Domaine de l'invention

L'invention concerne un élément destiné à absorber de l'énergie de façon irréversible lors d'un choc. On citera par exemple le cas de l' absorbeur de choc dans le domaine de l'automobile destiné, en association avec une poutre, à un ensemble pare-chocs pour véhicule à moteur. La poutre est disposée transversalement par rapport à la direction de déplacement du véhicule, et le ou les absorbeurs sont disposés soit transversalement, soit longitudinalement par rapport à cette direction. Un élément absorbeur d'énergie est désigné parfois sous le terme « élément de déformation » ou « crash-box ».

Etat de la technique

Depuis le milieu des années 90, la plupart des pare-chocs comportent une interface absorbante entre les poutres et les supports longitudinaux des véhicules: les absorbeurs (ou "crash boxes" ou "éléments de déformation"). Cette évolution a répondu à la nécessité, en Europe notamment, d'avoir un système, non plus seulement résistant, c'est-à-dire qui se déforme sans plastifier, mais aussi absorbant, c'est-à-dire qui se déforme en absorbant de l'énergie de manière maîtrisée, lorsque la force d'impact dépasse un certain seuil. Les absorbeurs sont le plus souvent réalisés à partir de profilés en aluminium à section multi-cellulaire disposés longitudinalement ou transversalement par rapport à la direction de déplacement du véhicule. Ainsi, le brevet FR 2760708 (Alusuisse) décrit un pare-chocs réalisé à partir d'une poutre et d'absorbeurs constitués d'un profilé positionné longitudinalement et subdivisé par au moins une barrette intérieure longitudinale. La demande de brevet DE 10041371 (Honda) propose une géométrie hexagonale, subdivisée en 6 cellules. D'autres véhicules sont équipés d'absorbeurs multi- celullaires disposés transversalement, comme par exemple l'Audi A2. Ce type de disposition est également décrit dans la demande de brevet EP 1125798 (Kobe Steel).

Problème posé

La capacité d'absorption d'énergie d'un ensemble pare-chocs de véhicule peut être formalisée de la manière suivante: lorsque on enregistre la courbe force-déplacement au niveau de l'impacteur au cours du choc, le niveau d'effort ne doit pas dépasser une valeur Fmax spécifiée, tout en maximisant l'aire sous la courbe, représentative de l'énergie absorbée, comme illustré à la figure 1. Le pare-chocs sera optimal lorsque sa réponse sera la plus "plate" possible et proche du niveau Fmax. Il est donc nécessaire, dans le domaine des pare-chocs, de connaître les phénomènes qui régissent l'effort F au cours de la déformation d. La courbe F(d) d'un pare-chocs constitué d'une poutre et de deux absorbeurs va schématiquement se décomposer en trois phases distinctes: le dégalbage de la poutre correspondant à la déformation élastique de celle-ci, l'écrasement de l'absorbeur et l'écrasement de la poutre. L'efficacité d'un pare-chocs dépend donc de l'optimisation combinée de ces trois phases. Le but de l'invention est de fournir un élément notamment de pare-chocs pour véhicule permettant une absorption importante de l'énergie en cas de chocs, tout en restant aussi léger et compact que possible.

Objet de l'invention

L'invention a pour objet un élément destiné à absorber de l'énergie de façon irréversible lors d'un choc, caractérisé en ce qu'il est réalisé à partir de panneaux « roll-bond » fabriqués à partir de deux tôles en aluminium ou alliage d'aluminium soudées par colaminage, à l'exception de zones préalablement enduites par une encre empêchant la soudure, qui sont ensuite gonflées par voie hydraulique ou pneumatique.

Selon un mode de réalisation avantageuse, cet élément est essentiellement constitué d'un corps de forme tubulaire, associé à une poutre dans un ensemble pare-chocs pour véhicule automobile, et disposé longitudinalement ou transversalement par rapport à la direction de déplacement du véhicule. Avantageusement les panneaux « roll-bond » utilisés sont de type biface à deux faces gonflées, les zones gonflées se répartissant de préférence de façon non directionnelle sur le panneau et, selon une modalité de l'invention, ces zones gonflées sont constituées de pastilles, formant une structure du type connu sous le nom de « bouilleur ». De préférence, l'alliage d'aluminium est un alliage à durcissement structural par exemple de la famille 6000 et notamment du type 6016. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication de cet élément absorbeur d'énergie, comportant la réalisation des panneaux « roll-bond », leur mise en forme, et éventuellement leur assemblage pour obtention du corps de forme tubulaire dudit absorbeur d'énergie. Selon un mode de réalisation avantageuse, les opérations de gonflage après colaminage des tôles du panneau « roll-bond », ainsi que de mise en forme des éléments absorbeurs à partir desdits panneaux, sont réalisées après trempe et avant revenu, dans le cas d'alliages à durcissement structural.

Description des figures

La figure 1 représente un exemple de courbe force-déplacement montrant l'absorption d'énergie W par un pare-chocs au cours d'un choc frontal. La figure 2 représente la section des éprouvettes tubulaires en alliage 1050 utilisées pour les essais d'absorption d'énergie au choc. La figure 3 montre l'énergie en Joules absorbée au cours des essais pour différentes configurations et pour un déplacement de 120 mm. La figure 4 représente la section des éprouvettes tubulaires en alliage 6016 utilisées pour les essais d'absorption d'énergie au choc.

Description de l'invention

Les panneaux en aluminium connus sous le nom de « roll-bond » sont réalisés à partir de deux tôles en aluminium ou alliage d'aluminium, dont l'une est enduite, sur les zones destinées à devenir le circuit intégré, d'une encre destinée à empêcher la soudure entre les deux tôles. Ladite soudure est ensuite réalisée par colaminage. Les zones précitées non soudées sont alors gonflées par voie hydraulique ou pneumatique pour former un circuit dont la partie essentielle est utilisée le plus souvent comme échangeur de chaleur, et notamment comme circuit de refroidissement des réfrigérateurs ménagers. Ces panneaux sont de type biface, à deux faces déformées, ou de type monoface ou OSF (one side fiât), à une face plane et une face déformée. Le livre « L'aluminium », tome 1 « Production - Propriétés - Alliages - Fabrication des demi-produits - Fabrications annexes », paru aux Editions Eyrolles, Paris 1964, pages 718 - 721, et la publication « Panneaux aluminium à circuits intégrés : deux lignes de fabrication complémentaires pour de multiples produits », parue dans la « Revue de l'Aluminium », février 1982, décrivent le principe du procédé roll-bond pour la fabrication de panneaux de type bi-face, et divulguent le schéma d'une ligne de fabrication en continu, ainsi que les alliages habituellement utilisés à cette fin. Quelques applications des panneaux roll-bond ont été envisagées dans le domaine de l'automobile. Le brevet US 5392625 d'Alcan International décrit l'application aux écrans thermiques. Le gonflage se fait dans ce cas en deux étapes, l'une avant et l'autre après la mise en forme. La demande de brevet DE 4219938 de Showa Aluminium décrit l'utilisation de panneaux roll-bond de type monoface pour des pièces extérieures ou panneaux d'habillage de carrosserie, la tôle extérieure pouvant être en alliage à traitement thermique (séries 2000, 6000 ou 7000), et la tôle intérieure en alliage 3000 ou 5000. II est indiqué que ces panneaux résistent très bien aux forces de déformation et aux chocs, la structure monoface avec une face plane extérieure en alliage à traitement thermique présentant une résistance à la déformation et une rigidité améliorées. La demande de brevet WO 02/24371 de Tower Corporation décrit des composants structuraux à haute résistance réalisés à partir de panneaux roll-bond, notamment en alliage de la série 6000. Ainsi, l'état de la technique enseigne l'utilisation de panneaux roll-bond en alliage d'aluminium pour augmenter la résistance mécanique, mais leur utilisation pour absorber l'énergie en cas de choc n'a jamais été envisagée. L'invention concerne donc un élément absorbeur d'énergie essentiellement constitué d'un corps de forme tubulaire, destiné à un ensemble pare-chocs de véhicule, et réalisé à partir de panneaux « roll-bond », de préférence de type biface, en alliage d'aluminium. De préférence les zones gonflées se répartissent de façon non directionnelle, c'est à dire non orientée selon une direction déterminée, sur le panneau « roll-bond » ; cette distribution correspond à une structure dite du type « bouilleur » dans le métier des échangeurs thermiques en panneaux « roll-bond », caractérisée en ce que les zones gonflées non soudées se présentent sous forme de « pastilles », par exemple circulaires ou ovales, et non sous forme de tubes ou canaux unidirectionnels. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication de cet élément absorbeur d'énergie comportant : 1) Le soudage par colaminage de deux tôles en aluminium ou alliage d'aluminium, dont l'une est enduite, sur les zones destinées à devenir creuses, d'une encre destinée à empêcher la soudure, 2) De préférence à ce stade, dans le cas d'un alliage à durcissement structural, le traitement thermique de mise en solution et trempe de l'ensemble, 3) Le gonflage des zones non soudées par voie hydraulique ou pneumatique pour former les parties creuses, les éléments « roll-bond » ainsi réalisés pouvant être préférentiellement de type biface, à deux faces déformées, mais aussi de type monoface ou OSF (one side flat), à une face plane et une face déformée, 4) A ce stade ou avant gonflage, la mise en forme par pliage, roulage, cintrage ou emboutissage, et éventuellement assemblage desdits éléments pour obtenir le corps de forme tubulaire dudit absorbeur d'énergie, 5) De préférence à ce stade, dans le cas d'un alliage à durcissement structural, le traitement thermique de revenu. L'opération de gonflage du roll-bond et mise en forme de l'élément absorbeur sont, dans ce dernier cas, préférentiellement réalisées après trempe et avant revenu, soit à l'état T4. L'absorbeur selon l'invention en alliage 1050, classiquement utilisé en ce qui concerne les faces déformées du panneau roll-bond, présente un gain très net en absorption d'énergie par rapport aux mêmes éléments réalisés à partir de tôles du même alliage, sans motif. Dans le cas de l'application à des éléments absorbeurs de choc, il est apparu intéressant de pouvoir utiliser des alliages à durcissement structural, préférentiellement de la famille 6000, afin d'améliorer leur résistance mécanique, et notamment l'alliage 6016, utilisé habituellement pour les pièces de carrosserie. Les gains en absorption d 'énergie sont, dans ce dernier cas, conservés, mais avec une résistance à la rupture Rm à l'état T6, avant déformation, de 300 MPa au lieu de 110 MPa pour l'alliage 1050.

Exemples

On a évalué l'aptitude à l'absorption d'énergie de corps de forme tubulaire réalisés à partir de tôles et de panneaux roll-bond en alliage 1050 sans traitement thermique et en alliage 6016 après trempe et revenu, soit à l'état T6.

Exemple 1

Dans le cas de l'alliage 1050, les éprouvettes tubulaires ont une hauteur de 267 mm et une section représentée à la figure 2 avec une partie plane (1) de largeur totale 148,5 mm et une partie (2) pliée en U de largeur et de profondeur 59,4 mm. Les deux parties sont soudées par résistance par points dans leurs zones adjacentes (3) et (4). Ces éprouvettes ont été réalisées à partir de tôles plates d'épaisseur 1,12 mm sans motif gonflé et de panneaux roll-bond mono-face et biface avec des zones gonflées linéaires ou avec une répartition régulière de zones circulaires dits du type « bouilleur ».

Les essais ont porté sur des éprouvettes réalisées à partir de tôles non formées, c'est à dire sans motif gonflé, utilisées comme référence, ainsi qu'à partir de roll-bond linéaires à double et simple face, et à partir de roll-bond du type « bouilleur » à simple et double face; l'essai consiste en un écrasement entre deux plaques desdites éprouvettes dans la direction longitudinale à une vitesse de 10 mm/s et un déplacement maximum de 120 mm.

Le principal résultat a été, par rapport à la référence (A sur la figure 3), une augmentation de l'énergie absorbée de 50% dans le cas des absorbeurs en roll-bond du type « bouilleur » à simple face (B sur la figure 3), et de 75% dans le cas des absorbeurs en roll-bond du type « bouilleur » à double face (C sur la figure 3) comme le montrent le tableau 1 récapitulatif ci-après et la figure 3 pour un déplacement de 120 mm. Tableau 1

Exemple2

Dans le cas de l'alliage 6016 à l'état T6, les éprouvettes tabulaires ont une hauteur de 267 mm et une section représentée à la figure 4 en forme de « double oméga » de largeur totale 148,5 mm comportant deux parties (1) et (2) pliées en U de largeur et de profondeur 59,4 mm. Les deux parties sont soudées par résistance par points dans leurs zones adjacentes (3) et (4). Ces éprouvettes ont été réalisées à partir de tôles plates d'épaisseur 1,12 mm sans motif gonflé et de panneaux roll-bond biface avec des zones gonflées selon une répartition régulière de zones circulaires dits du type « bouilleur ».

Ils ont porté sur des éprouvettes réalisées à partir de tôles non formées utilisées comme référence, ainsi qu' à partir de roll-bond du type « bouilleur » à double face ; l'essai consiste comme déjà décrit pour l'alliage 1050 en un écrasement entre deux plaques desdites éprouvettes dans la direction longitudinale à une vitesse de 10 mm/s et avec un déplacement maximum de 127 mm.

Le principal résultat a été une augmentation de l'énergie absorbée de 50% dans le cas des absorbeurs en roll-bond du type « bouilleur » à double face comme le montre le tableau 2 récapitulatif ci-après pour un déplacement de 100 mm. Tableau 2