Brevet FR2395807A1 — publié le 19790126

La présente invention concerne en général les écrous polygonaux de serrage dont une des extrémités est tronconique et dont 11 autre ainsi que leurs pans périphériques sont recouverts par un chapeau protecteur en acier inoxydable dont le bord longe la ligne où les pans et 11 extrémité tronconique précités se raccordent. Elle concerne en particulier un procédé et une machine destinés à souder électriquement par résistance et par joint continu le chapeau en question au corps de 11 écrou. les roues démontables des automobiles modernes sont généralement fixées sur essieu correspondant du véhicule au moyen d'une rangée circulaire de goujons filetés qui sortent de dépressions tronconiques de l'extrémité de cet essieu. le moyeu de chaque roue contient une rangée semblable et complémentaire de trous dont les-parois tronconiques s'emboitent dans les dépressions extremes de 11 essieu et par lesquelscpassent les goujons filetés extremes de ce dernier. Pour fixer la roue sur l'essieu, il faut alors visser des écrous polygonaux de serrage sur ces goujons. Il est possible d'entourer les écrous et les goujons de chapeaux en forme de coupelles qui, assujettis à la roue, les dissimulent et les protègent.Ces chapeaux sont parfois aussi incorpores aux écrous dont ils enveloppent l'extrémité visible en protégeant celles des goujons filetés contre les détériorations dues aux intempéries ainsi qu'aux chocs. Ces écrous à chapeau sont généralement réalisés d'une seule pièce par tournage de barres, mais il en existe aussi dont le corps classique est entièrement recouvert d'une enveloppe en acier inoxydable qui laisse à découvert un des orifices de leur taraudage interne et recouvre l'autre d'une coiffe bombée. le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 364 806 décrit une variante de ce type d'écrous dont 11 extrémité tronconique du corps, qui est destinée à s'emboiter dans une dépression complémentaire du moyeu d'une roue, reste à découvert, le bord du chapeau ou de l'enveloppe coïncidant avec celui d'une surface périphérique comprise entre une des extrémités des pans de l'écrou et le bord intérieur de son ex extrémité tronconique. La rive libre périphérique du chapeau de cet écrou est sertie contre un épaulement voisin de la surface périphérique pre- citée de l'écrou afin de maintenir le premier sur le second, mais les forces exercées au cours du serrage de l'écrou et les pierres qui viennent accidentellement frapper l'écrou sur laroute peuvent desserrer le chapeau qui a alors tendance à vibrer ou à cliqueter lorsque le véhicule est en marche. Pour éviter cet inconvénient, on applique un adhésif entre les surfaces en contact du chapeau et du corps de l'écrou, mais il est difficile et coûteux d'appliquer une quantité d'adhésif suffisante pour assujettir le chapeau à l'é- crou sans en mettre sur le filetage de ce dernier. On a aussi envisagé de souder le chapeau à l'écrou afin de les rendre solidaires et d'éviter les risques de colmatage du filetage de l'écrou par l'adhésif2 mais cette solution présente certains inconvénients, notamment du fait que la chaleur engendrée au cours du soudage peut amollir l'écrou de façon inacceptable et modifier la structure métallique du chapeau en altérant sa couleur ou en diminuant sa résistance à l'oxydation. Dans certains cas ou l'un au moins des éléments métal- liques à souder électriquement par sa résistance serait endommagé par le passage 4 2 impulsions électriques d'assez longue durée et d'assez faible intensit s on a déjà utilisé des procédés et des machines de soudage qui font passer entre les surfaces à souder de ces éléments métalliques une impulsion de très courte durée d'un courant électrique à basse tension et à forte intensité.Un tel système nécessite des condensateurs d'assez grande capacité, alimentés par une source de courant continu. Dès qu'ils sont chargés au maximum, la fermeture Flun interrupteur provoque leur décharge en faIsant e sorte que le courant électrique traverse les deux pièces à souder. la présente invention concerne en général un procédé de soudure électrique par résistance et par joint continu d'un chapeau ou d'une enveloppe en acier inoxydable sur un écrou de serrage d'une roue de véhicule, afin de les slidariser de manière à leur permettre de résister aux forces exercées au cours du serrage de 1'é- crou ainsi qu'aux chocs accidentels résultant de l'usage norrr;l du véhicule, et d'empêcher dtune part l'écrou de se desserrer et d'autre part son chapeau desserré de cliqueter lorsque le véhI- cule roule. La présente invention est fondée sur le fait qu'une fois l'extrémité libre du chapeau sertie sur Le tronçon du corps de l'écrou qui relie ses pans périphériques à son extrémité tronconique, cette dernière se trouve à découvert. le procédé selon l'invention consiste dans l'ensemble à amener en contact compressif une première électrode de soudage avec cette surface tronconique ev nie seconde électrode avec un élément du chapeau qui est en contact avec une surface du corps de 11 écrou afin de serrer étroitement cette région du chapeau contre ce corps.On fait alors passer entre ces électrodes une très courte impulsion tun courant électrique à basse tension et forte intensité, impulsion engendrée de préférence par une batterie de condensateurs. là où les deux électrodes sont serrées contre le corps de l'écru et contre son chapeau, la résistance rencontrée par le courant électrique est assez faible, de sorte que la partie du circuit de décharge du condensateur, qui présente la plus grande résistance, est la région comprise entre le corps de l'é- crou et son chapeau juste après la région où ce dernier est en contact avec l'électrode correspondante. A cet endroit, l1équi- libre entre les surfaces en contact du chapeau et du corps oppose une résistance telle que le courant électrique ne passe pratiquement pas de l'un à l'autre et se trouve donc concentré dans la région étroite toute proche de l'électrode de contact ou sa puis- sance se transforme en grande partie en chaleur. Ce procédé est fondé sur un principe analogue à celui du soudage par points, ou plus exactement du soudage par joint continu. le procédé selon 11 Invention n1 est donc applicable que dans le cas particulier d'un écrou comportant une extrémité tronconique que son chapeau laisse à découvert, et il n1 est pas applicable aux écrous entièrement recouverus par leur chapeau ou leur enveloppe. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels - la figure 1 représente en perspective un écrou polygonal de serrage dont le chapeau est soudé suivant le procédé selon la présente invention ; - la figure 2 est une coupe à grade échelle selon la ligne 2-2 de la figure 1 - la figure 3 représente en coupe une soudeuse contenant les élé- ments d'un écrou du type représenté sur les figures 1 et 2, et elle montre le procédé de soudage du chapeau au corps de l'écrou par utilisation de la décharge d'un condensateur représenté schématiquement - la figure 4 est une coupe de l'écrou selon la ligne 4-4 de la figure 3;; - la figure 5 est une vue éclatée en perspective de l'éeran de la figure 1 - la figure 6 représente en coupe une seconde forme de réalisation de la soudeuse selon l'invention; - la figure 7, analogue à la figure 6, montre la position de sou- dage dela soudeuse précitée - la figure 8 est une coupe selon la ligne 8-8 de la figure Y - la figure 9 est une coupe selon la ligne 9-9 de la figure 6 ; et - la figure 10 représente en perspective un écrou à chapeau rés- lisé dans la soudeuse des figures 6 à 9. les figures 1 et 2 représentent un écrou 10 à chapeau qui destiné à serrer sur un essieu une roue d'automobile, a une conformation analogue à celle de 1 1écrou décrit par le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 364 806. le corps 12 de cet écrou exa- gonal, dont le trou central taraudé porte la réféence 14, eo-- porte six pans périphériques 16 parallèles à l'axe de ce trou. l'une 18 de ses extrémités est plate et l'autre est tropnconique, sa surface 20 étant destinée à s'emboîter dans des dépressions tronconiques qui entourent par exemple les goujons filetés de retenue du moyeu d'une roue automobile classique. les rives des pans 16 qui sont proches de l'extrémité tronconique 20 forment un épaulement 22 qui, incliné latéralement vers l'intérieur, se raccorde à une étroite surface cylindrique 24 se raccordant elle meme à l'extrémIté tronconique 20. le diamètre de cette surface 9o peut être approximativement égal à la largeur du corps de l'écrou entre deux opposés de ses pans 16, de sorte que l'épaulement 22 n'existe qu'à proximité des coins de ces pans. Une enveloppe ou un chapeau en tôle, de préférence d'axier inoxydable, recouvre le corps 12 de l'écrou. Ce chapeau comporte des flancs 26 qui recouvrent les pans 16 de écrou, et sa rive libre est rabattue sur l'épaulement 22, de sorte que son bord longe le bord supérieur de la surface cylindrique 24. Cette conformation, revendiquée dans le brevet des Etats-Unis d'érique n0 3 364 806, est telle que le bord libre et franc 28 du chapeau ne gêne pas l'emboîtement de l'écrou dans la dépression tronconique correspondante du moyeu de la roue et que le chapeau n'a pas tendance à s'écarter du corps de l'écrou du fait de son interaction avec la roue. L'autre extrémité du chapeau forme à partir d'un rebord annulaire périphérique 30 qui est perpendiculaire à ses flancs 26 et est donc intérieurement en contact avec la rive périphér de l'extrémité 18 du corps de l'écrou, une coiffe cylindrique extreme bombée 32 qui s1 écarte de l'extrémité 18 de l'écrou, afin d'une part de laisser la place nécessaire à l'extrémité du goujon fileté qui, vissé dans l'écrou, peut en sortir par son extrémité 18 et d'autre part de donner à l'écrou un aspect décoratif. le. rebord 30 recouvre la rive périphérique de l'extré- mité plate 18 de l'écrou entre la base de la coiffe 32 du chapeau et le coude qui le relie aux flancs 26 de ce dernier. la largeur de ce rebord n'est pas constante, elle passe par un minimum en face du milieu de chacun des flancs 26, mais ce minimum est de préférence au moins égal à 0,635 ma. l'écrou à chapeau ainsi décrit est analogie à celai que décrit le brevet des Etats-Unis d'Anérique n0 3 364 886, à ceci près qu'il comporte le rebord périphérique 30 qui est soudé électriquement par résistanceen 34 à la rive périphérique de ltex- trémité plate 18 de l'écrou. Cette soudure solidarise le chapeau et le corps 12 de l'écrou de sorte que leur enclenchement le dépend pas du coude formé par la rive libre 28 du chapeau a;ltour ce lse- paulement 22 du corps 12 de l'écrou. Ce joint soudé protège l'écrou des forces qui tendent à séparer son chapeau de son corps au cours de son serrage, ainsi que des chocs qu'il a à supporter en service.Comme on le décrira plus loin, le soudage est exécuté de manière à ne pas compromettre la finition du chapeau en tôle métalliaue. le soudage en question est exécuté suivant le procédé qui fait l'objet de la présente Invention et de préférence au moyen d'une soudeuse du type représenté sur les figures 3 et 4. Cette machine est représentée en train d'assembler un écrou 10 du type représenté sur les figures 1 et 2. Elle comprend une presse à plateau fixe inférieur 62 et à plateau mobile supérieur 64, dont l'équilibrage classique n'est donc pas représenté. Le plateau inférieur 62 confient et supporte une matrice inférieure en acier 66 qui comporte un support périphérique annulaire SE faisant saillie vers le haut. le diamètre intérieur de ce support > 68 est égal à celui de la soudure annulaire à exé- cuter entre le corps et le chapeau de l'écrou 10. Ce support 68 soutiens un manchon 70 en résine phénolique ou en matière plastique thermoducsissable analogue, dont le diamètre intérieur est un peu plus grand que la largeur du chapeau entre deux opposées qui séparent ses flancs 26. Par conséquent, une fois que le corps et le chapeau emboîtés de l'écrou 10 sont introduits dans le manchon de retenue 70, la coiffe bombée du chapeau fait saillie dans le sup- port annulaire 68, la surface de son rebord périphérique 30 reposant sur l1extrémfté supérieure de ce support. le manchon 70 maintient le chapeau qui contient le corps 12 de l'écrou dont l'extrémité tronconique dégagée en sort par en haut. Au plateau supérieur 64 est suspendue une matrice supérieure en acier 72 oui comporte une cavité centrale 74 et forme intérieurement une surface tronconique 76 complémentaire de celle 20 de l'extrémité tronconique du corps 12 de l'écrou. Une fois les plateaux 62 et 64 de la presse rapprochés l'un de l'autre, ces deus surfaces de formes 76 et 2C entrent en contact l'une avec l'autre en serrant d'une part l'écrou contre l'extrémité supérieure du support annulaire 68 forme par Ta matrice 66, et d'autre part l'extrémité plate du corps 12 de cet écro contre le rebord 30 de son chapeau. la force exercée par la presse est de préférence comprise entre 13 000 et 18 OOG N environ, de sorte que la pression exercée l'une sur l'autre par les surfaces en contact du chapeau et du corps de 11 écrou est swtéfleur-t a 7 x 106 Pa environ. On fait alors passer dans l'écrou un courant électrique au moyen d'un circuit de soudage comportant un transfor- mateur 78 dont l'enroulement secondaire est relié aux matrices 66 et 72, tandis que son enroulement primaire est relié ers série, par l'intermédiaire d'un premier contacteur 80 aux bornes d'une batterie de condensateurs électrochimiques 82 d'assez grarde ca- pacité. Ces condensateurs peuvent etre reliés à une source de charge par un second contacteur 84. Pour charger les condensateurs 82, on ouvre le contacteur 80 et l'on ferme le contacteur 84.Pour les décharger, on effectue l'opération inverse, 11 énergie qu'ils ont accumulée passant dans l'enroulement primaire du transformateur 78, ce qui induit dans son enroulement secondaire un courant qui passe entre le corps et le chapeau de l'écrou au niveau du rebord 30 du premier. La tension du courant de soudage est par exemple com- prise entre 2 et 5 V tandis que son intensité doit être supérieure à 50 000 A et de préférence comprise entre 60 000 et 80 000 A. La durée de l'impulsion électrique doit être inférieure à 30 mierosecondes einviron et pratiquement de l'ordre de 6 à 9 microsecondes. le dégagement de chaleur intervent donc essentiellement entre le rebord 30 du chapeau de l'écrou et le corps 12 de ce dernier. La durée de l'opération est si brève que le chapeau ne s'oxyde pas et que le chauffage ne fait pas émigrer le carbone que contient l'acier inoxydable vers les limites de son grain en diminuant sa résistance à la corrosion.La chaleur transmise à 11 écrou n'est pas suffisante pour compromettre sa dureté. Le circuit de soudage représenté est une version sim- plifiée d'un circuit classique de décharge de condensateur, et il va de soi qu'il est possible d'utiliser dans le cadre de la présente invention tout type de circuit de soudage susceptible de faire passer entre le rebord périphérique du chapeau et le corps de l'écrou pressés l'un contre l'autre une impulsion électrique de très courte durée et de très forte intensité. les figures 6 à 9 représentent un autre type de presse destinée à souder son chapeau protecteur au corps d'un écrou. nette presse comporte un plateau supérieur mobile 102 et un plateau inférieur fixe 100 à la face supérieure duquel est assujettie une matrice de support 104 dont la face sup6rieure forme une cavité 106 destinée à loger la coiffe bomée 32 du chapeau en acier inoxydable de l'écrou. Un isolateur de retenue 7087 assujetti à la surface supérieure du support 104, soutient le rebord périphérique 30 an chapeau dont la coiffe 32 fait ainsi saillie dans la cavité 106. Deux électrodes 110 et 112, diamétralement opposées par rapport à la cavité 106, coulissant horizontalement le long des rives supérieures du support 104 rappelées vers leurs positions d'écartement maximal par deux ressorts hélicoîdaux 114 et 116. leu déplacement dans ce sens est limité par lten- trée de leurs flancs extérieurs 118 et 120 en contact avec des galets de came 122 et 124 assujettis à des saillies inférieures d'un organe de transmission 126 suspendu an plateau mobile 102. les flancs intérIeurs des électrodes 110 et 112 for- ment chacun vers l'intérieur deux saillies 198 délimitant entre elles une rainure verticale 130 à flanes évasés comme le mole mieux la fIgure 8. En descendant, le plateau sepérieur 102 fait entrer les galets 122 et 124 en contact avec les flancs extérieurs inclinés 118 et 120 des électrodes 110 et 112, ce qui 2 pour effet de les rapprocher l'une de l'autre, les flancs intérieurs inclinés de leurs saillies 128 entrant alors en contact avec la surface périphérique du chapeau 16 de chaque côté et tout le long de deux arêtes opposées de ce dernier. Simultanément, le plateau supérieur 102, en descendant, amène en contact avec l'extrémité tronconique dégagée du corps 12 del'écrou un capuchon 131 qu'un puissant ressort à boudin 134 maintient en suspension dans une cavité 132 de la transmission 126 qui comprime donc ce ressort dès que le capuchon 131 entre en contact avec 11 extrémité précitée. Ce capuchon 131 fait fonction d'électrode de soudage en coopérant avec les deux autres 110 et 112 qui sont reliées à l'une des bornes d'une source d'énergie 136, par exemple du même type que celle déjà décrite en regard de la figure 3. tes électrodes 110 et 112 et le capuchon 131 exercent respectivement sur le chapequ et sur le corps de l'écrou une force supérieure à 7 x 106 Pa. En passant entre les électrodes, le courant électrique de soudage traverse l'intervalle entre le corps et le chapeau de l'écrou dans les régions où les électrodes 110 et 112 sont en contact avec ce chapeau, ce qui soude les unes aux autres les surfaces correspondantes. ta courte durée de l'im- pulsion électrique empêche la chaleur de se propager beaucoup au- delà de la région de la soudure, de sorte que la structure métal- lique du corps et du chapeau de écrou n'est pas modifiée. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé et à la machine à souder décrits et représentés sans sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1. - Procédé de façonnage d'un écrou polygonal de serrage dont une extrémité tronconique est destinée à entre? e:B con- tact avec la roue d'un véhicule et dont l'autre extrémité ainsi que les pans périphériques sont recouverts d'un chapeau en acier inoxydable dont le bord longe la ligne où ces tans se raccordent à l'extrémité tronconique précitée, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à amener une première électrode en contact con pressif avec ladite extrémité tronconique, à amener une seconde électrode en contact compressif avec le tronçon Qu chapeau qui est contre l'autre extrémité de l'écrou afin de le serrer entre ce dernier et la seconde électrode, puis à faire passer entre les deux électrodes et pendant moins de trente microsecondes une im- pulsion électrique dont le courant de crête a une intensité supérieure à 50 000 A. de façon à souder les surfaces en contact du chapeau et de 11 écrou dans les régions proches du tronçon avec lequel est en contact la seconde électrode, et cela sai modifier défavorablement la stracture métallique superfieielle de la partie correspondante du chapeau. 2. - Procédé selon la revendication 1, caractéris en ce que la seconde électrode serre le chapeau contre 11 autre e- trémité de l'écron en exerçant une pression au moins égale à 69 x 105 Pa. - Procédé selon reverdication 2, caractérisé en ce que la seconde électrode comporte deux éléments qui entrent en contact auec des régions à pen près diamétralement opposés du chapeau afin d'exercer sur lui des forces équ-ilorees au cours de son assemblage avec le corps de écrou. 4. - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux éléments de la seconde électrode forment chacun deux longues saillies parallèles et espacées qui sont destionées chaqcune à entre. en contact avec le chapeau de cl chaque côté d'une des arêtes par l'intersection des flancs du chapea - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les saillies des éléments de la seconde électrode entrent en contact avec le chapeau de l'écrou parallèlement à l'axe de ce dernier. 6. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tronçon du chapeau avec lequel la seconde électrode entre en contact est un rebord saillant perpendiculaire à l'axe de écrou, et la première électrode entre en contact avec l'ex- trémité tronconique de l'écrou en exerçant une force dont une composante est parallèle à l'axe précité, de sorte que ces deux électrodes exercent des forces équilibrées sur le corps de écrou 7. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération qui a pour but de faire passer un courant électrique entre les deux électrodes consiste à charger un condensateur et à en relier des armatures à chacune des électrodes lorsque ces dernières sont en contact compressif avec l'écrou. 8. - Procédé qui, destiné à façonner un écrou de serrage à Chapeau dont une extrémité tronconique du corps polygonal est destinée à être serrée contre une roue de véhicule et dont 'autre extrémité de ce corps ainsi que ses pans périphériques sont découverts d'un chapeau protecteur qui s'arrente là ou se raccordent les uns à l'autre les pans et l'extrémité tronconique précités, est caractérisé en ce qu'il consiste à amener une pre- m ère électrode en contact compressif avec l'extrémité tronconique du corps de écrou, à amener une seconde électrode en contact compressif avec le chapeau afin de serrer ce dernier contre le corps de l'écrou à proximité de la région du chapeau avec la que 12 est en contact la seconde électrode, à charger un conden- sauteur et à en relier les armatures aux deux électrodes afin de de faire traverser le chapeau et le corps de l'écrou par une impulsion électrique de façon à souder le chapeau au corps de l'écrou dans la région proche de celle ou la seconde 'ec- trode est en contact avec ce chapeau2 la soudure ainsi exécutée ne provoquant pratIquement ni altération de la couleur de la SaL - face du chapeau qui est contact avec la seconde électrode, ni migration du carbone dans ce chapeau, migration susceptible de provoquer ultérieurement son oxydation. 9. - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que sa seconde électrode exerce sur le chapeau une pression d'au moins 69 x 105 Pa. 10. - Machine qui, destinée à souder sur le corps d'un écrou polygonal de serrage, dont une extrémité tronconique est destinte à entrer en contact avec une roue de véhicule, un chapeau protecteur et décoratif en acier inoxydable qui recouvre les pans périphériques et l'autre extrémité de ce corps jusqu'à proximité de la ligne de raccordement entre les pans et l'extrémité tronco nique précités, est caractérisée en ce qu'elle comprend une presse comportant un plateau fixe et un plateau mobile, une première électrode que supporte un de ces plateaux et dont la conformation correspond à celle de l'extrémité tronconique du corps de l'écrou, une seconde électrode qui reliée à l'autre plateau de la presse, est destinée à entrer en contact avec le chapeau de l'écrou, un condensateur, une source d'énergie destinée à charger ce conden- sateur, et un mortage électrique dans lequel un interrupteur permet de relier le condensateur aux électrodes, de sorte qu'il est possible, en déplaçant le plateau mobile, d'amener les ceux électrodes en contact comparessif avec l'écrou et, en fermant l'interrupteur, de faire passer le courant entre le chapeau et le corps de cet écrou et de souder ainsi leurs surfaces respectives qui sont en contact à proximité de la seconde électrode, la soudure du chapeau eL corps de l'écron étant Ins exécutée sans modifier défavorablement la structure métallique superficielle du chapeau