EP1637249A1 - Procédé de fabrication d'une feuille métallique avec au moins une zone de surépaisseur intégrée pour joint métallique serré, notamment un joint de culasse et feuille obtenue - Google Patents

Procédé de fabrication d'une feuille métallique avec au moins une zone de surépaisseur intégrée pour joint métallique serré, notamment un joint de culasse et feuille obtenue Download PDF

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EP1637249A1
EP1637249A1 EP05019601A EP05019601A EP1637249A1 EP 1637249 A1 EP1637249 A1 EP 1637249A1 EP 05019601 A EP05019601 A EP 05019601A EP 05019601 A EP05019601 A EP 05019601A EP 1637249 A1 EP1637249 A1 EP 1637249A1
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    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4998—Combined manufacture including applying or shaping of fluent material

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a metal foil with at least one zone of integrated allowance for a tight metal seal such as a cylinder head gasket.
  • the invention also covers the joint including at least one metal sheet thus obtained provided with at least one zone of extra thickness allowing the realization of a seal.
  • stops are known to make stops. These stops, judiciously arranged ensure a recovery efforts in certain zones separate clamping points, homogenizing the mapping of the sealing pressures.
  • Another constraint is the obtaining on the same sheet or the same sheet of abutments of different thicknesses depending on the zones in order to perform a map of pressures and not only distribution points. In this case, it is noted that it is more of surface abutments and fact is used for the rest of the description the term zone of extra thickness.
  • Another object of the invention is to be able to obtain, after clamping, the desired pressure mapping and thus to provide areas of extra thickness appropriately distributed to obtain this mapping.
  • FIG 1 there is shown a sheet 10 of a single-leaf seal or one of the active sheets in the case of a multi-leaf seal.
  • sheet is used for the remainder of the description to designate indifferently a metal sheet of a single-leaf seal or one of the sheets in the case of a multi-sheet joint, in particular the intermediate sheet, generally made of more malleable mild steel. .
  • This sheet has for application to a cylinder head gasket for example a thickness of 0.10 to 1.0 millimeter.
  • cylinder head gasket is cited as an example but the applications can extend to joints for exhaust lines, collector seals or more generally to peripheral seals.
  • This sheet 10 generally comprises central cutouts 12 corresponding to the cylinders and holes 14 and 16, respectively of water and oil passages.
  • passages 18 of the clamping screws of the two parts in this case for a cylinder head gasket, the engine block and the cylinder head.
  • the method according to the present invention consists in producing at least one cutout 20 in the sheet 10, to obtain a flake 22, said cutout being partial to allow folding of said shell obtained, along the uncut line.
  • the shell 22 cut and folded is shown in Figure 2A. It has a length L. It is in profile conjugated with that of the cut.
  • the second step of producing the thickening zone according to the invention consists in causing the extension of said shell 22, for example by stamping. This elongation ⁇ L remains limited and it is preferably exerted at the free end of said shell.
  • the third step consists of a flattening and a simultaneous calibration of the projecting height of said shell 22 to obtain a zone 24 of increased oversize height. This calibration is obtained by pressing said shell so that it tends to resume its place in the cut from which it originated.
  • the cuttings and the scales resulting from it have dimensions of the order of 0.5 to 5 millimeters for the largest of these dimensions.
  • the calibration and planarization tools may have non-planar profiles so as to cause different calibrations and to confer different heights h to the areas of extra thickness. These variations of height make it possible to generate a surface cartography and no more by points.
  • the pressure distribution is very progressive and almost continuous over the entire surface without generating stress points.
  • the density of the zones of extra thickness, their dimensions, their height, their location on the surface allow very fine adjustments of the distribution.
  • the shapes of the cutouts and thus the scales which are derived therefrom are curvilinear, long, short, oblong, rectangular, triangular or circular.
  • the profiles can be different.
  • each metal sheet can undergo the various steps of the process continuously on the same line.
  • the joint thus obtained equipped with at least one sheet with at least one zone of extra thickness obtained according to the method of the invention remains simple and perfectly reproducible once the adapted tools have been made since there is no other external intervention likely to vary the different parameters.
  • Such a method is more particularly applicable in the case of single sheet metal head gaskets and for the intermediate sheet of a multi-sheet joint.

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Abstract

L'objet de l'invention est un procédé de fabrication d'une feuille (10) métallique comprenant au moins une zone de surépaisseur, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
  • réalisation d'au moins une découpe (20) dans ladite feuille (10) métallique pour obtenir au moins une écaille (22),
  • déformation avec pliage et allongement de ladite au moins une écaille (22) de manière à obtenir un chevauchement,
  • aplanissement et calibrage de la hauteur en saillie de ladite au moins une écaille (22) pour obtenir une zone (24) de surépaisseur de hauteur h adaptée.

Description

  • La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une feuille métallique avec au moins une zone de surépaisseur intégrée pour un joint métallique serré tel qu'un joint de culasse.
  • L'invention couvre aussi le joint incluant au moins une feuille métallique ainsi obtenue munie d'au moins une zone de surépaisseur permettant la réalisation d'un joint.
  • On sait que dans le cas des joints métalliques serrés tels que les joints de culasse, notamment la feuille d'un joint mono feuille ou l'une des feuilles actives d'un joint multi feuilles, les zones de contrainte se situent autour des points de serrage.
  • Ces zones sont donc relativement concentrées et provoquent des disparités dans la répartition des pressions exercées et donc des disparités possibles de l'étanchéité de certaines zones.
  • La solution qui consiste à augmenter les pressions de serrage ne convient généralement pas car la disparité des pressions subsiste. De plus, une augmentation des pressions de serrage engendre des redimensionnements de pièces, ce qui est contraire aux buts généralement recherchés par l'industrie automobile, en terme de légèreté au moins.
  • Aussi, pour rétablir cet équilibre des répartitions, il est connu de réaliser des butées. Ces butées, judicieusement disposées assurent une reprise des efforts en certaines zones distinctes des points de serrage, homogénéisant la cartographie des pressions d'étanchéité.
  • Si de nombreuses solutions ont été proposées pour réaliser de telles butées, elles ne s'avèrent pas toutes satisfaisantes, notamment du point de vue du coût. Il faut en effet non seulement que les joints équipés de ces butées donnent des résultats probants dans l'équilibre des répartitions des efforts de serrage mais qu'ils soient de fabrication rapide, peu coûteuse avec une reproductibilité satisfaisante.
  • Dans l'industrie, on sait que la reprise de pièces pour des étapes complémentaires de fabrication est très pénalisantes du point de vue de la gestion et surtout une telle reprise engendre des surcoûts importants.
  • L'obtention de butées directement sur la ligne de fabrication, en continu, du joint mono feuille ou d'une des feuilles d'un joint multi feuilles est également un des objectifs de la présente invention.
  • Une autre contrainte est l'obtention sur une même feuille ou une même tôle de butées de différentes épaisseurs en fonction des zones afin de réaliser une cartographie de pressions et non uniquement des points de répartition. Dans ce cas, on constate qu'il s'agit plutôt de butées surfaciques et de fait on utilise pour la suite de la description le terme de zone de surépaisseur.
  • Un autre des objectifs de l'invention est de pouvoir obtenir, après serrage, la cartographie de pressions recherchée et donc de prévoir des zones de surépaisseur réparties de façon adaptée pour obtenir cette cartographie.
  • Afin d'obtenir une telle répartition, la multiplication des zones de surépaisseur est une nécessité d'où l'intérêt d'une réalisation simple telle qu'envisagée par la présente invention.
  • Le fait de pouvoir mieux répartir les efforts de pression conduit également à une moindre déformation des pièces qui serrent le joint de part et d'autre. Ceci a aussi pour conséquence une possible réduction des dimensions de ces pièces ou de leur complexité nécessaire pour répondre à de telles déformations.
  • L'invention est maintenant décrite en détail suivant un mode de réalisation particulier, non limitatif, ainsi qu'à travers des variantes.
  • Cette description est effectuée en regard du jeu de figures annexées, lesquelles figures représentent :
    • figure 1, une vue d'une feuille d'un joint d'étanchéité métallique,
    • figures 2A, 2B et 2C, des vues des étapes d'un synoptique de fabrication des zones de surépaisseur selon l'invention, pour un joint d'étanchéité tel que celui de la figure 1,
    • figure 3, une vue de détail fortement grossie d'une zone de surépaisseur obtenue, et
    • figures 4A à 4F, une vue de différents profils de découpes pour l'obtention de zones de surépaisseur selon l'invention.
  • Sur la figure 1, on a représenté une feuille 10 d'un joint mono feuille ou une des feuilles actives dans le cas d'un joint multi feuilles. On utilise pour la suite de la description le terme « feuille » pour désigner indifféremment une feuille métallique d'un joint mono feuille ou une des feuilles dans le cas d'un joint multi feuilles, notamment la feuille intermédiaire, généralement en acier doux plus malléable.
  • Cette feuille présente pour une application à un joint de culasse par exemple une épaisseur de 0,10 à 1,0 millimètre.
  • Pour la suite de la description également, le joint de culasse est cité en exemple mais les applications peuvent s'étendre à des joints pour lignes d'échappement, à des joints de collecteurs ou plus généralement à des joints périphériques.
  • Cette feuille 10 comprend généralement des découpes 12 centrales, correspondant aux cylindres et des trous 14 et 16, respectivement de passages d'eau et d'huile.
  • Il est aussi prévu des passages 18 des vis de serrage des deux pièces, en l'occurrence pour un joint de culasse, le bloc moteur et la culasse.
  • Le procédé selon la présente invention consiste à réaliser au moins une découpe 20 dans la feuille 10, pour obtenir une écaille 22, ladite découpe étant partielle pour permettre un pliage de ladite écaille obtenue, suivant la ligne non découpée.
  • L'écaille 22 découpée et pliée est représentée sur la figure 2A. Elle présente une longueur L. Elle est de profil conjugué de celui de la découpe.
  • La deuxième étape de réalisation de la zone de surépaisseur selon l'invention consiste à provoquer l'allongement de ladite écaille 22 par exemple par matriçage. Cet allongement ΔL reste limité et il est de préférence exercé à l'extrémité libre de ladite écaille.
  • La troisième étape consiste en un aplanissement et un calibrage simultané de la hauteur en saillie de ladite écaille 22 pour obtenir une zone 24 de surépaisseur de hauteur adaptée. Ce calibrage est obtenu en pressant ladite écaille en sorte qu'elle tende à reprendre sa place dans la découpe dont elle est issue.
  • Du fait de l'allongement ΔL, la réintégration de l'écaille dans la découpe est impossible. Cette action provoque un chevauchement avec superposition de l'extrémité de l'écaille 22 sur le bord de la découpe, provoquant une surépaisseur de hauteur h constituant lors du montage une zone de surépaisseur telle que recherchée. L'effort d'aplanissement et de calibrage permet de régler la hauteur recherchée.
  • Les efforts de calibrage doivent être inférieurs à ceux de serrage ultérieur de la feuille pour son utilisation en tant qu'élément de joint. Ainsi la zone de surépaisseur réalisée résiste aux efforts sans s'écraser.
  • Cette zone de surépaisseur est représentée en détail sur la figure 3. Sous les efforts de calibrage, les bords de la découpe et l'extrémité de l'écaille fluent et se déforment pour constituer une interface 26, sensiblement en biseau.
  • Pour donner un ordre de grandeur, les découpes et les écailles qui en sont issues ont des dimensions de l'ordre de 0,5 à 5 millimètres pour la plus grande de ces dimensions.
  • Les outils de calibrage et d'aplanissement peuvent présenter des profils non plans en sorte de provoquer des calibrages différents et conférer différentes hauteurs h aux zones de surépaisseur. Ces variations de hauteur permettent de générer une cartographie surfacique et non plus par points.
  • La distribution des pressions est très progressive et quasiment continue sur toute la surface sans générer de points de contrainte.
  • La densité des zones de surépaisseur, leurs dimensions, leur hauteur, leur localisation sur la surface permettent des réglages très fins de la répartition.
  • Comme on peut le constater sur les figures 4, les formes des découpes et donc des écailles qui en sont issues, sont curvilignes longues, courtes, oblongues, rectangulaires, triangulaires ou circulaires.
  • Ces profils sont retenus en fonction de la zone et de l'espace disponible dans cette zone.
  • Sur une même feuille, les profils peuvent être différents.
  • On constate que chaque feuille métallique peut subir les différentes étapes du procédé en continu sur une même ligne. Le joint ainsi obtenu équipé d'au moins une feuille avec au moins une zone de surépaisseur obtenue selon le procédé de l'invention reste simple et parfaitement reproductible une fois les outils adaptés réalisés puisqu'il n'y a aucune autre intervention extérieure susceptible de faire varier les différents paramètres.
  • Un tel procédé est plus particulièrement applicable dans le cas des joints de culasse métallique mono feuille et pour la feuille intermédiaire d'un joint multi feuilles.
  • Selon une variante de la présente invention, il est possible de réaliser simultanément à l'allongement au moins une nervure, par exemple au niveau de l'extrémité de l'écaille.
  • Ceci permet d'obtenir aussi une zone de surépaisseur et augmente les modes de réalisation pour répondre à des problématiques qui pourraient s'avérer plus complexe et notamment dans le cas où le matériau de la feuille est peu malléable comme l'acier inox qui constitue les joints mono feuille.

Claims (10)

  1. Procédé de fabrication d'une feuille (10) métallique comprenant au moins une zone de surépaisseur, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
    - réalisation d'au moins une découpe (20) dans ladite feuille (10) métallique pour obtenir au moins une écaille (22),
    - déformation avec pliage et allongement de ladite au moins une écaille (22) de manière à obtenir un chevauchement,
    - aplanissement et calibrage de la hauteur en saillie de ladite au moins une écaille (22) pour obtenir une zone (24) de surépaisseur de hauteur h adaptée.
  2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'allongement de chaque écaille (22) est réalisé à l'extrémité libre de celle-ci.
  3. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à former au moins une nervure au niveau de l'écaille (22).
  4. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on réalise plusieurs écailles (22) et on réalise des aplanissements et des calibrages différenciés en sorte d'obtenir une cartographie de zones (24) de surépaisseur de différentes hauteurs.
  5. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape d'aplanissement et de calibrage est conduite en sorte de provoquer une interface en biseau au droit du chevauchement.
  6. Joint mono feuille ou multi feuilles incluant une feuille métallique munie d'au moins une zone de surépaisseur obtenue par le procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite au moins une zone de surépaisseur comprend au moins une écaille (22) obtenue par découpe dans ladite feuille (10) métallique, ladite au moins une écaille (22) étant déformée par allongement puis aplanie et calibrée de manière à obtenir un chevauchement avec une hauteur h adaptée.
  7. Joint selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite au moins une écaille est délimitée par une découpe ayant un profil choisi parmi les formes curvilignes longues ou courtes, oblongues, rectangulaires, triangulaires ou circulaires.
  8. Joint selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs zones de surépaisseur de même forme et de différentes hauteurs.
  9. Joint selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs zones de surépaisseur de différentes formes et de même hauteur.
  10. Joint selon l'une quelconques des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que au moins l'une des écailles (22) comprend au moins une nervure.
EP05019601A 2004-09-21 2005-09-09 Procédé de fabrication d'une feuille métallique avec au moins une zone de surépaisseur intégrée pour joint métallique serré, notamment un joint de culasse et feuille obtenue Expired - Lifetime EP1637249B1 (fr)

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