FR2909634A1

FR2909634A1 - Procede de fabrication d'une piece structurelle de carrosserie ou de chassis de vehicule automobile.

Info

Publication number: FR2909634A1
Application number: FR0759639A
Authority: FR
Inventors: Christian Howe; Johannes Boke; Wilfried Dr Rostek; Bernd Wohletz
Original assignee: SGL Carbon SE; Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: SGL Carbon SE
Priority date: 2006-12-11
Filing date: 2007-12-07
Publication date: 2008-06-13
Anticipated expiration: 2027-12-07
Also published as: US8070904B2; FR2909634B1; DE102006058602A1; US20080156425A1; DE102006058602B4

Abstract

Dans ledit procédé, un corps métallique de base (2) est renforcé par au moins une pièce de renfort (3) en un composite fibres-matière plastique reliée, audit corps (2), par l'intermédiaire d'un adhésif. Ladite pièce (3) se présente comme une ébauche tridimensionnelle en des panneaux préimprégnés empilés, un panneau extérieur, relié au corps (2), étant muni d'une imprégnation d'adhésif ou d'un revêtement d'adhésif orienté vers l'extérieur.

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE PIECE STRUCTURELLE DE CARROSSERIE OU DE

CHASSIS DE VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'une pièce structurelle de carrosserie ou de châssis d'un véhicule automobile, dans lequel un corps métallique de base est renforcé par au moins une pièce de renfort en un composite fibres-matière plastique, qui est reliée audit corps par l'intermédiaire d'un adhésif. Pour assurer la liaison, avec une structure métallique, de pièces structurelles en des composites fibres-matière plastique aptes au laquage par immersion électrocathodique, l'art antérieur englobe l'utilisation de systèmes adhésifs à base de résines époxydes à composant unique qui, dans tous les cas, accusent un comportement défectueux similaire quant à l'éventuelle absorption d'énergie par l'adhésif, et quant à l'aptitude maximale à supporter des contraintes. De surcroît, du fait de leur résistance élevée aux contraintes de cisaillement, les systèmes à composant unique du type susmentionné doivent être jugés critiques, dans une solidarisation instaurée entre de l'acier et des pièces structurelles en des composites fibres-matière plastique, à cause des différents coefficients de dilatation thermique des pièces structurelles devant être reliées les unes aux autres. L'adhésif employé revêt, précisément, une signification particulière dans la zone de pièces structurelles de carrosseries soumises à de fortes contraintes. La demande de brevet DE-Al-10 2004 003 190 propose un groupe structurel de carrosserie de véhicule automobile, présentant une réalisation stratifiée comprenant une coque extérieure et une coque intérieure, ledit groupe étant renforcé par au moins une pièce de renfort. Ladite pièce consiste en une matière plastique à renfort fibreux et est collée à plat sur la coque. Il convient, en particulier, d'employer des matières plastiques armées de fibres de carbone. Dans ce groupe structurel, le collage proprement dit doit être effectué à l'aide d'un adhésif époxyde conçu de manière à durcir, au stade du laquage de la carrosserie, grâce à des processus de cuisson au four. Cela est réputé prévenir une rupture de la solidarisation collée, également en présence des températures élevées régnant, dans le groupe structurel, au cours des processus de laquage de la carrosserie. En revanche, des adhésifs à deux composants durciraient avec une rapidité telle qu'ils seraient intégralement durcis 2909634 avant même l'exécution du processus de laquage, de sorte qu'ils se rompraient au cours des processus de laquage. L'invention a pour objet d'établir des solidarisations entre de l'acier et des composites fibres-matière plastique aptes au laquage par immersion 5 électrocathodique, qui présentent à la fois des propriétés différentes en matière d'absorption d'énergie et de forces, et un comportement non critique vis-à-vis des problèmes soulevés par la dilatation thermique. Conformément à l'invention, cet objet est atteint par le fait que le procédé englobe les étapes suivantes : 10 a) superposition de plusieurs substances fibreuses, dites panneaux préimprégnés, préimprégnées d'une résine synthétique durcissable, de sorte qu'un panneau préimprégné extérieur, devant être relié au moins au corps de base prévu au minimum, est muni d'une imprégnation d'adhésif ou d'un revêtement d'adhésif pointant vers l'extérieur ; 15 b) découpage à l'emporte-pièce des panneaux préimprégnés, avant ou après l'étape a), en concordance avec la géométrie du au moins un corps de base ; c) conformation des panneaux préimprégnés superposés, pour obtenir une ébauche tridimensionnelle ; d) compression de l'ébauche et du au moins un corps de base, dans un outil de 20 pressage, en vue du collage de ladite ébauche sur ledit corps et en vue du durcissement de l'adhésif ; et e) stockage des pièces structurelles solidarisées, en vue du durcissement. Ainsi, dans le procédé conforme à l'invention, il est prévu d'empiler mutuellement plusieurs substances fibreuses préimprégnées d'une résine synthétique 25 durcissable, désignées par "panneaux préimprégnés", un panneau extérieur, devant être relié au corps de base prévu au minimum, étant alors doté d'une imprégnation d'adhésif ou d'un revêtement d'adhésif tourné vers l'extérieur. En revanche, les panneaux situés à l'intérieur sont préimprégnés exclusivement par la résine synthétique. Lesdits panneaux peuvent être découpés à l'emporte-pièce soit avant, 30 soit après l'empilement, pour correspondre à la géométrie du corps de base prévu au minimum ; et sont, au stade successif, amenés à la forme d'une ébauche tridimensionnelle. Cette ébauche est mise en place sur le au moins un corps de base avec lequel elle est comprimée, en applique, dans un outil de pressage, en vue du collage de ladite ébauche et du durcissement de l'adhésif. Dans l'enchaînement, les 35 pièces structurelles solidarisées sont stockées afin de durcir.

2909634 Conformément à l'invention, la pièce de renfort peut également être interposée entre deux corps de base, de telle sorte que lesdits corps de base soient reliés l'un à l'autre par l'intermédiaire de ladite pièce de renfort. Le corps de base revêt, en particulier, la forme d'une colonne B étant 5 donné qu'il s'agit, dans ce cas, d'une pièce structurelle exposée à de fortes contraintes lors d'une collision latérale. Cette pièce structurelle doit répondre à des exigences différentes sur les marchés nord-américain et européen. L'utilisation judicieuse d'une matière plastique renforcée par des fibres permet de fournir une structure métallique de base pour les différents segments de marché, ladite structure 10 de base n'étant modifiée, pour l'essentiel, que par les pièces de renfort. Le corps de base peut, par exemple, revêtir la forme d'une colonne B, d'un seuil de portière, d'un encadrement latéral de pavillon ou d'un support transversal de pare-chocs. Sous l'effet des contraintes survenant lors d'une collision latérale, des 15 efforts de traction considérables se produisent, dans la région centrale de la colonne B, depuis le seuil jusqu'à l'encadrement de pavillon. Pour introduire directement lesdits efforts de traction dans la matière plastique renforcée par des fibres, cette dernière est reliée au corps de base, c'est-à-dire à la structure en acier ou en aluminium de la colonne B, partiellement ou par toute sa surface au moyen 20 d'adhésifs, ce qui donne naissance à une pièce structurelle composite comprenant une pièce structurelle de renfort et la pièce structurelle à renforcer (le corps de base). Des contraintes particulièrement fortes peuvent être supportées par l'intermédiaire d'un composite fibres-matière plastique, dans lequel des fibres de carbone sont de préférence intégrées, conformément à l'invention. Il est notamment avantageux, 25 comme le prévoit l'invention, que les fibres de la pièce de renfort soient agencées avec orientation unidirectionnelle dans une structure. La technique de solidarisation, c'est-à-dire le collage, peut recourir à des systèmes adhésifs tant à composant unique, qu'à deux composants. A l'inverse des systèmes à composant unique, des systèmes à deux composants offrent la possibilité 30 de concevoir la solidarisation avec meilleure prise en compte des contraintes. C'est pourquoi, conformément à l'invention, il est considéré comme particulièrement avantageux d'utiliser des adhésifs au polyuréthane à deux composants, grâce auxquels l'absorption d'énergie et le niveau maximal de forces peuvent être mieux maîtrisés que dans des systèmes à composant unique. L'avantage conféré par 35 l'utilisation d'adhésifs au polyuréthane à deux composants réside dans le fait qu'il permet d'obtenir, moyennant des propriétés comparables en cas de collision, une 2909634 4 résolution simple des problèmes de dilatation thermique grâce à des systèmes adhésifs plus épais et plus flexibles. L'invention va à présent être décrite plus en détail, à titre d'exemple nullement limitatif, en regard du dessin annexé sur lequel : 5 la figure 1 est un diagramme comparatif des propriétés de systèmes adhésifs ; et la figure 2 est une représentation fragmentaire de l'agencement de la colonne B d'un véhicule automobile. Le diagramme de la figure 1 atteste que le pouvoir d'absorption d'énergie, 10 symbolisé par des rectangles noirs, est relativement constant en présence d'adhésifs époxydes (1K-EP et 2K-EP) et ne se prête pas aisément, en conséquence, à une adaptation au profil des sollicitations imposées, en particulier, dans la région d'une colonne B. En revanche, des systèmes adhésifs au polyuréthane à deux composants (2K-PU) offrent une souplesse d'emploi de loin supérieure. L'exemple d'un adhésif 15 (au polyuréthane à deux composants (2K-PU)), illustré à l'extrême droite de la figure 1, révèle que cet adhésif présente un très fort pouvoir d'absorption d'énergie, ce qui est avantageux pour des cas d'application déterminés. Dans cet adhésif spécifique, toutefois, l'aptitude à supporter des contraintes (c'est-à-dire le rectangle hachuré) est comparativement moindre que dans les deux autres systèmes adhésifs représentés, au 20 polyuréthane à deux composants (2K-PU). En revanche, dans le cas de l'adhésif au polyuréthane à deux composants (2K-PU) situé à gauche, sur le diagramme, ce type d'adhésif peut absorber de très grandes forces moyennant un pouvoir d'absorption d'énergie relativement élevé, ce qui peut de nouveau être avantageux pour d'autres cas d'application déterminés.

25 Toutefois, des systèmes mixtes polyuréthane/résine époxyde à un composant (1KEPPU) peuvent également conférer un certain niveau de robustesse et être appropriés pour des cas d'application déterminés, également dans la région de pièces structurelles de la carrosserie et du châssis, bien que la variabilité de systèmes adhésifs au polyuréthane à deux composants (2K-PU) soit nettement supérieure et 30 autorise, de manière plus souple, une adaptation de l'agencement structurel d'une pièce de carrosserie ou de châssis aux exigences considérées du marché. La figure 2 montre, à titre d'exemple, un agencement 1 de la colonne B d'un véhicule automobile. Un corps métallique de base est désigné par 2. Dans la région centrale de la colonne B, une pièce de renfort 3, en un composite fibres- 35 matière plastique, est partiellement solidarisée par collage avec le corps 2. Dans le cadre du procédé de fabrication, la pièce 3 a été produite à partir d'une série de 2909634 5 panneaux imprégnés empilés, parmi lesquels le panneau préimprégné, tourné vers le corps 2, a été muni d'une imprégnation d'adhésif ou d'un revêtement d'adhésif pointant vers l'extérieur. Les panneaux, débités à l'emporte-pièce, ont été conformés en une ébauche tridimensionnelle du type également visible sur la figure 2. Ladite 5 ébauche, et le corps métallique de base 2, ont ensuite été pressés l'un sur l'autre, dans un outil de pressage en deux parties, et ladite ébauche a été solidarisée par collage avec ledit corps 2. Dans l'enchaînement, les pièces structurelles solidarisées ont été prélevées de l'outil de pressage, puis stockées en vue du durcissement. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au 10 procédé décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

- 1. Procédé de fabrication d'une pièce structurelle de carrosserie ou de châssis d'un véhicule automobile, dans lequel un corps métallique de base (2) est renforcé par au moins une pièce de renfort (3) en un composite fibres-matière plastique, qui est reliée audit corps (2) par l'intermédiaire d'un adhésif, procédé caractérisé par les étapes suivantes : a) superposition de plusieurs substances fibreuses, dites panneaux préimprégnés, préimprégnées d'une résine synthétique durcissable, de sorte qu'un panneau préimprégné extérieur, devant être relié au moins au corps de base (2) prévu au minimum, est muni d'une imprégnation d'adhésif ou d'un revêtement d'adhésif pointant vers l'extérieur ; b) découpage à l'emporte-pièce des panneaux préimprégnés, avant ou après l'étape a), en concordance avec la géométrie du au moins un corps de base (2) ; c) conformation des panneaux préimprégnés superposés, pour obtenir une ébauche tridimensionnelle ; d) compression de l'ébauche et du au moins un corps de base (2), dans un outil de pressage, en vue du collage de ladite ébauche sur ledit corps (2) et en vue du durcissement de l'adhésif ; et e) stockage des pièces structurelles solidarisées, en vue du durcissement.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la pièce de renfort (3) est interposée entre deux corps de base (2), de telle sorte que lesdits corps de base (2) soient reliés l'un à l'autre par l'intermédiaire de ladite pièce de renfort (3).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le composite fibres-matière plastique est un composite constitué d'une matière plastique et de fibres de carbone.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les fibres de la pièce de renfort (3) sont agencées avec orientation 30 unidirectionnelle dans une structure.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'adhésif se présente comme un adhésif au polyuréthane à deux composants.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par 35 le fait que le corps de base revêt la forme d'une colonne B, d'un seuil de portière, d'un encadrement latéral de pavillon ou d'un support transversal de pare-chocs.