FR3064936A1 - Triangle ou bras de suspension pour vehicule automobile realise par emboutissage a chaud et soudure laser - Google Patents
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Abstract
L'invention a trait à un procédé de fabrication d'une pièce automobile de liaison au sol, notamment d'un triangle de suspension, constitué de deux tôles métalliques assemblées l'une à l'autre par soudage (5). Les deux tôles métalliques sont chauffées par induction (1), puis embouties (3a) par une presse. Les tôles subissent une trempe (3b) au contact des outils de la presse, maintenus à basse température. Les tôles embouties sont ensuite assemblées par soudage au laser. Elles sont enfin préparées chimiquement et/ou mécaniquement (7,9) pour recevoir un revêtement anticorrosion (11).
Description
Titulaire(s) : PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Société anonyme.
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Société anonyme.
TRIANGLE OU BRAS DE SUSPENSION POUR VEHICULE AUTOMOBILE REALISE PAR EMBOUTISSAGE A CHAUD ET SOUDURE LASER.
FR 3 064 936 - A1
Q/) L'invention a trait à un procédé de fabrication d'une pîece automobile de liaison au sol, notamment d'un triangle de suspension, constitué de deux tôles métalliques assemblées l'une à l'autre par soudage (5). Les deux tôles métalliques sont chauffées par induction (1), puis embouties (3a) par une presse. Les tôles subissent une trempe (3b) au contact des outils de la presse, maintenus à basse température. Les tôles embouties sont ensuite assemblées par soudage au laser. Elles sont enfin préparées chimiquement et/ou mécaniquement (7,9) pour recevoir un revêtement anticorrosion (11).
Illllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllll
TRIANGLE OU BRAS DE SUSPENSION POUR VEHICULE AUTOMOBILE REALISE PAR EMBOUTISSAGE A CHAUD ET SOUDURE LASER
L’invention a trait au domaine de la fabrication de pièces mécaniques de liaison au sol, de type triangle ou bras de suspension.
Le document de brevet publié FR 3 026 991 décrit un bras de suspension de véhicule constitué de deux demi-coquilles assemblées l’une à l’autre selon un plan de jonction, par soudure au laser en particulier.
L’enseignement de ce document est intéressant en ce qu’il propose la technique de soudure au laser dans le procédé de fabrication de bras de suspension bi-coquilles. Cependant, les étapes complémentaires de fabrication de tels bras de suspension ne sont pas décrites. En outre, le soudage au laser ne peut être appliqué à tous les types de tôles, en particulier celles présentant un revêtement anti-corrosion couramment utilisé notamment lorsque les pièces sont mise en forme à chaud.
Le document de brevet publié FR 2 956 360 décrit un triangle de suspension disposé sur l’essieu d’un véhicule automobile, fabriqué à partir d’un seul tenant à partir d’une platine de tôle. Un logement de palier est fabriqué dans une zone de palier par façonnage (pliage, bordage, rainures) dans un outil de façonnage. Le façonnage peut être réalisé par façonnage à froid avec traitement thermique consécutif, ou par façonnage à chaud avec trempe à la presse.
L’enseignement de ce document est intéressant en ce qu’il évoque la possibilité de réaliser une partie de la pièce par façonnage à chaud. Cependant, cette méthode de fabrication n’en concerne qu’une partie, et ne porte que sur une technique de fabrication en particulier. En outre, la méthode de chauffage pour réaliser le façonnage à chaud n’est pas décrite.
Le document de brevet publié WO 2011/131174 décrit une méthode de formage (emboutissage, estampage, matriçage) à chaud de tôles, consistant en deux étapes. La première étape consiste à chauffer la tôle d’abord jusqu’à une première température inférieure ou égale à la température de Curie, puis à une température inférieure de 70K à la première température, et ce dans un dispositif de chauffage par induction. La deuxième étape consiste à chauffer la tôle à une deuxième température au-delà de 800°C dans un four conventionnel ou par induction dans un dispositif différent du premier. Les dispositifs inducteurs sont également décrits.
L’enseignement de ce document est intéressant en ce qu’il suggère un moyen rapide de chauffer les tôles, ainsi que des plages de températures permettant d’avoir une structure métallique résistante. Cependant, le procédé s’articule autour de deux étapes nécessaires, exécutées dans deux dispositifs de chauffage distincts et différents. Cette méthode implique un temps de traitement long ainsi que des coûts élevés de mise en place des dispositifs. Enfin, cet enseignement ne décrit pas comment ce procédé peut s’appliquer à la fabrication de triangle ou bras de suspension.
L’invention a pour objectif de proposer un procédé de fabrication de triangle ou bras de suspension bi-coquille qui soit économique et performant, notamment en conférant au triangle ou bras de suspension une tenue mécanique supérieure.
L’invention a également pour objectif de proposer un procédé de fabrication de triangle ou bras de suspension bi-coquilles avec les caractéristiques mécaniques nécessaires pour leur fonction.
L’invention a pour objet un procédé de fabrication de triangle ou bras de suspension pour véhicule automobile, comprenant les étapes suivantes :
- mise en forme d’au moins deux demi-coquilles par emboutissage d’un ou plusieurs flans de tôle métallique, les demi-coquilles comprenant des bords de fixation ;
- assemblage des bords de fixation des demi-coquilles l’un à l’autre par soudure laser.
Le procédé est remarquable en ce qu’il comprend, en outre, l’étape suivante précédant l’étape de mise en forme :
- chauffage par induction du ou des flans de tôle.
Par triangle ou bras de suspension on entend toute pièce de liaison au sol d’un véhicule, apte à être formée à partir d’au moins deux demi-coquilles. II peut notamment s’agir de bras arrière de traverse arrière de suspension.
Le ou les flans de tôle métallique sont avantageusement constitués d’acier ou d’alliage ferreux.
L’étape de chauffage par induction est telle que le métal du ou des flans de tôle acquiert une structure austénitique. Le chauffage par induction peut avantageusement être réalisé sur l’ensemble ou sur une partie seulement du ou des flans de tôle.
Selon un mode avantageux de l’invention, le ou les flans de tôle métallique sont non revêtus.
Selon un mode avantageux de l’invention, l’emboutissage du ou des flans de tôle est 10 réalisé par une presse dont les outils sont à une température inférieure à celle du ou des flans de tôle chauffés par induction, lesdits flans subissant une trempe au contact desdits outils lors de l’emboutissage.
Lors de la trempe du ou des flans au cours de l’étape de mise en forme par emboutissage, la vitesse de trempe est supérieure à la vitesse critique de trempe martensitique du métal du flan en au moins 50% du volume dudit ou desdits flans, selon un mode avantageux de l’invention.
La soudure laser s’étend avantageusement le long d’au moins 75% des bords de fixation.
Selon un mode avantageux de l’invention, le procédé comprend une étape de 20 traitement par technique de projection d’abrasif, notamment par sablage, de la surface extérieure du triangle ou bras de suspension, après l’étape d’assemblage. Selon un mode avantageux de l’invention, le triangle ou bras de suspension comprend des zones creuses et/ou internes, le procédé comprenant une étape de traitement desdites zones par une technique de dégraissage, après l’étape d’assemblage.
Selon un mode avantageux de l’invention, le procédé comprend une étape de dépôt d’une couche de protection anticorrosion sur le triangle ou bras de suspension, après la ou les étapes de traitement décrites précédemment.
Les mesures de l’invention sont intéressantes en ce que le recours à l’emboutissage à chaud dans le procédé de fabrication de triangle ou bras de suspension permet de réaliser des géométries plus complexes et éventuellement de réaliser une trempe du matériau. Cela permet d’atteindre une réduction de masse appréciable, de l’ordre de 40% dans le cas d’un triangle de suspension. Cette réduction favorise la réduction des émissions de CO2 par le véhicule doté d’un tel triangle de suspension, allant jusqu’à 0.30g/km.
Le chauffage par induction est particulièrement intéressant en ce qu’il permet de s’acquitter d’un revêtement anticorrosion ou de la mise en œuvre de la chauffe et de l’emboutissage sous atmosphère inerte (sans oxygène) au moyen d’installations coûteuses. Si les tôles utilisées pour fabriquer des triangles ou bras de suspension bi-coquilles sont revêtues, alors seul le soudage MAG (acronyme de l’expression anglo-saxonne « Métal Active Gas ») reste possible. En effet, le soudage au laser conduirait à la fonte du matériau de revêtement, entraînant la pénétration des intermétalliques dans la matière et constituant ainsi une entaille dans la pièce. Le soudage MAG présente l’inconvénient d’une zone affectée thermiquement (ZAT) plus large que la ZAT d’un soudage au laser, et d’un apport de matière supplémentaire. Cette contrainte doit donc être évitée.
Le chauffage par induction est également intéressant en ce qu’il peut être réalisé de manière sélective sur le ou les flans de tôle. Cette technique permet de réaliser une transformation métallurgique sur certaines zones seulement, et donc de conserver la ductilité des zones n’ayant pas été chauffées.
L’invention permet également un gain de temps au niveau du procédé d’emboutissage à chaud, l’inertie de chauffage étant diminuée grâce au chauffage par induction.
En outre, les mesures de l’invention sont intéressantes en ce que l’oxydation des surfaces des tôles est limitée, et que le procédé permet l’application d’une protection anticorrosion successive à la mise en forme de la pièce.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l’aide de la description et des dessins parmi lesquels :
- La figure 1 représente les étapes d’un procédé direct d’emboutissage à chaud conforme à l’invention ;
- La figure 2 décrit les étapes de mise en œuvre du procédé de la figure 1 ;
- La figure 3 est un exemple de pièce fabriquée par le procédé de l’invention.
La figure 1 schématise un procédé direct d’emboutissage à chaud, en application du principe décrit par l’invention. Durant l’étape 1, un flan de tôle est introduit dans le four à induction et est porté à une température située entre 880°C et 930°C, pendant quelques secondes. Cette courte durée permet d’éviter la formation d’une couche d’oxydes, dite calamine, sur la surface des flans exposés thermiquement. Le métal de la tôle n’est pas revêtu.
Le flan chauffé est ensuite embouti 3a dans une presse hydraulique, d’une capacité pouvant aller de 800 à 1200 T, à l’étape 3. L’opération peut être réalisée avec ou sans serre-flan, pour maintenir le flan contre la matrice pendant que le poinçon déforme la tôle.
Le flan est refroidi au contact des outils de la presse, maintenus à une température plus basse, au cours de l’étape 3b. Le flan est ainsi mis en forme 3a et trempé 3b quasi simultanément. La vitesse de refroidissement est critique en effet pour obtenir la structure martensitique désirée, qui procure des propriétés mécaniques en adéquation avec l’usage final de la pièce ainsi formée. Les outils peuvent intégrer des circuits de refroidissement pour permettre un refroidissement contrôlé.
Ce procédé décrit en figure 1 s’applique notamment pour la mise en forme de fonds de réservoir en acier. La déformation à chaud est avantageuse en ce qu’elle permet l’emboutissage de pièces profondes. Le problème des cadences d’emboutissage à chaud moins élevées que celles de l’emboutissage à froid est détourné, puisque la méthode de chauffage par induction réduit l’inertie du processus de chauffage. Il est alors possible d’obtenir des géométries complexes. De plus, l’état de surface est amélioré, sans avoir recours à des tôles d’acier pré-revêtues ou à une atmosphère neutre pour éviter l’oxydation du métal chauffé.
La figure 2 décrit les étapes de mise en œuvre du procédé de la figure 1, conformément à l’invention. Un ou des flans de tôle non revêtue sont chauffés dans un four à induction. L’étape de chauffage 1 dure quelques secondes, dans une atmosphère qui n’est pas forcément inerte. Dans le cas d’une nuance d’acier 22MnB5, le flan est chauffé à 880°C pour acquérir me structure austénitique. L’étape suivante 3 consiste à préformer ces flans par emboutissage 3a. Les flans peuvent subir une trempe 3b à l’issue de cette étape, éventuellement grâce à un circuit de refroidissement intégré dans les outils de la presse d’emboutissage.
Les flans préformés sont ensuite assemblés 5. Comme il n’y a pas de revêtement sur les tôles, les flans peuvent être assemblés par soudure laser. La zone affectée thermiquement est réduite par rapport à celle résultant d’un soudage MAG, et il n’y a pas d’apport de métal.
La surface extérieure du triangle ou bras de suspension peut être traitée par une technique de projection d’abrasif, notamment par sablage 7. Il s’agit d’améliorer l’adhérence des revêtements qui vont être appliqués à une étape ultérieure. Les zones de la surface extérieure traitées sont celles qui sont les plus exposées au gravier de chaussée en effet.
Les zones creuses et/ou internes sont quant à elles dégraissées au cours de l’étape 9, pour améliorer également l’adhérence des revêtements.
Un revêtement de zinc lamellaire est enfin appliqué sur le triangle ou bras de suspension au cours de l’étape 11.
La figure 3 est un exemple de bras de suspension 2 fabriqué selon le procédé de l’invention. Il comprend deux demi-coquilles 4 et 6 fixées l’une à l’autre selon un plan moyen de jonction P et qui, ensemble, forment la structure du bras 2. La résistance à la rupture de chacune des demi-coquilles est d’au moins 500MPa/mm2 et/ou d’au plus 1800MPa/mm2. Un tel bras 2 doit pouvoir résister aux différents moments de flexion transmis par la roue à la structure du véhicule. Les deux demi-coquilles sont assemblées par soudure laser le long de bords de fixation 8 qui s’étendent également dans le plan moyen de jonction P.
Claims (10)
- Revendications1. Procédé de fabrication d’un triangle ou bras de suspension (2) pour véhicule automobile, comprenant les étapes suivantes :- mise en forme (3) d’au moins deux demi-coquilles (4, 6) par emboutissage (3a) d’un ou plusieurs flans de tôle métallique, les demi-coquilles comprenant des bords de fixation (8) ;- assemblage (5) des bords de fixation des demi-coquilles l’un à l’autre par soudure laser ;caractérisé en ce que le procédé comprend, en outre, l’étape suivante (1) précédant l’étape (3) de mise en forme :- chauffage par induction du ou des flans de tôle.
- 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le ou les flans de tôle métallique sont constitués d’acier ou d’alliage ferreux.
- 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l’étape (1) de chauffage par induction est telle que le métal du ou des flans de tôle acquiert une structure austénitique.
- 4. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le ou les flans de tôle métallique sont non revêtus.
- 5. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l’emboutissage (3a) du ou des flans de tôle est réalisé par une presse dont les outils sont à une température inférieure à celle du ou des flans de tôle chauffés par induction, lesdits flans subissant une trempe (3b) au contact desdits outils lors de l’emboutissage (3a).
- 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que lors de la trempe (3b) du ou des flans au cours de l’étape (3) de mise en forme par emboutissage, la vitesse de trempe est supérieure à la vitesse critique de trempe martensitique du métal du flan en au moins 50% du volume dudit ou desdits flans.
- 7. Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la soudure laser s’étend le long d’au moins 75% des bords de fixation (8).
- 8. Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’il comprend une étape (7) de traitement par technique de projection d’abrasif, notamment par sablage, de la surface extérieure du triangle ou bras de suspension (2), après l’étape (5) d’assemblage .
- 9. Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le triangle ou bras de suspension (2) comprend des zones creuses et/ou5 internes, le procédé comprenant une étape (9) de traitement desdites zones par une technique de dégraissage, après l’étape (5) d’assemblage.
- 10. Procédé selon l’une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape (11) de dépôt d’une couche de protection anticorrosion sur le triangle ou bras de suspension (2), après la ou les étapes10 de traitement (7) et (9).
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| FR3064936B1 (fr) | 2019-04-26 |
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