Brevet FR2835768A1 — publié le 20030815

Procédé de fabrication d'une roue monobloc. La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une roue monobloc de véhicule terrestre à moteur. 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 constructeurs automobiles, pour des questions de sécurité, s'orientent vers une augmentation de la puissance de freinage des véhicules, ce qui nécessite une dimension du diamètre des freins de plus en plus importante, il est donc utile qu'à une dimension de roue déterminée la place disponible à l'intérieur du voile de roue soit la plus importante possible. Une roue monobloc pour véhicule terrestre à moteur comporte de manière générale, un voile de roue et une jante sensiblement cylindrique. Le voile de roue est constitué d'une partie centrale sensiblement plane, comportant une portée qui sert à centrer et à fixer la roue sur le moyeu d'un essieu du véhicule, une montée intérieure sensiblement conique, une autre partie conique inversée définissant ensemble, un nez de galbe qui présente un rayon de courbure important, la partie conique inversée reliant de manière continue la partie extérieure de la jante. Les roues monobloc des véhicules terrestres à moteur sont généralement obtenues par moulage ou encore par emboutissage à partir d'un flan de tôle circulaire comme il est décrit dans le document FR 83 21074. Le procédé d'emboutissage classique décrit nécessite un outillage complexe et difficile à mettre en oeuvre ce qui rend ledit procédé inadapté d'une part, aux exigences de temps d'exécutions des pièces et d'autre part, au domaine de la construction automobile concernant les coûts. De plus, un flan est souvent constitué d'une tôle d'épaisseur constante. Les procédés d'emboutissage classiques modifient les épaisseurs et entraînent des épaississements localisés ainsi que des amincissements en fonction des déformations dans les zones en rétreint ou étirées, zones en rétreint ou étirées sans liens avec les zones de sollicitations en fatigue des roues. Il existe également un procédé de réalisation de roue par assemblage des différents éléments de roue comme par exemple, un voile de roue embouti puis soudé à une virole qui forme la jante. Les inconvénients de ce type de roue fabriqué par ce procédé sont : une masse du disque relativement élevée, - un doublement d'épaisseur de tôle au niveau de la liaison entre voile et jante, - un espace disponible pour les freins à l'intérieur du voile de roue limité en dimensions. Le but de l'invention est de réaliser une roue monobloc d'une part, sans soudure, c'est-à-dire en conservant une nuance d'acier unique pour tout le flan et une épaisseur initiale du flan constante, et d'autre part, à moindre coût, c'est-à-dire avec un outillage simple, sans dispositif mécanique de mise en forme important et ou compliqué. Le but de l'invention est notamment d'alléger la roue et augmenter l'espace disponible à l'intérieur du voile pour un diamètre extérieur fixé. L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une roue monobloc de véhicule terrestre à moteur obtenue à partir d'un f ! an de tôle d'épaisseur déterminée soumis notamment à plusieurs opérations de mise en forme, la roue comportant de manière générale, une jante sensiblement cylindrique comprenant un bord extérieur et un bord intérieur, et un voile de roue composé d'une partie centrale sensiblement plane ayant une portée d'appui et de centrage de la roue sur le moyeu d'un essieu du véhicule, une montée sensiblement conique, une autre partie conique inversée définissant, avec la montée conique, un nez de galbe qui présente un rayon de courbure important, la partie conique inversée reliant de manière continue la partie extérieure de la jante, procédé caractérisé en ce que le flan de tôle est soumis successivement à : une première opération d'emboutissage profond pour former une ébauche comportant un fond et une paroi périphérique sensiblement cylindrique. une deuxième opération d'hydroformage de l'ébauche pour la mise en forme d'au moins une partie du voile de roue et de la jante. - une troisième opération de fluotournage de la paroi de l'ébauche pour la mise en forme du bord intérieur de la jante. Les autres caractéristiques de l'invention sont : - le bord extérieur de la jante est obtenu par extension de la tôle du fond d'ébauche, lors de l'opération d'hydroformage. - lors de l'opération d'emboutissage, on lamine le flan de tôle pour l'obtention de la paroi périphérique de l'ébauche. - on découpe la paroi périphérique de l'ébauche de façon à tenir compte de la surlongueur induite par l'opération de laminage, lors de l'opération d'emboutissage laminage. - après ou avant l'opération de fluotournage, on effectue différentes opérations de poinçonnage et d'emboutissage de façon à compléter la finition de la roue. L'invention concerne également une roue monobloc de véhicule automobile caractérisé en ce qu'elle est mise en forme par l'hydroformage d'au moins une partie du voile de roue et ou d'au moins une partie de la jante, et notamment du voile et du bord extérieur de la jante. L'invention concerne également une roue monobloc de véhicule automobile caractérisé en ce qu'elle est mise en forme par l'hydroformage d'au moins une partie du voile de roue et ou d'au moins une partie de la jante, et notamment du voile et du bord extérieur de la jante. IJ La description qui suit et les figures annexées, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, feront bien comprendre l'invention. La figure 1 est une représentation générale d'une roue de véhicule automobile selon l'invention. La figure 2 est une présentation, en coupe, d'une ébauche réalisée par emboutissage profond. La figure 3 présente, en coupe, la forme de la roue après la mise en forme par hydroformage. La figure 4 montre la roue de la figure 3 sur laquelle il a été réalisé différentes opérations de poinçonnage et d'emboutissage de façon à compléter la finition de la roue. Le procédé selon l'invention concerne la réalisation d'une roue 1 monobloc de véhicule terrestre à moteur, comme représenté sur la figure 1, composée de manière générale, un voile 2 de roue et une jante 3 sensiblement cylindrique comportant un bord extérieur 4 et un bord intérieur 5, tous deux circulaires. La roue 1 est obtenue à partir d'un flan 6 de tôle d'épaisseur déterminée et soumis à plusieurs opérations de mise en forme, le voile 2 étant constitué d'une partie centrale 7 sensiblement plane comportant une portée 8 qui sert à centrer et à fixer la roue 1 sur le moyeu d'un essieu du véhicule, une montée intérieure 9 sensiblement conique, une autre partie conique inversée 10 définissant, avec la montée intérieure 9, un nez de galbe 11 qui présente un rayon de courbure important. La partie conique inversée 10 se prolongeant par le bord extérieur 4 de la jante 3 forme une liaison continue entre le voile 2 et la jante 3. Selon l'invention, le flan 6 de tôle est soumis successivement à : une première opération d'emboutissage profond pour former une ébauche comportant un fond 12 et une paroi périphérique 13 sensiblement cylindrique, comme présentée sur la figure 2. Lors de la première opération d'emboutissage profond pour former l'ébauche, on lamine le flan 6 de tôle sur tout son bord périphérique de façon, soit à conserver une épaisseur constante de la tôle si celle-ci est optimisée, soit à réduire progressivement l'épaisseur de la tôle de base en fonction de l'optimisation en caractéristiques mécaniques de la jante à obtenir. Un avantage de la solution proposée est cependant de diminuer l'épaisseur de la jante qui reste une partie de roue moins sollicitée en fatigue que le voile. Dans cette opération d'emboutissage profond avec laminage, une réserve de métal est gardée au niveau du fond 12 d'ébauche pour façonner, dans les opérations suivantes, le voile de roue. Bien que la première opération d'emboutissage destinée à la réalisation de l'ébauche comportant un fond et une paroi sensiblement cylindrique soit classique, les inventeurs ont remarqué que cette forme continue et pouvant être fermée, pouvait être utilisée de manière avantageuse, dans un dispositif de mise en forme par hydroformage. En d'autres termes, l'invention concerne notamment l'utilisation du procédé d'hydroformage pour la réalisation d'une zone de véhicule terrestre à moteur. La mise en forme par laminage de la partie du flan de tôle destinée à la réalisation de la paroi de l'ébauche nécessite un étirage forcé générant un allongement important, l'étirage pouvant, soit conserver l'épaisseur du flan de tôle de base, soit en fonction du besoin, réduire l'épaisseur du flan de tôle de manière constante ou progressive. Dans cette même opération de laminage, la section de la paroi périphérie de l'ébauche laminée peut être en biseau au lieu d'être droite. Selon l'invention, l'opération de laminage de l'ébauche nécessite un outillage adapté. L'outil du dispositif d'emboutissage de l'ébauche de roue est constitué d'une matrice sensiblement cylindrique comportant, en section axiale, le profil interne de l'ébauche, un serre flan cylindrique ayant, en section axiale, la forme du fond de l'ébauche et un poinçon lamineur composé notamment d'une couronne coaxiale à la matrice et au serre flan et dont la surface intérieure présente une partie conique de laminage, la couronne se déplaçant dans l'axe longitudinal de la matrice et du poinçon pour laminer la paroi de l'ébauche sur la partie cylindrique de la matrice. L'outil comporte en surface une couche durcissante choisi parmi le TiN, le CrN, le carbone IC, le carbone amorphe ou tout autre revêtement prêt à améliorer les conditions de laminage, La géométrie de l'outil de laminage est adaptée à l'opération de laminage ainsi qu'à la diminution d'épaisseur de la paroi d'ébauche que l'on souhaite obtenir. L'épaisseur finale de la paroi d'ébauche est directement liée à l'entrefer entre le poinçon en couronne et la matrice. La rugosité doit être importante pour permettre un meilleur piégeage de l'huile. Un Ra de l'ordre de 0, 3 jim ou 0, 4 jam dans l'exemple semble optimum. Après la réalisation de l'ébauche, celle-ci est découpée en périphérie de façon à tenir compte de la surlongueur induite par l'opération de laminage dans l'opération d'emboutissage laminage. Une deuxième opération de mise en forme consiste en une opération d'hydroformage d'au moins une partie du voile de roue et de la jante. La mise en forme du bord extérieur de la jante, ainsi que la préforme du voile est réalisé par hydroformage à partir de l'ébauche obtenue par embouti profond. Cette méthode permet d'obtenir des formes complexes et ne nécessite qu'une matrice, sans besoin de poinçon ou autre organe mécanique. Les formes réalisées, comme présentées sur la figure 3, ne sont pas soumises à des variations d'épaisseurs, comme c'est le cas d'un emboutissage classique avec matrice et poinçon sur presse d'emboutissage. L'hydroformage permet la réalisation de formes complexes comme par exemple, une expansion du bord extérieur de la jante, générant une contre dépouille 14 préparant le profil en diabolo de la jante destinée à recevoir le pneumatique. Différentes passes de poinçonnage et emboutissage peuvent compléter la finition de la roue comme par exemple, la réalisation de découpes 15 et bords tombés 16 d'allègement présentés sur la figure 4. Une troisième opération de fluotournage assure la mise en forme du bord intérieur 17 de la jante. Cette opération termine la formel 8 en diabolo de la jante, forme recevant le pneumatique. L'avantage du procédé selon l'invention est de permettre la fabrication d'une roue en une seule pièce d'acier. Le fait d'avoir une roue en une seule pièce, avec variation d'épaisseur au niveau de la jante, supprime les soudures et leurs inconvénients. La réalisation de la roue à partir d'un flan de tôle supprime des superpositions d'épaisseur de tôle, comme cela et nécessaire dans la réalisation de roues en plusieurs pièces, et génère un allègement de la roue et une meilleure tenue mécanique. L'usage d'une déformation par hydroformage dans la deuxième opération du procédé permet une expansion du métal encontre dépouille pour la réalisation du bord extérieur de la jante, avec une seule matrice, sans poinçon, et permet une réalisation de la roue de façon simple, à moindre coût, et de manière industrielle du point de vue du temps de réalisation. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une roue monobloc de véhicule terrestre à moteur, la roue obtenue à partir d'un flan de tôle d'épaisseur déterminée soumis notamment à plusieurs opérations de mise en forme, comportant de manière générale, une jante sensiblement cylindrique comprenant un bord extérieur et un bord intérieur et un voile de roue composé d'une partie centrale sensiblement plane ayant une portée d'appui et de centrage de la roue sur le moyeu d'un essieu du véhicule, une montée sensiblement conique, une autre partie conique inversée définissant, avec la montée conique, un nez de galbe qui présente un rayon de courbure important, la partie conique inversée reliant de manière continue le bord extérieur de la jante, procédé caractérisé en ce que flan de tôle est soumis successivement à : une première opération d'emboutissage profond pour former une ébauche comportant un fond et une paroi périphérique sensiblement cylindrique, une deuxième opération d'hydroformage de l'ébauchew pour la mise en forme d'au moins une partie du voile de roue et de la jante. une troisième opération de fluotournage de la paroi de l'ébauche pour la mise en forme du bord intérieur de la jante. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le bord extérieur de la jante est obtenu par extension de la tôle du fond d'ébauche, lors de l'opération d'hydroformage. 3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que lors de l'opération d'emboutissage, on lamine le flan de tôle pour l'obtention de la paroi périphérique de l'ébauche. 4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'on découpe la paroi périphérique de l'ébauche de façon à tenir compte de la surlongueur induite par l'opération de laminage, lors de l'opération d'emboutissage laminage. 5. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'après ou avant l'opération de fluotournage, on effectue différentes opérations de poinçonnage et d'emboutissage de façon à compléter la finition de la roue. 6. Roue monobloc de véhicule automobile caractérisé en ce qu'elle est mise en forme par l'hydroformage d'au moins une partie du voile de roue et ou d'au moins une partie de la jante, et notamment du voile et du bord extérieur de la jante.