Brevet FR2843086A1 — publié le 20040206

Procédé de fabrication d'une pièce composite de véhicule automobile et pièce obtenue par ce procédé. L'invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce composite de véhicule automobile. Dans un véhicule automobile, il existe de nombreuses pièces composites qui sont constituées de plusieurs éléments fonctionnels solidaires l'un des autres, par exemple par soudage ou qui sont articulés entre eux. Des exemples d'une telle pièce sont le bras de suspension et le support de roue. Comme on le sait, un support de roue est une pièce complexe qui intègre en elle des éléments de suspension, des éléments de direction, de éléments de guidage de roue, un éléments support de l'ABS etc... Les pièces composites sont généralement issues de fonderie ou de forage. Mais, comme on le sait, ces procédés de fabrication nécessitent des opérations d'usinage onéreuses et un investissement élevé. De plus, les procédés de fonderie, de forge et d'emboutissage ont un rendement en matière, c'est-à-dire un rapport masse du produit fini sur masse de matière engagée bien inférieur à 1. Enfin, en raison de la nature du procédé, de la matière non utile pour les besoins fonctionnels du support doit être ajoutée. L'invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un procédé de fabrication d'une pièce composite qui ne nécessite pas d'opération d'usinage, dans lequel la masse de matière engagée est sensiblement égale à la masse du produit final et qui permet de réduire la quantité de matière non utile. A cet effet, selon un premier aspect, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce composite de véhicule automobile, comprenant une pluralité d'éléments fonctionnels, ledit procédé comprenant les étapes consistant: - à réaliser séparément les différents éléments fonctionnels; - à réaliser des éléments de liaison; - et à associer rigidement lesdits éléments fonctionnels entre eux en les reliant au moyen des éléments de liaison, au moins un de ces éléments de liaison étant constitué d'un fil métallique. Le procédé selon l'invention est remarquable en ce qu'il supprime l'opération d'usinage, de sorte qu'il n'y a pas de perte de matière. De plus, ce procédé permet de modifier facilement le nombre et la nature des éléments fonctionnels reliés entre eux, et de modifier également l'agencement de ces éléments. La pièce composite peut ainsi être adaptée à de nombreuses configurations différentes. Dans une première variante du procédé selon l'invention, les éléments de liaison sont constitués par au moins un fil métallique cintré sur lequel on soude les éléments fonctionnels à assembler. On arrive ainsi à réduire, de façon optimale, la quantité de matière non utile et le cot de réalisation de la pièce composite. Dans une seconde variante du procédé de l'invention, les éléments de liaison sont uniquement constitués par au moins un fil métallique cintré et par au moins un élément de liaison en tôle. Il est ainsi possible de réaliser une liaison spécifique pour chaque élément fonctionnel, en tenant compte de la tenue aux efforts requise, de l'encombrement et du cot. L'utilisation de la tôle offre en effet des alternatives à l'utilisation du fil métallique cintré pour faire face aux contraintes d'encombrement et de tenue. Selon un deuxième aspect, l'invention concerne une pièce composite de véhicule automobile, comprenant une pluralité d'éléments fonctionnels assemblés entre eux au moyen d'éléments de liaison, par soudage. Les éléments de liaison peuvent être constitués par au moins un fil métallique cintré, plein ou creux. Le ou les fils métalliques peuvent comprendre des portions o la section est déformée, ce qui permet d'obtenir un comportement mécanique donné tout en allégeant la structure. Le procédé selon l'invention peut être appliqué à toute pièce composite d'un véhicule automobile, par exemple à un support de roue. A cet effet, le support de roue est réalisé sous forme de plusieurs éléments séparés, à savoir un élément fonctionnel servant de support pour le roulement de la roue, un élément fonctionnel servant de support pour un amortisseur, un élément fonctionnel de direction, des éléments fonctionnels supports de freins, un élément fonctionnel de liaison du support de roue à un bras inférieur de suspension, lesdits différents éléments étant reliés par au moins un fil par soudage. Le procédé selon l'invention peut également s'appliquer à la fabrication d'un bras de suspension de véhicule automobile. L'invention sera maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'un support de roue dont les éléments constitutifs sont reliés entre eux par un premier procédé selon l'invention; - la figure 2 est une vue de face d'un support de roue dont les éléments constitutifs sont reliés entre eux par un second procédé selon l'invention; - la figure 3 est une vue en perspective d'un support de roue dont 10 les éléments sont reliés entre eux par un troisième procédé selon l'invention; et - la figure 4 est une vue en perspective d'un support de roue dont les éléments sont reliés entre eux par un quatrième procédé selon l'invention. La description qui va suivre sera faite à propos d'un support de roue ou porte-fusée, mais comme on l'a précisé précédemment, l'invention s'applique à toute pièce composite qui est constituée de plusieurs éléments fonctionnels. Sur les figures, on a utilisé les mêmes références pour désigner 20 les éléments identiques du support de roue. L'orientation des éléments de support est définie par un repère orthogonal X, Y, Z, dans lequel la direction X correspondant à l'axe de roulement d'une roue, de l'extérieur vers l'intérieur du véhicule automobile, la direction Y est la direction transversale du véhicule, et la direction Z est la verticale. Le support de roue de véhicule automobile représenté sur la figure 1 comprend une pluralité d'éléments fonctionnels servant de support à des éléments de suspension, de roulement et de direction du véhicule, que l'on va décrire ci-après. L'élément fonctionnel support de roulement 2 (le roulement n'est 30 pas représenté) est formé d'un tube de faible longueur dans lequel est encastré un roulement à billes ou à aiguilles, non représenté, pour permettre la rotation de la roue. L'élément fonctionnel support d'amortisseur 3, que l'on appelle également jambe de force, est constitué d'un tube servant de logement à 35 l'amortisseur, non représenté. Le tube forme ainsi le corps de l'amortisseur. L'élément fonctionnel de direction 4 est destiné à relier le support 1, soit avec un bras de direction (non représenté) s'il s'agit d'une roue avant, soit avec un bras de type transversal (non représenté) s'il s'agit d'une roue arrière. Cet élément comprend également un alésage traversant 5 pour l'introduction d'une vis de fixation. Dans le cas o les roues sont équipées de freins à disques, le support 1 comprend en outre deux éléments fonctionnels ou supports de freins 6, constitués de deux pièces annulaires présentant un alésage traversant ou un taraudage 7 et destinées au montage de l'étrier de frein sur la roue. L'étrier de frein est en général assemblé sur le support de roue au moyen de deux vis. Dans le cas présent, ces vis, non représentées, sont montées sur les deux éléments fonctionnels 6. Un élément fonctionnel 8 est destiné à relier le support de roue i avec un bras inférieur de suspension (non représenté) par l'intermédiaire d'une liaison à rotule (non représentée). Cet élément 8 présente une forme sensiblement en U comportant en son fond un alésage 9 de diamètre élargi pour le logement d'une rotule. La queue de la rotule passe dans l'intervalle 10 plus restreint formé entre les bras de l'élément 8. Bien entendu, les différents éléments fonctionnels 2, 3, 4, 6, 8 peuvent présenter une géométrie différente adaptée à la pièce à laquelle ils sont reliés et au type de liaison désiré. Ces éléments fonctionnels sont reliés entre eux par l'intermédiaire de fils métalliques cintrés. Ces fils métalliques peuvent être pleins ou creux. La section du fil peut être déformée afin d'obtenir un comportement mécanique donné dans la portion déformée. L'agencement des fils métalliques cintrés sera maintenant décrit. Un premier fil 12, en forme de boucle fermée, est disposé sensiblement sur la périphérie du tube formant le support de roulement 2 dans un plan sensiblement transversal à la direction X. Il est soudé par une partie de sa longueur sur la surface externe du support de roulement 2. Les supports de frein 6 sont reliés par soudage au fil 12, de manière que les axes de leurs alésages 7 soient sensiblement parallèles à la direction X. Deux fils 13 et 14 relient le support d'amortisseur 3 au support de roulement 2. Ils présentent chacun une forme sensiblement en U et sont disposés dans des plans sensiblement parallèles l'un au-dessus de l'autre (figure 1). Les extrémités des fils 13, 14 sont reliées rigidement au fil 12 par soudage, les plans contenant les fils 13, 14 étant sécants du plan du fil 12. A cet effet, les extrémités 15 d'un des fils, par exemple le fil 13, peuvent être recourbées de façon qu'elles soient reliées au fil 12 le long d'une arête de leur surface latérale afin d'augmenter la surface de soudure et par conséquent la rigidité de la liaison. Les extrémités du fil 13 sont soudées au fil 12 au-dessus du support de roulement 2, tandis que les extrémités de l'autre fil 14 sont soudées au fil 12 sensiblement en deux points diamétralement opposés de celui-ci par rapport au support de roulement 2. Les fils 13, 14 en U enlacent le support d'amortisseur 3, de manière que ce dernier soit logé au fond du U. Un court tronçon de fil 16, sensiblement en forme de U, relie l'élément fonctionnel 8 au support de roulement 2 par l'intermédiaire du fil 12. Les extrémités du fil 16 sont soudées au fil 12 du côté qui se trouve sous le support de roulement 2. L'élément fonctionnel 8 est soudé sur la partie formant la base du fil 16. Un fil 17 en U relie l'élément fonctionnel 5 au support de roulement 2 par l'intermédiaire du fil 12. Les extrémités du fil 17 sont soudées au fil 12 du côté opposé des supports de frein 6 par rapport au support de roulement 2. L'élément fonctionnel 5 est soudé sur la partie formant la base du fil 17. Les formes et les orientations des fils cintrés 12, 13, 14, 16 et 17 peuvent varier en fonction de la nature des pièces à relier entre elles, de leurs positions relatives et de l'encombrement final du support de roue 1. Le deuxième mode de réalisation du support de roue 1 représenté à la figure 2 diffère du précédent par le remplacement du fil de liaison 17 par une tôle 20 emboutie ou pliée pour relier l'élément fonctionnel 4 au support de roulement 2 par l'intermédiaire du fil 12. La tôle 20 est une feuille en forme de trapèze dont la petite base est soudée à l'élément de liaison 4 et la grande base est soudée au fil 12. L'utilisation de la tôle 20 permet de réduire l'encombrement de la liaison. Le troisième mode de réalisation du support 1 de roue représenté à la figure 3 diffère du premier mode de réalisation par le remplacement des fils 13, 14 par une tôle 22 en forme de U emboutie ou pliée. A une de ses extrémités, la tôle 22 présente une échancrure 23 dans le plan formant la base du U, afin d'épouser la forme cylindrique du support d'amortisseur 3, et des extrémités latérales 24 qui viennent en appui sur la paroi latérale du support d'amortisseur 3. A son autre extrémité, les bords 25 de la tôle 22 sont repliés vers l'intérieur, sensiblement perpendiculairement aux faces latérales de la tôle 22 et ces bords repliés viennent en appui contre le fil 12 auquel ils sont soudés. Le quatrième mode de réalisation du support de roue 1 représenté à la figure 4 diffère du troisième mode de réalisation par la conception du support de roulement 2. Cette variante est destinée à être utilisée 10 pour un roulement vissé. Le support de roulement 2 en forme de tube de la figure 3 est remplacé par un nombre adéquat de supports de fixation annulaires 26. Ces supports comportent chacun un alésage 27 pour l'introduction d'une vis de fixation (non représentée). Dans le mode de réalisation représenté, les supports 26 sont au nombre de quatre et 15 sont disposés sensiblement dans le même plan, les axes des alésages 27 étant dirigés suivant la direction X. Le fil 12 est conformé en carré, les supports 26 venant se loger aux angles intérieurs du carré. Les fils 16 et 17, et la tôle 22 sont respectivement soudés sur la partie extérieure de trois des angles du fil 12, tandis que les supports de frein 6 sont soudés de part et d'autre du quatrième angle. D'autres modes de réalisation non représentés peuvent être envisagés, dans lesquels deux éléments de liaison, ou plus, peuvent être réalisés en tôle, les autres étant en fil métallique cintré, ou encore dans lesquels tous les éléments de liaison sont réalisés en tôle. On peut 25 également envisager un mode de réalisation dans lequel des éléments fonctionnels présentant la forme adéquate sont soudés directement entre eux. Les supports de roue 1 décrits précédemment sont réalisés de la façon suivante: - les éléments fonctionnels 2, ou 26, 3, 4, 6 et 8 sont réalisés séparément; - les éléments de liaison en fils métalliques 12, 13, 14, 16, 17 ou en tôle 20, 22 sont respectivement cintrés ou mis en forme par emboutissage ou pliage; - les éléments de liaison sont soudés entre eux et aux éléments fonctionnels à relier. Le soudage peut être un soudage par résistance ou par cordon. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une pièce composite de véhicule automobile, comprenant une pluralité d'éléments fonctionnels (2, 3, 4, 6, 8), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant: - à réaliser séparément les différents éléments fonctionnels (2, 3, 4, 6, 8); - à réaliser des éléments de liaison (12, 13, 14, 16, 17, 20, 22) - et à associer rigidement lesdits éléments fonctionnels entre eux en les reliant au moyen des éléments de liaison, au moins un de ces éléments de liaison étant constitué d'un fil métallique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise des éléments de liaison uniquement constitués par au moins un fil métallique cintré (12, 13, 14, 16, 17). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise des éléments de liaison constitués par au moins un fil métallique cintré (13, 14, 16, 17) et par au moins un élément de liaison en tôle (20, 22). 4. Pièce composite (1) de véhicule automobile, réalisée par le procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend une pluralité d'éléments (2, 3, 4, 6, 8) fonctionnels assemblés entre eux au moyen d'éléments de liaison (12, 13, 14, 16, 17, 20, 22), par soudage. 5. Pièce composite selon la revendication 4, caractérisée en ce que les éléments de liaison (12, 13, 14, 16, 17) sont constitués par au moins un fil métallique cintré creux ou plein. 6. Pièce composite selon la revendication 5, caractérisée en ce que le ou les fils métalliques creux ou pleins comprennent des portions o leur section est déformée. 7. Support de roue de véhicule automobile, réalisé par le procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est réalisé à partir de plusieurs éléments séparés, à savoir un élément fonctionnel (2) servant de support pour le roulement de la roue, un élément fonctionnel (3) servant de support pour un amortisseur, un élément fonctionnel de direction (4), des éléments fonctionnels supports de freins (6),un élément fonctionnel (8) de liaison du support de roue à un bras inférieur de suspension, lesdits différents éléments étant reliés par au moins un fil (12, 13, 14, 16, 17) par soudage. 8. Support de roue selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément fonctionnel (3) servant de support à un amortisseur est constitué d'un tube formant le corps de l'amortisseur. 9. Support de roue selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément fonctionnel (2) servant de support au roulement de la roue est constitué d'un tube, la cavité intérieure du tube formant un logement pour le roulement de la roue. 10. Bras de suspension de véhicule automobile, réalisé par le procédé selon l'une des revendications 1 à 3.