Brevet FR2132137A1 — publié le 19721117

L'invention concerne un procédé de fabrication de disques de frein en fonte compound comportant un anneau de friction coulé qui forme le disque de frein proprement dit. En outre, l'invention concerne un dispositif approprié à la mise en oeuvre 5 de ce procédé, qui se compose d'une table de centrifugation et d'un moule utilisé conjointement avec celle-ci. On connaît des disques de frein en fonte compound dans lesquels un moyeu en tôle d'acier embouti muni d'une denture frontale est coulé avec encastrement, par un procédé de coulée 10 en moule de sable, dans l'anneau de friction qui forme le disque de frein proprement dit et présente une section rectangulaire. Dans le-procédé de coulée en moule de sable, il faut des préparatifs importants pour la coulée de chacun des disques de frein. Le procédé de coulée en moule de sable exige beaucoup 15 de main, d'oeuvre et il est donc coûteux. L'invention a pour but d'éviter ces inconvénients par un procédé de coulée qui permette de fabriquer dans le même temps de plus grandes séries de disques de frein. Il faut que les disques de frein puissent être fabriqués facilement, avec une 20 qualité et une exactitude toujours égales. Il/faut pas que le moyeu en tôle d'acier se déforme et il faut qu'il puisse être utilisé tel quel, c'est-à-dire sans autre usinage, pour le blocage lors de la finition par usinage de l'anneau de friction coulé ainsi que lors du montage définitif sur le véhicule. 25 Ces buts sont atteints selon l'invention grâce au fait qu'avec un tenon de centrage d'une table tournante de centrifugation, on centre un moyeu d'acier de préférence embouti muni d'une ouverture de centrage et dont le bord, en particulier crénelé, dirigé radialement vers l'extérieur à la façon d'une 30 bride, pénètre dans un moule destiné à l'anneau de friction coulé et dans lequel de la matière fondue est introduite par la rotation de la table de~ centrifugation de sorte que ce moule se remplit de matière fondue de l'extérieur vers l'intérieur. En outre, sur la table tournante de centrifugation 35 munie d'un creux qui présente le tenon de centrage et dans lequel le moyeu d'acier centré par le tenon est inséré avec l'ouverture de centrage vers le bas, peut être inséré un noyau présentant une surface de séparation à peu près à la hauteur du 72 10852 2 2132137 bord en forme de bride et sur lequel on coule de la matière fondue pendant la rotation de la table de centrifugation. Inversement, sur le tenon de centrage qui dépasse du moule, le moyeu peut être posé de façon centrée, l'ouverture de centrage vers le haut, de telle sorte que le bord du moyeu , x ,1a pénétré dans le moule et que sur ce bord on coule/matiere fondue pendant la rotation de la table de centrifugation. Pour la mise en oeuvre du procédé, on peut utiliser un dispositif formé d'une table de centrifugation et d'un moule et dans lequel la table présente des évidements qui ont une plus petite profondeur que l'e creux mais un plus grand diamètre que celui-ci, qui sont concentriques à celui-ci et dans lesquels peuvent s'insérer des éléments annulaires de moule entourant le bord, formant le moule et qui, lors de la coulée, entourent les surfaces de friction et là surface frontale extérieure de l'anneau de friction. Les éléments annulaires du moule qui entourent les surfaces de friction ainsi que la surface frontale extérieure du disque de frein pendant la coulée peuvent avoir une section transversale angulaire. Mais, on peut aussi placer dans l'évi-dement un élément de moule en forme d'anneau plat et un élément annulaire de moule à section angulaire de façon telle que la zone périphérique de l'élément de moule en forme d'anneau plat serve d'appui à la partie coudée de l'élément supérieur annulaire de moule à section angulaire. A cet effet, dans le moyeu peut être inséré un noyau cylindrique s'adaptant dans celui-ci et dont la surface supérieure est au niveau de la surface supérieure du moyeu. Mais le moule inséré dans la table de centrifugation peut aussi être formé de deux éléments annulaires de moule à section angulaire. Ces éléments de moule peuvent être insérés dans des évidements de façon telle que les parties coudées de ces éléments de moule soient dirigées l'une vers l'autre et enferment un noyau en forme de disque muni de fentes radiales dont l'une des faces s'applique contre la face extérieure du bord du moyeu. Les entailles situées entre les saillies en créneaux du bord du moyeu d'acier doivent être prévues au même endroit que les fentes respectives. Le moyeu d'acier embouti peut 72 10852 3 2132137 être fixé à la table de centrifugation pour éviter le flottement lors de la coulée. On expliquera plus précisément l'invention au moyen d'exemples d'exécution représentés par les dessins ci-annexés 5 sur lesquels : - la figure 1 est une coupe d'une xable de centrifugation dans le creux de laquelle est inséré un moyeu présentant une ouverture de centrage tournée vers le bas, avec un noyau cylindrique inséré dans le moyeu et des éléments de moule à sec- 10 tion plate et angulaire insérés dans un évidement de la table de centrifugation, - la figure 2 est une coupe d'une table de centrifugation dans un creux de laquelle est inséré de la même façon un moyeu, avec des éléments de moule à section angulaire insérés 15 dans des évidements de la table de centrifugation et qui enferment entre leurs portions coudées un noyau en forme de disque, - la figure 3 est une coupe d'une table de centrifugation sur laquelle est posé un moyeu dont l'ouverture de centrage est dirigée vers le haut, avec des éléments de moule à 20 section angulaire insérés dans des évidements et qui enferment entre leurs portions coudées un noyau en forme de disque, - la figure h est une coupe d'une table de centrifugation sur laquelle un moyeu est posé de la même façon que sur la figure 3, avec des éléments de moule à section plate et angu- 25 laire insérés dans un évidement de la table de centrifugation, - la figure 5 est une coupe d'un moyeu dont l'ouverture de centrage est tournée vers le haut, qui est appliqué de façon centrée contre un élément de moule reposant à son tour de façon centrée sur vin autre élément de moule dans lequel est 30 inséré un noyau, - la figure 6 est une coupe d'un moyeu dont l'ouverture de centrage est tournée vers le haut, qui est fixé de façon centrée à un élément de moule reposant à son tour de façon centrée sur un autre élément de moule. 35 Avec la table de centrifugation 1 représentée par la figure 1, doit être fabriqué un disque de frein en fonte compound dont l'anneau de friction en forme d'anneau cylindrique 2, qui constitue le disque de frein proprement dit, est coulé. 72 10852 4 2132137 La table de centrifugation présente en son centre un creux cylindrique 3 dangftequel un moyeu d'acier 4 embouti aux dimensions définitives sans enlèvement de copeaux sur une presse à étages, est inséré avec centrage de telle sorte que son ouverture de 5 centrage 10 est tournée vers le bas. Le centrage est assuré par un tenon de centrage 5 sur lequel on glisse par son ouverture de centrage 10 le moyeu d'acier fini 4. Un évidement 6 loge les éléments de moule. Ceux-ci comprennent d'une part un élément de moule 7 en forme d'anneau plat que l'on pose sur le fond de 10 1'évidement 6 et qui, par ailleurs, s'adapte dans 1'évidement quant à son diamètre. Sur l'élément de moule en forme d'anneau plat 7, on pose par son coude 9 un élément annulaire de moule à section angulaire 8 de façon telle que celui-ci, qui d'autre part est aussi adapté au diamètre de 1'évidement 6, repose sur la 15 zone périphérique de l'élément de moule en forme d'anneau plat 7. On insère alors dans le moyeu 4 un noyau cylihdrique 11 qui s'adapte dans le moyeu. Ce noyau a exactement la hauteur voulue pour que son épaisseur corresponde à la distance entre le bord supérieur du tenon de centrage 5 et le bord supérieur du moyeu 20 d'acier 4 inséré dans le moule de sorte que la surface supérieure 12 du noyau 11 est au niveau de la surface supérieure 13 du moyeu d'acier 4. Ainsi, les éléments de moule 7 et 8 forment le moule proprement dit de l'anneau de friction coulé 2 et entourent 25 celui-ci le long de ses deux surfaces de friction 15 et 16 ainsi que de sa surface frontale extérieure 17. Dans le moule formé des deux éléments de moule 7 et 8 pénètre un bord 18 dirigé ra-dialement à la façon d'une bride et'qui se soude à l'anneau de friction lorsqu'on coule celui-ci. Pour assurer une liaison non 30 détachable entre l'anneau de friction coulé 2 et le bord 18 du moyeu 4, ce dernier présente sur son pourtour une forme crénelée il est donc muni d'entailles 19 formant des dents. Par suite, l'anneau de friction coulé est formé, par coulée centrifuge, de telle sorte qu'il s'encastre sur le bord 18 du moyeu. 35 Pour la coulée, on coule la matière fondue sur le noyau 11 après avoir mis en rotation la table de centrifugation 1. On remplit le moule formé par les éléments de moule 7 et 8. Après le remplissage de celui-ci, l'excès de matière fondue et 72 10852 5 2132137 les impuretés de celle-ci, formées d'oxyde etc., s'écoulent le long du bord oblique de trop-plein 21 de l'élément supérieur de moule 8, ce qui indique en même temps la fin du processus de coulée. 5 Avec le dispositif représentépar la figure 2, on peut couler des disques de frein dits ventilés, dont l'anneau de friction coulé 14 est muni de perforations disposées radia-lement 28'. Ici encore, on insère à nouveau dans le creux de la table de centrifugation 1 le moyeu d'acier 4, son ouverture de 10 centrage 10 étant tournée vers le bas, et il est centré par le tenon de centrage 5. Dans 1'évidement 6, on insère un élément annulaire de moule 22 à section angulaire de façon telle que son aile courte 23 soit tournée vers le haut. Cette aile courte 23 est assez longue pour que sa surface 24 arrive au niveau de la 15 surface supérieure 25 du bord en forme de bride 18 du moyeu 4. Sur les surfaces 24 et 25, on place alors un noyau en forme de disque 26. Ce noyau est muni d'entailles radiales 28 qui partent du bord en forme de bride 18 du moyeu d'acier 4 et vont jusqu'à la périphérie de l'anneau de coulé. Sur le noyau 26, on pose à 20 nouveau un élément annulaire de moule 27 à section angulaire dont l'aile courte 29 est tournée vers le bas. Le diamètre extérieur de l'élément angulaire de moule 27 est un peu plus grand que celui de l'élément annulaire de moule 22, et il est assez grand pour que l'élément angulaire de moule 27 s'adapte dans l'évide-25 ment 6'. Bour fabriquer un disque de frein ventilé en fonte compound, on coule de la matière fondue sur le noyau en forme de disque 26 après avoir mis en rotation la table de centrifugation représentée sur la figure 2. La matière fondue qui forme après 30 solidification l'anneau de friction 14 remplit alors la cavité délimitée par les éléments annulaires de moule à section angulaire dans une mesure telle que la matière fondue puisse s'écouler par le bord oblique de trop-plein 21'. La matière fondue peut aussi pénétrer dans la cavité délimitée par l'élément annu-35 laire de moule 22, à travers les entailles radiales 28 situées dans le noyau. 72 10852 6 2132137 Mais on peut aussi couler l'anneau de friction sur le moyeu lorsque le moyeu embouti 4 est placé sur la table de centrifugation 31 de façon telle que son ouverture de centrage 10 soit tournée vers le haut, comme le montrent les figures 3 et 5 4. La table de centrifugation 31 qui convient à ce mode de fabrication de disques en fonte compound ne présente pas un creux comme les tables des figures 1 et 2 mais bien une saillie 32 de hauteur correspondante, dirigée vers le haut, qui comporte ' un tenon de centrage 5. Pour le mode d'exécution de la figure 3, 10 on a besoin du noyau 26' de même que dans le mode d'exécution décrit à propos de la figure 2.- Dans le mode d'exécution de la figure 4, on n'a plus besoin de noyau. Contrairement aux modes d'exécution des figures 1 et 2 où l'on coulait la matière fondue sur les surfaces des 15 noyaux 11 ou 26, il suffit ici de couler la matière fondue sur le bord 18. Pour éviter un frottement dû à la poussée ascensionnelle dans le métal liquide, on fixe les moyeux à la table de centrifugation, par exemple au moyen de vis. 20 * En outre, lorsqu'on pose les noyaux 26 selon les figures 2 et 3, il faut veiller à ce que les fentes 28 des noyaux 26 viennent se placer sur les entailles 19. Ainsi, il faut que les fentes 28 et les entailles 19 soient en nombre égal avec la même répartition circonférentielle. 25 Les figures 5 et 6 montrent d'autres variantes de la fabrication de disques de frein en fonte compound selon l'invention. Ici encore, on dispose vers le haut l'ouverture de centrage 10 du moyeu d'acier 4. Le moyeu 4 s'applique contre un élément de moule 29 dont le tenon de centrage 32 muni d'une ou-30 verture de coulée 31 s'engage par le haut dans l'ouverture de centrage 10. La base 33 de l'élément de moule 29 présente un gradin 34. Par ce gradin, l'élément de moule 29 repose de façon centrée sur un autre élément de moule 35 qui est fixé d'une 35 façon connue et quelconque sur la table tournante de centrifugation, nqn ihdiquéé ici. Les éléments de moule 29 et 35 entourent l'anneau de friction coulé 2, 14a. L'élément de moule 29 présente à nouveau un bord oblique de trop-plein 36 par lequel l'ex- 72 10852 7 2132137 ces de matière fondue et les impuretés formées d'oxydes etc., peuvent s'écouler une fois que le moule est rempli de matière fondue qui forme après solidification l'anneau de friction coulé 2, 14a ; la matière fondue sort par les fenêtres 37 prévues 5 tout autour de l'élément de moule 29. Si l'on veut couler un disque de frein aéré muni de fentes radiales 28, on insère dans le moule, donc tout d'abord dans l'élément de moule 35, un noyau de forme en I muni d'une ouverture centrale 40 et dont la section est déterminée par 10 l'anneau de friction 2, 14a. Le bord coudé vers le haut 39 de ce noyau entoure la surface de paroi intérieure 41 de la paroi cylindrique 42 du moyeu 4. Le bord 39 du noyau peut servir au centrage du moyeu, en particulier lorsque la bride d'appui 43 n'est pas fixée au moyen de vis 44 à la portion de fermeture 45 15 de l'élément de moule 29, comme elle doit l'être nécessairement dans le cas de la figure 6. Le noyau présente des fentes radiales 46 disposées en étoile sur son pourtour. On peut obtenir la structure désirée de coulée des anneaux de friction 2 et 14 des disques de frein en fonte com- / en 20 pound/préchauffant les noyaux ou en les munissant d'une pièce rapportée calorifuge en céramique. Relativement au procédé à moule de sable, le procédé de coulée centrifuge offre des avantages techniques notables. Ceux-ci résident d'une part dans le fait que, la matière 25 fondue se solidifiant&e l'extérieur vers l'intérieur de façon symétrique en rotation, la bride du moyeu reste plane et donc exempte de déformation. Elle peut donc constituer, sans usinage complémentaire, une surface de départ et d'appui pour l'usinage final des surfaces de friction des anneaux de friction 2 et 14. 30 D'autre part, le procédé de coulée centrifuge ga rantit une structure homogène et sans retassures de la pièce coulée de sorte que l'on peut se passer de l'examen radiographi-que. En outre, dans la pièce coulée, les entailles 19 sont baignées uniformément sur tout le pourtour par de la matière à la 35 même température de sorte que la liaison sur chaque dent présente la même structure et donc aussi la même résistance. L'exactitude de dimensions de la pièce brute de couàée est également plus grande et présente de moindres tolérances que dans le 72 10852 8 2132137 cas d'un anneau de friction en fonte compound fabriqué par le procédé à moule de sable. Par suite, dans le cas de disques de frein fabriqués par coulée centrifuge, on peut effectuer un moindre usinage complémentaire et obtenir une finition aussi 5 bonne que dans les disques de frein antérieurement connus, fabriqués par coulée en moule de sable. Le diamètre intérieur de l'anneau de friction 2, qui est concentrique à l'axe de rotation, est défini tout naturellement par le bord de trop-plein 21 avec une exactitude suffisante de sorte que la surface intérieure de 10 l'anneau de friction coulé 2, tournée vers l'axe, n'a plus besoin d'être usinée. L'anneau est aussi facile à retirer car son diamètre intérieur n'est appuyé en aucun point de sorte que son rétreint est sans importance. Dans le disque de frein ventilé selon la figure 2, 15 le procédé de coulée centrifuge assure un parallélisme exact entre la surface d'application du moyeu et le plan du conduit d'aération formé par les entailles radiales 28. L'usinage des surfaces finies d'application de moyeu devient ainsi plus facile, ce qui entraîne, à nouveau une diminution du pourcentage de piè-20 ces mises au rebut par suite de défauts dans l'épaisseur du disque. Mais le procédé de coulée centrifuge n'offre pas seulement des avantages techniques mais aussi économiques. Par exemple, on économise les investissements représentés par les 25 transporteurs, les installations de préparation de sable, les dispositifs d'ébarbage de pièces de fonderie et les machines à mouler. Les dispositifs de fabrication- nécessitent moins de place et moins de main d'oeuvre et en outre celle-ci est soulagée d'un travail pénible et salissant de sorte que l'on peut supprimer les 30 indemnités de salissure etc.. En outre, on économise quelques postes d'usinage jusqu'à l'usinage final et enfin, on peut automatiser dans une large mesure la fabrication des disques par le procédé de coulée centrifuge. Enfin, aussitôt après le refroidis-semeht, on peut finir immédiatement la pièce sans qu'il soit 35 nécessaire de faire sauter carottes et masselottes. 72 10852 9 2132137 REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication de disques de frein en fonte compound comportant un anneau de friction coulé qui forme le disque de frein proprement dit et caractérisé par le fait qu'avec un tenon de centrage d'une table tournante de centrifu- 5 gation, on centre un moyeu d'acier de préférence embouti muni d'une ouverture de centrage et dont le bord, en particulier crénelé, dirigé radialement vers l'extérieur à la façon d'une bride, pénètre dans un moule destiné à l'anneau de friction coulé, et dans lequel la matière fondue est introduite par la ro-10 tation de la table de centrifugation de sorte que ce moule se remplit de matière fondue de l'extérieur vers l'intérieur. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que sur la table tournante de centrifugation munie d'un creux qui présente le tenon de centrage et dans lequel le 15 moyeu d'acier centré par le tenon est inséré avec l'ouverture de centrage vers le bas, est inséré un noyau'présentant une surface de séparation à peu près à la hauteur du bord en forme de bride et sur lequel on coule de la matière fondue pendant la rotation de la table de centrifugation. 20 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que sur le tenon de centrage qui dépasse le moule, le moyeu est posé de façon centrée, avec l'ouverture de centrage vers le haut, de telle sorte que le bord du moyeu pénètre dans le moule et que sur ce bord on coule la matière fondue pendant 25 la rotation de la table de centrifugation. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyeu dont l'ouverture de centrage est tournée vers le haut est appliqué et de préférence fixé contre un élément de moule dont le tenon de centrage muni d'une ouverture 30 de coulée s'engage par le haut dans l'ouverture de centrage et dont la base annulaire repose de façon centrée sur un autre élément de moule qui forme, avec la base du premier élément de moule, le moule destiné à l'anneau de friction coulé, et que l'on coule de la matière fondue par l'ouverture de coulée. 35 5 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la table de centrifugation présente un.évidement qui a de préférence une plus petite profondeur que le creux mais un plus 72 10852 10 2132137 grand diamètre que celui-ci, qui est concentrique à celui-ci et dans lequel peuvent s'insérer des éléments annulaires de moule entourant le bord, formant le moule et qui, lors de la coulée, entourent les surfaces de friction et la surface frontale exté- 5 rieure de l'anneau de friction. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'au moins une partie des éléments annulaires de moule qui entourent pendant la coulée les surfaces de friction ainsi que la surface frontale extérieure de l'anneau de friétion 10 ont une section angulaire. 7 - Dispositif selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé par le fait qu'un élément de moule en forme d'anneau plat et un élément annulaire de moule à section angulaire sont placés dans l1évidement de façon telle que la zone périphé- 15 rique de l'élément de moule en forme d'anneau plat serve d'appui à la partie coudée de l'élément supérieur annulaire de moule à section angulaire. 8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que dans le moyeu est inséré un noyau cylindrique 20 s'adaptant dans celui-ci et dont la surface supérieure, formant la surface de séparation, est au niveau de la surface supérieure du moyeu. 9 - Dispositif selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé par le fait que deux éléments annulaires de moule 25 à section angulaire sont placés dans les évidements de façon telle que les parties coudées de ces éléments de moule soient dirigées l'une vers l'autre et enferment un noyau en forme de disque muni de fente radiales dont l'une des faces s'applique contre la face extérieure du bord du moyeu. 30 10 - Dispositif destiné à la mise en oeuvre du pro cédé selon la revendication 4 et caractérisé par le fait que dans le moule qui entoure l'anneau de friction coulé est inséré un noyau à section en I muni d'une ouverture centrale et dont le bord coudé vers le haut entoure avec centrage]a surface cylin- 35 drique de paroi intérieure du moyeu. 72 10852 11 2132137 11 - Dispositif selon l'une des revendications 8, 9 et 10, caractérisé par le fait que les entaffl.es situées entre les saillies en créneaux du bord du moyeu d'acier sont prévues au même endroit que les fentes respectives du noyau. 12 - Dispositif selon l'une des revendications 5 à 11, caractérisé par le fait que le moyeu d'acier embouti est fixé à la table de centrifugation pour éviter le flottement lors de la coulée.