WO2012084034A1 - Feuille de matériau bi-matières et procédé de fabrication d'une telle feuille - Google Patents

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WO2012084034A1
WO2012084034A1 PCT/EP2010/070513 EP2010070513W WO2012084034A1 WO 2012084034 A1 WO2012084034 A1 WO 2012084034A1 EP 2010070513 W EP2010070513 W EP 2010070513W WO 2012084034 A1 WO2012084034 A1 WO 2012084034A1
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WO
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sheet
reinforcing
son
transversely
matrix
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PCT/EP2010/070513
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Henri Lescher
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Henri Lescher
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/02—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of sheets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21F—WORKING OR PROCESSING OF METAL WIRE
    • B21F17/00—Jacketing or reinforcing articles with wire

Definitions

  • the invention relates to a sheet of bi-material material, also called bi-material composite sheet.
  • the invention particularly relates to a composite sheet made of two metallic materials, such as, for example, steel and aluminum.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a composite sheet.
  • the reduction in weight still allows a gain in acceleration, a reduction in the braking distance and a saving in material purchase, and a gain in energy for the transformation of the material used.
  • the nature and strength of the sheets used should be able to vary according to their uses, and in particular the parts or areas of the vehicle in which they are used, for example between the front and the back of the vehicle, the sides, the flag, etc.
  • the object of the invention is to propose a new sheet material which, in the case of a metal sheet, could be prepared from a standard single steel type, supplied in a standard thickness, while making it possible to dispose of sheets of materials with different strength characteristics, especially depending on the part to be manufactured, while reducing inventory.
  • US-A-3,410,715, US-A-3,551,996 or US-A-3,201,862 are known from designs of materials with parallel reinforcing threads each of which is of circular section and requiring prior preparations and conformations of the leaves of the matrix and whose gains in resistance are not satisfactory.
  • the invention proposes a sheet of bi-material material comprising at least one matrix of a first material and at least one series of parallel longitudinal reinforcing elements which extend along the length of the sheet, which are spaced apart. transversely of each other and which are made of a second material, a sheet characterized in that:
  • each reinforcing element is a wire whose section, by a transverse plane orthogonal to the longitudinal direction of the sheet, is delimited transversely on each side by a vertical edge of concave profile;
  • the profile of the section by a transverse plane of a reinforcing wire is, for example, symmetrical with respect to a median vertical plane;
  • the profile of the section by a transverse plane of a reinforcing wire is, for example, symmetrical with respect to a median horizontal plane;
  • each reinforcing wire is delimited transversely by a vertical edge in the form of "V";
  • the sheet comprises at least one outer skin which is made in said first material and which delimits the corresponding outer face of the sheet; the sheet comprises two opposite outer skins, each of which is made in said first material and each of which delimits one of the two opposite outer faces of the sheet;
  • said first material is aluminum or an aluminum alloy, and said second material is a steel;
  • the constituent material of said matrix extends in the spaces delimited transversely by the lateral faces vis-à-vis the adjacent reinforcing threads, so as to fill them with said first material and to secure the matrix and the profiled son of reinforcement by a crimping effect.
  • the invention also proposes a method for manufacturing a sheet according to the invention, characterized in that it consists in:
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of a sheet of bi-material material according to the invention
  • FIG. 2 is a diagram on a larger scale illustrating, in cross-sectional section, the principle implemented for producing the sheet illustrated in FIG. 1;
  • FIG. 3 is a partial schematic perspective view illustrating in a more complete manner the method according to the invention and its implementation.
  • FIG. 1 shows a section of a sheet of material 10 which is delimited vertically by a horizontal upper face 12 and by a parallel horizontal lower face 14.
  • the sheet 10 has a general design symmetry with respect to a median horizontal plane PHM.
  • the thickness "E" of the sheet is called the distance which, in cross-section along the plane of FIG. 1, separates the two opposite faces 12 and 14.
  • the sheet 10 is essentially constituted by a matrix "M” in a first material and by a series of parallel longitudinal reinforcing elements "R”, arranged in a sheet, each of which is a wire of reinforcement which extends along the length of the sheet, which are spaced transversely from each other and which are made of a second material.
  • the first material is aluminum or an aluminum alloy and the reinforcing son R are made of steel.
  • all the reinforcing son R are identical, and are distributed transversely in a regular manner in a pitch "P".
  • the pitch between different wires may vary depending on the desired results.
  • each reinforcement thread R has a double symmetry of design, on the one hand, with respect to the median horizontal plane PHM and on the other hand, with respect to a median vertical plane PVM.
  • the profile can vary in dimensions from one wire to another, in particular the height / width ratio.
  • each reinforcing element R is in the form of a reinforcing wire R which extends in the longitudinal direction L and whose section is that shown in detail particularly in Figure 1.
  • the profile of the cross section of a reinforcing wire R is delimited by two parallel vertical side faces 16, and it is delimited vertically by two generally horizontal faces opposite upper 18 and lower 20 respectively.
  • each side face 16 corresponds to a vertical edge 16 which is a concave profile edge which is here in the form of "V" open with its tip located at the plane PHM.
  • Each side face 16 is thus a curved surface or recessed, concave.
  • each reinforcing wire R has a "diabolo" shape consisting of two conical frustums opposed by their narrow apices.
  • Two lateral faces facing each other 16 of two adjacent reinforcement threads R delimit between them a space 22 which is filled by the first material constituting the matrix M of the sheet 10.
  • the parallel reinforcing wires R are here again symmetrically distributed in the thickness E of the sheet 10 which comprises, at the top and at the bottom, ie on either side of the upper and lower faces 18 of the wires of reinforcement R, an upper outer skin 22 and a lower outer skin 24 each of which is made of the constituent material of the matrix M and each of which delimits the upper outer face 12 and the lower face 14 of the sheet 10, respectively.
  • the opposite outer skins 22 and 24 extend transversely over the entire width of the sheet and longitudinally along the entire length of the sheet 10.
  • the constituent material of the matrix M is "trapped" between the reinforcement son R and the assembly is thus secured by a crimping effect which is obtained during the manufacture of the sheet 10 according to a method an example of which will now be described.
  • a sheet 10 For the production of a sheet 10 according to, for example, an aluminum-steel bi-material sheet, it is first necessary to produce a network, or sheet, of a series of reinforcing wires R of which each has, for example, in cross section, the contour profile shown in Figures 1 and 2.
  • the reinforcing wire R may be made beforehand by known means, for example by means of a die or by rolling a steel wire of round initial section.
  • the network of R parallel and transversely spaced son in a determined step (regular or not) - for example according to the step "P" - can be achieved by feeding a series of son from a series of coils of R wire , or the son can be produced in situ as the production of the sheet 10, upstream of the assembly means of the two materials by crimping.
  • the reinforcing wires R Prior to the crimping assembly, the reinforcing wires R must be held relative to one another in the desired final position by means of positioning and guiding means, such as multi-channel and parallel dies, which are not shown in the figures.
  • the matrix M for example made of aluminum, is produced here from two layers, each sheet, upper CS and lower Cl of thickness "e" determined.
  • the two layers C1 and CS are here identical and of the same thickness "e".
  • the thicknesses of the two layers may be different from each other
  • the assembly operation by crimping consists in causing the constituent material of the two layers CS and Cl to penetrate into the spaces 22 delimited transversely by the lateral faces facing the adjacent reinforcement threads R so as to fill these spaces. 22 with the first material (here of aluminum) constitutive layers CS and Cl which will become the material of the matrix M of the sheet 10 after assembly.
  • FIG. 3 on which, for ease of understanding, it is shown only the lower layer C and a single roller or cylinder 26 rolling - crimping, the inner faces opposite vis-à-vis the two opposite layers C are brought into contact with the upper faces 18 and lower 20 vis-à-vis reinforcing son R, then the two opposite cylinders upper 26-S (not shown) and lower 26-I causes by clamping and rolling the progressive penetration of the constituent material of the upper layers CS (not shown) and lower Cl in the spaces 22.
  • the axis of the rolls is here of transverse orientation perpendicular to the longitudinal direction of advance of the sheet but, alternatively, the axis of the rolls could be parallel to the direction L.
  • the final thickness E of the sheet 10 to be obtained depends, of course, on the vertical gap height between the opposite cylindrical faces of the two cylinders.
  • the material of the two opposite layers CS and Cl penetrates simultaneously into the spaces 22 and part of this way remains up and down on either side of the threads to form the skins 22 and 24.
  • the curved profile of the upper 18 and lower 20 horizontal faces of the reinforcing threads facilitates penetration and advance of the matrix material between the reinforcing threads.
  • the assembly is secured because of the crimping effect of the material of the matrix M in the spaces 22 between the side faces 16 of the reinforcement thread R.
  • the design of the sheet of bi-material or composite sheet material allows a great modularity as to the characteristics of the sheet that can be obtained.
  • the thicknesses of the outer skins which can be extremely small.
  • the thicknesses of the two skins may be different from each other.
  • an original aluminum part for example aluminum 2024, whose resistance is equal to 40 kilograms per square millimeter, it may be desired to reduce the thickness and increase the resistance.
  • the thickness can be reduced by about 40% while increasing the strength by about 30% and further achieving a weight gain.
  • the weight of a test piece of about 100 mm in length is equal to about 9.7 g.
  • the eighteen reinforcing wires have an effective cross-section of 5.76mm 2 .
  • the new tensile strength of the specimen is equal to 1036 kg because of the presence of the reinforcing threads (for a average tensile strength of steel equal to 180kg / mm 2 , to which must be added 769kg because of the presence of aluminum whose cross section is equal to 25mm 2 minus 5.76mm 2 , or
  • the new tensile strength of the test piece is thus equal to 1805kg instead of 1400kg and the new thickness is 1mm instead of 1.4mm.
  • the weight of the new bi-material sheet is almost unchanged and substantially equal to 9.7 grams
  • rolling crimping can be carried out "cold", or it can be preceded by a preheating of the two outer layers of aluminum.
  • the design according to the invention greatly facilitates the subsequent implementation of the sheet thus produced according to the applications.
  • the second constituent material reinforcement son R may also vary from one wire to another.
  • the sheet according to the invention for its implementation in complex shapes, for example to make parts in the form of shell.
  • the design of the aluminum matrix material allows a foundry complex shaping with reinforcement son that remain embedded and crimped in the matrix.
  • the invention is of course not limited to the choice of two metallic materials such as aluminum and steel.
  • the reinforcing threads may be embedded in the matrix by a casting / casting method in which the sheet or network of reinforcing threads is surrounded by material of the matrix in the liquid state before solidification of the assembly, thus obtaining the same effect of mutual retention by crimping.
  • the sheet according to the invention may comprise at least two networks or layers of superposed son, parallel and associated with a common matrix.
  • the parallel son of a first ply can form a non-zero angle with the parallel son of another ply.
  • the profiled wire may be previously coated with an aluminum layer in order to improve the bonding between the two at the wire interface. matrix.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

L'invention propose une feuille (10) de matériau bi-matières comportant une matrice (M) en une première matière et une série d'éléments longitudinaux parallèles de renfort (R) qui s'étendent selon la longueur de la feuille, qui sont espacés transversalement les uns des autres (P) et qui sont réalisés en une seconde matière, feuille dans laquelle chaque élément de renfort est un fil (R) dont la section, par un plan transversal orthogonal à la direction longitudinale de la feuille, est délimitée transversalement de chaque côté par un bord vertical (16) de profil concave, l'espace (22) délimité transversalement par deux faces latérales en vis-à-vis (16) de deux fils de renfort adjacents (R) est rempli par de la première matière.

Description

« Feuille de matériau bi-matières et procédé de fabrication d'une telle feuille »
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
L'invention concerne une feuille de matériau bi-matières, aussi appelée feuille composite bi-matières.
L'invention concerne notamment une feuille composite en deux matières métalliques, telles que par exemple de l'acier et de l'aluminium.
L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'une feuille composite.
ARRIERE PLAN TECHNIQUE DE L'INVENTION
Le choix d'un matériau en feuille, par exemple le choix d'une tôle dans le domaine de la production en série d'automobiles, résulte toujours d'un compromis entre la résistance du matériau choisi, son poids, son épaisseur qui peut aussi avoir une influence sur les moyens industriels pour sa mise en œuvre, ainsi bien entendu que du prix du matériau.
S'agissant d'un véhicule automobile de grande série, la réduction du poids total du véhicule a immédiatement pour effet de provoquer une réduction de la consommation d'énergie nécessaire à sa propulsion, quel que soit son mode de propulsion et la nature de la source d'énergie utilisée pour sa propulsion.
La réduction du poids permet encore un gain en accélération, une réduction de la distance de freinage et encore une économie d'achat de matériau, ainsi qu'un gain en énergie pour la transformation du matériau utilisé.
C'est donc un but constant que de pouvoir diminuer la quantité de matière utilisée, et notamment la quantité de tôle en réduisant par exemple l'épaisseur de la feuille de tôle utilisée. Toutefois, une telle réduction de l'épaisseur ne doit pas affecter la résistance mécanique du matériau en feuille utilisé.
Par ailleurs, s'agissant de la caisse formant structure rigide d'un véhicule, la nature et la résistance des tôles utilisées devraient pouvoir varier en fonction de leurs utilisations, et notamment des parties ou zones du véhicule dans lesquelles elles sont utilisées, par exemple entre l'avant et l'arrière du véhicule, les côtés, le pavillon, etc.
Pour obtenir chacune des résistances désirées, il est nécessaire de faire varier la résistance du matériau utilisé, par exemple par le choix d'un matériau ou alliage métallique spécifique et/ou, pour un alliage déterminé, de faire varier l'épaisseur.
Toutes ces techniques sont connues, mais elles aboutissent à des problèmes importants inhérents à l'achat, au stockage, à la manipulation et à la mise en œuvre de nombreux matériaux différents, ce qui a un impact financier important.
Par exemple, pour un véhicule déterminé, il faut disposer de cinq types d'acier différents dans des épaisseurs différentes, l'approvisionnement de tels matériaux multiples nécessitant des délais de l'ordre de douze à dix-huit mois, avec stockage correspondant des différents matériaux pendant une durée d'environ quatre mois.
L'invention a pour but de proposer un nouveau matériau en feuille qui, dans le cas d'une tôle métallique, pourrait être élaborée à partir d'un type d'acier unique standard, approvisionnée dans une épaisseur standard, tout en permettant de disposer de feuilles de matériaux présentant des caractéristiques techniques de résistance différentes, notamment en fonction de la pièce à fabriquer, tout en diminuant les stocks.
On connaît des documents US-A-3.410.715, US-A-3.551.996 ou US-A-3.201.862 des conceptions de matériaux à fils de renfort parallèles dont chacun est de section circulaire et nécessitant des préparations et conformations préalables des feuilles de la matrice et dont les gains en résistance ne sont pas satisfaisants. BREF RESUME DE L'INVENTION
Dans ce but, l'invention propose une feuille de matériau bi-matières comportant au moins une matrice en une première matière et au moins une série d'éléments longitudinaux parallèles de renfort qui s'étendent selon la longueur de la feuille, qui sont espacés transversalement les uns des autres et qui sont réalisés en une seconde matière, feuille caractérisée en ce que :
- chaque élément de renfort est un fil dont la section, par un plan transversal orthogonal à la direction longitudinale de la feuille, est délimitée transversalement de chaque côté par un bord vertical de profil concave ;
- l'espace délimité transversalement par deux faces latérales en vis-à-vis de deux fils de renfort adjacents est rempli par de ladite première matière.
Selon d'autres caractéristiques de la feuille :
- le profil de la section par un plan transversal d'un fil de renfort est, par exemple, symétrique par rapport à un plan vertical médian ;
- le profil de la section par un plan transversal d'un fil de renfort est, par exemple, symétrique par rapport à un plan horizontal médian ;
- la section par un plan transversal de chaque fil de renfort est délimitée transversalement par un bord vertical en forme de "V" ;
- la feuille comporte au moins une peau externe qui est réalisée dans ladite première matière et qui délimite la face externe correspondante de la feuille ; - la feuille comporte deux peaux externes opposées, dont chacune est réalisée dans ladite première matière et dont chacune délimite une des deux faces externes opposées de la feuille ;
- ladite première matière est de l'aluminium ou un alliage d'aluminium, et ladite seconde matière est un acier ;
- la matière constitutive de ladite matrice s'étend dans les espaces délimités transversalement par les faces latérales en vis- à-vis des fils de renfort adjacents, de manière à les remplir de ladite première matière et à solidariser la matrice et les fils profilés de renfort par un effet de sertissage.
L'invention propose aussi un procédé de fabrication d'une feuille selon l'invention, caractérisé en ce qu'il consiste à :
- A) réaliser un réseau d'une série de fils longitudinaux parallèles de renfort qui sont espacés transversalement les uns des autres ;
- B) amener au moins une couche réalisée dans ladite première matière en contact avec les faces supérieures desdits fils de renforts ;
- C) faire pénétrer la matière constitutive de ladite couche dans les espaces délimités transversalement par les faces latérales en vis-à-vis des fils de renfort adjacents, de manière à les remplir de ladite première matière et à solidariser la matrice et les fils de renfort par un effet de sertissage.
Selon d'autres caractéristiques du procédé :
- il consiste à :
B) amener une couche réalisée dans ladite première matière en contact avec les faces supérieures desdits fils de renfort et à amener simultanément au moins une autre couche, réalisée dans ladite première matière, en contact avec les faces inférieures desdits fils de renfort ;
C) faire pénétrer simultanément la matière constitutive desdites une et autre couches dans lesdits espaces; - on fait pénétrer ladite première matière dans lesdits espaces par laminage de la couche.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture détaillée de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en section transversale d'un exemple de réalisation d'une feuille de matériau bi-matières selon l'invention ;
- la figure 2 est un schéma à plus grande échelle illustrant, en section par un plan transversal, le principe mis en œuvre pour la réalisation de la feuille illustrée à la figure 1 ; et
- la figure 3 est une schématique partielle en perspective illustrant de manière plus complète le procédé selon l'invention et sa mise en œuvre.
Dans la description qui va suivre, on utilisera à titre non limitatif, et sans référence à la gravité terrestre, les expressions Vertical, horizontal, Longitudinal, Transversal, notamment en référence au trièdre V, L, T indiqué sur les figures.
On a représenté à la figure 1, un tronçon d'une feuille de matériau 10 qui est délimitée verticalement par une face supérieure horizontale 12 et par une face inférieure horizontale parallèle 14.
Dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 1, la feuille 10 présente une symétrie générale de conception par rapport à un plan horizontal médian PHM.
On appelle épaisseur "E" de la feuille, la distance qui, en section transversale selon le plan de la figure 1, sépare les deux faces opposées 12 et 14.
Dans cet exemple de réalisation, la feuille 10 est pour l'essentiel constituée par une matrice "M" en une première matière et par une série d'éléments longitudinaux parallèles de renfort "R", agencés en une nappe, dont chacun est un fil de renfort qui s'étend selon la longueur de la feuille, qui sont espacés transversalement les uns des autres et qui sont réalisés en une seconde matière.
Dans l'exemple illustré aux figures, la première matière est de l'aluminium ou un alliage d'aluminium et les fils de renfort R sont réalisés en acier.
Dans l'exemple de réalisation représenté aux figures, tous les fils de renfort R sont identiques, et sont répartis transversalement de manière régulière selon un pas "P". En variante, le pas entre différents fils peut varier en fonction des résultats désirés.
En section par le plan transversal de la figure 1 (plan V, T), et uniquement à titre d'exemple, chaque fil de renfort R présente une double symétrie de conception, d'une part, par rapport au plan horizontal médian PHM et, d'autre part, par rapport à un plan vertical médian PVM.
Dans l'exemple, tous les fils sont identiques. Bien entendu, le profil peut varier en dimensions d'un fil à l'autre, notamment le rapport hauteur/largeur.
Comme on peut notamment le voir illustré de manière schématique à la figure 3, chaque élément de renfort R se présente sous la forme d'un fil de renfort R qui s'étend selon la direction longitudinale L et dont la section est celle illustrée en détail notamment à la figure 1.
Le profil de la section transversale d'un fil de renfort R est délimité par deux faces latérales verticales parallèles 16, et il est délimité verticalement par deux faces globalement horizontales opposées supérieure 18 et inférieure 20 respectivement.
En section, et comme représenté à la figure 1, chaque face latérale 16 correspond à un bord vertical 16 qui est un bord de profil concave qui est ici en forme de « V » ouvert avec sa pointe située au niveau du plan PHM. Chaque face latérale 16 est ainsi une surface courbe ou en creux, concave.
En section transversale, chacune des faces horizontales supérieure 18 et inférieure 20 présentent ici, à titre d'exemple, un profil légèrement bombé convexe.
Exprimé autrement, la section transversale de chaque fil de renfort R présente une forme en « diabolo » constituée par deux troncs de cône opposés par leurs sommets étroits.
Deux faces latérales en vis-à-vis 16 de deux fils adjacents de renfort R délimitent entre elles un espace 22 qui est rempli par la première matière constitutive de la matrice M de la feuille 10.
Les fils de renfort parallèles R sont ici encore répartis symétriquement dans l'épaisseur E de la feuille 10 qui comporte, en haut et en bas, c'est à dire de part et d'autre des faces supérieure 18 et inférieure 20 des fils de renfort R, une peau externe supérieure 22 et une peau externe inférieure 24 dont chacune est réalisée dans la matière constitutive de la matrice M et dont chacune délimite la face externe supérieure 12 et la face inférieure 14 de la feuille 10, respectivement.
Les peaux externes opposées 22 et 24 s'étendent transversalement sur toute la largeur de la feuille et longitudinalement sur toute la longueur de la feuille 10.
La présence des peaux externes permet bien entendu tous types de revêtements ultérieurs de protection et/ou de peinture.
Du fait des profils concaves en vis-à-vis des faces latérales 16 des fils de renfort R, la matière constitutive de la matrice M est "piégée" entre les fils de renfort R et l'ensemble est ainsi solidarisé par un effet de sertissage qui est obtenu lors de la fabrication de la feuille 10 selon un procédé dont un exemple va maintenant être décrit.
Pour la réalisation d'une feuille 10 selon, par exemple d'une feuille bi-matières aluminium - acier, on doit tout d'abord réaliser un réseau, ou nappe, d'une série de fils de renfort R dont chacun présente par exemple, en section transversale, le contour de profil illustré aux figures 1 et 2.
Le fil de renfort R peut être réalisé préalablement par des moyens connus par exemple au moyen d'une filière ou par roulage d'un fil d'acier de section initiale ronde.
Le réseau de fils R parallèles et transversalement espacés selon un pas déterminé (régulier ou non) - par exemple selon le pas "P" - peut être réalisé par alimentation d'une série de fils à partir d'une série de bobines de fil R, ou les fils peuvent être produits in situ au fur et à mesure de la production de la feuille 10, en amont des moyens d'assemblage des deux matières par sertissage.
Avant l'assemblage par sertissage, les fils de renfort R doivent être maintenus les uns par rapport aux autres, dans la position finale souhaitée, par des moyens de positionnement et de guidage, moyens tels que des filières à canaux multiples et parallèles, qui ne sont pas représentés sur les figures.
La matrice M, par exemple en aluminium, est réalisée à partir ici de deux couches, chacune en feuille, supérieure CS et inférieure Cl d'épaisseur "e" déterminée.
A titre d'exemple, les deux couches Cl et CS sont ici identiques et de même épaisseur "e". En variante, les épaisseurs des deux couches peuvent être différentes l'une de l'autre
L'opération d'assemblage par sertissage consiste à faire pénétrer la matière constitutive des deux couches CS et Cl dans les espaces 22 délimités transversalement par les faces latérales en vis-à-vis 16 des fils de renfort adjacents R de manière à remplir ces espaces 22 avec la première matière (ici de l'aluminium) constitutive des couches CS et Cl qui va ainsi devenir la matière de la matrice M de la feuille 10 après assemblage.
Comme on peut le voir en se reportant à la figure 3, sur laquelle, pour faciliter la compréhension, on a représenté seulement la couche inférieure C et un seul rouleau ou cylindre 26 de laminage - sertissage, les faces internes opposées en vis- à-vis des deux couches opposées C sont amenées en contact avec les faces supérieure 18 et inférieure 20 en vis-à-vis des fils de renfort R, puis les deux cylindres opposés supérieur 26-S (non représenté) et inférieur 26-I provoque par effet de serrage et de roulage la pénétration progressive de la matière constitutive des couches supérieure CS (non représentée) et inférieure Cl dans les espaces 22.
L'axe des cylindres est ici d'orientation transversale perpendiculaire à la direction longitudinale d'avance de la feuille mais, en variante, l'axe des cylindres pourrait être parallèle à la direction L.
L'épaisseur finale E de la feuille 10 à obtenir dépend bien entendu de la hauteur verticale d'entrefer entre les faces cylindriques opposées des deux cylindres.
Ainsi, par effet de laminage, la matière des deux couches opposées CS et Cl pénètre simultanément dans les espaces 22 et une partie de cette manière subsiste vers le haut et vers le bas de part et d'autre des fils pour constituer les peaux 22 et 24.
Le profil bombé des faces horizontales supérieure 18 et inférieure 20 des fils de renfort facilite la pénétration et l'avance de la matière de la matrice entre les fils de renfort.
Une fois l'assemblage réalisé, l'ensemble est solidaire du fait de l'effet de sertissage de la matière de la matrice M dans les espaces 22 entre les faces latérales 16 des fils de renfort R.
La conception de la feuille de matériau bi-matières ou feuille composite permet une grande modularité quant aux caractéristiques de la feuille que l'on peut obtenir.
II est notamment possible de faire varier le nombre et l'espacement des fils de renfort R, la section de chaque fil de renfort, les épaisseurs des peaux externes, celles-ci pouvant être extrêmement réduites. De plus, les épaisseurs des deux peaux peuvent être différentes l'une de l'autre.
Il est bien entendu aussi possible de faire varier la nature de chacune des matières, et notamment de l'acier constitutif des fils de renfort R lorsqu'un tel matériau est utilisé en association avec une matrice M en aluminium ou en alliage d'aluminium.
A titre d'exemple, pour une pièce d'origine aluminium, par exemple en aluminium 2024, dont la résistance est égale à 40 kilogrammes par millimètre carré, on peut souhaiter réduire l'épaisseur et augmenter la résistance.
On peut par exemple réduire l'épaisseur d'environ 40% tout en augmentant la résistance d'environ 30% et en réalisant de plus un gain en poids.
A cet effet, il est nécessaire de prévoir « l'insertion » de fils de renfort R qui seront sertis dans la matrice M qui est à l'origine réalisée à partir de deux couches d'aluminium en feuilles comme cela vient d'être décrit et expliqué.
Par exemple, pour une éprouvette de test dont la largeur est égale à 25mm, on peut augmenter la résistance pour un même poids, en diminuant l'épaisseur.
Si l'épaisseur de l'éprouvette est égale à deux fois 0,7mm - soit 1,4mm, sa section est égale 35mm2, soit une résistance à la traction de l'éprouvette égale à 1400kg (40kg/mm2 X 35mm2 = 1.400,00 kg).
Pour une densité de 2,77, le poids d'une éprouvette d'environ 100 mm de longueur est égal à environ 9,7g.
Si on choisit une nouvelle épaisseur de 1mm, soit une section de 25mm2, que l'on choisit de renforcer cette feuille de 1mm d'épaisseur par dix-huit fils de renfort ayant chacun une section moyenne d'environ 0,32mm2 (0,4mm x 0,8mm), les dix- huit fils de renfort ont une section efficace de 5,76mm2.
La nouvelle résistance à la traction de l'éprouvette est égale à 1036kg du fait de la présence des fils de renfort (pour une résistance moyenne à la traction de l'acier égale à 180kg/mm2, à laquelle il faut ajouter 769kg du fait de la présence de l'aluminium dont la section efficace est égale à 25mm2 moins 5,76mm2, soit
19,24mm2 (19,24mm2 x 40kg/mm2 = 769,00kg).
La nouvelle résistance à la traction de l'éprouvette est ainsi alors égale à 1805kg au lieu de 1400kg et la nouvelle épaisseur est de 1mm au lieu de 1,4mm.
Le poids de la nouvelle feuille bi-matières est quasiment inchangé et sensiblement égal à 9,7 grammes,
II est aussi possible, à résistance identique, de choisir de gagner du poids.
La mise en œuvre du sertissage par laminage peut être réalisée « à froid », ou elle peut être précédée par un préchauffage des deux couches externes d'aluminium.
La conception selon l'invention facile grandement la mise en œuvre ultérieure de la feuille ainsi réalisée en fonction des applications.
Ainsi, il est possible de répartir les fils de renfort et de choisir leur matière constitutive en fonction de la forme et des dimensions d'une pièce à emboutir dans un tel matériau.
La deuxième matière constitutive des fils de renfort R peut aussi varier d'un fil à l'autre.
Il est aussi possible ultérieurement de chauffer la feuille selon l'invention pour sa mise en œuvre selon des formes complexes, par exemple pour réaliser des pièces en forme de coque. La conception du matériau à matrice d'aluminium permet par fonderie une mise en forme complexe avec les fils de renfort qui demeurent noyés et sertis dans la matrice.
L'invention n'est bien entendu pas limitée au choix de deux matières métalliques telles que de l'aluminium et de l'acier.
De plus, les fils de renfort peuvent être noyés dans la matrice par un procédé de fonderie/coulée dans lequel la nappe ou réseau de fils de renfort est entourée par matériau de la matrice à l'état liquide avant solidification de l'ensemble, en obtenant ainsi le même effet de retenue mutuelle par sertissage.
Selon l'invention, la feuille selon l'invention peut comporter au moins deux réseaux ou nappes de fils superposés, parallèles et associés à une matrice commune. Dans cette conception, les fils parallèles d'une première nappe peuvent former un angle non nul avec les fils parallèles d'une autre nappe.
Dans le cas d'un fil de renfort d'acier à associer avec une matrice en aluminium, le fil profilé peut être préalablement recouvert d'une couche d'aluminium afin d'améliorer l'accrochage entre les deux à l'interface fil/matrice.

Claims

REVENDICATIONS
1. Feuille (10) de matériau bi-matières comportant au moins une matrice (M) en une première matière et au moins une série d'éléments longitudinaux parallèles de renfort (R) qui s'étendent selon la longueur de la feuille, qui sont espacés transversalement les uns des autres (P) et qui sont réalisés en une seconde matière, feuille caractérisée en ce que :
- chaque élément de renfort est un fil (R) dont la section, par un plan transversal orthogonal à la direction longitudinale de la feuille, est délimitée transversalement de chaque côté par un bord vertical (16) de profil concave ;
- l'espace (22) délimité transversalement par deux faces latérales en vis-à-vis (16) de deux fils de renfort adjacents (R) est rempli par de ladite première matière.
2. Feuille selon la revendication 1, caractérisée en ce que le profil de la section par un plan transversal d'un fil de renfort (R) est symétrique par rapport à un plan vertical médian (PVM).
3. Feuille selon la revendication 1, caractérisée en ce que le profil de la section par un plan transversal d'un fil de renfort (R) est symétrique par rapport à un plan horizontal médian (PHM).
4. Feuille selon la revendication 1, caractérisée en ce que la section par un plan transversal de chaque fil de renfort (R) est délimitée transversalement par un bord vertical (16) en forme de "V".
5. Feuille selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une peau externe (22, 24) réalisée dans ladite première matière qui délimite la face externe (12, 14) correspondante de la feuille.
6. Feuille selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte deux peaux externes opposées (22, 24), dont chacune est réalisée dans ladite première matière et dont chacune délimite une des deux faces externes opposées (12, 14) de la feuille (10).
7. Feuille selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite première matière est de l'aluminium ou un alliage d'aluminium, et en ce que ladite seconde matière est un acier.
8. Feuille selon la revendication 1, caractérisée en ce que la matière constitutive de ladite matrice (M) s'étend dans les espaces (22) délimités transversalement par les faces latérales en vis-à-vis (16) des fils de renfort adjacents (R), de manière à les remplir de ladite première matière et à solidariser la matrice et les fils de renfort par un effet de sertissage,
9. Procédé de fabrication d'une feuille selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à :
- A) réaliser un réseau d'une série de fils longitudinaux parallèles de renfort (R) qui sont espacés transversalement les uns des autres ;
- B) amener au moins une couche (CS) réalisée dans ladite première matière en contact avec les faces supérieures (18) desdits fils de renforts (R);
- C) faire pénétrer la matière constitutive de ladite couche (CS) dans les espaces (22) délimités transversalement par les faces latérales en vis-à-vis (16) des fils de renfort adjacents (R), de manière à les remplir de ladite première matière et à solidariser la matrice et les fils de renfort par un effet de sertissage.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il consiste à :
- B) amener une couche (CS) réalisée dans ladite première matière en contact avec les faces supérieures (18) desdits fils de renfort et à amener simultanément une autre couche (Cl), réalisée dans ladite première matière, en contact avec les faces inférieures (20) desdits fils de renfort ; - C) faire pénétrer simultanément la matière constitutive desdites une (CS) et autre (Cl) couches dans lesdits espaces (22).
11. Procédé selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que l'on fait pénétrer ladite première matière dans lesdits espaces par laminage de la couche.
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