Brevet FR2822104A1 — publié le 20020920

Fixation perfectionnée d'une traverse et de bras, notamment dans un essieu semi-rigide L'invention concerne la fixation de bras à la traverse d'un essieu, en particulier dans des essieux semi-rigides pour véhicules automobiles de tourisme. Un essieu de ce type comprend deux bras longitudinaux destinés à être reliés chacun d'une part à une roue du véhicule et d'autre part à la caisse. Ces bras sont fixés chacun à l'extrémité d'une traverse qui s'étend dans la largeur du véhicule et qui est relativement rigide en flexion et souple en torsion. Habituellement, cette fixation s'effectue par boulonnage ou par soudage (souvent par l'intermédiaire d'un insert lorsque le bras est en matériau peu soudable), après avoir ajusté, avec la plus grande précision possible, les positions respectives des bras et de la traverse. De tels essieux sont généralement réputés pour être légers, économiques et d'assemblage rapide. Néanmoins, les fixations précitées, connues, en augmentent le poids et compliquent le procédé de leur fabrication, alors que le respect des conditions d'endurance et le maintien des positions relatives des bras et de la traverse, même après fixation, restent impératifs. La présente invention vient améliorer la situation. Elle propose à cet effet un procédé de fabrication d'essieux, notamment d'essieux semi-rigides munis d'une traverse et de bras assemblés aux extrémités de la traverse. Le procédé comprend les étapes suivantes : a) préparer des ébauches respectives de traverse et d'un bras au moins, b) ajuster les positions relatives de ces ébauches, et c) fixer rigidement les ébauches ensemble. Selon une première caractéristique importante de l'invention, on prépare à l'étape a) les ébauches en utilisant, pour une partie au moins des ébauches, au moins un matériau métallique. Selon une seconde caractéristique importante de l'invention, l'étape c) comprend une fixation par magnéto-formage, ce qui permet de poursuivre le procédé, après l'étape c), sans corriger les positions relatives de la traverse et du bras, tout en respectant avec précision les positions définies à l'étape b). Dans une réalisation préférée, l'ébauche de bras et l'ébauche de traverse sont fixées l'une à l'autre par introduction d'une protubérance dans un logement homologue, suivie d'une déformation par magnéto-formage de la protubérance ou de son logement. La protubérance et/ou le logement peuvent avoir une forme de révolution ou une forme non de révolution (dénuée de symétrie de révolution). Préférentiellement, l'extrémité de l'ébauche de traverse est déformée radialement à l'étape c). Selon un premier mode de réalisation, l'ébauche de bras comprend un logement dans lequel, à l'étape b), une extrémité de l'ébauche de traverse est introduite, et, à l'étape c), la surface externe de l'extrémité de l'ébauche de la traverse vient en contact interférent avec la surface interne du logement. Selon ce premier mode de réalisation, la protubérance est constituée par l'extrémité de la traverse. Préférentiellement, l'extrémité de l'ébauche de la traverse est creuse, et, à l'étape c), on introduit dans la traverse un élément électromagnétique capable de générer un champ magnétique pour"gonfler"sensiblement (ou dilater radialement), par magnéto-formage, l'extrémité de l'ébauche de la traverse dans son logement. Dans un second mode de réalisation, à l'étape c), le logement est tubulaire et on dispose à l'extérieur du logement au moins un élément électromagnétique capable de générer un champ magnétique sensiblement autour du logement, pour restreindre sensiblement, par magnéto-formage, ledit logement. Selon ce second mode de réalisation, l'ébauche de bras comprend un téton formant protubérance, introduit au moins partiellement, pendant l'étape b), dans un logement homologue tubulaire prévu à une extrémité de l'ébauche de traverse, et, à l'étape c), la surface externe du téton et la surface interne de son logement viennent en contact interférent l'une de l'autre. On entend par"contact interférent"un contact avec interpénétration des surfaces respectives, formant ainsi une soudure. Avantageusement, les ébauches de bras et de traverse sont préparées à l'étape a) pour qu'au moins un des éléments, protubérances et/ou logement possède une forme non de révolution. Préférentiellement, seul l'élément qui fait partie de l'ébauche de bras possède une forme non de révolution, par exemple polygonale, elliptique, multi-lobes, circulaire à rainures, crantée ou cannelée. Avantageusement, à l'étape b), un jeu est laissé entre la protubérance et son logement, ce qui permet d'ajuster relativement les positions des ébauches respectives de bras et de traverse avant l'étape c). Préférentiellement, le jeu laissé est voisin de 0,5 mm sur les rayons de la protubérance et du logement. Le matériau déformé par magnéto-formage est choisi pour posséder une ductilité suffisante aux vitesses de déforma- tions considérées. Avantageusement, l'étape a) prévoit une préparation des ébauches en conformant le logement ou la protubérance avec des parois d'épaisseurs choisies pour se déformer suffisamment pendant l'étape c) tout en supportant les efforts prévus pour un essieu en service. Dans ce qui précède, le terme"ébauche" (de bras ou de traverse) désigne la pièce brute qui est destinée à être déformée par magnéto-formage. Dans ce qui suit, cette distinction est volontairement omise, par soucis de simplification. Selon une autre caractéristique avantageuse, le bras et la traverse (et plus particulièrement leurs zones de contact) sont destinés à être réalisés dans des matériaux différents. Très avantageusement, au moins un des matériaux de la traverse et du bras et peu soudable ou non soudable. Avantageusement, l'étape b) comprend des réglages définitifs de paramètres de conformation de l'essieu tels que la définition d'un angle de pince d'une roue destinée à être montée sur l'essieu et/ou d'un angle de carrossage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente un essieu semi-rigide courant ; - la figure 2 représente une vue de détail d'un bras et d'une ébauche de traverse semi-rigide, disposés pour être fixé à l'un à l'autre selon un premier mode de réalisation de la présente invention ; - les figures 3A et 3B représentent très schématiquement des vues respectives en coupe longitudinale et en coupe trans- versale de l'extrémité 5 de l'ébauche de traverse 1 (figure 2) dans son logement 4, pendant l'opération de magnétoformage selon le premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 représente très schématiquement une vue en coupe longitudinale de l'extrémité 4 de l'ébauche de la traverse 1, dans un second mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 représente un détail d'une vue éclatée d'un bras 2 et d'une ébauche de traverse 1, selon ce second mode de réalisation de la présente invention ; - les figures 6A et 6B représentent schématiquement des opérations de fixation de traverses en matériau composite comprenant une bague conductrice interne et externe, respectivement ; et - la figure 7 représente une variante de la réalisation représentée sur la figure 3B et selon laquelle l'un des éléments (le logement 4 dans l'exemple représenté) présente une forme dénuée de symétrie de révolution. Les dessins contiennent, pour l'essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la description, mais aussi contribuer à la définition de l'invention, le cas échéant. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un essieu semi-rigide (dit également"déformable"), destiné à opérer à l'arrière d'un véhicule automobile, et qui comprend une traverse 1 assemblée sur deux bras sensiblement symétri ques 2 et 3. Aux extrémités de chaque bras 2,3, on voit, d'une part, une plaque 6 qui est en principe destinée à recevoir une fusée porte-roue et, d'autre part, un évidement 7 qui, lui est en principe destiné à recevoir une articula- tion élastique de liaison à la caisse. La traverse 10 est de section non circulaire et non constante, comme on peut le voir sur la figure 1, pour être suffisamment rigide en flexion, souple en torsion et endurante aux efforts en service. On décrit ci-après un assemblage de l'un des bras sur une extrémité de la traverse, mais le procédé peut s'appliquer aussi bien à l'assemblage des deux bras 2 et 3 sur les extrémités de la traverse 10. Cependant, cet assemblage est généralement délicat dans la conception et la fabrication, en particulier lorsque les matériaux utilisés ne sont pas soudables entre eux (traverse, d'une part, et bras, d'autre part), par des moyens courants de fabrication. Typiquement, une traverse peut être en acier, tandis que les bras sont en fonte ou en aluminium. La soudure forme généralement une zone de faiblesse de l'essieu, notamment pour des sollicitations cycliques. Lorsque l'on souhaite souder des bras sur une traverse réalisée dans un matériau différent, une solution connue consiste à utiliser un"insert". Le bras, proprement dit, est coulé sur un insert en même matériau que la traverse (acier notamment) et la traverse est soudée sur cet insert. Cette technique présente un inconvénient relatif au nombre d'étapes supplémentaires à prévoir pour assurer une fixation fiable. De plus, le soudage crée, de façon générale, des déformations et des contraintes thermiques dont le résultat peut se manifester par un écart, par rapport à une tolérance prévue, de l'angle de carrossage, ou encore de l'angle de pince d'une roue destinée à être montée sur une fusée porteroue reliée au bras. Une autre solution connue consiste à prévoir un boulonnage du bras à la traverse. Une plaque d'acier, en général percée de trous de passage de vis, est soudée perpendiculairement à l'extrémité de la traverse. Celle-ci est aussi usinée perpendiculairement à l'axe de la traverse après soudure. Parallèlement, des taraudages et une face d'appui sont usinés dans le bras. Enfin, l'ensemble traverse-bras est assemblé par des vis. On comprend aisément que cette solution augmente considérablement le poids de l'essieu semi-rigide et en complique la structure. Plus généralement, les solutions connues pour fixer un bras d'un essieu semi-rigide à une traverse sont difficiles à mettre en oeuvre, en particulier pour respecter les conditions d'endurance requises, ce qui grève généralement leur coût de fabrication. Les essieux doivent en effet respecter à la fois des impositions statiques qui définissent le comportement routier de l'essieu et des impositions dynamiques (endurance de l'essieu/essais de fatigue). Des essais dits"ESTR"sont par exemple réalisés sur des essieux complets montés sur une caisse bridée de véhicule automobile, les sollicitations étant exercées par de fausses roues pour simuler divers comportements routiers selon un cahier des charges propre à chaque véhicule. La Demanderesse a alors mis en oeuvre un procédé selon l'invention faisant intervenir une fixation par magnétoformage. Des difficultés de mise en oeuvre de ce procédé se sont néanmoins manifestées. Cependant, des avantages incontestables en ont découlé, lorsque ces difficultés ont été surmontées. Tout d'abord, une difficulté liée à l'encombrement du bras, de par sa forme, a du être surmontée. Il a fallu fournir des dispositifs de magnéto-formage suffisamment puissants, mais de taille suffisamment réduite, aussi, pour opérer dans un environnement restreint. Parallèlement, il a fallu procurer des éléments (globalement tubulaires creux) qui aient, à la fois, une souplesse mécanique permettant d'être déformé par magnéto-formage et de résister aux contraintes usuelles, lorsque le véhicule équipé d'un tel essieu semi-rigide est en service. Il est proposé ci-après plusieurs solutions permettant de surmonter de telles difficultés, correspondant à des modes de réalisation différents. En se référant à la figure 2, l'ensemble bras/ébauche de traverse comprend une protubérance 5 dont la surface extérieure est en correspondance avec une surface intérieure d'un logement 4 de la protubérance 5 précitée. Dans le premier mode de réalisation représenté sur la figure 2, l'ébauche de traverse 1 se prolonge, en son extrémité, par une partie tubulaire restreinte. Dans ce premier mode de réalisation, l'extrémité 5 constitue une protubérance sensiblement cylindrique creuse, comme on le voit sur les figures 3A et 3B. De son côté, le bras 2 comprend une ouverture 4 formant logement pour l'extrémité 5 de l'ébauche de traverse 1. En se référant aux figures 3A et 3B pour réaliser la fixation de l'ébauche de traverse au bras, un élément électromagnétique AM (schématisé par quelques spires) est introduit dans la partie creuse de l'extrémité 5 de l'ébauche de traverse 1, afin de créer un champ magnétique et générer ainsi un champ de forces F capables de déformer l'extrémité 5 de l'ébauche de traverse, de sorte que les parois (d'épaisseur choisie W) de l'extrémité creuse 5 viennent en contact interférant avec le logement 4 aménagé dans le bras 2. Comme on le remarque sur les figures 3A et 3B, un jeu J (préférentiellement de l'ordre de 0,5 mm) est laissé entre les parois de l'extrémité creuse 5 et du logement 4, ce qui permet de positionner, avec précision, l'ébauche de traverse par rapport au bras, avant fixation définitive. Comme le montre les figures 3A et 3B, ainsi que la figure 4 (que l'on décrira en détail plus loin), ce jeu J est laissé sur la différence des rayons respectivement interne du logement et externe de la protubérance. Bien entendu, l'épaisseur W à prévoir pour les parois de l'extrémité 5 de la traverse dépend du jeu J, des caractéristiques physiques et métallurgiques du matériau de l'extrémité 5 et de la résistance voulue de l'extrémité aux sollicitations en service et des caractéristiques électriques de l'élément électromagnétique AM. Avantageusement, l'épaisseur choisie W est relativement faible (sensiblement égale ou inférieure à 5mm, préférentiellement inférieure ou sensiblement égale à 3mm) de sorte que la déformation, plus facile, nécessite peu d'énergie à développer par magnéto-formage et tolère un matériau moyennement conducteur électrique tel que l'acier. Une épaisseur trop faible ne permet pas de résister aux sollicitations statiques ou cycliques en service. L'extrémité de l'ébauche de traverse peut être cylindrique de révolution ou non. Le logement prévu dans le bras peut être aménagé pour recevoir cette extrémité de l'ébauche de traverse, avec usinage ou non, le jeu J étant laissé entre les surfaces respectives de l'extrémité de l'ébauche de traverse et de son logement. Le logement prévu peut être de forme cylindrique, de révolu tion ou non. La figure 7 montre d'ailleurs une variante de réalisation dans laquelle le logement 4 possède une forme cylindrique rainurée longitudinalement par deux rainures 9. L'extrémité 5 de l'ébauche de traverse est, en revanche, cylindrique de révolution. Pendant l'opération de magnétoformage, l'extrémité 5 gonflée par la déformation vient avantageusement s'imprimer dans les rainures 9 du logement. Il en résulte un verrouillage en rotation de l'assemblage résultant. On prévoit également des rainures annulaires (non représentées) sur le logement 4 pour verrouiller l'assemblage en translation. D'autres formes de non-révolution peuvent être prévues, par exemple polygonale, elliptique, à plusieurs lobes, circulaire crantée ou cannelée. L'étape c) du procédé selon l'invention utilise une technique de déformation de pièces métalliques à haute énergie (magnéto-formage). L'application d'une impulsion de champ magnétique intense dans une première pièce tubulaire permet de créer des courants de Foucault iF circulaires à la surface de la pièce dont l'interaction avec le champ magnétique permet de repousser violemment la matière (acier, aluminium, fonte, etc) de la première pièce tubulaire (extrémité 5 de l'ébauche de traverse dans le premier mode de réalisation décrit ciavant), jusqu'à lui faire épouser la forme d'une seconde pièce (logement 4 constitué dans le bras), avec laquelle on souhaite établir une liaison forte, de type soudure mais à froid. Ainsi, l'élément électromagnétique AM schématisé par quelques spires est alimenté électriquement (signes + et-) de façon très brutale à l'aide d'une source prévue à cet effet (généralement une batterie de condensateurs). La variation du champ magnétique B (figure 3A) crée la force de magnétoformage qui dilate l'extrémité 5 de l'ébauche de traverse, laquelle vient alors se sertir dans le logement 4 du bras. La déformation se fait à très grande vitesse sans retour élastique. Ici, les surfaces respectives de l'extrémité de la traverse et de son logement, après l'étape de fixation par magnéto-formage, sont interpénétrées au niveau des couches atomiques superficielles : on parle alors, par opposition, de "soudure à froid"entre la traverse et le bras. Le logement précité est préférentiellement usiné pour définir une surface de contact précise, ce qui permet d'orienter avec précision la traverse par rapport aux bras. En revanche, il n'est pas utile d'avoir une grande précision sur la surface de l'extrémité de l'ébauche de traverse, avantageusement. En effet, dans les autres techniques d'assemblage (soudure, boulonnage, etc), ces zones d'accostage doivent généralement être définies de façon très précise. La fixation par magnéto-formage dans le procédé selon l'invention offre notamment l'avantage de supprimer des opérations dans les procédés de l'art antérieur, ces opérations consistant à conformer précisément les extrémités de l'ébauche de traverse avant assemblage aux bras. De plus, sur un essieu complet, ce procédé permet de rattraper tous les défauts accumulés sur chaque composant et ainsi s'affranchir d'une étape finale des procédés connus qui consistent à corriger la géométrie du train du véhicule pour rattraper les tolérances prescrites. Un dispositif de magnéto-formage apte à de telles déformations est décrit par exemple dans l'article de J. P. Collaudin et G. Faller dans la revue"métaux déformation"N 68 (septembre-octobre 1981). A ce titre, le contenu de cet article est à considérer comme faisant partie intégrante de la description, à toutes fins utiles. Dans un second mode de réalisation représenté sur les figures 4 et 5, le bras comprend un téton 5 qui vient se loger dans une extrémité tubulaire 4 de l'ébauche de traverse 1 formant logement. Un champ magnétique génère des forces qui viennent plaquer l'extrémité 4 de l'ébauche de traverse 1 contre le téton 5 que comporte le bras 2. Dans ce second mode de réalisation, l'élément électromagnétique AM est un élément entourant l'extérieur de l'extrémité 4 de l'ébauche de traverse (bobine encerclante schématisée ici par quelques spires). Ainsi, le procédé selon l'invention utilise une étape de magnéto-formage qui permet de fixer entre elles des pièces réalisées dans des matériaux non soudables de manière standard"à chaud", sans alourdir l'essieu. La mise en oeuvre de ce procédé est alors beaucoup plus simple que celles des autres procédés habituels. Une autre application possible est particulièrement avantageuse pour une traverse en matériau composite 5 avec une bague annulaire 8 en cuivre ou en aluminium, qui sont des matériaux bon conducteurs, sur la surface intérieure ou sur la surface extérieure de l'extrémité de l'ébauche de traverse 5, comme le montrent respectivement les figures 6A et 6B. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation décrite ci-avant à titre d'exemple ; elle s'étend à d'autres variantes. Ainsi, on comprendra que le dispositif dont l'utilisation est prévue ci-avant, avec une bobine interne ou une bobine externe, est décrit à titre d'exemple. D'autres dispositifs (qui prévoient par exemple l'utilisation de deux bobines à la fois, interne et externe) peuvent être utilisés dès lors qu'ils respectent les conditions d'encombrement des essieux en cours de fabrication, et qu'ils assurent les forces magnétiques requises pour la déformation des matériaux. Le procédé selon l'invention s'applique de façon particulièrement avantageuse à la fixation de bras (notamment en fonte) à des traverses de forme tubulaire. L'application est d'autant plus avantageuse lorsque la pièce déformée est en métal très conducteur électriquement. Revendications 1. Procédé de fabrication d'essieux, notamment d'essieux semi-rigides munis d'une traverse et de bras assemblés aux extrémités de la traverse, le procédé comprenant les étapes suivantes : a) préparer des ébauches respectives de traverse (1) et d'un bras (2) au moins, b) ajuster les positions relatives desdites ébauches, et c) fixer rigidement lesdites ébauches ensemble, caractérisé en ce que, à l'étape a), on prépare les ébauches en utilisant, pour une partie au moins des ébauches (4,5), au moins un matériau métallique, et en ce que l'étape c) comprend une fixation par magnétoformage, ce qui permet de poursuivre le procédé, après l'étape c), sans corriger les positions relatives de la traverse et du bras, tout en respectant avec précision les positions définies à l'étape b). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ébauche de bras (2) et l'ébauche de traverse (1) sont fixées l'une à l'autre au niveau d'une extrémité de l'ébauche de traverse par introduction d'une protubérance (5) dans un logement homologue (4), suivie d'une déformation radiale par magnéto-formage de la protubérance ou de son logement. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, à l'étape c), l'extrémité de l'ébauche de traverse (1) est déformée radialement. 4. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'ébauche de bras comprend un logement (4) dans lequel, à l'étape b), une extrémité de l'ébauche de traverse (5) formant protubérance est introduite, et en ce que, à l'étape c), la surface externe de l'extrémité de l'ébauche de la traverse et la surface interne du logement viennent en contact interférent l'une dans l'autre. 5. Procédé selon la revendication 3, prise en combinaison avec la revendication 4, caractérisé en ce que l'extrémité de l'ébauche de la traverse (5) est creuse, et en ce que, à l'étape c), on introduit dans la traverse un élément électromagnétique (AM) capable de générer un champ magnétique (B) pour gonfler sensiblement, par magnétoformage, l'extrémité de l'ébauche de la traverse (5) dans son logement (4). 6. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'ébauche de bras comprend un téton (5), introduit au moins partiellement, pendant l'étape b), dans un logement homologue (4) prévu à une extrémité de l'ébauche de traverse (1), et en ce que, à l'étape c), la surface externe du téton et la surface interne de son logement viennent en contact interfé rent l'une dans l'autre. 7. Procédé selon la revendication 3 prise en combinaison avec la revendication 6, caractérisé en ce que, à l'étape c), on dispose, à l'extérieur du logement, au moins un élément électromagnétique (AMI, AM2) capable de générer un champ magnétique (B) sensiblement autour du logement (4), pour restreindre sensiblement, par magnéto-formage, ledit logement. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un élément parmi la protubérance et le logement possède une forme dénuée de symétrie de révolution. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que seul l'élément qui fait partie de l'ébauche de bras possède une forme dénuée de symétrie de révolution. 10. Procédé selon l'une des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que, à l'étape b), un jeu (J) est laissé entre la protubérance et son logement, ce qui permet d'ajuster relativement les positions des ébauches respectives de bras (2) et de traverse (1) avant l'étape c). 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le jeu laissé (J) est voisin de 0,5 mm entre rayons de protubérance et de logement. 12. Procédé selon l'une des revendications 2 à 11, caractérisé en ce que l'étape a) prévoit une préparation des ébauches en conformant le logement ou la protubérance avec des parois d'épaisseurs choisies (W) pour se déformer suffisamment pendant l'étape c) tout en supportant les efforts prévus pour un essieu en service. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que lesdites épaisseurs choisies (W) sont sensiblement égales ou inférieures à 5mm. 14. Procédé selon l'une des revendication précédentes, caractérisé en ce que le bras (2,3) et la traverse (1) sont destinés à être réalisés dans des matériaux différents. 15. Procédé selon l'une des revendication précédentes, caractérisé en ce que le bras (2,3) est réalisé dans un matériau non-ou peu-soudable. 16. Procédé selon l'une des revendication précédentes, caractérisé en ce que la traverse est réalisée dans un matériau peu-ou non-conducteur, et en ce qu'une partie d'extrémité de la traverse comprend une bague réalisée dans matériau très conducteur. 17. Procédé selon la revendication 16 en combinaison avec la revendication 4, caractérisé en ce ladite bague est à l'intérieur de l'extrémité de la traverse. 18. Procédé selon la revendication 16 en combinaison avec la revendication 6, caractérisé en ce ladite bague est à l'extérieur de l'extrémité de la traverse. 19. Procédé selon l'une des revendication 16 à 18, caractérisé en ce que la traverse est réalisée dans un matériau composite. 20. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape b) comprend des réglages définitifs de paramètres de conformation de l'essieu tels que la définition d'un angle de pince d'une roue destinée à être montée sur l'essieu et/ou d'un angle de carrossage.