Brevet FR2561144A1 — publié le 19850920

Poues #e véhicule n alliage d'aluminium et procédés et -ispositifs pour fabriquer 'a-îles-ci. La présente invention a pour objet des roues de véhicule en alliage d'aluminium et des procédés et des dispositifs pour fabriquer celles-ci. Le secteur technique de l'invention est celui de# la construction des véhicules. Les roues de véhicules équipées de pneumatiques comportent une jante qui reçoit le pneumatique et qui a un profil normalisé et un voile central en forme de disque qui comporte des trous pour le passage des goujons de fixation de la roue et un trou central pour le passage de l'extrémité de l'arbre de roue. Pendant longtemps les roues de véhicules ont été fabriquées exclusivement en acier et en deux parties. La jante était fabriquée par profilage d'une bande d'acier qui était ensuite roulée et soudée. Le disque est fabriqué par emboutissage à la presse puis soudé à la jante. Dans le but de gagner du poids sur les voitures, on s'oriente de plus en plus vers des roues en métaux légers, notamment en alliages. d'aluminium. A ce jour, la majeure partie des roues en alliage d'aluminium sont coulees puis usinées, ce qui conduit à des roues plus coûteuses que les roues en acier et à un gain de poids limité : une roue de voiture traditionnelle en acier pèse entre 8 et 12 Kgs et une rouemoulée en aluminium pèse entre 5 et 8 Kgs. Des roues de voitures réalisées par formage de tôles en alliages d'aluminium pèsent entre 3 et 5 Kgs d'où un gain de poids plus important. Il est donc intéressant de mettre au point un procédé permettant de fabriquer économiquement des jantes de roue à partir de tôles en alliages d'aluminium. Plusieurs procédés permettant de fabriquer des roues à partir de tôles en alliages d'aluminium sont connus à ce jour. On connaît des procédés selon lesquels on fabrique séparément la partie externe et la partie interne d'une roue par profilage transversal de bandes en alliage d'aluminium qui sont ensuite cintrées puis assemblées par frettage, par collage ou par des vis. On connaît également des procédés de fabrication des roues du même type dans lesquels C1 assemble la jante et le voile par soudage. Les procédé co# tant un soudage des pièces en alliage d'aluminium sont difficiles a mettre en oeuvre car le soudage des alliages d'aluminium exige e grandes précautions pendant le soudage et des traitements thermiques pour rétablir les qualités mécaniques au voisinage des soudures. Les procédés comportant des assemblages par frettage, par collage ou par vis nécessitent des dispositifs onéreux et/ ou des frais de main d'oeuvre et/ou des risques d'assemblages de qualité médiocre qui ne sont pas acceptables pour des roues de véhicules. Le document FR. A. 2.504.459 (MAGYAR ALUMINIUMIPAKLTROSZT et Al) décrit un procédé permettant de fabriquer des roues d'une seule pièce à partir d'un disque en alliage d'aluminium, suivant lequel on fabrique d'abord une ébauche par emboutissage profond du disque et on forme ensuite la surface de roulement de la jante en plaçant une matrice en plusieurs parties à l'intérieur de la jupe cylindrique de l'ébauche.et une bobine électromagnétique à l'extérieur de celle-ci. L'objectif de la présente invention est de procurer des moyens permettant de fabriquer des roues à partir de tôles en alliage d'aluminium en formant séparément -le voile de la roue à partir d'un disque, puis la jante de la roue à partir d'une virole cylindrique et en assemblant ensuite ces deux parties sans utiliser aucune soudure. L'objectif de la présente invention est atteint par un procédé de fabrication qui comporte les opérations suivantes - on préforme une ébauche de jante par magnétoformage à partir d'une virole cylindrique en tôle d'aluminium à l'intérieur de laquelle on place une bobine électromagnétique cylindrique et à l'extérieur de laquelle on place une matrice démontable de forme convergentedivergente; - on forme la jante par magnétoformage de ladite ébauche au moyen de deux bobines électromagnétiques, de forme tronconique qui épousent la forme des parties tronconiques de ladite ébauche et qui sont placées à l'intérieur de celle-ci et d'une matrice externe démontable ayant un profil qui correspond à celui de la surface de roulement de la jante;; - et on introduit un disque embouti dans ladite jante et on l'assemble avec celle-ci par magnétoformage au moyen d'une bobine électromagnétique cylindrique que l'on place à l'intérieur de la jupe du disque et d'une matrice démontable qui est placée à l'extérieur de la jante et qui epouse le profil de celle-ci. Un dispositif selon l'invention comporte une première toxine cylindrique de magnétoformage et une matrice démontable coaxiale à ladite bobine, qui délimite un canal axial convergent-divergent, dont le col a un diamètre supérieur au diamètre externe de ladite bobine, de sorte qu'il est possible de placer une virole cylindrique en alliage d'aluminium entre les deux Un dispositif selon l'invention comporte, en outre, une deuxième matrice démontable qui délimite un conduit axial dont la section reproduit le profil normalisé d'une jante destinée à recevoir un pneumatique et il comporte deux bobines de magnétoformage de forme tronconique qui sont disposées coaxialement à l'intérieur de ladite matrice et qui sont évasées vers l'extérieur. Un dispositif selon l'invention comporte une troisième bobine de magnétoformage qui a un diamètre externe inférieur au diamètre interne de la jupe d'un disque fabriqué par emboutissage d'un disque à l'intérieur de laquelle elle est placée et une matrice démontable qui est disposée coaxialement autour de ladite bobine et qui délimite un conduit axial ayant un profil qui épouse le profil de ladite jante. L'invention a pour résultat de nouvelles roues de véhicules en alliage d'aluminium qui sont composées d'une jante,qui est obtenue par magnétoformage d'une virole en alliage d'aluminium,et d'un disque central en alliage d'aluminium qui est fabriqué par emboutissage d'un disque plan et qui est assemblé par magnétoformage avec la jante. Les roues selon l'invention présentent l'avantage d'être légères et d'être fabriquées à partir de demi-produits en alliage d'aluminium qui sont des disques découpés dans une tôle et des viroles obtenues par cintrage et soudage d'une tôle ou, de préférence, par découpage de tronçons de tubes sans soudure extrudés à travers une filière. Les roues selon l'invention ne comportent aucun assemblage par vis ou par soudure entre la jante et le disque central. Les dispositifs de fabrication de roues selon l'invention sont des dispositifs relativement simples et le coût de fabrication des roues selon 1 invention est moins élevé que le coût de la plupart des roues en alliage d'aluminium connues à ce jour. Par rapport au procédé décrit dans la publication FR. A. 2.504.459, dans lequel on réalise par emboutissage profond d'un disque une ébauche dont la jupe est magnétoformée pour donner la jante, le procédé selon l'invention présente l'avantage qu'il nécessite un emboutissage moins profond d'où un amincissement de la jupe moindre qui permet de partir d'un disque plan moins épais. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, sans aucun caractère limitatif, un exemple de réalisation d'une roue selon l'invention et les étapes du procédé de fabrication de celle-ci. La figure 1 est une coupe axiale d'une roue selon l'invention. La figure 2 est une coupe axiale d'une virole en alliage d'aluminium. La figure 3 est une coupe axiale du voile de roue. La figure 4 représente la première étape de préformage d'une ébauche de jante. La figure 5 représente la deuxième étape de magnétoformage de la jante par magnétoformage. La figure 6 représente la troisième étape d'assemblage du voile et de la jante par magnétoformage. La figure 1 représente la partie métallique d'une roue de véhicule destinée à recevoir un bandage gonflable, c'est-à-dire un pneumatiquezavec ou sans chambre à air. Cette roue comporte, de façon connue, deux parties coaxiales d'axe x xi : une jante 1 dont le profil est normalisé pour recevoir le pneumatique et un voile central ou disque de roue 2 qui est fixé à l'intérieur de la jante et qui comporte un trou central 3 pour le passage de l'extrémité de l'arbre de roue et des trous 4 pour le passage des goujons de fixation. La jante 1 et le voile 2 sont composés d'un alliage d'aluminium. Ils sont fabriqués tous deux séparément à partir de produits plats. Le voile 2 est fabrique, de façon connue, par emboutissage à la presse d'un disque en alliage d'aluminium. La jante 1 est fabriquée par magnétoformage d'une virole cylindrique. Ils sont ensuite assemblés par magnétoformage de la jupe 2a du disque après que celui-ci a été placé à l'intérieur de la jante. La jante 1 et le disque 2 sont composés d'un alliage d'aluminium qui peut être déformé par magnétoformage par exemple d'un alliage de type A.G.. c'est-à-dire un alliage d'aluminium et de magnésium ayant une bobine tenue aux agents atmosphériques. Les figures 2 à 6 illustrent les étapes successives du procédé de fabrication d'une roue selon l'invention. La figure 2 représente une coupe axiale d'une virole cylindrique en alliage d'alumllium 5, de préférence une virole qui est découpée dans un tube étiré ou extrudé à travers une filière, c'est-àdire une virole sans soudure Le diamètre interne de la virole est sensiblement égal ou légèrement supérieur au diamètre externe de la jupe du voile de roue. La figure 3 représente une coupe axiale d'un disque de roue 2, d'axe y yl, qui comporte une jupe cylindrique 2a et un voile 2b qui est percé d'un orifice central 3 et de trous 4 uniformément répartis autour de l'axe y yl. Le diamètre externe de la jupe 2a est légèrement inférieur au diamètre interne de la virole 5. Le disque 2 est fabriqué, de façon connue, par emboutissage profond, à la presse, d'un disque en alliage d'aluminium puis perçage des trous 3 et 4. Les figures 4 à 6 représentent trois étapes successives du procédé de fabrication. Les demi-coupes gauches représentent la position des pièces avant la déformation. Les demi-coupes droites représentent le résultat après déformation. La figure 4 représente une première étape dite de préformage de la jante au cours de laquelle on fabrique une ébauche de jante à partir de la virole 5. On place à l'intérieur de la virole une bobine 6 de magnétoformage qui comporte un conducteur enroulé en hélice et noyé dans une matière isolante. Le procédé de magnétoformage est un procédé connu et il n'est donc pas utile de le décrire en détail. On rappelle qu'il consiste à envoyer dans une bobine électromagnétique une impulsion électrique de courte durée. La variation du champ électromagnétique engendré par la bobine crée dans la virole conductrice un courant induit et le champ magnétique exerce sur la virole une pression électromagnétique et cette pression déforme la virole en la plaquant contre une matrice. Selon l'invention, on place autour de la virole 5 une matrice en acier 7, de révolution autour de l'axe x xl de la virole. Pour faciliter le démontage après formage, la matrice 7 est en deux parties, par exemple en deu demi-coquilles séparées par un plan diamitral passant par l'axe x 1.Les deux demi-coquilles étant isolées lectriquement entre elle, e volt sur 1a p. íe gauche de la figure 4 que la matrice 7 comporte un anal centr: 8 en forme dl convergent-divergent- Le canal central 8 est d1imite par deux parties tronconi ques Ba, 8b qui convergent vers le centre et qui sont symétriques par rapport au plan de symétrie ppl de la virole perpendiculaire à l'axe x xl.Le plus petit diamètre des deux troncs de cône est sensiblement égal, c'est-à-dire très légèrement supérieur au diamètre externe de la virole 5, de sorte que la matrice 7 est parfaitement centrée par rapport à la virole. Les sommets des deux troncs de cône sont séparés par une portion cylindrique 8c dont le diamètre est légèrement supérieur aux plus petits diamètres des deux troncs de cône et cette portion cylindri que est reliée aux sommets des deux troncs de cône par deux surfaces transversales qui convergent légèrement l'une vers l'autre vers l'ex térieur en formant avec la portion 8c une surface de révolution de section trapézoïdale évasée vers l'intérieur. La partie droite de la figure 4 représente la virole qui est appliquée contre les parois du canal central 8 après déformation obtenue par magnétoformage en envoyant dans la bobine 6 une impulsion électrique de courte duréepar exemple une décharge de condensateur. De façon connue, la bobine 6 est noyée dans une matière isolante, par exemple dans une résine synthétique, de préférence dans une résine déformable et un noyau axial ayant une bonne résistance mécanique, par exemple un noyau non métallique ensmateriaux composites fibres de verre + polyester, est noyé dans la résine pour éviter les déformations radiales et axiales de la bobine.La ptession radiale plaque la virole 5 contre la matrice 7 pour donner une ébauche 9 de forme convergente-divergente présen tantdeuxparties tronconiques 9a,9bséparéespar un col cylindrique 9c. La figure 5 représente l'étape suivante du procédé de fa brication de la jante à partir de l'ébauche 9 que l'on voit sur la partie gauche de la figure. On place à l'intérieur de l'ébauche 9 deux bobines électro magnétiques de magnétoformage 10a et 10b qui ont une forme tronconique épousant les deux parties tronconiques 9a et 9b de l'ébauche 9. On place l'ébauche 9 dans une matrice 11, par exemple une matrice en acier qui est composée de deux parties symétriques par rapport à un plan axial pour faciliter le démontage après magnétoformage. Les deux matrices 10 définissent un canal axial de forme générale convergante divergante qui est limité par des par ois reproduisent le profil normalisé de la surface de roulement d'une jante destinée à recevoir un pneumatique. La partie centrale dudit canal axial a un diamètre interne qui correspond au diamètre externe du col 9c de l'ébauche et qui s'appuie contre celui-ci, de sorte que l'ébauche est centrée dans la matrice 11. La partie droite de la figure 10 représente la jante 1 qui a été déformée par magnétoformage en envoyant une impulsion électrique dans les deux bobines 10a et 10b et qui est appliquée contre la matrice 11 dont elle épouse la profil. La figure 6 représente l'étape finale d'assemblage d'un disque 2 selon la figure 3 et d'une jante 1 obtenue à la fin de l'étape selon la figure 5. La partie gauche de la figure représente le disque 2 engagé concentriquement dans la jante 1 et centré par rapport à celle-ci. Une bobine cylindrique de magnétoformage 12 est placée à l'intérieur de la jupe 2a. La jante 1 est entourée d'une matrice démontable 13 qui épouse le profil de la jante et qui est avantageusement identique à la matrice 11 de la figure 5. Dans ce cas, pour passer de la deuxième étape à la troisième, il est inutile de démonter la matrice. Il suffit d'enlever les deux bobines tronconiques 10a, 10b, d'engager le disque 2 dans la jupe et de mettre en place la bobine 12 dans la jupe du disque. La partie droite de la figure 6 représente le disque 2 après qu'il a été déformé par magnétoformage par l'envoi d'une impulsion électrique dans la bobine 12. La jupe 2a s'est déformée et elle a épousé la forme du col central de la jante#jréalisant ainsi une très bonne fixation du voile et de la jante sans aucune soudure ni vis. On voit sur la partie gauche de la figure 6 que le col cylindrique 2a de la jante 1 comporte une partie centrale 14 ayant un diamètre interne légèrement supérieur aux diamètres internes des deux nervures 14a et 14b qui l'encadrent. Le diamètre interne de la partie centrale 14, qui correspond au diamètre du col cylindrique 8c de la matrice 7, est supérieur au diamètre externe de la jupe 2a, de sorte que celle-ci peut se déformer vers l'extérieur pour venir stinsé- rer entre les deux nervures circulaires 14a et 14b. R E V E N D I C A I T I O N S 1. Roue de véhicule du type comportant deux parties en alliage d'aluminium : une jante (1) qui reçoit un pneumatique et un disque central (2) qui est fixé à ladite jante, caractérisée en ce que ladite jante (1) est fabriquée par magnétoformage d'une virole (5) en alliage d'aluminium et le disque (2) est assemblé avec ladite jante par magnétoformage. 2. Procédé de fabrication d'une roue de véhicule en alliage d'aluminium du type comportant une jante (1) qui reçoit un pneumatique et un voile (2) en forme de disque nervuré qui est fabriqué par emboutissage d'un disque en tôle d'alliage d'aluminium, caractérisé par la suite d'opérations suivantes - on préforme une ébauche de jante (9) par magnétoformage à partir d'une virole cylindrique (5) en tôle d'aluminium à l'intérieur de laquelle on place une bobine électromagnétique cylindrique (6) et à l'extérieur de laquelle on place une matrice démontable (7) de forme convergente/divergente;; - on forme la jante (1) par magnétoformage de ladite ébauche (9) au moyen de deux bobines électromagnétiques (lOa, lob), i forme tronconique qui épousent la forme des parties tronconiques de ladite ébauche (9) et qui sont placées à l'intérieur de celle-ci et d'une matrice externe démontable (11) ayant un profil qui correspond à celui de la surface de roulement de la jante; - et on introduit un disque embouti (2) dana ladite jante (1) et on l'assemble avec celle-ci par magnétoformage au moyen d'une bobine électromagnétique cylindrique (12) que l'on place à l'intérieur de la jupe (2a) du disque et d'une matrice démontable (13) qui est placée à l'extérieur de la jante et qui épouse le profil de celle-ci. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la matrice (7), qui est utilisée pour le préforaage#définit un conduit axial (8) de forme convergente-divergente, délimité par deux parois tronconiques (8a, 8b) séparées par un col cylindrique (8c) dont le diamètre est légèrement supérieur au diamètre externe de la jupe (2a) dudit disque central (2). 4. Dispositif pour fabriquer des roues de véhicule en alliage d'aluminium du type comportant une jante (1) qui reçoit un pneumatique et un disque central (2) qui est fixé à l'intérieur de ladite jante, caractérisé en ce qu'il comporte une première bobine cylindrique de magnétoformage (6) et uni. matrice démontable (7) coaxiale à ladite bobine, qui délimite un canal axial (8) convergent-divergent, dont le col (8c) a un diamètre supérieur au diamètre externe de ladite bobine, de sorte qu'il est possible de placer une virole cylindrique (5) en alliage d'aluminium entre les deux. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite matrice démontable définit un canal axial qui est délimité par deux parois tronconiques (8a, 8b) et par un col cylindrique (8c) dont le diamètre interne est supérieur au diamètre externe de ladite virole (5). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'il comporte une deuxième matrice démontable (11) qui délimite un conduit axial dont la section reproduit le profil normalise d'une jante (1) destinée à recevoir un pneumatique et il comporte deux bobines de magnétoformage (lOa, 10b),de forme tronconique, qui sont disposées coaxialement à l'interieur de ladite matrice (11) et qui sont évasées vers ltexterieur. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, une troisième bobine de magnétoformage (13) qui a un diamètre externe inférieur au diamètre interne de la jupe (2a) d'un disque (2)fabrique par emboutissage d'un disque à l'intérieur de laquelle elle est placée et une matrice démonta- ble (13) qui est disposée coaxialement autour de ladite bobine et qui délimite un conduit axial ayant un profil qui épouse le profil de ladite jante (1).