FR2958577A1

FR2958577A1 - Procede de fabrication d'un composant composite

Info

Publication number: FR2958577A1
Application number: FR1153088A
Authority: FR
Inventors: Eckhard Reese
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-04-10
Filing date: 2011-04-08
Publication date: 2011-10-14
Anticipated expiration: 2031-04-08
Also published as: FR2958577B1; DE102010014542A1; DE102010014542B4

Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un composant composite (2, 15), où un profilé creux (4, 18) et un composant de connexion (1, 16) sont disposés l'un contre l'autre et enrobés dans cette disposition par un matériau de moulage par injection, ce qui forme ledit composant composite (2, 15). Pour permettre une fabrication simple par un processus sûr d'un composant composite (2, 15) de faible poids et de construction complexe, il est proposé que le composant de connexion (1, 16) présente une réception (3, 17) où le profilé creux (4, 18) est logé, que le profilé creux (4, 18) soit élargi sous une haute pression de fluide interne au contour précis de la réception (3, 17) du composant de connexion (1, 16), par butée contre celle-ci , et que le composant de connexion (1, 16) et le profilé creux (4, 18) qui se trouve dans la réception (3, 17) de celui-ci soient enrobés par injection ensuite, ou pendant l'élargissement dans la zone de la réception par la haute pression appliquée dans le profilé creux (4, 18).

Description

Procédé de fabrication d'un composant composite

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un composant composite, où un profilé creux et un composant de connexion sont disposés l'un contre l'autre et enrobés dans cette disposition par un matériau de moulage par injection, ce qui forme ledit composant composite.

Un procédé générique a été divulgué par le document DE 100 22 360 Al. Le composant composite qui y est représenté en fig. 17-21 se compose de plusieurs tronçons tubulaires pouvant être fabriqués par déformation sous haute pression interne. Les tronçons tubulaires comportent des moulures perforées qui permettent de les assembler. Des profilés ouverts également pourvus de moulures perforées sont en outre montés par coulissement sur les tronçons tubulaires, les moulures des profilés étant appliquées contre les moulures des tronçons tubulaires. Le complexe profilé est ensuite déposé dans un outil de moulage par injection et enrobé de matière plastique dans les zones de l'assemblage coulissant. La matière plastique liquide pénètre alors dans les évidements des moulures et elle forme après durcissement des éléments de raccordement en forme de rivets entre les tronçons tubulaires et les profilés montés. L'enrobage réalise en outre un revêtement et un nervurage renforçateur de rigidité des profilés moulurés. La pression de moulage par injection peut toutefois être cause d'un aplatissement des tronçons tubulaires, entraînant une élévation du taux de rebuts. Ceci peut éventuellement être empêché par une augmentation sensible de l'épaisseur de paroi des tronçons tubulaires, ce qui est cette fois cause d'une élévation de poids du composant composite. L'obtention de la liaison par les rivets plastiques est en outre passablement coûteuse, puisque les tronçons tubulaires et les profilés doivent être précisément superposés aux évidements des moulures, sans même parler de l'étape de procédé additionnelle qu'est la perforation des moulures.

L'invention vise à perfectionner un procédé générique en permettant de fabriquer de manière simple et avec un processus sûr un composant composite de faible poids et de construction complexe.

Ce problème est résolu selon l'invention caractérisé - en ce que le composant de connexion présente une réception où le profilé creux est logé, - en ce que le profilé creux est élargi sous une haute pression de fluide interne au contour précis de la réception du composant de connexion, par butée contre celle-ci, - et en ce que le composant de connexion et le profilé creux qui se trouve dans la réception de celui-ci sont enrobés par injection ensuite, ou pendant l'élargissement dans la zone de la réception par la haute pression appliquée dans le profilé creux.

Le profilé creux est en l'occurrence logé dans une réception du composant de connexion, ce après quoi le profilé creux est élargi sous une haute pression de fluide interne au contour précis de la réception du composant de connexion, par butée contre celle-ci. Simultanément ou consécutivement, le composant de connexion et le profilé creux qui se trouve dans la réception de celui-ci sont enrobés par injection dans la zone de la réception par la haute pression appliquée dans le profilé creux. Du fait d'une haute pression interne appliquée, qui ne doit pas forcément atteindre le niveau d'une pression de déformation, mais peut au contraire constituer une pression de soutien, un affaissement du profilé creux est évité pendant le moulage par injection, ce qui renforce la sécurité du processus et minimise le taux de rebuts. En coopération avec la haute pression interne appliquée, la renonciation aux moulures et en particulier aux perforations contribue elle aussi à la sécurité du processus, car les perforations empêcheraient l'application d'une haute pression interne. Ladite renonciation aux moulures et aux perforations facilite en outre sensiblement la conformation du profilé creux et du composant de connexion et avec elle le processus de fabrication du composant composite. La pression de soutien étant suffisante à elle seule pour empêcher un affaissement du profilé creux lors du moulage par injection, celui-ci pourra présenter une faible épaisseur de paroi, avec le composant de connexion le cas échéant, ce qui contribue sensiblement à un allègement de la construction du composant composite.

Le processus de fabrication est raccourci du fait que la déformation du profilé creux est réalisée sous haute pression interne dans la réception du composant de connexion, et non pas préalablement à la mise en place dans la réception. Ceci permet également un ajustement précis du profilé creux à la réception du composant de connexion, si bien qu'aucune tolérance de montage n'est présentée. Bien qu'il soit concevable de transférer le profilé creux avec le composant de connexion dans un outil de moulage par injection separé, après élargissement dans l'outil de déformation sous haute pression interne, il est avantageux de réaliser l'élargissement et le moulage par injection dans le même outil, pour des raisons d'économie de processus d'une part et pour un coût d'appareillage réduit d'autre part. Il conviendra d'ajuster en conséquence la technique ou la construction soit de l'outil de déformation sous haute pression interne, soit de l'outil de moulage par injection, au processus qui y sera exécuté en complément. Sous un autre point de vue, le transfert ne peut être cause d'aucun dommage éventuel. Le composant composite est formé après enrobage, qui peut déjà être exécuté pendant le processus d'élargissement afin de raccourcir la fabrication. On veillera en l'occurrence à ce que le matériau de moulage liquide ou pâteux ne soit pas encore figé, pour que l'élargissement puisse s'effectuer sans dommage.

Un profilé en tôle pourra être utilisé comme composant de connexion, dont la construction pourra être aisément et précisément ajustée par emboutissage aux exigences telles que la résistance aux contraintes mécaniques et/ou une intégration appropriée à l'environnement du véhicule, posées par la situation constructive du composant composite à l'emplacement de la pièce de connexion. La tôle pourra être d'épaisseur variable et/ou être composée de différents flans raboutés distincts, mais raccordés les uns aux autres. Des réceptions pour des éléments situés sur le trajet des efforts, telles que des douilles, etc., pourront aussi être intégrés à la structure de renforcement du composant composite inséré dans la construction d'ensemble.

La réception pourra être réalisée comme traversée ou comme trou dans le profilé en tôle, coulissé ensuite sur le profilé creux pour atteindre la position d'élargissement et d'enrobage. Il est en outre concevable que la réception soit formée par un coudage du profilé en tôle, analogue à une pince - située à l'extrémité du profilé en tôle oblong. Le profilé creux est introduit dans l'ouverture du coudage du profilé en tôle pour être raccordé à celui-ci, ledit profilé en tôle enserrant le profilé creux sur 180° dans la position d'application. La réception est d'un type particulièrement simple à réaliser, puisqu'elle peut être directement formée pendant le processus d'emboutissage lors duquel la tôle initiale non structurée ou le plat reçoivent un contour correspondant.

Le composant de connexion pourra aussi être réalisé comme profilé creux, en particulier comme tube ou comme profilé extrudé, ce qui accroîtra encore la rigidité du composant composite. Pour un ajustement aux conditions de place ou de contrainte, le tube pourra être pré-plié lors d'une étape de procédé antérieure. Un contour de flexion correspondant permettra également de former la réception susmentionnée de manière relativement simple.

Le profilé creux, qui constitue le support du composant de connexion, pourra aussi être pré-plié et/ou tordu. Un contour tordu du profilé creux présente en outre l'avantage que le matériau d'enrobage ultérieurement injecté sera fixé en direction axiale et également en direction périphérique par enserrement mécanique, de manière à rendre impossible son glissement sur le profilé creux. L'adaptation de l'injection au profilé creux et au composant de connexion permettra la fabrication aisée d'un composant composite multifonctionnel hautement complexe, de faible poids, mais extrêmement robuste et résistant à la flexion et à la torsion. Ceci rendra en outre superflus tous les éléments de fixation et les techniques d'assemblage usuels dans les constructions connues. La fabrication en sera d'autant plus rapide, facile et économique.

Un maintien très satisfaisant du composant de connexion contre le profilé creux est obtenu par l'engrenage qui gaine les deux au niveau de la réception et les raccorde par accouplement mécanique et aussi par contraction de la matière d'injection pendant la solidification.

Une forme d'exécution particulièrement avantageuse de l'invention prévoit que le composant de connexion soit déformé avec le profilé creux par la haute pression interne. Le composant de connexion dans un moule ébaucheur présentant grossièrement le contour et la structure de la forme finale du composant de connexion ultérieur, pourra ainsi être déposé avec le profilé creux dans l'outil de déformation sous haute pression interne, ce après quoi le composant de connexion sera serré contre la gravure de par le profilé creux élargi par la haute pression interne, et recevra alors durablement son contour par déformation plastique. Le composant de connexion recevra ainsi sa forme finale, définie d'avance par configuration correspondante de la gravure dans l'outil. Sous l'aspect de l'appareillage exigé, ceci équivaut à une importante simplification, les tolérances de fabrication ne jouant qu'un rôle secondaire pour la production du moule ébaucheur, et des outils simples et économiques étant de ce fait utilisables pour le moule ébaucheur. Il sera également concevable de disposer une tôle plane ou un plat avec le profilé creux dans l'outil de déformation sous haute pression interne, et d'y procéder à la déformation globale susmentionnée pour obtenir la forme définitive du composant de connexion. La réception sera en l'occurrence réalisée simultanément. Il en résultera une simplification de processus et d'appareillage, tous les outils et processus préalables à la fabrication d'un composant de connexion devenant superflus. Le temps de processus sera en outre raccourci - quant au processus global de fabrication du composant composite.

Une autre forme d'exécution préférentielle de l'invention prévoit que le composant de connexion ne soit élargi que de manière élastique, mais que le profilé creux le soit de manière plastique. Le composant de connexion est ici déposé sous sa forme finie dans l'outil de déformation sous haute pression interne. Du fait que le profilé creux s'élargit plastiquement, alors que la réception du composant de connexion ne s'élargit qu'élastiquement, le profilé creux est surdimensionné au niveau de la réception, ce qui génère un ajustement serré entre ledit logement et le profilé creux suite au rappel élastique de la réception après détente de la pression fluidique. Ceci renforce énormément le maintien des différentes pièces du composant composite l'une contre l'autre. De manière alternative, il est également concevable que le profilé creux ne repose que contre la réception par élargissement, sans générer de serrage dans celle-ci. Dans ce cas, c'est le seul enrobage qui maintiendra solidairement les éléments du composant composite. Le composant de connexion pourra aussi comporter des élargissements plastiques locaux, en option.

Une forme d'exécution particulièrement avantageuse de l'invention prévoit que le profilé creux soit accouplé par correspondance de forme par l'élargissement au composant de connexion, dont la réception présente des éléments d'accouplement par correspondance de forme tels que des évidements et/ou des reliefs. Du fait que la réception peut présenter un contour autre que circulaire, et que le profilé creux reçoit la forme de contour lors de l'élargissement, un accouplement par correspondance de forme est créé entre la réception et le profilé creux, qui maintient ce dernier bloqué en rotation dans la réception du composant de connexion. La conformation des éléments d'accouplement par correspondance de forme susmentionnés, qui sont enserrés ou comblés par le profilé creux, renforce encore l'accouplement par correspondance de forme, contribuant à un maintien supérieur pour les différentes pièces du composant composite en direction axiale aussi.

Une autre forme d'exécution particulièrement avantageuse de l'invention prévoit qu'un élément fonctionnel soit formé à partir du composant de connexion au moyen de l'enrobage par injection. L'enrobage aura ainsi, dans le cadre d'un processus plus économique, non seulement la fonction d'un élément de liaison entre le profilé creux et le composant de connexion, mais aussi celle d'un composant indépendant complexe et particulièrement robuste en soi, qui pourra notamment servir de console ou de support pour d'autres composants de carrosserie du véhicule automobile. Il restera bien sûr possible, de manière alternative, de limiter l'enrobage à la seule liaison. Toutefois, l'exigence de structures filigranes imposera de compléter le composant de connexion en conséquence par moulage à injection. Un enrobage sous forme de nervures pourra en outre conférer une rigidité supérieure au composant de connexion. Une variante économe en poids prévoit de former le composant principal de l'élément fonctionnel par moulage à injection, tandis que le composant de connexion métallique servira de renforcement à l'élément fonctionnel.

Une autre forme d'exécution préférentielle de l'invention prévoit que l'enrobage par injection soit réalisé par moulage par injection de mousse cellulaire. Il en résulte de grands avantages quant à la légèreté de construction, la rigidité de l'élément moulé étant en outre particulièrement élevée en raison de la structure microcellulaire de la mousse solidifiée.

L'invention sera décrite de manière détaillée ci-30 dessous en référence à plusieurs exemples d'exécution illustrés par les figures. 35 Celles-ci représentent :

Fig. 1 une vue en perspective d'un composant de connexion sous forme tubulaire d'un composant composite 5 à fabriquer selon l'invention, Fig. 2 une vue en perspective du composant de connexion de la fig. 1 et un profilé creux d'un composant composite à fabriquer selon l'invention, Fig. 3 une vue en perspective du composant de 10 connexion de la fig. 1 et du profilé creux de la fig. 2, enrobés par injection pour former un composant composite selon l'invention, Fig. 4 une vue en coupe d'un composant de connexion exécuté comme tôle emboutie et d'un profilé 15 creux à loger dans la réception de celui-ci pour fabriquer un composant composite selon l'invention, Fig. 5 une vue en coupe du profilé creux disposé dans la réception de la tôle emboutie de la fig. 4 pour fabriquer un composant composite selon 20 l'invention, Fig. 6 une vue en coupe du profilé creux dans la réception du composant de connexion de la fig. 5 après élargissement sous haute pression interne pour fabriquer un composant composite selon l'invention, 25 Fig. 7 une vue en coupe du composant composite fabriqué selon l'invention après enrobage par injection du composant composite et du profilé creux de la fig. 6, Fig. 8 une vue en perspective d'une partie du 30 composant composite de la fig. 7, Fig. 9 une vue en perspective du composant composite en tant que composant majeur de l'avant d'une carrosserie de véhicule.

La fig. 1 représente un composant de connexion 1 d'un composant composite 2 (fig. 3), réalisé avec une forme tubulaire. Le tube est pré-plié et il présente à son extrémité inférieure un coudage 13 en forme de crochet plié de côté, destiné à être un support pour des pièces rapportées ou correspondant à la forme du composant composite 2 à produire et servant de renforcement pour le matériau de moulage durci- comme dans le présent exemple d'exécution. Le composant de connexion 1 présente en outre à son extrémité supérieure un coudage également en forme de crochet plié vers l'arrière, lequel forme une réception 3.

En fig. 2, un profilé creux 4 est mis en place dans la réception 3, ledit profilé creux 4 présentant une section rectangulaire sur sa plus grande partie (p. ex. à l'extrémité 5), et est sensiblement plié en forme de S et tordu à une extrémité 6. L'extrémité 6 en tant que telle est aplatie. Le composant de connexion 1 et le profilé creux 4 ainsi disposés sont déposés dans un outil de déformation sous haute pression interne, qui est alors fermé, les extrémités 5, 6 étant obturées de manière étanche sous haute pression. L'aplatissement de l'extrémité 6 pourra du reste être également obtenu par la fermeture de l'outil.

Après ceci, un liquide sous pression est injecté dans le profilé creux 4 et contraint par génération d'une très forte pression (plus de 1000 bar pour un profilé creux 4 en acier, moins pour un alliage métallique léger). Le profilé creux 4 s'élargit en conséquence, en s'appliquant avec fidélité de contour à la gravure de l'outil formant l'espace de moulage de l'outil tout en reposant contre le contour de la réception. Il est également possible en l'occurrence que le composant de connexion serve d'appui sous une haute pression interne. On peut aussi prévoir que la pression y suffise pour déformer le composant de connexion par élargissement. Pendant l'élargissement ou consécutivement à celui-ci, sous une haute pression qui n'a pas forcément à être une pression de déformation, un matériau de moulage par injection tel qu'une matière plastique est injecté via un canal dans la gravure de l'outil au niveau de la réception 3, cette zone étant ainsi enrobée. Dans l'exécution spéciale de la fig. 3, la matière plastique injectée entoure le profilé creux 4 sous forme de lamelles, lesdites lamelles 7 divisées en lamelles longitudinales et lamelles transversales se prolongeant par deux entretoises 8 parallèles, lesquelles sont renforcées par des nervures diagonales 9 intercalaires et incluent la partie longitudinale 10 du composant de connexion 1 située entre le coudage 13 et la réception 3. Les entretoises 8 se terminent par une partie de fixation 11 transversale intégrant des ouvertures de passage 12 pour la fixation du composant composite 2 ainsi que le coudage 13. Pourvu de l'enrobage, le composant de connexion 1 forme donc un élément fonctionnel 14. A l'issue du procédé de moulage par injection, de préférence par injection de mousse, la haute pression interne fluidique est détendue, le liquide sous pression est évacué du composant composite 2 et ce dernier est alors retiré de l'outil.

Une variante de l'invention relative au déroulement de la fabrication d'un composant composite 15 est illustrée par les fig. 4 à 7. La fig. 4 représente un composant de connexion 16 constitué d'un profilé en tôle emboutie. Le profilé en tôle présente à une extrémité un coudage analogue à une pince, qui forme une réception 17 pour un profilé tubulaire creux 18. La réception 17 présente des évidements 20 en forme de gouttières sur ses parois 19. Le profilé creux 18 est mis en place dans la réception 17 en suivant le sens de la flèche, ce après quoi il est pratiquement totalement logé dans la réception 17 et repose contre les trois parois 19 (fig. 5). Cet assemblage est ensuite déposé dans un outil de déformation sous haute pression interne, lequel est alors refermé.

Après obturation des extrémités 21 (fig. 8) du profilé creux 18 au moyen de pistons axiaux, un fluide sous pression est injecté dans le profilé creux 18 et soumis à une haute pression. A la suite de quoi le profilé creux 18 s'élargit de tous côtés conformément à la fig. 6 en s'appliquant exactement contre le contour des parois 19 et des évidements 20. Un accouplement durable par correspondance de forme est ainsi réalisé entre le profilé creux 18 et le composant de connexion 16, agissant en direction périphérique et en direction axiale, le profilé creux 18 et le composant de connexion 16 étant maintenus l'un contre l'autre de manière imperdable. Pendant l'élargissement ou consécutivement à celui-ci, un matériau de moulage par injection est injecté via des canaux intégrés à l'outil de déformation sous haute pression interne dans des cavités correspondantes de l'outil, ledit matériau entourant par correspondance de forme le profilé creux 18 et le composant de connexion 16 dans la zone de la réception dont elle renforce ainsi le maintien (fig. 7). La zone de la réception peut être entièrement enrobée de matériau de moulage par injection ou n'être entourée que localement, comme dans le présent exemple d'exécution illustré par la fig. 8, sous la forme de lamelles longitudinales 22 et de lamelles transversales 23 reliant celles-ci. Après enrobage et solidification du matériau, de préférence une matière plastique, la haute pression interne est détendue à l'intérieur du profilé creux 18, le fluide sous pression évacué, l'outil ouvert et le composant composite 15 fini retiré de celui-ci, de préférence au moyen d'un robot ou d'un manipulateur.

Comme il ressort en outre de la fig. 8, le tronçon 24 du composant de connexion 16 adjacent à la réception 17 est réalisé en forme de gouttière creusée entre deux ailettes latérales 25 en forme de brides. Les lamelles 22 sont prolongées par des nervures parallèles espacées 28 dans la gouttière 26 du tronçon 24 et sur la face arrière 27 de celle-ci, reliées par des nervures diagonales 29 dans la gouttière 26. Une rigidité supérieure est ainsi conférée au composant de connexion 16.

En d'autres termes, on peut dire qu'un maintien ferme est donné au matériau de moulage à injection par la conformation du composant de connexion 16 et du profilé creux 18 élargi, en particulier dans la zone de réception, et par l'accouplement mécanique réalisé par l'enrobage, et qu'il retire une rigidité particulièrement élevée de la forme fermée du profilé creux 18 ainsi que de la forme de gouttière du composant de connexion 16. Le matériau de moulage à injection forme globalement un élément fonctionnel 30 avec le composant de connexion 16, au moyen duquel le composant composite 15 peut être raccordé ou ajouté à son environnement de carrosserie.

Conformément à la fig. 9, le composant composite pourra former une partie avant d'un véhicule 35 automobile, le profilé creux 18 servant de barre transversale et les éléments fonctionnels qu'il supporte de zones de connexion pour d'autres pièces rapportées et pour la carrosserie (une aile avant, p. ex ) .5

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un composant composite (2, 15), où un profilé creux (4, 18) et un composant de connexion (1, 16) sont disposés l'un contre l'autre et enrobés dans cette disposition par un matériau de moulage par injection, ce qui forme ledit composant composite (2, 15), caractérisé - en ce que le composant de connexion (1, 16) présente une réception (3, 17) où le profilé creux (4, 18) est logé, - en ce que le profilé creux (4, 18) est élargi sous une haute pression de fluide interne au contour précis de la réception (3, 17) du composant de connexion (1, 16), par butée contre celle-ci, - et en ce que le composant de connexion (1, 16) et le profilé creux (4, 18) qui se trouve dans la réception (3, 17) de celui-ci sont enrobés par injection ensuite, ou pendant l'élargissement dans la zone de la réception par la haute pression appliquée dans le profilé creux (4, 18).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant de connexion (1, 16) est déformé avec le profilé creux (4, 18) par la haute pression interne.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le composant de connexion (1, 16) n'est élargi que de manière élastique - de manière localement plastique en option, alors que le profilé creux (4, 18) est élargi de manière plastique.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le profilé creux (4, 18) est accouplé par correspondance de forme par l'élargissement au composant de connexion (1, 16), dont la réception (3, 17) présente des éléments d'accouplement par correspondance de forme tels que des évidements (20) et/ou des reliefs.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un élément fonctionnel (14, 30) est formé à partir du composant de connexion (1, 16) au moyen de 15 l'enrobage par injection.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'enrobage par injection est réalisé par 20 moulage par injection de mousse cellulaire.