CA2104315C - Procede de fabrication d'assemblages composes de deux pieces collees et comportant une etape de formage - Google Patents
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Abstract
Procédé de fabrication d'assemblages composés de deux pièces formées et collées. Les deux pièces (1 et 3) sont disposées sur un poinçon et une matrice (2 et 4) maintenus provisoirement écartés pour introduire une pression suffisante permettant de les former à chaud. Le poinçon et la matrice sont ensuite rapprochés pour que les surfaces préalablement collées se trouvent face à face et se touchent. Un avantage essentiel est qu'aucune intervention manuelle n'est nécessaire.
Description
21Q~315 PROCEDE DE FABRICATION D'ASSEMBLAGES COMPOSES DE DEUX
PIECES COLLEES ET COMPORTANT UNE ETAPE DE FORMAGE
DESCRIPTION
L°invention se rapporte à un procédé de fabrication d'assemblages composés de deux pièces collées et qui comprend en outre une étape de formage.
Elle a pour but essentiel de permettre de procéder très commodément et en particulier de ne pas '10 démonter les pièces avant L'obtention de l'assemblage fi ni .
Le procédé utilisé jusqu'à présent par la société demanderesse consistait à former à chaud et séparément les pièces composant l'assemblage, dans un régime de déformation dit superplastique où de grands allongements sont possibles. Les deux pièces étaient ensuite collées en interposant une couche d°époxyde entre leurs surfaces en contact. Pour cela elles étaient placées dans une enceinte autoclave où une pression était appliquée sur les pièces pour les presser ainsi qu'une température suffisante pour transformer la couche d'époxyde et permettre à ce matériau de deveni r collant .
Outre l°incanvénient de voir utiliser des appareils successifs, ce procédé était peu avantageux quand L'assemblage était un panneau raidi de nervures creuses produites par le formage d'une des pièces, car la pression nécessaire au collage tendait à les écraser. Les cavités des nervures devaient donc être remplies à la main d'un matériau résistant à
l'écrasement tel qu'une structure en nid d'abeilles.
Une autre technique d'assemblage de deux pièees par pressage évite l'emploi d'adhésif et consiste à réaliser par pressage une diffusion de la
PIECES COLLEES ET COMPORTANT UNE ETAPE DE FORMAGE
DESCRIPTION
L°invention se rapporte à un procédé de fabrication d'assemblages composés de deux pièces collées et qui comprend en outre une étape de formage.
Elle a pour but essentiel de permettre de procéder très commodément et en particulier de ne pas '10 démonter les pièces avant L'obtention de l'assemblage fi ni .
Le procédé utilisé jusqu'à présent par la société demanderesse consistait à former à chaud et séparément les pièces composant l'assemblage, dans un régime de déformation dit superplastique où de grands allongements sont possibles. Les deux pièces étaient ensuite collées en interposant une couche d°époxyde entre leurs surfaces en contact. Pour cela elles étaient placées dans une enceinte autoclave où une pression était appliquée sur les pièces pour les presser ainsi qu'une température suffisante pour transformer la couche d'époxyde et permettre à ce matériau de deveni r collant .
Outre l°incanvénient de voir utiliser des appareils successifs, ce procédé était peu avantageux quand L'assemblage était un panneau raidi de nervures creuses produites par le formage d'une des pièces, car la pression nécessaire au collage tendait à les écraser. Les cavités des nervures devaient donc être remplies à la main d'un matériau résistant à
l'écrasement tel qu'une structure en nid d'abeilles.
Une autre technique d'assemblage de deux pièees par pressage évite l'emploi d'adhésif et consiste à réaliser par pressage une diffusion de la
2 matière aux surfaces d'assemblage des pièces. On peut se reporter aux brevets français 2 304 438 et 2 552 500 pour l'exposé de ces techniques. Dans tous les exemples eonnus de la demanderesse, l'assemblage précède le formage de l'ensemble, et de plus le soudage par diffusion est inapplicable aux alliages d'aluminium qui constituent une application importante de l'invention.
Enfin, le brevet français 2 374 109 décrit le pressage d'un revêtement sur une aile d'avion au moyen de ballons remplis d°air pour le mettre à La forme voulue, suivi d'un démontage et de l'application d'une couche adhésive, après quoi on peut réaliser L'assemblage.
Ce procédé nécessite de nombreuses interventions manuelles et en général l'interposition d'une couche intermédiaire au moment du formage pour éviter tout collage et former à la bonne forme. Il est conçu pour de grandes pièces en séries peu nombreuses.
L'invention est quant à elle relative à un procédé de fabrication d.'assemblages composés de deux pièces collées, caractérisé en ce qu'il consiste à
placer Les pièces sur deux éléments, poinçon et matrice de presse, à placer une couché adhésive sur des surfaces d'au moins une des pièces faisant face à
l'autre des pièces, à former au moins une des pièces en pressurisant entre les poinçon et matrice pour forcer la matière de ladite pièce dans des cavités du poinçon sur lequel elle est placée, et à presser les pièces l'une sur l'autre en approchant les poinçon et matrice.
Les assemblages sont ainsi réalisés presque sans intervention manuelle et sans changement d'outillage.
Les pièces seront fréquemment formées à chaud, à une température créant un régime de superplasticité plus ou moins prononcé, selon les besoins, c'est-à-dire selon l'importance des déformations exigées.
2104~1~
Enfin, le brevet français 2 374 109 décrit le pressage d'un revêtement sur une aile d'avion au moyen de ballons remplis d°air pour le mettre à La forme voulue, suivi d'un démontage et de l'application d'une couche adhésive, après quoi on peut réaliser L'assemblage.
Ce procédé nécessite de nombreuses interventions manuelles et en général l'interposition d'une couche intermédiaire au moment du formage pour éviter tout collage et former à la bonne forme. Il est conçu pour de grandes pièces en séries peu nombreuses.
L'invention est quant à elle relative à un procédé de fabrication d.'assemblages composés de deux pièces collées, caractérisé en ce qu'il consiste à
placer Les pièces sur deux éléments, poinçon et matrice de presse, à placer une couché adhésive sur des surfaces d'au moins une des pièces faisant face à
l'autre des pièces, à former au moins une des pièces en pressurisant entre les poinçon et matrice pour forcer la matière de ladite pièce dans des cavités du poinçon sur lequel elle est placée, et à presser les pièces l'une sur l'autre en approchant les poinçon et matrice.
Les assemblages sont ainsi réalisés presque sans intervention manuelle et sans changement d'outillage.
Les pièces seront fréquemment formées à chaud, à une température créant un régime de superplasticité plus ou moins prononcé, selon les besoins, c'est-à-dire selon l'importance des déformations exigées.
2104~1~
3 On va maintenant décrire l°invention plus en détail à l'aide des figures suivantes annexées à titre illustratif et non limitatif .
- les figures 1 et 2 représentent un exemple de mise en oeuvre du procédé, - et la figure 3 représente le produit obtenu par le procédé.
La pièce à obtenir est un élément de capot de moteur en forme de portion de cylindre ou de cône. On dispose une tôle extérieure 1 d'aluminium sur une surface concave de même forme d'une matrice supérieure 2 et une tôle intérieure 3 de même nature sur la surface convexe d'un poin~on inférieur 4 qui présente cependant des cannelures 5 en forme de nervures à
former sur la tôle inférieure 3. Les tôles ont été
préalablement dégraissées et décapées et on a appliqué
sur les portions à coller des surfaces de chaque tôle 1 et 3 (c'est-à-dire sur les portions qui ne viennent pas en face des cannelures 5) une mince sous-couche de matériau d'accrochage 6 (quelques microns d'épaisseur suffisent) au pistolet puis une couche de matériau adhésif 7 (de quelques dizaines de microns d'épaisseur). Le matériau d'accrochage peut être un matériau thermodurcissable ou un matériau thermostable du type polyamide et le matériau adhésif peut être un polyétherétherkétone (PEEK) ou plus généralement un matériau thermoplastique. Un procédé simple pour éviter de recouvrir certaines parties des tôles 1 et 3 consiste à masquer ces parties par des feuilles souples qui sont ensuite retirées.
La première étape consiste à obtenir le formage ou forgeage à ehaud des tôles, ici uniquement de la tôle inférieure 3. Les éléments 2 et 4 sont maintenus écartés par des espaceurs 8 qui maintiennent la matrice supérieure 2 surélevée. Les espaceurs 8
- les figures 1 et 2 représentent un exemple de mise en oeuvre du procédé, - et la figure 3 représente le produit obtenu par le procédé.
La pièce à obtenir est un élément de capot de moteur en forme de portion de cylindre ou de cône. On dispose une tôle extérieure 1 d'aluminium sur une surface concave de même forme d'une matrice supérieure 2 et une tôle intérieure 3 de même nature sur la surface convexe d'un poin~on inférieur 4 qui présente cependant des cannelures 5 en forme de nervures à
former sur la tôle inférieure 3. Les tôles ont été
préalablement dégraissées et décapées et on a appliqué
sur les portions à coller des surfaces de chaque tôle 1 et 3 (c'est-à-dire sur les portions qui ne viennent pas en face des cannelures 5) une mince sous-couche de matériau d'accrochage 6 (quelques microns d'épaisseur suffisent) au pistolet puis une couche de matériau adhésif 7 (de quelques dizaines de microns d'épaisseur). Le matériau d'accrochage peut être un matériau thermodurcissable ou un matériau thermostable du type polyamide et le matériau adhésif peut être un polyétherétherkétone (PEEK) ou plus généralement un matériau thermoplastique. Un procédé simple pour éviter de recouvrir certaines parties des tôles 1 et 3 consiste à masquer ces parties par des feuilles souples qui sont ensuite retirées.
La première étape consiste à obtenir le formage ou forgeage à ehaud des tôles, ici uniquement de la tôle inférieure 3. Les éléments 2 et 4 sont maintenus écartés par des espaceurs 8 qui maintiennent la matrice supérieure 2 surélevée. Les espaceurs 8
4 consistent en des cales qui peuvent être posées sur la même table T que le poinçon inférieur 4 et s'étendent le long des lignes de joint.
Les éléments 2 et 4 sont enfermés dans une enceinte étanche E qui est alors soumise à une pression suffisante pour que la matière des tôles 1 et 3 qui n'est pa's soutenue par la surface des éléments 2 et 4 se déforme : les nervures 9 produites par l'écoulement plastique ou superplastique du métal de la tôle interne 3 au fond des cannelures 5 sont ainsi formées comme on Le voit sur la figure 2.
Les faces Latérales non représentées des éléments 2 et 4 sont recouvertes par des panneaux porteurs d'un joint d'étanchéité plan qui permet d'isoler Les volumes des cannelures S, entre la tôle inférieure 3 et le poinçon inférieur 4, et ainsi de ne pas les pressuriser. La communication entre Les tôles 3 et ~4 et le volume pressurisé de l'enceinte E est rétablie par un conduit C percé dans un espaceur 8.
L'ensemble est chauffé pour permettre des déformations plastiques suffisantes. Une température de 350 à 400°C peut suffire avec une pression effective de 0,6 à 1,5 bars dans un cas concret. Des températures relativement peu élevées suffisent quand les déformations exigées sont plutôt faibles, comme c'est le cas ici, et qu'il est inutile de chauffer au régime de la plus forte superplasticité. IL faut bien entendu que la couche adhésive 7 et la sous-couche d'accrochage 6 ne soient pas détruites par l'échauffement, mais cette condition' dépend des matériaux qui les constituent et il est possible d'y satisfaire assez facilement en pratique. La sous-couche d'accrochage 6 peut d'ailleurs souvent être omise.
L'étape suivante commence par le retrait des espaceurs 8 de sorte que le flan supérieur 2 tombe sur le poinçon inférieur 4 et que les surfaces encollées des tôles 1 et 3 viennent en contact. L'échauffement et la pression sont portés à des valeurs suffisantes pour que le matériau de la couche 7 devienne adhésif et que
Les éléments 2 et 4 sont enfermés dans une enceinte étanche E qui est alors soumise à une pression suffisante pour que la matière des tôles 1 et 3 qui n'est pa's soutenue par la surface des éléments 2 et 4 se déforme : les nervures 9 produites par l'écoulement plastique ou superplastique du métal de la tôle interne 3 au fond des cannelures 5 sont ainsi formées comme on Le voit sur la figure 2.
Les faces Latérales non représentées des éléments 2 et 4 sont recouvertes par des panneaux porteurs d'un joint d'étanchéité plan qui permet d'isoler Les volumes des cannelures S, entre la tôle inférieure 3 et le poinçon inférieur 4, et ainsi de ne pas les pressuriser. La communication entre Les tôles 3 et ~4 et le volume pressurisé de l'enceinte E est rétablie par un conduit C percé dans un espaceur 8.
L'ensemble est chauffé pour permettre des déformations plastiques suffisantes. Une température de 350 à 400°C peut suffire avec une pression effective de 0,6 à 1,5 bars dans un cas concret. Des températures relativement peu élevées suffisent quand les déformations exigées sont plutôt faibles, comme c'est le cas ici, et qu'il est inutile de chauffer au régime de la plus forte superplasticité. IL faut bien entendu que la couche adhésive 7 et la sous-couche d'accrochage 6 ne soient pas détruites par l'échauffement, mais cette condition' dépend des matériaux qui les constituent et il est possible d'y satisfaire assez facilement en pratique. La sous-couche d'accrochage 6 peut d'ailleurs souvent être omise.
L'étape suivante commence par le retrait des espaceurs 8 de sorte que le flan supérieur 2 tombe sur le poinçon inférieur 4 et que les surfaces encollées des tôles 1 et 3 viennent en contact. L'échauffement et la pression sont portés à des valeurs suffisantes pour que le matériau de la couche 7 devienne adhésif et que
5 les tôles 1 et 3 soient pressées suffisamment fermement l'une sur l'auti°e par la pression qui s'exerce à
l'extérieur des éléments 2 et 4. Des températures de 380 à 420°C et des pressions de 1 à 5 bars conduisent à
des résultats satisfaisants dans le présent exemple.
Les panneaux latéraux peuvent être omis dans cette seconde étape. On laisse ensuite refroidir l'outillage et les pièces et: on démoule l'assemblage, dans lequel les tôles 1 et 2 forment désormais un panneau raidi, représenté à la fïgure 3, qui présente une solidité
suffisante au joint collé.
On constate qu'aucune manipulation n'est nécessaire au cours du procédé à l'exception du retrait des espaceurs 8, e~t que les seules autres interventions consistent à modifier les conditions de température et de pression dans l'enceinte.
quelques. exemples de mise en oeuvre de l'invention sont encore donnés succinctement ci-dessous pour illustrer des régimes de superplasticité .
- pour L'alliage TA6V . chauffer à 925°C et appliquer une pression de 20 bars pour obtenir des allongements de 1000X ;
- pour L'alliage AZSGU . chauffer à 510°C et appliquer une pression de S bars sur une face de la plaque et une contre-pression de 40 bars sur la face opposée pour obtenir des allongements de 1000X . cette réalisation impose donc deux sources de pression distinctes ;
- pour l'alliage Inconel 718' . chauffer à
985°C et appliquer une pressïon de 20 bars pour obtenir des allongements de SOOX.
' marque de commerce
l'extérieur des éléments 2 et 4. Des températures de 380 à 420°C et des pressions de 1 à 5 bars conduisent à
des résultats satisfaisants dans le présent exemple.
Les panneaux latéraux peuvent être omis dans cette seconde étape. On laisse ensuite refroidir l'outillage et les pièces et: on démoule l'assemblage, dans lequel les tôles 1 et 2 forment désormais un panneau raidi, représenté à la fïgure 3, qui présente une solidité
suffisante au joint collé.
On constate qu'aucune manipulation n'est nécessaire au cours du procédé à l'exception du retrait des espaceurs 8, e~t que les seules autres interventions consistent à modifier les conditions de température et de pression dans l'enceinte.
quelques. exemples de mise en oeuvre de l'invention sont encore donnés succinctement ci-dessous pour illustrer des régimes de superplasticité .
- pour L'alliage TA6V . chauffer à 925°C et appliquer une pression de 20 bars pour obtenir des allongements de 1000X ;
- pour L'alliage AZSGU . chauffer à 510°C et appliquer une pression de S bars sur une face de la plaque et une contre-pression de 40 bars sur la face opposée pour obtenir des allongements de 1000X . cette réalisation impose donc deux sources de pression distinctes ;
- pour l'alliage Inconel 718' . chauffer à
985°C et appliquer une pressïon de 20 bars pour obtenir des allongements de SOOX.
' marque de commerce
Claims (6)
1. Procédé de fabrication d'assemblages composés de deux pièces collées, caractérisé en ce qu'il consiste à:
utiliser une presse ayant deux éléments définissant un poinçon et une matrice pouvant se rapprocher et s'éloigner l'un par rapport à l'autre, au moins un des éléments étant doté de cavités pour former une des deux pièces;
placer lesdites deux pièces à assembler sur lesdits éléments de la presse, l'une desdites pièces étant placée sur ledit poinçon, l'autre sur ladite matrice;
déposer une couche adhésive sur une région de la surface d'au moins une desdites deux pièces disposée en face de l'autre desdites deux pièces;
former la matière de ladite pièce, placée sur ledit élément doté de cavités, dans lesdites cavités, par pressurisation, ledit poinçon et ladite matrice étant maintenus écartés l'un de l'autre durant cette étape de formage; et rapprocher ledit poinçon et ladite matrice l'un de l'autre pour presser lesdites deux pièces l'une sur l'autre de telle sorte que lesdites pièces soient collées ensemble par ladite couche adhésive, dans lequel cette mise sous pression comporte une opération de mise en forme superplastique et lesdites pièces incluant des tôles métalliques formant un élément de capot de moteur.
utiliser une presse ayant deux éléments définissant un poinçon et une matrice pouvant se rapprocher et s'éloigner l'un par rapport à l'autre, au moins un des éléments étant doté de cavités pour former une des deux pièces;
placer lesdites deux pièces à assembler sur lesdits éléments de la presse, l'une desdites pièces étant placée sur ledit poinçon, l'autre sur ladite matrice;
déposer une couche adhésive sur une région de la surface d'au moins une desdites deux pièces disposée en face de l'autre desdites deux pièces;
former la matière de ladite pièce, placée sur ledit élément doté de cavités, dans lesdites cavités, par pressurisation, ledit poinçon et ladite matrice étant maintenus écartés l'un de l'autre durant cette étape de formage; et rapprocher ledit poinçon et ladite matrice l'un de l'autre pour presser lesdites deux pièces l'une sur l'autre de telle sorte que lesdites pièces soient collées ensemble par ladite couche adhésive, dans lequel cette mise sous pression comporte une opération de mise en forme superplastique et lesdites pièces incluant des tôles métalliques formant un élément de capot de moteur.
2. Procédé de fabrication d'assemblages suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les pièces sont formées à chaud, à une température créant un régime de superplasticité.
3. Procédé de fabrication d'assemblages suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les pièces sont des tôles et en ce que l'assemblage est un panneau raidi.
4. Procédé de fabrication suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les pièces sont en alliage d'aluminium.
5. Procédé de fabrication d'assemblages suivant. l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la couche adhésive est un matériau thermoplastique.
6. Procédé de fabrication d'assemblages suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les surfaces recevant la couche adhésive reçoivent aussi une sous-couche d'accrochage de la couche adhésive.
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