Brevet FR2468423A1 — publié le 19810508

La presente invention concerne un procédé de fabrication de jantes de roues de véhicules à partir de matériaux ayant pour caractéristique d'avoir une ductilité de valeur relativement faible, tels que l'aluminium ou l'acier faiblement allié à haute résistance. Grâce à ce procédé, on peut fabriquer en série des jantes de roues en aluminium ou en acier faiblement allié à haute résistance, à l'aide des équipements classiques de laminage de jantes qui sont actuellement utilisés dans la fabrication des jantes en acier du type SAE 1010. Les techniques antérieures de laminage utilisées dans la formation de jantes de roues à partir de matériaux en feuille se sont avérées sans succès dans le cas de l'aluminium.A cause de la faible ductilité de l'aluminium, une feuille d'aluminium, lorsqu'elle est laminée avec un équipement de laminage classique de jantes, oppose une résistance à l'étirage nécessité par le soudage en bout pour former une partie de la jante de roue. Dans la fabrication de jantes de roues en acier, une bande de tôle d'acier laminé est enroulée et soudée bout-àbout pour former un bandage, ou bande, cylindrique. Après ébarbage de la soudure, la bande cylindrique est d'abord placée dans une presse où les bords latéraux de la bande sont radialement évasés vers l'extérieur. L'évasement des bords sert à préformer la zone à rebords de la jante et à fournir un profil de section de bande permettant sa fixation sur l'équipement de laminage utilisé pendant les opérations ultérieures de façonnage. Après évasement des bords latéraux, la bande est soumise à une série d'opérations de façonnage par laminage, à la suite de quoi, elle prend progressivement le profil en coupe et la circonférence finaux désirés. Pendant le façonnage par laminage et la mise à dimension, la circonférence de la bande augmente.Ainsi, les dimensions initiales de la bande d'origine servant à la confection du bandage sont sélectionnées de façon à tenir compte d'un tel allongement du matériau. Alors que le procédé décrit ci-dessus s'est avéré satisfaisant dans la fabrication de jantes de roues en acier du type SAE 1010, il n'en a pas été jusqu'ici de même pour la fabrication de jantes de roues à partir de matériaux ayant une ductilité sensiblement inférieure à celle de l'acier SAE 1010. Ainsi, les procédés de l'art anterieur se sont avérés infructueux pour la formation par laminage de jantes de roues acceptables à partir de tôles d'aluminium. Par suite de la ductilité plus faible de l'aluminium, les bandes d'aluminium ayant les dimensions utilisées jusqu'ici dans la formation de jantes en acier pour des roues d'une dimension donnée, n'ont pas satisfait les normes d'efficacité indispensables à une production en série.A cause de la résistance de l'aluminium à l'étirage (faible ductilité) , il se peut que les bords latéraux de la bande ne soient pas évasés de la même façon qu'une bande en acier, sans qu'il y ait rupture de la soudure en bout. L'augmentation de la circonférence de la bande pour réduire l'effort à la soudure se traduit par un surdimensionnement de la jante à cause de la croissance de la bande pendant les opérations de façonnage par laminage. Compte tenu des problèmes précédents , on a fabriqué jusqu'ici des roues en aluminium par coulage ou par forgeage. Cependant, des roues en aluminium coulé ou forgé sont d'un coût de fabrication élevé et, par suite des propriétés inférieures de l'aluminium coulé ou du traitement nécessaire de l'aluminium forgé, les roues ont une telle masse qu'aucune économie importante de poids n'est réalisée. Par conséquent, il est préférable d'utiliser des tôles en aluminium laminé au laminoir pour bénéficier totalement de la résistance mécanique élevée des matériaux, de coûts de traitement plus faibles et d'un poids global moins élevé. Grâce au procédé de la présente invention, des jantes de roues peuvent être façonnées par laminage à partir de n'importe quel matériau en feuille ayant une ductilité relativement faible, en particulieràpartir d'aluminium, en faisant appel à l'équipement de laminage de jantesclassiques. Dans la fabrication d'une jante de roue par laminage, une bande de matériau en feuille est d'abord façonnée en bandage par enroulement, puis par soudage bout-à-bout des deux extrémités de la bande. Le bandage, ou bande, est alors placé dans une presse où les bords sont évasés radialement vers l'extérieur de façon a préformer les rebords de jante et à donner à la bande une section permettant son positionnement sur une machine de façonnage par laminage. A cause de la faible ductilité de l'aluminium, il est difficile d'évaser les bords de la bande sur la même étendue que dans le façonnage d'une jante de roue sans soumettre la soudure à des tensions par trop élevées. Par conséquent, il est nécessaire de façonner la bande initiale de façon que sa circonférence soit plus proche de celle de la jante finie qu'on a coutume de le faire dans la fabrication des jantes en acier. La première opération de façonnage par laminage comprend le laminage de la cavite centrale dans la bande évasée. Comme le diamètre de la bande est généralement plus grand, la cavité doit être plus profondément laminée qu'on a l'habitude de le faire pour une bande en acier de diamètre plus petit. Après laminage de la cavité dans la bande, le matériau de la zone renfermant la cavité est durci par travail ou écroui par estampage de la cavité entre des matrices appariées. Le renforcement du matériau de la zone renfermant la cavité par durcissement par travail est des plus critiques pour le succès des opérations ultérieures de façonnage par laminage. Dans la seconde opération de façonnage par laminage, la pression de laminage est appliquée dans le sens radial vers l'intérieur sur les zones d'appui du pneu, et dans le sens radial vers l'extérieur, sur la cavité durcie. Les zones d'appui du pneu étant plus faibles que la cavité profonde durcie sont amenées à se rétrécir alors qu'il y a augmentation de la circonférence de la cavité profonde. Pendant la troisième opération de laminage,. le profil de la jante est complété par bordage des rebords, aplatissement de la partie bombée extérieure et mise à dimension de la jante dans le sens diamètral pour les opérations finales de mise à dimension à l'aide d'une presse à mandriner et au cours d'une opération de retrait dite "a centre véritable pour le contrôle dimensionnel La présente invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante faite en relation avec les dessins ci-joints, dans lesquels La figure 1 est une vue en perspective représentant une bande d'un matériau en feuille utilisé pour le façonnage d'une jante de roue selon la présente invention La figure 2 est une vue en perspective représentant la bande de matériau de la figure 1 après façonnage en bandage La figure 3 est une vue en perspective représentant la jante de roue dans son aspect final ; Les figures 4 à 7 sont des vues en coupe représentant les étapes de façonnage , ou - la figure 4 représenté l'étape de façonnage initial - la figure 5, la forme de la jante à l'issue de la première opération de façonnage par laminage, - la figure 6, la forme de la jante à l'issue de la seconde opération de façonnage par laminage, - la figure 7, la forme de la jante à l'issue de la troisième opération de façonnage par laminage. Bien que la description suivante de la présente invention concerne plus particulièrement l'aluminium, on comprendra que le nouveau procédé de façonnage par laminage, d'une jante de roue,s'applique également dans le cas de n'importe quel matériau approprié présentant une ductilité de faible valeur, par exemple, dans le cas des aciers faiblement alliés à haute résistance et des autres matériaux doux, tel que l'acier doux SAE 1010. Dans les figures, la figure 1 représente une bande allongée 11 prélevée dans une feuille d'aluminium, qui permet le façonnage d'une jante de roue selon la présente invention. Par suite de la ductilité notamment plus faible de l'aluminium par rapport à l'acier, il a été trouvé souhaitable d'augmenter la longueur de la bande et par conséquent de diminuer sa largeur par rapport aux valeurs couramment utilisées dans la fabrication d'une jante en acier. Par exemple, dans la fabrication d'une jante de roue en aluminium typique de 381 x 152 mm (15 x 6 pouces), on a trouvé qu'il était préférable d'augmenter la longueur de la bande d'environ 5,8 par rapport à la longueur utilisée dans le cas d'une jante en acier et d'augmenter la largeur d'environ 4 %. L'ébauche 11 est d'abord laminée pour lui donner la forme d'un bandage 13, représenté en figure 2, et les ex trémités opposées sont soudées bout-à-bout pour former la ligne de soudage 12. La bande ainsi formée, représentée dans la figure 2, est ensuite soumise à de multiples opérations de façonnage, qui se traduisent par une jante finie 24, représentée dans la figure 3. Les figures 4 à 7 représentent la progression des profils en coupe de la bande résultant de chacune des quatre opérations de façonnage. Le profil de la figure 4 est de préférence obtenu par une opération à la presse, tandis que les profils des figures 5 à 7 sont obtenus par des opérations de façonnage par laminage. La première opération de façonnage comprend la formation d'une préforme dans la zone des rebords de la jante, par évasement vers l'extérieur dans le sens radial des bords latéraux 25 et 26 de la bande, comme cela est représen té dans la figure 4. De préférence, l'opération d'évasement des bords est exécutée dans une presse où la bande peut être également arrondie pour lui donner davantage l'aspect d'un cylindre. Pour une jante de 381 x 152 mm, on a trouvé qu'il était souhaitable d'évaser radialement vers l'extérieur la périphérie du bord sur une distance d'environ 9,5 % plus grande que la circonférence du bandage 13. Par suite de la faible ductilité du matériau, l'évasement des bords de la bande soumet à une tension sensiblement plus grande la soudure bout-à-bout , ce qui se traduit par des ruptures de la soudure.Par conséquent, la valeur de l'évasement du bord est limitée par les caractéristiques de résistance mécanique de la soudure bout-à-bout. Ainsi, la ductilité du matériau particulier utilisé détermine largement les dimensions initiales de la bande. Après évasement, la bande est placée sur un rouleau de façonnage pour effectuer la première opération de fa çonnage par laminage. On estime que cette première opération de laminage est critique pour le succès des opérations ultérieures de façonnage par laminage et pour le succès ultime du façonnage par laminage d'une jante de roue en aluminium. Dans la première opération de façonnage par laminage, une partie à cavité, représentée généralement par la référence 27 dans la figure 5, est formée par laminage progressif du matériau à l'intérieur de cette zone de façon à donner un diamètre inférieur à celui de la bande 13. De nouveau, à titre d'exemple, pour une roue en aluminium de 381 x 152 mm, on a trouvé qu'il était souhaitable de laminer la partie à cavité de la bande de façon que le diamètre intérieur de la cavité D5 soit approximativement de 11, 8 % inférieur au diamètre D4 d'origine de la bande.Comme la circonférence d'origine de la bande est de 9,5 % supérieure à celle qui est utilisée dans la fabrication d'une jante en acier de dimensions comparables, la profondeur de la cavité est approximativement de 35 % plus grande que dans le cas du laminage d'une bande en acier pendant cette première opération de façonnage par laminage. Lors du laminage, la cavité formée dans cette zone de la bande est en outre durcie par travail lors du laminage continu de la zone entre les rouleaux de pression de faconnage. On estime que cette cavité plus profonde, durcie par travail est essentielle pour que le retrait des sièges du pneu et des zones de talon puisse être exécuté dans la seconde opération de façonnage par laminage.Sur le plan quantitatif, la valeur exacte du durcissement nécessaire n'est pas connue pour le moment ; elle peut être déterminée qualitativement par expérimentation en tenant compte de paramètres comme la ductilité, du matériau, son aptitude au soudage et ses pro priétés de durcissement par travail, ainsi que de la circonférence initiale du bandage, son épaisseur, et la largeur et la profondeur de la cavité. Pendant le façonnage par laminage de la partie à cavité 27, on peut s'attendre à une augmentation du diamètre des zones de talon de la couronne adjacentes, représentees par les références 28 et 29. La valeur d'une telle aug mentation est liée à la profondeur de la cavité 27. Lors du façonnage par laminage d'une jante en aluminium de 381 x 152mm, cette augmentation est d'environ 3,2 %. La seconde opération de façonnage par laminage se traduit par un profil en coupe de la bande qui est sensiblement représenté en figure 6. Pendant cette opération, un contact bande-rouleau est effectué et des forces sont appliquées pour effectuer l'aplatissement de la partie à cavité afin de lui donner l'aspect général représenté en 33 et pour rétrécir circonférentiellement les zones de siège des talons et du bombé de sécurité dans le radial et vers l'intérieur. La pression de laminage est radialement appliquée vers l'extérieur sur le diamètre intérieur de la cavité durcie 27, comme cela est indiqué par le vecteur de force F représenté dans la figure 6. Une pression de réaction résultante, représentée par les vecteur R, est appliquée sur les zones de siège des talons et du bombé de sécurité. La cavité profonde 27 est ainsi refoulée radialement vers l'extérieur, donnant finalement l'aspect général représenté dans la figure 6. Comme le matériau de la cavité 27 a une meilleure résistance mécanique par suite du durcissement antérieur, les forces de réaction R sollicitent radialement vers l'intérieur les surfaces des zones de siège des talons 31 et 32, effectuant un retrait circonférentiel par suite de la compression du matériau. Alors que l'opération de laminage progresse et que les surfaces 31 et 32 rétrécissent, un équilibre des tensions internes du matériau se développe au point que les parois latérales 23 et 24 de la cavité profonde finissent par former des parois 30 et 34 et un fond aplati 33. Pendant l'écrasement des parois 23 et 24, une augmentation générale de l'épaisseur du matériau est obtenue dans les zones arrondies de la cavité qui sont représentées par les références 40 et 41. Une nouvelle augmentation de l'épaisseur du matériau est obtenue dans les zones 31 et 32 et du bombé par suite de la compression du matériau. Les rebords 25 et 26 restent, mais voient leur forme quelque peu modifiée par rapport à celle des figures 5 et 6. Pendant la seconde opération de façonnage par laminage telle qu'elle est exécutée dans la fabrication d'une jante en aluminium de 381 x 152 mm, la circonférence de la cavité 33 augmente d'environ 2, 6 % par rapport à celle de la cavité 27 formée lors de la première opération de façonnage par laminage . Cependant la circonférence des zones 31 et 32 est réduite d'environ 1,58 % par rapport à celle des zones 28 et 29. L'opération finale de façonnage par laminage se traduit par le profil de jantes représenté dans la figure 4, où les rebords, qui existaient précédemment sur les côtés de la jante, sont laminés pour prendre leur aspect final 34 et 35. La mise à la dimension finale des sièges de talon 31 et 32 et la formation finale des bossages 36 et 37 sont également exécutées pendant cette opération. En même temps, la partie à cavité 33 prend sa forme correcte définitive. A 1 issue de l'opération de laminage, la jante est légèrement dilatée jusqu a prendre un diamètre extérieur surdimensionné, et le diamètre intérieur à la cavité, représente par la référence 38 de la figure 7, a une valeur légère- ment inférieure à celle du disque ou centre de la roue qui sera alors monté pour compléter la roue terminée. La description précédente fera facilement appa raire qu'elle permet de réduire l'étirage et l'amincissement du métal pendant les opérations de façonnage de la jante ainsi que, grâce au durcissement par travail, de limiter le mouvement du métal pendant les opérations de laminage aux zones désirées. Ainsi, une jante perfectionnée avec une épaisseur plus grande aux angles de la cavité et des sièges de talon est obtenue en faisant appel à des-techniques et à un dispositif de façonnage relativement classiques qui sont utilises pour le façonnage des jantes courantes en acier. Ce nouveau procédé de façonnage de jantes donne des résultats aussi bons avec des aciers faiblement alliés de haute résistance et avec des matériaux doux. Dès qu'il aura compris la théorie et le procédé décrits ci-dessus pour le façonnage par laminage d'une jante en aluminium, l'homme de l'art spécialiste de la fabrication de jantes de roues en acier pourra expliquer la présente invention au façonnage par laminage de jantes en aluminium ayant la plupart des dimensions courantes, par détermination qualitative des dimensions initiales du bandage, et de la profondeur initiale de la cavité pour obtenir une telle jante. Bien que la présente description ait concerné le façonnage d'un bandage par enroulement et soudage des extrémités dans le sens de la largeur, elle est également applicable au façonnage de jantes à partir de bandes sans fin de matériau telles qu'elles peuvent être obtenues par les techniques d'extrusion ou de repoussage. Lwappredation de certaines des valeurs de mesuresindiquées ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles proviennent de la conversion d'unitésanglo-saxonnes en unités métriques. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication d'une jante de roue caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes a) la formation d'une bande cylindrique à partir d'un flan de matériau ; b) la déformation d'une partie de la bande cylindrique de matériau entre ses bords latéraux vers l'intérieur, dans le sens radial, de façon à former une cavité circonférentielle et à impartir un premier durcissement par travail au matériau de la cavité par une telle déformation; c) le pressage de la cavité circonférentielle entre une paire de matrices appariées, à la suite de quoi, le matériau de la cavité est estampé et de nouveau durci par travail à l'intérieur de ladite cavité circonférentielle;; d) le nouveau façonnage du fond de la cavité et l'exécution d'un retrait des zones de siège de talon par l'action simultanée du matériau de cavité durci par travail et du matériau des zones de siège de talon en refoulant la cavité radialement vers l'extérieur tout en limitant radialement le matériau de la bande aux deux côtés opposés de la cavité. 2 - Procédé de façonnage d'une jante de roue, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes a) la fourniture d'un flan rectangulaire de matériau; b) le soudage bout-à-bout des extrémités opposées dans le sens de la largeur du flan de façon à former une bande cylindrique; c) la déformation d'une partie du matériau en bande cylindrique, entre ses bords latéraux, vers l'inté- rieur, dans le sens radial, de façon à former une cavité circonférentielle et impartir par là un premier durcissement par travail au matériau de la cavité; d) l'estampage du matériau de la cavité de façon à provoquer un durcissement par travail supplémentaire de celui-ci;; e) le refoulement du matériau en bande,sur les côtés opposés de la cavité,pour former des configurations de sièges de talon respectives et le refaçonnage simultané du fond de la cavité de façon à effectuer la formation par étirage des zones de sièges de talon par l'action simultanée du matériau durci par travail de la cavité et du matériau des zones de siège de talon. 3 - Procédé de fabrication d'une jante de roue, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes a) la fourniture d'un flan de matériau, b) l'enroulement du flan et la jonction de ses extrémités pour former une bande cylindrique; c) la formation d'une cavité circonférentielle entre les bords latéraux de la bande par compression radiale vers l'intérieur d'une partie du matériau de la bande,à la suite de quoi,ladite partie subit un premier durcissement par travail d) le nouveau durcissement par travail du matériau de la cavité circonférentielle par pression du matériau de la cavité entre une paire de matrices appariées,# la suite de quoi,il y a estampage du matériau et nouvelle augmentation de la résistance mécanique et abaissement de la ductilité du matériau de la cavité circonférentielle,le durcissement par travail étant suffisawment important pour faciliter les opérations ultérieures de façonnage e) la remise en forme de la cavité durcie par travail et la transformation des deux cotés opposés du matériau de la bande en zones respectives de siège de talon,à la suite de quoi le matériau durci de la cavité coopère pour effectuer la formation par étirage des zones de siège de talon; f) la mise en forme et à dimension de la jante de roue résultante pour lui conférer ses dimensions et aspects finaux. 4 - Procédé de fabrication d'une jante de roue selon la revendication 3,caractérisé en ce que les étapes c) à e) sont exécutées par fluotournage. 5 - Procédé de fabrication d'une jante de roue selon la revendication 3, caractérisé en ce que les extrémi tés de l'ébauche sont soudées bout-à-bout l'une à l'autre de façon à former ladite bande. 6 - Procédé de fabrication d'une jante de roue selon la revendication 3, caractérisé en ce que la cavité est durcie par travail en estampant le matériau de la cavité entre au moins deux matrices de laminage. 7 - Procédé de fabrication d'une jante de roue, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes a) la taille dlun flan rectangulaire de matériau aux dimensions désirées; b) l'enroulement du flan dans le sens longitudinal; c) le soudage des extrémités libres du flan enroulé pour former une bande sensiblement cylindrique; d) l'évasement des bords latéraux de la bande cylindrique vers l'extérieur, dans le sens radial;; e) la formation d'une cavité circonférentielle entre les bords latéraux de la bande par sa mise en rotation autour de son axe cylindrique et par le refoulement progressif d'une partie du matériau de la bande vers l'intérieur, dans le sens radial, dans la direction de l'axe et entre des matrices de laminage appariées opposées pour remplir l'interstice les séparant et la soumission du matériau de la cavité à un premier durcissement par travail; f) l'estampage du matériau de la cavité entre les matrices de laminage par laminage continu entre elles de façon à soumettre le matériau à un nouveau durcissement par travail de sorte que le matériau de la cavité est caractérisé par une résistance mécanique plus élevée et une ductilité plus faible que le reste du matériau de la bande;; f) le refaçonnage de la cavité et la formation de zones de siège de talon respectives par refoulement vers l'extérieur dans le sens radial tout en limitant radialement le matériau de la bande sur les côtés latéraux opposés de la cavité, à la suite de quoi il y a aplatissement du fond de la cavité et formation par étirage des zones de siège de talon, dans le sens radial et vers l'intérieur, par l'action simulta née du matériau durci par travail de la cavité et du matériau des zones de siège de talon h) le façonnage et la mise à dimension de la jan- te de roue résultante pour lui conférer les dimensions et aspect finaux. 8 - Procédé de formation par laminage d'une jan- te de roue de véhicule où une bande cylindrique de matériau subit d'abord une première opération de formation d'une partie à cavité circonférentielle, subissant un premier durcissement par travail du à la formation de la cavité, située entre les côtés latéraux de la bande, puis une seconde opération destinée a former les zones de siège de talon sur chaque côté de la partie à cavité, caractérisé en ce qu'il comprend l'estampage de la partie à cavité circonférentielle de. façon à communiquer un nouveau durcissement au matériau tel que le matériau de la cavité a une résistance mécanique supérieure et une ductilité inférieure à celles du matériau restant de -la bande