Brevet FR2938790A1 — publié le 20100528

Profilés creux en alliage d'aluminium Domaine de l'invention L'invention se rapporte au domaine des profilés en aluminium et plus particulièrement au profilé creux notamment pour la fabrication de jantes de vélo. Etat de la technique Les profilés creux en aluminium sont des produits corroyés, généralement filés, de section transversale uniforme sur toute leur longueur et dont la section transversale comprend au moins un trou intérieur. Les profilés pleins en revanche ont une section ne présentant aucun trou intérieur. La fabrication des profilés creux en alliage d'aluminium par filage est connue de l'homme du métier. Pour les formes les plus simples, on peut effectuer le filage sur aiguille ou sur nez d'aiguille d'une billette creuse. Cependant, en général, et de toute façon pour les formes ne présentant pas de symétrie d'axe, on effectue le filage en utilisant des filières à pont pour obtenir des profilés creux. Ces techniques de filage sont en général utilisées pour des alliages tels que le 6060, 6061, 6106 ou le 6005 et peuvent s'avérer délicates de mise en oeuvre pour des alliages plus durs, typiquement les alliages d'aluminium dont la limite d'élasticité à 0.2% d'allongement est supérieure à 350 MPa. En particulier la réalisation de profilés creux dont les parois intérieures ont des épaisseurs faibles, typiquement de l'ordre du mm, s'avère délicate pour ces alliages durs. De même la durée de vie des outillages utilisés est faible pour la réalisation de profilés creux monoblocs en alliage dur. Les profilés creux en aluminium sont notamment utiles pour la fabrication de jantes pour roues de vélo. Une roue de vélo comprend généralement un moyeu central relié à une jante circulaire par des rayons. La jante peut être formée d'un profilé en alliage d'aluminium comportant deux ponts circulaires coaxiaux reliés par deux flancs latéraux de façon à former un caisson. Les flancs latéraux se prolongent radialement vers l'extérieur par deux ailes, de façon à former avec le pont extérieur une gorge annulaire prévu pour recevoir un pneumatique. Pour 1 certaines jantes qui sont prévues pour recevoir un boyau, la gorge est une simple rainure formée par un affaissement du pont extérieur radialement vers l'intérieur. Les rayons sont reliés à la jante par des écrous vissés à l'extrémité des rayons. Ces écrous permettent par ailleurs de régler la tension des rayons. Pour recevoir les écrous de rayons, de façon usuelle, les deux ponts de la jante sont habituellement percés d'orifices répartis à la circonférence de la jante. Les orifices du pont intérieur sont prévus pour servir d'assise aux têtes d'écrous. Les orifices du pont extérieur, de diamètre extérieur, sont prévus pour permettre la mise en place de l'écrou de rayon depuis l'extérieur et/ou pour renforcer la fixation des rayons. Il est aussi possible de ne percer que le pont intérieur et d'éviter le perçage du pont extérieur de manière à obtenir un pont extérieur parfaitement étanche au gaz, cependant cette configuration nécessite une épaisseur importante du pont intérieur pour qu'il ait une rigidité suffisante. Les jantes doivent combiner deux caractéristiques qui s'avèrent souvent antinomiques : la légèreté, de façon à améliorer le confort des utilisateurs, et la résistance mécanique de façon assurer la sécurité et la durée de vie des produits. Dans l'art antérieur des étapes supplémentaires au procédé de fabrication des jantes ont été proposées pour concilier ces caractéristiques antinomiques. La demande de brevet FR 2 727 355 Al décrit un procédé de fabrication d'une jante pour cycle consistant à cintrer un profilé creux dans lequel dans une étape complémentaire il est réalisé un usinage chimique qui consiste à procéder à l'enlèvement de métal par dissolution dans un bain chimique agressif de manière à diminuer l'épaisseur des parois et le poids de la jante. Cette étape d'usinage chimique peut s'avérer de mise en oeuvre délicate et résulte en une perte de métal. La demande de brevet FR 2 897 013 Al décrit un procédé de fabrication d'une jante de vélo en alliage d'aluminium comportant un profilé creux comportant un pont inférieur percé par des orifices de rayonnage dans lequel une étape de déformation à froid dans le voisinage des orifices de rayonnage permet d'augmenter localement la dureté de l'aluminium. L'augmentation de dureté par écrouissage reste cependant très limitée. La présente invention veut résoudre le problème évoqué ci-dessus de fabrication de profilés creux en alliage dur, et, en particulier améliorer la réalisation des profilés creux destinés à la fabrication de jantes de vélo. 2 2938790 Description des figures La figure 1 illustre un profilé selon l'invention. La figure 2 illustre le second profilé utilisé pour réaliser le profilé selon l'invention de la 5 figure 1 La figure 3 illustre le premier profilé utilisé réaliser le profilé selon l'invention de la figure 1. La figure 4 illustre un autre profilé selon l'invention. Objets de l'invention 10 Un premier objet de l'invention est un profilé creux formé par assemblage d'au moins un premier profilé plein (1) en alliage d'aluminium avec au moins un second profilé plein (2) en alliage d'aluminium, lesdits premier et second profilés étant obtenus par filage et ayant chacun une limite d'élasticité d'au moins 350 MPa et de préférence d'au moins 400 MPa. 15 Un second objet de l'invention est une jante de roue pour cycle comprenant un profilé creux selon l'invention ledit profilé ayant été cintré avant ou après assemblage. Encore un autre objet de l'invention est une roue de vélo comportant un moyeu, une jante selon l'invention et des rayons tendus entre le moyeu et la jante. Encore un autre objet de l'invention est un procédé de fabrication d'un profilé creux selon 20 l'invention dans lequel : (i) on approvisionne au moins un premier profilé plein (1) en alliage d'aluminium et au moins un second profilé plein (2) en alliage d'aluminium, lesdits premier et second profilés étant obtenus par filage et ayant chacun une limite d'élasticité d'au moins 350 MPa et de préférence d'au moins 400 MPa ; 25 (ii) on assemble lesdits profilés plein de manière à former un profilé creux Description détaillée de l'invention Sauf mention contraire, toutes les indications concernant la composition chimique des alliages 30 sont exprimées comme un pourcentage en poids basé sur le poids total de l'alliage. La désignation des alliages se fait en conformité avec les règlements de The Aluminium Association, connus de l'homme du métier. Les définitions des états métallurgiques sont indiquées dans la norme européenne EN 515. 3 Sauf mention contraire, les caractéristiques mécaniques statiques, en d'autres termes la résistance à la rupture Rn,, la limite d'élasticité conventionnelle à 0,2% d'allongement Rpo,2 (� limite d'élasticité �) et l'allongement à la rupture A%, sont déterminées par un essai de traction selon la norme EN 10002-1, le prélèvement et le sens de l'essai étant définis par la norme EN 485-1. Sauf mention contraire, les définitions de la norme EN 12258 s'appliquent. L'épaisseur des profilés pleins est définie selon la norme EN 2066 :2001 : la section transversale est divisée en rectangles élémentaires de dimensions A et B ; A étant toujours la plus grande dimension du rectangle élémentaire et B pouvant être considéré comme l'épaisseur du rectangle élémentaire. Selon l'invention un profilé creux est formé par assemblage d'au moins un premier profilé plein (1) en alliage d'aluminium avec au moins un second profilé plein (2) en alliage d'aluminium, lesdits premier et second profilés étant obtenus par filage et ayant chacun une limite d'élasticité d'au moins 350 MPa et de préférence d'au moins 400 MPa. L'obtention d'un profilé creux monobloc de géométrie identique par filage sur aiguille ou filage avec une filière à pont serait très difficile. L'avantage du procédé selon l'invention est de permettre l'obtention de formes de profilés en alliages durs qui auraient été très difficile à obtenir avec une filière à pont, en raison de leur forme, de leur épaisseur et de la nature de l'alliage à filer. En effet, lorsque le métal doit s'écouler le long des canaux d'alimentation d'une filière à pont, il subit des contraintes de cisaillement intenses liées à la proximité des parois desdits canaux d'alimentation. L'énergie mécanique nécessaire pour vaincre ces cisaillements et rendre l'écoulement du métal possible se transforme en grande partie en échauffement, de sorte que, localement, le métal en sortie de filière peut atteindre rapidement une température dangereuse, par exemple vis-à-vis des risques de brûlure. De plus, l'outillage à pont, en particulier les aiguilles qui forment le � cache � permettant d'obtenir la cavité du profilé creux, sont par nature très fragiles car elles subissent des contraintes très élevées du fait du frottement du métal sur leurs flancs et, en raison de la difficulté de leur refroidissement, elles s'échauffent progressivement et se déforment par fluage. Avec le procédé permettant d'obtenir le profilé selon l'invention, on s'affranchit des contraintes liées à l'emploi de filière à pont : on peut filer plus vite des profilés ayant des épaisseurs plus faibles tout en contrôlant beaucoup plus facilement le régime thermique du métal filé. 4 L'invention est particulièrement avantageuse pour les profilés creux dans lesquels au moins un des profilés pleins a localement une épaisseur inférieure à 2 mm et de préférence inférieure à 1 mm, c'est-à-dire un profilé plein dont l'épaisseur B d'au moins un rectangle élémentaire est inférieure à 2 mm et de préférence inférieure à 1 mm. La zone de faible épaisseur fait de préférence partie des parois du caisson périphérique formé par l'assemblage des profilés pleins. Il n'est plus nécessaire pour obtenir ces profilés de réaliser des étapes d'usinage mécanique ou chimique comme selon l'art antérieur. Dans un premier mode de réalisation un profilé creux selon l'invention présente en section transversale deux ailes latérales (3,4) formant les deux flancs latéraux dudit profilé, réunies à leur base par un pont inférieur (5) et dans leur partie médiane par un pont supérieur (6) de façon à produire vers le sommet des ailes une gorge caractérisé en ce que ledit pont supérieur fait partie dudit premier profilé plein et ledit pont inférieur fait partie dudit second profilé plein. Un exemple avantageux de profilé creux selon l'invention de ce premier mode de réalisation 15 est illustré par la figure 1. Le profilé creux selon l'invention de ce mode de réalisation est de plan général de symétrie (P) et présente une section ayant la forme générale d'un U ouvert vers la périphérie extérieure. Le profilé creux est formé par assemblage d'un premier profilé plein (1) illustré par la figure 3 et d'un second profilé plein (2) illustré par la figure 2. Le profilé possède deux ailes (3, 4) 20 latérales avantageusement symétriques par rapport au plan (P) reliées par deux ponts transversaux (5, 6) espacés l'un de l'autre: un pont inférieur (5) provenant du second profilé et un pont supérieur (6) provenant du premier profilé, les deux ponts (5, 6) étant de préférence légèrement courbes et formant avec des ailes latérales (3, 4) un caisson périphérique (7) destiné notamment à assurer la tenue mécanique et la rigidité du profilé creux ainsi formé. 25 L'épaisseur minimale B est typiquement inférieure à lmm, par exemple de l'ordre de 0,75 mm. Par ailleurs, avantageusement, l'extrémité de chacune des ailes (3, 4) comprend une saillie locale (8, 9) destinée en particulier à retenir un pneu quand ce profilé est utilisé en tant que jante de roue de vélo. 30 Avantageusement, au moins un desdits profilé plein est en alliage d'aluminium de la série 2xxx, 6xxx ou 7xxx. D'une manière préférée, au moins profilé plein est en alliage d'aluminium sélectionné dans le groupe constitué des alliages 6082, 6056, 6013, 7108, 7020,7022, 7075, 7349, 7449, 2017, 2014, 2196 et 2195. 5 Dans un mode de réalisation préféré lesdits premier profilé plein et second profilé plein sont en alliage d'aluminium de la série 2xxx, 6xxx ou 7xxx. et préférentiellement sont sélectionnés dans le groupe constitué des alliages 6082, 6056, 6013, 7108, 7020,7022, 7075, 7349, 7449, 2017, 2014, 2196 et 2195. Les alliages 7108, 7020,7022, 7075, 7349, 7449 présentent en particulier l'avantage d'une dureté élevée. Les alliages 2195 et 2196 qui contiennent du lithium présentent en particulier l'avantage d'une faible densité. L'alliage 6056 est préféré pour la réalisation des profilés pleins selon l'invention car il présente un bon compromis entre l'ensemble des propriétés recherchées : aptitude au filage, dureté et résistance à la corrosion. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention le premier profilé plein est en un premier alliage d'aluminium et le second profilé plein est en un second alliage d'aluminium différent du premier alliage. Avantageusement le premier alliage est sélectionné dans le groupe constitué des alliages 6082, 6056, 6013, 2017, 2014, 2196 et 2195 et le second alliage est sélectionné dans le groupe constitué des alliages 7108, 7020,7022, 7075, 7349, 7449. Les premier et second profilés peuvent être assemblés par tout moyen permettant d'atteindre les caractéristiques mécaniques recherchées pour l'application visée. Dans un mode de réalisation illustré par la figure 4, les profilés sont assemblés par coopération de formes (12, 13). Ce mode de réalisation par clipsage peut être consolidé par collage structural. Dans un mode de réalisation préféré illustré par la figure 1, le contact entre les profilés est typiquement réalisé sur des zones de forme plate (10, 11) et l'assemblage est effectué par soudage ou par collage. Ce mode de réalisation permet d'atteindre une résistance mécanique de l'assemblage supérieure à celle obtenue par simple clipsage. De façon avantageuse, le soudage quand il est choisi est effectué par soudage par friction malaxage, soudage laser ou soudage à l'arc. Avantageusement, les profilés creux selon le premier mode de réalisation sont utilisés pour la fabrication de jantes de roue pour cycle les profilés ayant été cintrés avant ou après assemblage. Dans ce mode de réalisation, le pont inférieur du profilé creux devient le pont intérieur de la jante et le pont supérieur du profilé creux devient le pont extérieur de la jante. Le premier profilé et le second profilé peuvent être cintrés après assemblage. Ce mode de réalisation présente l'avantage de permettre une substitution directe des profilés actuellement utilisés avec les procédés existants : le profilé creux selon l'invention pouvant être directement substitué aux profilés creux monoblocs selon l'art antérieur. Dans certains cas, cependant les présents inventeurs ont constaté que le cintrage du profilé assemblé pouvait fragiliser la zone d'assemblage. Une solution qui peut être avantageuse est de déplacer la zone 6 de soudure de telle sorte qu'elle se trouve plus prêt de la fibre neutre lors du cintrage, de façon à minimiser les sollicitations mécaniques sur ladite zone lors du cintrage. Dans un autre mode de réalisation permettant une seconde solution pour résoudre ce problème quand il se produit, le premier et le second profilé sont cintrés dans une première étape puis 5 assemblés dans une seconde étape. En particulier quand les profilés creux selon l'invention sont utilisés pour la fabrication de jantes de roue, il est avantageux d'utiliser un second profilé creux en alliage plus dur que celui du premier profilé creux et de préférence ayant une limite d'élasticité d'au moins 400 MPa et préférentiellement d'au moins 450 MPa.. En effet, le second profilé creux comprend 10 le pont intérieur de la jante qui doit être percé pour la fixation des rayons ; l'utilisation d'un alliage dur permet d'obtenir une fixation satisfaisante sans devoir percer également le pont extérieur. Ainsi, il n'est plus nécessaire de réaliser une étape de déformation à froid au voisinage du trou de manière à augmenter localement la dureté de l'aluminium comme dans l'art antérieur. Un alliage de la famille 7xxx tel que 7108, 7020,7022, 7075, 7349, 7449 peut 15 avantageusement être utilisé pour la réalisation du second profilé tandis qu'un alliage de la famille 2xxx ou 6xxx tel que 6082, 6056, 6013, 2017, 2014, 2196 et 2195 est avantageux pour la réalisation du premier profilé. Dans un tel cas, il est préférable de cintrer chaque profilé séparément et de les assembler ensuite. De façon connue, on assemble bout à bout les deux extrémités après cintrage de façon à 20 former une roue, typiquement par soudage. Une roue de vélo comportant un moyeu, une jante selon l'invention et des rayons tendus entre le moyeu et la jante, présente des caractéristiques améliorées en termes de légèreté et de résistance mécanique. 25 L'invention concerne également le procédé de fabrication des profilés selon l'invention dans lequel : (i) on approvisionne au moins un premier profilé plein (1) en alliage d'aluminium et au moins un second profilé plein (2) en alliage d'aluminium, lesdits premier et second profilés étant obtenus par filage et ayant chacun une limite d'élasticité d'au moins 350 MPa et de 30 préférence d'au moins 400 MPa ; (ii) on assemble lesdits profilés plein de manière à former un profilé creux. Avantageusement l'assemblage est réalisé par soudage. 7 Revendications1. Profilé creux formé par assemblage d'au moins un premier profilé plein (1) en alliage 5 d'aluminium avec au moins un second profilé plein (2) en alliage d'aluminium, lesdits premier et second profilés étant obtenus par filage et ayant chacun une limite d'élasticité d'au moins 350 MPa et de préférence d'au moins 400 MPa. 2. Profilé creux selon la revendication ldans lequel au moins un desdits profilés pleins a 10 localement une épaisseur inférieure à 2 mm et de préférence inférieure à 1 mm. 3. Profilé creux selon la revendication 1 ou la revendication 2 présentant en section transversale deux ailes latérales (3,4) formant les deux flancs latéraux dudit profilé, réunies à leur base par un pont inférieur (5) et dans leur partie médiane par un pont 15 supérieur (6) de façon à produire vers le sommet des ailes une gorge caractérisé en ce que ledit pont supérieur (6) fait partie dudit premier profilé plein et ledit pont inférieur (5) fait partie dudit second profilé plein. 4. Profilé creux selon une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'au 20 moins un desdits profilé plein est en alliage d'aluminium de la série 2xxx, 6xxx ou 7xxx. et préférentiellement est sélectionné dans le groupe constitué des alliages 6082, 6056, 6013, 7108, 7020,7022, 7075, 7349, 7449, 2017, 2014, 2196 et 2195. 5. Profilé creux selon une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que ledit 25 premier profilé plein est en un premier alliage d'aluminium et ledit second profilé plein est en un second alliage d'aluminium différent dudit premier alliage. 6. Profilé creux selon la revendication 5 caractérisé en ce que ledit premier alliage est sélectionné dans le groupe constitué des alliages 6082, 6056, 6013 , 2017, 2014, 2196 30 et 2195 et ledit second alliage est sélectionné dans le groupe constitué des alliages 7108, 7020,7022, 7075, 7349, 7449. 7. Profilé creux selon une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel l'assemblage est effectué par soudage ou par collage. 8. Profilé creux selon la revendication 7 dans lequel l'assemblage est effectué par soudage par friction malaxage, soudage laser ou soudage à l'arc. 9. Jante de roue pour cycle comprenant un profilé creux selon une quelconque des revendications 3 à 8, ledit profilé ayant été cintré avant ou après assemblage. 10. Jante de roue pour cycle selon la revendication 9 dans laquelle ledit second profilé creux présente une limite d'élasticité supérieure à celle du premier profilé creux. 11. Jante de roue selon la revendication 9 ou la revendication 10 dans laquelle un alliage de la famille 7xxx est utilisé pour la réalisation dudit second profilé. 12. Roue de vélo comportant un moyeu, une jante et des rayons tendus entre le moyeu et 15 la jante, caractérisé en ce que la roue comporte une jante selon une quelconque des revendications 9 à 11. 13. Procédé de fabrication d'un profilé creux selon une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel : 20 (i) on approvisionne au moins un premier profilé plein (1) en alliage d'aluminium et au moins un second profilé plein (2) en alliage d'aluminium, lesdits premier et second profilés étant obtenus par filage et ayant chacun une limite d'élasticité d'au moins 350 MPa et de préférence d'au moins 400 MPa ; 25 (ii) on assemble lesdits profilés plein de manière à former un profilé creux. 14. Procédé selon la revendication 13 dans lequel l'assemblage est effectué par soudage. 9