Brevet FR2306762A1 — publié le 19761105

La présente invention, due aux travaux de Messieurs Roger LUCAS et Jacques AUBERGER, R, concerne un procédé de fabrication par matriçage de roues monoblocs pour véhicules gros porteurs, destinées à être équipées de pneumatiques avec - ou, de préférence - sans chambre à air. Fondamentalement, une roue pour enveloppe de pneumatique comporte un disque et une jante. Le disque fait corps avec la jante et sert d'organe de fixation au moyeu du véhicule. I1 a .Jhabituellement la forme d'une cuvette dont la face concave est tournée vers le moyeu, c 'est-à-dire axialement (par rapport à l'axe de rotation) vers l'intérieur du véhicule afin de ménager un logement pour les organes de freinage. Le disque comporte plusieurs trous pour le pas sage des goujons de fixation de la roue au moyeu, et un alésage central. La jante peut-être à base plate ou creuse. La roue à base creuse est une roue monobloc, qui ne comporte aucun élément amovible, et qui convient par ticulièrement bien pour recevoir des pneumatiques sans chambre à air, car il est facile de la rendre étanche à l'air sous pression. Chaque paroi de la gorge est prolongée par une portion conique (l'angle de conicité étant généralement de 150 par rapport à l'axe de la roue) appelée siège, et destinée à recevoir l'un des bourrelets du pneumatique. Un court rebord, en forme de crochet, forme la portion terminale de chacun des sièges.On appelle généralement petite aile de la jante, la partie qui est tournée axialement vers l'extérieur du véhicule, et grande aile, la partie qui est tournée axialement vers l'intérieur du vehi- cule, a différence de dimension provenant de la position dissymétrique de la zone de raccordement entre le disque et la jante. Les roues pour véhicules gros porteurs sont habituellement fabriquées en tôle d'acier emboutie et soudée. Ce mode de fabrication convient bien à la production en série et il est relativement peu onéreux. Mais, en contrepartie, l'assemblage par soudure se prête mal à l'équilibrage et au centrage rigoureux de la roue , et surtout à une construction étanche indispensable pour le montage de pneumatiques sans chambre à air ; il constitue également un point faible qui limite la durée de vie utile. De nombreuses tentatives ont été faites pour produire des roues monoblocs et en particulier, en alliages légers à base d'aluminium. Un ensemble routier possède frequemment de 12 à 16 roues plus une ou deux roues de secours dont le poids total peut atteindre, en ce qui concerne les roues seules, de 700 à 900 kg.L'utilisation de roues monoblocs en alliages à haute résistance, et, à fortiori, en alliages légers, permettrait un allègement sensible, faciliterait l'équilibrage et le centrage, et assurerait l'étanchéité indispensable pour l'utilisation de pneumatiques sans chambre à air. De nombreuses tentatives ont été faites pour produire des roues en alliages légers ou des roues mixtes acier-alliage léger, soit par coulée, soit par usinage, matricage et/ou fluotournage. Des procédés ont été décrits en par ticulier, dans les brevets américains 2 075 294 (Kelsey-Hayes) 2 170 617 (Hamill), dans les brevets anglais 507 801 (Dunlop) 971 ?58 et 259 (Reynolds), dans les brevets ou demandes de brevets allemands 1 297 570 (Otto Fuchs) 1 908 465 (Otto Fuchs), dans les brevets français 1 186 248 (Kronprinz) 1 491 895 (Otto Fuchs) 1 570 620 (L'Aluminium Français).Mais aucun n'a permis, jusqu'à présent, de produire des roues monoblocs dans des conditions techniques et/ou économiques satisfaisantes, soit qu'ils ne se prêtent pas à une fabrication en grande série, à prix de revient attractif, soit que les roues obtenues ne présentent pas les caractéristiques exigées par les utilisateurs : résistance mécanique, résistance aux chocs, résistance à la corrosion en particulier dans les régions où l'on utilise des sels pour accélérer la fusion de la neige, facilité d'entretien (nonternissement, maintien durable de l'aspect neuf), facilité d'équilibrage et ce centrage, étanchéité pour l'emploi de pneumatiques sans chambre à air, précision des cotes dimensionnelles permettant le montage en toute sécurité, de pneumatiques de tous types sans risque de déjantage. La présente invention concerne un procédé de fabrication de roues monoblocs pour véhicules gros porteurs se prêtant particulièrement bien à la production en grandes séries et fournissant des roues répondant aux exigences des utilisateurs telles qu'on vient de les énumérer ci-dessus. Le procédé est caractérisé par une succession d'opérations de matri çage, effectuées à partir d'une ébauche ayant sensiblement la forme d'un disque cylindrique, et suivies d'un usinage final. La roue ainsi obtenue ne nécessite plus que quelques opérations de finition, connues en elles-mêmes. Les opérations de matriçage peuvent être en nombre variable selon le métal ou l'alliage métallique utilisé. Dans le cas particulier où l'on part d'un alliage léger à base d'aluminium, elles sont préférentiellement au nombre de trois que l'on désignera, dans ce qui suit, par M1 ; M2 ; M3. M1 fait apparaître, sur le pourtour de l'ébauche un bourrelet épaissi, dans une direction sensiblement parallèle à l'axe de la roue, vers l'intérieur de la dite roue, tel qu'il a été précédemment défini. M2 provoque l'allongement et le rétrécissement du bourrelet dans la même direction que M1, et ébauche la forme de la petite aile de la jante. M3 amène la petite aile sous une forme très proche de sa forme définitive, et allonge à nouveau la partie inférieure, allongée à M2, de façon qu' elle ait une longueur sensiblement égale à la longueur développée de la grande aile. Puis on procédé à un évasement à la presse de la partie allongée à M3 de façon å former la gorge de la jante. On termine par un usinage qui intéresse toute la partie externe de la jante - celle qui supporte le pneumatique et éventuellement la chambre à air - (crochets, rebords, gorge) ainsi que la partie interne de la grande aile celle qui est tournée vers l'axe de la roue -. La finition comporte une série d'opérations, connues en elles-memes, et qui ne sont pas particulières au procédé qui vient d'être décrit. Ce sont essentiellement - le débouchage de l'alésage central. - le dressage des deux faces du disque. - le perçage des trous de fixation de la roue sur 1 'essieu du véhi cule. - le perçage de l'orifice de passage de la valve et de l'orifice d' accès à la valve de la roue jumelée. En outre, des traitements thermiques, connus en eux-mêmes, peuvent être effectués sont à des stades intermédiaires sott au stade final, en vin de confèrer au métal ses propriétés optimales ( propriétés mécaniques, résistance à la corrosion). Les figures 1 à 5 et l'exemple de réalisation qui suivent permettront deranieux comprendre la mise en oeuvre de l'invention. Les figures 1, 2, 3 montrent les phases successives de matriçage. La figure 4 montre la phase d'svasement à la presse. La figure 5 montre la localisation deil 'usinage final et des finitions. Sur la figure I, la ligge pointillée abc schématiqe l'ébauche forme de disque cylindrique. Le matriçage Ml fait apparaître le disque de rose et sur son pourtour, un bourrelet 1 oriantéen direction de l'intérieur de la roue, et dont l'axe principal AB est sensiblement perpendiculaire au plan du disque CB, et par conséquent parallèle à l'axe xy de la roue. Le matriçage est effectué à chaud.Une température de l'ordre de 4750C convient pour des alliages d'aluminium de la famille des AluminiumrSilicium-Magnesium, tel que le 6061 dont la composition moyenne est : base aluminium ; Silicium : 0,60 Z ; Magnésium 1 Z ; Cuivre : 0,30 Z ; Chrome : 0,25 Z ; Fer 0,50 Z ; Zinc ( 0,25 Z ; Nl- chel X. L'outillage de matriçage està:environ 400ut. Sur la figure 2, on voit que le matriçage M2 a allongé le bourrelet 1 qui a pris la forme 2, tandis qu'apparait l'ébauche 4 de 'a petite aile de la jante. Le métal s'est écoulé dans la direction F sans possibilité de refluer vers la sone 3, à l'extrémité du disque, de façon à éviter la formation de plis dans cette zone. Le matriçage M3, figure 3, a provoqué un nouvel allongement de la partie 2 jusqu a une longueur sensiblement égale à celle que devra avoir la grande aile, et a amené la petite aile 5 à une forme proche de sa forme défi nitive 6. La figure 4 montre la phase d'évasement à la presse qui a donné à la partie allongée 2 la forme 7, dans laquelle on va pouvoir, à la phase suivante, usiner la grande aile. La figure 5 montre, en traits épaissis, la localisation de l'usinage final de la grande aile 9 et de la petite aile 10, ainsi que les diverses opératissa de finition, qui comportent - le débouchage de l'alésage central. - le perçage de l'orifice Il de passage ae la valve. - le perçage de l'orifice 12 d'accès à la valve de roue jumelée. - les passages1Jes goujons de fixation de la roue sur l'essieu du véhicule. - le dressage des deux faces 14 et 15 du disque. - le bossage 8 peut également être formé pendant cet usinage. Il est désigné généralement par les spécialistes par le terme anglais "Hump" et a pour but d'éviter un déjantage brutal lorsque le véhi cule roulé avec un pneumatique sous-gonflé ou dégonflé à la suite d'une crevaison , ou dans des conditions défavorables". EXEMPLE Un disque plan en alliage A-SG/6061 (dont la composition est : Base Aluminium Si : 0,60 Z ; Mg : 1,0 Z ; Fi ( 0,50 Z ; Zon (0,25 Z ; Cu : 0,30 Z Cr : 0,25 Z ; Ni imn d'épaisseur; a été transformé selon la succession des opérations correspondant à la première variante, soit : - matriçage M1, sous presse de capacité maxille de 20.000 tonnes, selon figure 1, à environ 4750C. - matriçage M2, dans les mêmes conditions, selon figure 2. - matriçage M3, dans les mêmes conditions, selon figure 3. - évasement à la presse, selon figure 4. L'usinage final a été conforme à celui de la figure 5. La roue obtenue, aux dimensions de 22,5 - 7,5 (exprimes en pouces de 25,4 fl comme il est d'usage pour ce type de matériel, soit : 57 - 19 cm), était prévue pour le montage de pneumatiques de dimension normalisée 11 - 225. Son poids était de 23 kg soit sensiblement la moitié du poids d'une roue en acier du type classique (emboutie et soudée). Le gain de poids tetal sur un ensemble routier équipé de ce type de roues peut ainsi atteindre 300 à 400 kg. La conductivité thermique élevée de l'aluminium et de ses alliages facilité considérablement l'évacuation it la dissipation des calories provenant du système de freinage ce qui évite des surchauffes locales qui seraient très préjudiciables à la durée de vie des pneumatiques et des chambres à air. Accessoirement, l'allégement des roues améliore quelque peu le confort du véhicule du fait du moindre poids non suspendu et rend le freinage plus efficace par la diminution de l'énergie cinétique des masses en rotation qui est dissipée en chaleur lors du freinage. Bien entendu, la mise en oeuvre de l'invention n'est pas limitée à l'alliage 6061 pris comme exemple. Tous les alliages métalliques susceptibles d'être mis en forme par matriçage, présentant les caractéristiques mécaniques suffisantes pour constituer des roues de véhicules gros porteurs, entrent dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS I") Procédé de fabrication de roues métalliques monoblocs pour véhicules et plus particulièrement pour véhicules gros porteurs, destinés à être équipés de pneumatiques et plus particulièrement de pneumatiques sans chambre à air, comportant un stade de mise en forme à partir d'une ébauche en forme de disque cylindrique et un stade de finition par usinage mécanique, caractérisé en ce que la mise en forme est effectuée par une combinaison d'opérations de matriçage et d'évasement à la presse. 20) Procédé de fabrication de roues métalliques monoblocs selon revendication 1, caractérisé en ce que les opérations de mise en forme comportent les stades suivants - un premier matriçage M1 qui fait apparaître le risque de roue et sur son pourtour un bourrelet (1) épaissi orienté dans une direction sensiblement parallèle à l'axe de la roue et du côté intérieur de la roue. - un deuxième matriçage M2 qui provoque l'allongement (2) du bourrelet dans la même direction que M1 et ébauche la forme (4) de la petite aile de la jante. - un troisième matriçage M3 qui amène la petite aile sous une forme (5) très proche de sa forme définitive et allonge à nouveau le bourrelet (2) dans la même direction que M1 et M2 de façon à lui donner une longueur sensiblement égale à la longueur définitive de la grande aile (9) de la jante. - un évasement à la presse du bourrelet allongé (2) qui lui donne une forme (7) dans laquelle on pourra usiner la grande aile. 30) Procédé de fabrication de roues métalliques monoblocs selon revendication 2 caractérisé en ce que, lors de la finition par usinage mécanique, on forme le bossage 8, appelé "Hump". 4 ) Roues métalliques monoblocs obtenues selon la revendication 2 ou 3. 50) Roues monoblocs, en alliage léger à base d'aluminium; obtenues selon la revendication 2 ou 3.