) .
10. Procédé selon la revendication 7, dans lequel on réalise l'assemblage par soudure d'un bord d'un premier élément (B) sur une face d'un deuxième élément (A) au moyen d'un seul faisceau laser agissant par transparence au travers du deuxième élément (B) .
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, dans lequel l'assemblage par soudure est réalisé sans apport de matière.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 11, dans lequel l'assemblage par soudure est réalisé en des • points répartis le long d'une zone de contact entre les éléments.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 11, dans lequel l'assemblage par soudure est réalisé de façon continue le long d'une zone de contact entre les éléments.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les éléments
(A, B; Al, Bl; A2 , B2 ; A3, B3) sont maintenus en contact les uns contre les autres par un outillage de bridage, selon un positionnement relatif prédéterminé, lors de leur assemblage.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on établit un dessin tridimensionnel du profilé métallique (P; PI; P2; P3) à ses dimensions définitives, puis un dessin du contour à plat de chacun des éléments (A, B; Al, Bl;
A2, B2 ; A3, B3), avant de découper ceux-ci.
16. Procédé selon la revendication 15, dans lequel on établit le dessin tridimensionnel du profilé (P; PI; P2; P3 ) et le dessin du contour de chacun des éléments (A, B; Al, Bl; A2 , B2 ; A3, B3) au moyen d'outils de conception par ordinateur.
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 15 et 16, dans lequel on dessine le contour de chacun des éléments (A, B; Al, Bl; A2 , B2; A3, B3) par marquage, préalablement à leur découpe, au moyen d'un faisceau laser.
18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 15 et 16, dans lequel on dessine le contour de chacun des éléments (A, B; Al, Bl; A2 , B2; A3, B3) au moyen d'un faisceau lumineux, lors de leur, découpe .
19. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on découpe plusieurs éléments (A, B; Al, Bl; A2 , B2; A3, B3) identiques simultanément dans un empilement de tôles.
20. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on découpe également des évidements dans au moins certains desdits éléments (A, B; Al, Bl; A2, B2 ; A3, B3 ) .
21. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on découpe plusieurs des dits éléments (A, B; Al, Bl; A2, B2; A3, B3) dans la même tôle métallique, en optimisant leur positionnement relatif, de façon à minimiser les chutes de métal .
22. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on découpe lesdits éléments (A, B; Al, Bl; A2, B2 ; A3, B3)- en utilisant une technique de découpe choisie dans le groupe comprenant la découpe par faisceau laser à grande vitesse, la découpe par jet d'eau abrasif et l'usinage mécanique traditionnel.
23. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on effectue sur l'un au moins des éléments (A, B; Al, Bl; A2 , B2 ; A3, B3) une étape complémentaire de traitement de surface, avant d' assembler' lesdits éléments.
24. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on assemble des éléments (A, B; Al, Bl; A2 , B2 ; A3, B3) dont l'un au moins présente une épaisseur variable.
25. Procédé selon la revendication 24, dans lequel on réalise ladite épaisseur variable par usinage chimique ou mécanique.
26. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on assemble des éléments (A, B; Al, Bl; A2 , B2 ; A3, B3) dont l'un au moins présente une largeur variable.
27. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 23, dans lequel on assemble des éléments (A, B; Al, Bl; A2 , B2 ; A3, B3) présentant une épaisseur et une largeur constantes.
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