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40 Connaissances de base sur l’ingénierie des procédés La fabrication des produ

40 Connaissances de base sur l’ingénierie des procédés La fabrication des produits semi-finis Une carrosserie moderne doit répondre à des exigences toujours plus élevées et également différenciées en matière de construction. Pour satisfaire à ces exigences, les matériaux/ PRODUITS SEMI-FINIS doivent faire l’objet d'un choix et d'une utilisation sur mesure pour être précisément adaptés à chaque zone de la carrosserie et à son profil de charge. Calculs et tests ultérieurs permettent d'établir des tracés de charges pour l’intérieur de la carrosserie, qui, compte tenu des possibilités d'ingéniérie actuelles, peuvent être représentés d'une manière toujours plus proche de la réalité. Calculs et tests permettent de déduire quelle structure doit avoir la carrosserie : ● Détermination du profil des produits semi-finis ● Choix du matériel des produits semi-finis ● Choix des éléments de carrosserie et des matériaux qui doivent subir un traitement pendant la fabrication (par ex. trempe dans des outils de façonnage) ● Choix des zones de carrosserie et de chaque pièce qui présentent intérieurement des modifications de sections (« Tailored Blanks » – flans raboutés) Conception et calcul Test en laboratoire et dans la pratique 41 Les principaux procédés de transformation sont : Emboutissage Formage haute pression Filage Laminage Extrusion Procédés de formage Différents procédés sont utilisés pour la fabrication des PRODUITS SEMI-FINIS. Les fines tôles d'acier actuelles offrent de très bonnes possibilités pour satisfaire aux exigences d’une construction légère tout en présentant une RÉSISTANCE élevée au service de la sécurité. Mais les procédés de formage utilisés doivent être également bien adaptés aux caractéristiques de déformabilité des tôles. D'où la complexité des exigences ! 42 S421_060 S421_061 S421_062 S421_063 Connaissances de base sur l’ingénierie des procédés La tôle découpée est posée sur la matrice… …et maintenue par le serre-flan. Le poinçon est poussé maintenant vers le bas et presse la tôle au-dela du rebord de matrice dans l’ouverture de la matrice. La tôle est alors pressée si fermement par le serre-flan sur la matrice qu’il ne peut se former aucun pli. Une fois le processus d’emboutissage terminé, le poinçon libère la pièce. Emboutissage Lors du procédé d’emboutissage, on obtient une déformation par l’ action simultanée de forces de traction et de pression. Les tôles sont ainsi transformées au cours d’une ou de plusieurs opérations. Les matériaux utilisés – les tôles d’emboutissage – doivent présenter une malléablité adéquate. L ’estampage est une forme spéciale d’emboutissage. Il permet d’intégrer des structures et des formes en saillie dans la surface des tôles, comme par ex. des lettres. Mais ce procédé est bien souvent réalisé en même temps que l’emboutissage. Poinçon Ronde Matrice Force de pression Serre-flan Flan Rebord de matrice Rebord éjecteur 43 S421_080 Le profil de tôle est posé dans la moitié inférieure d’un outil en deux parties. Puis l’outil est fermé et rempli d’un fluide de pression. Puis ce fluide de pression est soumis à une pression d'env. 170 MPa. Les forces générées poussent le profil de tôle en place contre l’outil de formage, produisant ainsi la nouvelle forme souhaitée. Une fois le processus de formage terminé, les deux moitiés de l’outil de formage s’ouvrent et la pièce usinée peut être retirée. Formage haute pression Dans le cas du formage haute pression, une déformation est obtenue grâce à des forces de pression. Ce procédé consiste à exercer de l'intérieur une forte pression sur un profil de tôle pour le presser contre une forme creuse. Cette méthode permet également de fabriquer très rapidement des pièces présentant des géométries complexes et différentes, par ex. avec des formes auxiliaires. Il est par ailleurs possible d’économiser des cordons de soudure. Grâce à l'écrouissage se produisant lors du formage, la résistance ou la rigidité des pièces se trouvent accrues. Contre-appui Tube Moitié de l’outil de formage Moitié de l’outil de formage Poinçon Fluide de pression Forme auxiliaire Pièce en T finie 44 S421_066 Lors du filage, des matériaux sont pressés à l'aide d'un poinçon et d'une matrice pour devenir des corps creux ou pleins. Un bloc de matériau initial est placé dans l'outil de formage. Lorsque le poinçon exerce une forte pression sur le matériau, ce dernier ressort de l’autre côté par l’ouverture de la matrice. La déformation génère un durcissement. Par ailleurs, la matrice permet d’obtenir des états de surface de qualité appropriée. Filage Lors du filage, des pressions génèrent une déformation. Les matériaux utilisés lors de ce procédé doivent présenter une déformabilité élevée. Éjecteur Platine Poinçon Matrice Moule initial (platine) Pièce finie Connaissances de base sur l’ingénierie des procédés 45 S421_065 S421_064 Extrusion Lors de l'extrusion, des pressions génèrent une déformation. Lors de ce procédé, des matériaux chauffés sont pressés par une matrice et comprimés pour former une barre. Suivant la forme de la matrice employée, différents profilés peuvent être fabriqués. Le matériau est comprimé par déformation dans la matrice et ainsi renforcé. Par ailleurs, des états de surface de qualité appropriée peuvent être obtenus. Laminage Lors du laminage, des pressions génèrent une déformation. Des profils, tôles, tubes et fils passent entre deux rouleaux tournants et sont déformés. Le matériau est compressé par les rouleaux et ainsi renforcé. Par ailleurs, des états de surface de qualité appropriée peuvent être obtenus. Matrice Piston Porte-matrice Billette Barre extrudée Rouleau 46 S421_039 Connaissances de base sur l’ingénierie des procédés Le terme « Tailored » indique déjà que les pièces sont « ajustées », c’est-à-dire assemblées sur mesure. Quant à « Blanks », il signifie « flans ». « Tailored Blanks » veut donc dire approximativement « flans sur mesure » (ou flans raboutés). À l’origine, les flans raboutés ont été développés pour fabriquer des plaques de tôle dont la largeur ne pouvait être produite avec la technique de laminage d’autrefois. Aujourd’hui, l’ avantage des flans raboutés est avant tout utilisé pour permettre d’assembler différentes qualités d’aciers et d’épaisseurs de tôles en un seul et unique élément. Exemple - plancher avant avec flans raboutés Les flans raboutés permettent une adaptation toujours meilleure et plus précise de la structure de la carrosserie aux charges que doivent supporter certains éléments. C’est ainsi que des pièces de forme complexe et de conception géométriquement appropriée peuvent être réalisées. Les éléments individuels des flans sur mesure sont reliés les uns aux autres par soudage. Après ce soudage est effectué le formage, par ex. par emboutissage. Épaisseur croissante de tôle Longeron avant Plancher avant Tailored Blanks (flans raboutés) 47 S421_095 S421_069 S421_084 Pour assembler les composants individuels des flans raboutés, différents procédés de soudage sont utilisés. Un procédé autrefois fréquemment utilisé était le soudage en ligne continue par écrasement. Mais aujourd’hui, il a été remplacé la plupart du temps par le soudage laser plus moderne. C’est pourquoi nous n’approfondirons pas plus le soudage en ligne continue par écrasement. Pour obtenir des soudures laser de qualité, il faut bien préparer les bords des soudures. Outre le soudage laser, on utilise aussi aujourd'hui le soudage haute fréquence pour les flans raboutés. Lors de procédé, des tôles sont serrées les unes contre les autres avec un interstice défini de valeur « x ». Le courant à haute fréquence est acheminé par des mâchoires/électrodes directement sur les tôles. Par effet électrodynamique, le courant de soudage se concentre sur les bords des tôles. Lorsque la température requise est atteinte, le courant est coupé et les bords d’assemblage chauffés sont pressés les uns contre les autres. Le soudage haute fréquence permet des temps de soudage extrêmement courts. Les cordons de soudure n’ont pas à répondre à des exigences aussi élevées que dans le cas du soudage laser. Même des cordons non rectilignes peuvent être soudés sans difficultés. L ’inconvénient du procédé est la surépaisseur du cordon une fois la soudure terminée. Cette surépaisseur doit ensuite être éliminée. Guidage de la baguette de soudure Baguette de soudure ... Assembler par soudage laser Rayon laser Buse laser Tôle Surépaisseur de cordon ... Assembler par soudage haute fréquence Raccordement HF Mâchoires/électrodes Tôle Tôle 48 En construction de carrosseries, les types d’assemblage suivants sont utilisés : Assemblage par adhérence ● Assemblage par vis Les liaions par adhérence, comme par exemple l’assemblage par vis, ne représentent plus aujourd’hui qu’une faible partie des procédés d’ assemblage utilisés en construction de carrosseries. Les assemblages par vis sont peu susceptibles de répondre aux exigences en matière de stabilité et de rigidité de la carrosserie. Assemblage par obstacle : ● Rivetage Les rivetages peuvent être considérés comme des assemblages par obstacles. Au moins deux pièces s’engagent l’une dans l’autre pour se lier. L ’assemblage par rivets ne permet également de répondre aux exigences de stabilité et de rigidité que de manière limitée. Assemblage par liaison moléculaire : ● Assemblage par soudage ● Assemblage par brasage ● Assemblage par collage Les assemblages par liaison moléculaire peuvent tout à fait permettre de satisfaire aux exigences évoquées auparavant. Ce procédé d’ assemblage donne naissance à un composé suite au mélange de matériaux qui se produit dans la fente d’assemblage, par ex. lors du soudage. Des pièces assemblées de la sorte peuvent quasiment être considérées comme de nouvelles pièces. Ce mélange de matériaux uploads/s3/ 2-procedes-de-fabrication.pdf