Brevet FR2836404A1 — publié le 20030829

ovçvnvs Procédé de réalisation d'une roue pour véhicule terrestre à moteur comportant une jante allégée. La présente invention concerne un procédé de réalisation d'une roue pour véhicule terrestre à moteur comportant, d'une part, une jante de roue sensiblement cylindrique, destinée à porter un pneumatique, composée d'un bras court dit extérieur et d'un bras long dit intérieur bordés par un crochet, et d'autre part, un voile de roue composé d'une partie centrale sensiblement plane comportant une portée qui sert à centrer et à fixer la roue sur un moyeu d'essieu, une montée intérieure sensiblement conique, une autre partie conique inversée définissant, avec la montée intérieure un nez de galbe, la partie conique inversée, comportant, en périphérie, un bord tombé pour une liaison avec la jante. Dans le domaine de la réalisation de roues de véhicules automobiles, les constructeurs cherchent à alléger les véhicules et pour cela cherchent à alléger, individuellement, tous les composants du véhicule automobile. Les fabricants de roues se doivent donc d'optimiser le poids des roues, d'autant plus qu'il s'agit d'un organe moteur non suspendu. Les voiles d'une roue de véhicule terrestre à moteur sont généralement obtenus par emboutissage à partir d'un flan de tôle en une ou plusieurs parties pouvant être raboutées, par exemple par LASER. La gamme de mise en forme dite standard d'une jante de roue consiste en une opération de roulage d'une bande de tôle suivie d'une opération de soudage des bouts de tôle pour former une virole, suivie d'une opération de mise en forme de la virole au moyen de galets de profilage. Ce procédé impose une épaisseur constante sur tout le profil de la jante. De ce fait, la partie la plus sollicitée détermine l'épaisseur de l'ensemble. Les zones moins sollicitées sont surdimensionnées et par conséquent, la masse de la jante n'est pas optimisée. Il est connu une technique permettant d'optimiser la répartition d'épaisseur et la fabrication d'une jante à partir de flans de différentes épaisseurs raboutés par soudage laser. Par conséquent, certains fabricants de roues ont pensé à introduire une opération de fluotournage de la virole avant la mise en forme définitive de la jante. Ces techniques permettent de moduler les épaisseurs, mais pénalisent les cadences de fabrication. De plus, l'aspect de surface obtenu est médiocre et peut compromettre la tenue en fatigue du métal de la roue. Les principaux inconvénients des techniques antérieures, pour la réalisation des jantes, sont les suivants : - dans de la mise en forme standard, il apparaît un surdimensionnement des parties de la jante les moins sollicitées et une roue plus lourde en fin de réalisation. - la technique par raboutage laser est d'un coût élevé. - l'usage d'une opération de fluotournage, entraîne une diminution des cadences de production et une possible dégradation de la tenue en fatigue de la roue. Le but de l'invention est d'obtenir une roue de véhicule léger à moteur, en réalisant une jante allégée, par un procédé économique, sans pénaliser les cadences de production ni dégrader les caractéristiques mécaniques de la roue. L'invention a pour objet un procédé de réalisation d'une roue pour véhicule terrestre à moteur qui se caractérise en ce que, pour l'obtention de la jante : - on roule une bande de tôle pour réaliser un cylindre, - on soude les deux extrémités de la bande pour obtenir une virole cylindrique, - on insère la virole dans une matrice sensiblement cylindrique qui l'enveloppe, - on pratique une première expansion périphérique, en couronne, à une extrémité de la virole, - on insère dans la partie expansée en couronne, un anneau serre flan de diamètre intérieur supérieur au diamètre intérieur de la virole, et qui serre la partie expansée de la virole sur la matrice, - on emboutit axialement la virole au moyen d'un poinçon traversant l'anneau serre flan et la matrice, pour un laminage et ou une mise en forme. Les autres caractéristiques de l'invention sont : - sous l'effet du poinçon, l'acier de la virole s'écoule pour épouser la forme interne de la matrice. - le profil intérieur de la matrice varie pour pouvoir moduler la forme et l'épaisseur finale de la jante. - on pratique une première expansion conique à une extrémité de la virole, de façon à pouvoir la tenir lors de la phase de laminage. - la partie interne de la matrice comporte des zones en creux permettant de réserver des zones de plus forte épaisseur dans le profil de la jante. L'invention concerne également un dispositif d'emboutissage pour la réalisation d'une jante de roue de véhicule terrestre à moteur, la jante de roue étant obtenue à partir d'une bande de tôle d'épaisseur déterminée roulée et soudée pour former une virole et soumisee notamment à plusieurs opérations de mise en forme, la jante étant Lvçvsrvhr composée d'un bras court dit extérieur et d'un bras long dit intérieur, chacun des bras étant bordé par un crochet, caractérisé en ce que le dispositif d'emboutissage de la virole comporte un outil composé d'une matrice sensiblement cylindrique et ayant, en section axiale, le profil ou une partie de profil de la jante à réaliser, un anneau serre flan en couronne assurant le serrage d'un bord de virole, et un poinçon lamineur cylindrique, traversant, axialement, l'anneau serre flan et la matrice pour laminer et ou former, en deux opérations successives, le bras intérieur et extérieur de la jante. Les autres caractéristiques de l'invention sont : - le poinçon comporte une partie conique de laminage ayant un angle d'ouverture compris entre 10 et 50 et de préférence 30 , - la partie de raccordement entre la partie conique et la face de bout du poinçon de laminage comporte un rayon d'entrée dans la matrice compris entre 8 mm et 20 mm et de préférence 12 mm, - la surface de l'outil comporte sur ses surfaces de travail, une couche durcissante choisie parmi le TiN, le CrN, le carbone IC, le carbone amorphe. - la surface de l'outil comporte des surfaces de travail ayant une rugosité Ra comprise entre 0,2 et 0, 5 um et de préférence entre 0,3 et 0,4 um. La description qui suit et les figures annexées, feront bien comprendre l'invention. La figure 1 est une représentation générale d'une roue de véhicule automobile selon l'invention. Les figures 2a, 2b, 2c, 2d présentent une suite d'opération nécessaire à la réalisation d'une jante de roue selon l'invention. La figure 3 est un schéma de principe de l'outil du dispositif de réalisation de la jante selon l'invention. Le procédé selon l'invention concerne la réalisation d'une roue 1 de véhicule terrestre à moteur, comme représenté sur la figure 1, comportant de manière générale, un voile 2 de roue et une jante 3 sensiblement cylindrique. Le voile 2 de roue étant constitué, d'une partie centrale 5 sensiblement plane comportant une portée 6 qui sert à centrer et à fixer la roue 1 sur le moyeu de l'essieu du véhicule, une montée intérieure 7 sensiblement conique, une autre partie conique inversée 8 définissant, avec la montée intérieure 7, un nez de galbe 9 qui présente un rayon de courbure important, la partie conique inversée 8 se terminant par un bord tombé 10 destiné à la liaison du voile 2 avec la jante 3. La jante 3 comprend un bras court 11 dit extérieur et d'un bras long 12 dit intérieur chacun bordés par une pliure en forme de gouttière, appelé crochet 13. vvviv Les figures 2a, 2b, 2c, 2d montrent une suite d'opérations schématisées du procédé de réalisation de la jante. Après le roulage et le soudage présentés par les figures 2a et 2b, la virole 14 obtenue est placée dans un dispositif d'emboutissage, comme présenté sur la figure 2c. Le dispositif comporte un outil 15 composé d'une matrice 16 sensiblement cylindrique et ayant sensiblement, en section axiale, le profil ou une partie de profil de la jante 3, un anneau 17 serre flan en couronne assurant le serrage d'un bord circulaire de virole 14 au niveau du crochet 13, et un poinçon 18 lamineur cylindrique, traversant, axialement, l'anneau 17 serre flan et la matrice 16 pour laminer et ou former successivement le bras intérieur 11 et extérieur 12 de la jante. La matrice 16 enveloppe complètement la virole 14. Le diamètre intérieur de la matrice 16 varie de façon à moduler l'épaisseur de chacun des bras de la jante. Selon le procédé, une opération, après la mise en forme de la virole 14 consiste à pratiquer une expansion d'un bord périphérique de virole. La partie expansée ou évasée, par exemple conique, comme présentée sur la figure 3, peut servir à tenir la virole à l'aide d'un serre flan en forme d'anneau 17 qui pénètre dans la virole et presse de manière conique le bord de la virole 14 contre la matrice 16. L'anneau serre flan 17 de diamètre légèrement supérieur au diamètre intérieur de la virole, permet le passage du poinçon vers la matrice. La matrice pourra avoir différentes formes. Comme présenté sur la figure 3, la matrice 16 comporte un vide 19 permettant de créer des zones plus épaisses sur le profil de jante. Les parties amincies sont en même temps écrouies, ce qui améliore les caractéristiques mécaniques de la jante. Lors de l'emboutissage-laminage, la matière s'écoule pour épouser la forme interne de la matrice. On arrive ainsi à conférer à la jante le profil d'épaisseur cherché en une seule passe, entre les zones des crochets et le creux de jante. Cela permet d'imprimer, en une seule passe, l'épaisseur convenable en chaque zone du profilé de la jante. Le dispositif utilisé pour la réalisation de la jante comporte un outil qui doit être dimensionné pour supporter les efforts importants de la mise en forme et l'usure du au frottement. Le revêtement des outils est très important. Il conditionne la valeur de l'effort poinçon, des efforts latéraux de dévêtissage et également les phénomènes d'usure ou de grippage. Un revêtement de type TiN, CrN ou mieux de type carbone amorphe, est conseillé. La rugosité doit être importante pour permettre un meilleur piégeage de l'huile. La mise en oeuvre du procédé demande une puissance presse de l'ordre de 150 --r-r tonnes sur poinçon et 200 tonnes sur serre flan pour une virole de 15 pouces de diamètre, dans un acier de 600 MPa de résistance mécanique. Les efforts de mise en forme ne sont pas particulièrement contraignants. On a pu constater qu'il existe des relations entre l'effort poinçon et le taux de repassage. On peut calculer le taux d'écrouissage en fonction du taux de réduction et donc de donner une estimation de l'évolution de la limite d'élasticité. Ceci permet d'optimiser le dimensionnement de la jante en jouant sur le couple épaisseur-caractéristiques mécaniques et ainsi alléger la jante par optimisation. Dans le cadre d'une description plus précise de l'outil d'emboutissage : - la partie conique en bout du poinçon d'emboutissage laminage a un angle d'ouverture compris entre 10 et 50 et de préférence 300, - la partie de raccordement entre la partie conique et la face de bout du poinçon de laminage présente un rayon d'entrée dans la matrice compris entre 8mm et 20 mm et de préférence 12 mm, - la surface de l'outil comporte une rugosité Ra comprise entre 0,2 à 0,5 pm et de préférence entre 0, 3 et 0, 4 um. L'allégement réalisé sur la roue selon l'invention atteint en final environ 1 kg pour une roue de 15 pouces de diamètre. Selon l'invention le procédé permet : - de diminuer les épaisseurs du profil de jante dans les zones entre les crochets des deux bras. Les crochets, sollicités lors du choc, restent à l'épaisseur initiale. - un gain en productivité par rapport au fluotournage. - une modulation d'épaisseur du profil de jante en une seule passe, assurant son allègement. - la réalisation d'un excellent état de surface et donc une amélioration de ses caractéristiques en fatigue. - une réalisation de roue économique, l'écrouissage du métal assurant une augmentation des caractéristiques mécaniques de la jante. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'une roue pour vemcule terrestre a moteur comportant, d'une part, une jante de roue, sensiblement cylindrique destinée à porter un pneumatique, composée d'un bras court dit extérieur et d'un bras long dit intérieur bordés par un crochet, et d'autre part, un voile de roue composé d'une partie centrale sensiblement plane comportant une portée qui sert à centrer et à fixer la roue sur un moyeu d'essieu, une montée intérieure sensiblement conique, une autre partie conique inversée définissant, avec la montée intérieure un nez de galbe, la partie conique inversée, comportant, en périphérie, un bord tombé pour une liaison avec la jante, caractérisé en ce que, pour l'obtention de la jante : - on roule une bande de tôle pour réaliser un cylindre, - on soude les deux extrémités de la bande pour obtenir une virole cylindrique, - on insère la virole dans une matrice sensiblement cylindrique qui l'enveloppe, - on pratique une première expansion périphérique, en couronne, à une extrémité de la virole, - on insère dans la partie expansée en couronne, un anneau serre flan de diamètre intérieur supérieur au diamètre intérieur de la virole, et qui serre la partie expansée de la virole sur la matrice, - on emboutit axialement la virole au moyen d'un poinçon traversant l'anneau serre flan et la matrice, pour un laminage et ou une mise en forme. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que sous l'effet du poinçon, l'acier de la virole s'écoule pour épouser la forme interne de la matrice. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le profil intérieur de la matrice varie pour pouvoir moduler la forme et l'épaisseur finale de la jante. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on pratique une première expansion conique à une extrémité de la virole, de façon à pouvoir la tenir lors de la phase de laminage. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie interne de la matrice comporte des zones en creux permettant de réserver des zones de plus forte épaisseur dans le profil de la jante. 6. Dispositif d'emboutissage pour une jante de roue de véhicule terrestre à moteur selon les revendications 1 à 5, la jante de roue étant obtenue à partir d'une bande de tôle d'épaisseur déterminée roulée et soudée pour former une virole et soumise notamment à plusieurs opérations de mise en forme, la jante étant composée d'un bras court dit extérieur et d'un bras long dit intérieur, chacun des bras étant bordé par un crochet, caractérisé en ce que le dispositif d'emboutissage de la virole comporte un outil composé d'une matrice sensiblement cylindrique et ayant, sensiblement, en section axiale, le profil ou une partie de profil de la jante, un anneau serre flan en couronne assurant le serrage d'un bord de virole, et un poinçon lamineur cylindrique, traversant, axialement, l'anneau serre flan et la matrice pour laminer et ou former successivement le bras intérieur et extérieur de la jante. 7. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le poinçon comporte une partie conique de laminage ayant un angle d'ouverture compris entre 100 et 50 et de préférence 30 . 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la partie du raccordement entre la partie conique et la face de bout du poinçon comporte un rayon d'entrée dans la matrice compris entre 8 mm et 20 mm et de préférence 12 mm, 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la surface de l'outil comporte sur ses surfaces de travail, une couche durcissante choisi parmi le TiN, le CrN, le carbone amorphe. 10. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la surface de l'outil comporte des surfaces de travail ayant une rugosité Ra comprise entre 0,2 et 0,5 pm et de préférence entre 0,3 et 0,4 um.