Brevet FR2046722A1 — publié le 19710312

L'invention se rapporte à un disque de frein, notamment destiné à l'équipement des freins à disques pour véhicules automobiles et qui est réalisé de façon à éliminer, au moins dans une grande mesure, les vibrations produites au cours du freinage, et elles concernent également un procédé de fabrication de ce disque de frein0 Comparativement aux freins à tambour, les freins à disque présentent de grands avantages, notamment pour les freinages de grande énergie.Grâce à la faible épaisseur du disque, mesurée dans la direction de la force de pression des garnitures du frein, la dilatation thermique du disque n'exerce pas d,inilu- ence préjudiciable - contrairement à ce qu'on observe dans les freins à çambour. Ceci permet deadmettre sans aucune difficulté des températures Jusqu'à 8500C sur le disque. Bu fait de la simplicité de la forme géométrique de ces disques, la déformation reste dans des limites étroites, même dans le cas des freinages de grande énergie tandis que les tai- bours se déforment par ovalisation, notamment lors des freinages énergiques. Un grand inconvénient des freins à disque trouve son origine dans la simplicité de sa construction t le disque de frein avec rebord en godet, constitue un corps eztraordinaire- ment sujet à la vibration sonore, qui peut facilement entre excité par des vibrations dues au frottement, qui sont engendrées par la garnitures Les bruits engendrés, que lton appelle chant, grincement ou crissement, suivant la hauteur du son et l'énergie sonore, sont extrmement désagréables et il est donc nécessaire de les éliminera jusqu'à présent, on ne connaissait pas suffisamment la cause précise de l'excitation des vibrations de sorte que l'on ne pouvait appliquer aucune mesure de valeur générale pour l'élimination du grincement des freins. I1 existe toute une série de documents publiés antérieurenient qui indiquent comment on peut éviter les bruits dans divers cas particuliers. Malheureusement, les mesures suggérées ne sont pas entièrement satisfaisantes ou bien elles ne donnent de bons résultats que pendant quelques jours. Les études théoriques démontrent que l'on doit chercher à empocher le disque de vibrer, cest-à-dire de le rendre non résonnant. Toutefois, les modifications de construction qu'il est nécessaire d'apporteur pour cela sont tellement coûteuses qu'il n'est pas possible de les adopter pour la fabrication en série. L'excitation rythaique du disque par la garniture qui frotte sur ce disque engendre un grincement itense et il se produit pratiquement un rétrocouplage par l'intermédiaire de l'étrier du frein et des éléments du frein qui en sont solidaires. Le disque vibre à sa fréquence propre, à laquelle il est le plus facilenent mis en vibration. La cause première du grincement réside donc dans les variations à grande fréquence du coefficient de frottement de la combinaison garniture-surface du disque. On peut également réduire le grincement en supprimant le rétrocouplage. Pour cela, on peut enduire la face arrière de la garniture d'un lubrifiant (par exemple de bisulfure de molyb dène), ce qui a pour effet ae permettre à la garniture de glisser par rapport au piston, de sorte que cette garniture ne transmet pas l'excitation vibratoire à l'étrier du frein. Toute- fois, on a constaté que cette mesure rapporte qu'un remède de durée relativement courte. On peut également obtenir cet effet en utilisant des éléments intercalaires interposés et mobiles dans toutes les directions i toutefois, cette solution entraîne une complication considérable de la construction du frein. L'amortissement efficace ou la suppression du rétrocouplage entratne donc une très grande dépense et, par ailleurs, ceci n'est pas toujours efficace. La solution la meilleure doit donc consister à maintenir l'excitation vibratoire à une valeur suffisamment faible pleur qu'il ne se produise pas d'autoamplification, grâce à une construction appropriée, à un choix approprié des matières et à une préparation appropriée de la surface.Ce ntest que de cette façon que l'on peut éviter durablement le bruit, m8me dans le cas d'une garniture à grand coefficient de frottemento En ce qui concerne la construction, le problème peut être résolu en rendant la garniture mobile dans toutes les directions de façon qu'elle puisse décrire des mouvements vibratoires dans le plan du frottement sans transmettre ces vibrations au piston ni à l'étrier du frein0 Les forces de mobilisation de la garniture doivent être suffisamment faibles pour que la force de pression de la garniture reste constante sur toute sa surface. les moyens techniques de construction gui sont nécessaires pour obtenir ce resultat sont très coûteux. Une circonstance particulièrement aggravante consiste en ce que seules les solutions comportant quatre degrés de liberté (liberté pour la garniture de basculer autour de son axe longi tudinal et de son axe transversal, liberté de vibration dans le sens du déplacement et dans le sens perpendiculaire) sont efficaces pour l'amélioration de la longévité. Il est très difficile de supprimer les phénomènes d'instabilité qui conduisent i une usure en biseau. En pratique, la solution de la suppression du bruit par amélioration de la construction est donc i écarter.Il ne reste donc tomme solution possible, que le choix de la matière et de la préparation de la surface du disque0 Ainsi qu'on la déJà indiqué, la cause du grincement des disques de frein réside en dernière analyse dans les flucouations du coefficient de frottement entre la surface du disque et la garniture0 Entant donné que le frottement résulte de la déformation plastique des très petites irrégularités des surfaces qui frottent l'une sur vautre, la présente Invention consiste dans l'exploitation de la découverte du fait que-pour éviter que les différences de déformation plastiqua de la surface du dis- que n'engendre des vibrations pendant le freinage- il faut que la disque présente une structure uniforme. Ceci signifie que les tensions Et les valences libres, qui résultent de l'usinage doivent être annulées ou saturées respectivement. S'il s'agit de fonto grise, toutes les veines de grahite qui sont comprimées de l'intérieur vers la surface doivent done être "libérées" et elle ne doivent pas être recouvertes par la matière de base comprimée. L'invention peut, au contraire, être mise avantageusement en oeuvre par les procédés suivants : 1 - Par décapage de la surface0 Pour cela on traite tout d'abord la surface de manière que le décapant puisse agir uniformément. Ensuite on enlève une couche supérficielle d'environ 5 microns d'épaisseur. L'expérience montre que cette opération détend suffisamment les contraintes et élimine les rugosités les plus grossiè- res. En outre, les veines de graphite sont libérées. L'acide sulfurique s'est révélé Stre un décapant. Toute- fois, on peut sans inconvénient utiliser d'autres acides. Com- parativement aux modes de décapage habituels, on peut éventuellement réduire le lavage à l'eau afin de laisser les radicaux acide continuer à agir. 2 - Par chauffage, pour oxyder et détendre la surface. Bans ce procédé, on chauffe 9e disque de frein terminé d'usinage, dans l'air, conformémént au procédé connu d'homogé- néisation de la fonte grise. Cette chauffe a pour effet de détendre les tensions qui sont éventuellement encore présentes dans les couches superficielles. Pour que le disque ne se dè- forme pas pendant cette chauffe, il faut qu'il ait déjà été homogénéisé avant la dernière opération d'usinage. On peut obtenir le même effet en refroidissant lentement le disque après la chauffe, en partant de 800 à 8500C, de sorte que toutes les tensions de la fonte puisse s'équilibrer.Par ailleurs, la surface se calamine et se recouvre d'une couche dioxyde de fer à grain fin (principalement Pe3 04). Les veines contenant du graphite libre et qui sont encore chimiquement résistantes à ces températures sortent régulièrement de la surface de la fonte, ce qui a été démontré par des expériences minutieuses. Ce procédé donne à la surface du disque de frein l'état décrit plus haut et qu'on cherche à obtenir. L'expérience montre que la couche d'oxyde est éliminée par usure aprés quelques freinages. Le coefficient de frottement est certes légèrement réduit par cette couche mais reste d'une valeur idálement uniforme. 3 = Par enlèvement de la surface par électrolyse Dans ce procédé, en enlève le couche superficielle d'une façon connue (comme par exemple dans le polissage électrolytique0 Ici également, on doit chercher à enlever une couche uniforme de matière dune épaisseur d'environ 5 à 10 microns. Cette opération a également pour effet de libérer les veines de graphite et de donner lieu à une surface uniforme. L'utilisation des disques de freins suivant l'invention, donne la possibilité d'équiper les freins de garnitures à grand coofficent de frottement qui, sur des disques dont la surface n'est pas traitée, tendraient à donner lieu à un fort grincement au bout de peu de temps sur un grand nombre de véhicules. Ceci permet de choisir les garnitures uniquement en fonction de leurs propriétés de frottement, ce qui est extrO- mement important en pratique et même indispensable pour le perfectionnement des freins0 REVENDICATIONS 1) Disque de frein, notamment destiné à équiper les freins à disques de véhicules automobiles, caractérisé en ce quflil présente une structure uniforme pour éviter que des différences de déformabilité plastique de la surface du disque n'excitent des vibrations pendant le freinage. 2) Procédé de fabrication dun disque de frein suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on soumet la surface du disque à un traitement de décapage chimiques 3) Procédé de fabrication d'un disque de frein suivant la revendication 1 caractérisé en ce que on soumet le disque à une chauffe pour oxyder et détendre sa surface. 4) Procédé de fabrication d'un disque de frein suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on enlève une couche d'environ 5 à 10 microns de la surface du disque par un traite- ment électrolytique.