CA1051645A - Procede de fabrication de roues monoblocs par matricage - Google Patents

Abstract

Procédé de fabrication de roues monoblocs pour véhicules. A partir d'une ébauche ayant la forme d'un disque cylindrique, on procède à une succession d'opérations de matriçage et d'évasement à la presse, pour arriver à la forme définitive qui ne nécessite plus que quelaues finitions par usinage mécanique. Ces roues, que l'on peut, en particulier, réaliser en alliages légers à base d'aluminium conviennent particulièrement pour des véhicules gros porteurs équipés de pneumatiques sans chambre à air.

Description

~ a présente invention concerne un procédé de fabri-cation de roues monoblocs pour véhicules et plus particulière-ment pour véhicules gros porteurs, destinées à être équipées de pneumatiques avec - ou, de préférence - sans ch~nbre à air.

Fondamentalement, une roue pour enveloppe de pneuma-tique comporte un disque et une jante. ~e disque fait corps avec la jante et sert d'organe de fixation au moyen du véhicule.
Il a habituellement la forme d'une cuvette dont la face concave est tournée vers le moyeu, c'est-à~dire axialement (par rapport à l'axe de rotation) vers l'intérieur du véhicule afin de ménager ; un logement pour les organes de freinage. ~e disque comporte plusieurs trous pour le pas~age de~ goujons de fi~ation de la roue au moyeu, et un alésage central.
~ a jante peut-8tre ~ base plate ou creuse. ~a roue à base creuse est une roue monobloc, qui ne comporte aucun . . .
élement amovible, et qui c~nvient particulièrement bien pour recevoir des pneumatiques sans chambre à air, car il est facile de la rendre étanche à l'air 90US pression. Chaque paroi de la gorge est prolongée par une portion conique (l'angle de conicité étant généralement de 15 par rapport à l'axe de la roue) appelée siège, et destinée à recevoir l'un des bourrele-ts du pneumatique. Un court rebord, en forme de crochet, ~orme la portion terminale de chacun des sièges. On appelle généra- `
lement petite aile de la jante, la partie qui est tournée axiale- - -ment vers l'extérieur du véhicule, et grands aile, la partie qui est tour~ée axialement vers l'intérleur du véhicule, la différence de dimension provenant de la position dissyJnétrique de la zone de raccordement entre le disque et la jante.
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~es roues pour véhicules gros porteurs sont habituelle-ment fabriquées en -tôle d'acier emboutie et soudée. Ce mode de fabrication convient bien à la production en série et il est relativement peu onéreux. Mais, en contrepartie, l'assenlblage par soudure se prête mal à l'équilibrage et au centrage rigou-reux de la roue, et surtout à lme construction étaIlche indispen-sable pour le montage de pneumatiques sans chambre a air; il cons-titue également un point faible qui limite la durée de vie utile.
De no~breuses tentatives ont été faites pour produire des roues monoblocs et en particulier, en alliages légers à base d'alurni-nium. Un ensemble routier possède fréquemment de 12 à 16 roues plus ~e ou deux roues de ~ecours dont le poids total peut atteindre, en ce qui concerne les roues seules, de 700 à 900 kg. L'utili-sation de roues monoblocs en alliages à haute résista~ce, et, à
fortiori, en alliages légers, permettrait un allègement sensible, faciliterait l'équilibrage et le centrag~, et assurerait l'étan-chéité indispensable pour l'utilisation de pneuma-tiques sans oharnbre à air.
De nombreuses tentatives ont été faites pour produire des roues en alliages légers ou des roues mixtes acier-alliage léger, soit par coulée, ~oit par usinage, matriçage et/ou fluotournage. Des procédés ont été décrits en particulier, da~S
les brevets américains 2 075 294 (Kelsey-Hayes) 2 170 617 ~Hamill), dans les brevets anglais ~07 801 (Dunlop) 971 258 et 259 (Reynolds), dans les brevets ou demandes de brevets allemands 1 297 570 (Otto ;; Fuchs) 1 908 465 (Otto ~uchs), dans les breve-ts français 1 186 248 (Kronprinz) 1 491 89~; (Otto Fuchs) 1 570 620 (l;'aluminium Français).
Mais aucun ~'a permis, jusqu'à présent, de produire des roues monoblocs dans des conditions techniques et/ou écono~iques satis-faisantes, soit gu'ils ne se prêtent pas à une fabrication en grande serie à prix de revient attractif, soit que les roues obtenues ne présentent pas les caractéristiques exigées par les ~ utilisateurs: résistance mécanique, résistance au~ chocs, résis-tance à la corrosion en particulier dans les régions où l'on utilise des sels pour accélérer la fusion de la neige, facilité

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d~entretien (nonternissement, maintien durable de l'aspect neuf), facilité d'équilibrage et de centrage, étanchéite pour l'emploi de pneumatiques sans chambre à air, précision des côtes dimensionnelles permettant le montage en toute securité, de pneumatiques de tous types sans risque de déjantage.
~ a présente invention concerne un procédé de fabrica-tion de roues monoblocs pour véhicules gros porteurs se pretant particulièrement bien à la production en grandes séries et fournissant des roues répondant au~ exigences des utilisateurs telles qu'on vient de les énumérer ci-dessus.
Le procédé est caractérisé par une succession d'opéra-tions de matriçage, effectuées à partir d'une ébauche ayant sensiblement la forme d'un disque cylindrique, et suivies d'un usinage final.
~ a roue ainsi obtenue ne nécessite plus que quelques opérations de finition, oonnues en elles-mêmes.
~ es opérations de matriçage, peuvent être en nombre variable selon le métal ou l'alliage métallique utilisé. Dans le cas particulier où l'on part d'un alliag~ léger à base d'alumi-nium, elles sont préférentiellement au nornbre de trois que l'ondésignera, dans ce qui suit, par Ml ; M2 ; M3.
; - le premier matriçage M1 fait apparaitre un disque de roue et sur son pourtour un bourrelet épaissi orienté dans une -:
direction sensiblement parallèle à l'axe de la roue et du côté
l intérieur de la roue, - le deuxième matriçage M2 provoque ltallongement du bourrelet dans la meme direction que M1 et ébauche la forrne d'une petite aile de la jante.
- le troisième matriçage M3 amène la petite aile sous une forme très proche de sa forme définitive et allonge à nouveau le bourrelet dans la même direction que M1 et M2 de façon à lui donner une longueur sensiblernent égale à la longueur définitive de la ~ 5~
grande aile de la jante.
Puis on peut procéder à un évasement à la presse du bourrelet allongé qui lui donneuu~ forme dans laquelle on pourra usiner la grande aile.
On peut terminer par un usinage qui intéresse toute la - partie externe de la jante - celle qui supporte le pneumatique et éventuellement la chambre à air - (crochets, rebords, gorge) ainsi que la partie inter~e de la grande aile - celle qui est tournée vers l'axe de la roue.
Dans certains cas, on a constaté qu'il pouvait, lors du matriçage M3, se produire un certain refoulement du métal excé-dentaire en provenance du disque central7 en direction de la zone de ;jonction entre le disque et la partie recourbée qui ; soutient les ailes de la Jante; on a découvert - et c'est égale-ment un objet de l'invention, - qu'il était possible de supprimer cet inconvénient en laissant au métal excédentaire la possibilité
de refluer vers la partie centrale du disque, dans la direction opposée à la zone de jonction entre le disque et les ailes de la jante; il sera ensuite éliminé lors des opérations de finition par usinage mécanique.
Pour cela, on peut :
- soit procéder sitôt après le matriçage M2 au débouchage de l'alésage central - soit prévoir dans la matrice utilisée pour le ~atri-çage M3 au moins un évidement permettant de loger le ~étal er. excès.
Dans l'un et l'autre cas, le métal excédentaire sera éliminé lors de l'usinage mécanique final.
La finition comporte une série d'opérations, connues en elles-mêmes, et qui ne sont pas particulières au procédé qui vient d'atre décrit. Ce sont essentiellement :
- le débouchage de l'alésage central lorsqu'il n'a pa~
été effectué après M2.

:, . . . .. . .

~C~5~
- le dressage des deux faces du disque - le perçage des trous de fixation de la roue sur l'essieu du véhicule Perçage de l'orifice de passage de la valve et de l'orifice d'accès à la valve de la roue jumelée.
En outre, des traitements ther~iques, connus en eux-mêmes, peuvent être effectués soit à des stades intermédiaires soit au stade final, en vue de conférer au métal ses propriétes optimales (propriétés mécaniques, résistance à la corrosio~).
~es ~igures 1 à 7 et l'exemple de réalisation qui suivent permettront de mieux comprendre la mise en oeuvre de l'invention.
I.es fi~ures 1 à 5 montrent les phases successives de matriçage.
~ a Pigure 3 montre la varian-te d'exécution dans laquelle l'alésage central est débouché sitot après le matriçage M2 et a~ant le matriçage M3.
La figure 4 mont~e la variante d'exécution dans la-quelle le matriçage M3 eæt effectué avec une matrice comportant ; 20 deux évidement3.
~ a figure 5 montre la forme obtenue après le matriçage M3 dans le cas d'une matrice ~an~ évide~ent.
~ a figure 6 montre la phase d'évasement à la pre~se.
~ a figure 7 montre la localisation de l'usinage ~inal et des finitions.
Sur la figure 1, la llgne pointillée abc schématise l'ébauche en forme de disque cylindrique. ~e matriçage M1 fait appara~tre le disque de roue et sur son pourtour~ un bourrelet 1 orienté en direction de l'intérieur de la roue, et dont l'axe principal A~ est sensiblement perpendiculaire au plan du dis~ue CD, et par conséquent parallèle à l'axe xy de la roue. ~e ., . :'.:

la,~s~
matriçage est effectué à chaud. Une température de l'ordre de 475 C convient pour des alliages d'aluminium ae la famille des Aluminium-Sillcium-Magnésium~ tel que le 6061 dont la composition moyenne est : base aluminium ; silicium : 0,60 ~ ; magnésium :
1 %,: cuivre : 0,30 % ; c~rome : 0,25 ~0 ; Fer ~ 0,50 % ; zinc ~0,50 nickel ~ ,05 ~. ~'outillage de matriçage est à enriron 400 C.
Sur la figure 2, on voit que le matriçage M2 a allongé
le bourrelet 1 qui a pris la forme 2, tandis qu'apparaît l'ébau-che 4 de la petite aile de la ~ante.
~ors du matriçage M3 on court le risque dans certains cas de voir une partie du métal du disque 5 refluer vers la zone 3 où il peut créer de~ plis. Si l'on procède au débouchage de l~alésage central 6 sitat après M2 et avant M3, le m~tal excéden-taire pourra se déplacer en direction du rebord intérieur 7 de l'alésage, d'où il sera éliminé lors de l'usinage final.
Dans une autre variante d'exécution, on peut ne pas procéder au débouchage du disque central et prévoir dans la ma-trice M3 au moins un évidement 8 dans lequel vient se loger l'excès de métal qui sera également éliminé lors de l'usinage final.
he matriçage M3, qu'il 90it effectué avec une matrice à évidement (~ig. 4) ou une matrice sans évidement (fig. 5) provoque un nouvel allonge~ent de la partie 2 jusqu'à une longueur sensiblement égale à celle que devra avoir la grande aile, et a amené la petite aile 9 à une forme proche de sa forme définitive.
- La figure 6 montre la phase d'évasement à la presse qui a donné à la partie allongée 2 la forme 10 dans laquelle on va pouvoir, à la phase suivante, usiner la grande aile.
~a figure 7 montre, en traits épaissis, la localisation de l'usinage final de la grande aile 11 et de la petite aile 12 ainsi que les diverses opérations de finition, qui comportent :
- le débouchage de l'alésage central 6, lorsqu'il n'a pas été effectué après M2 ":

.. . .. . . .

~ 5 - le per~age de 17 orifice 13 de passage de la valve - le perçage de l'orifice 14 d'accès à la valve de roue jumelée - les passa.ges 15 deq goujons de fixation de la roue sur l'essieu du véhic~le - le dressage des deux faces 16 et 17 du disque, et du rebord intérieur 7 de l'alésage central - - le bossage 18 peut également être formé pendant cet .:: usinage.
Il est désigné gé~éralement par les spécialistes par le terme anglais "hump" et a pour but d'éviter un déjantage brutal lorsque le véhicle roule avec un pneumatique sous-~onflé ou dégonflé à la suite d'une crevaison, ou dans des conditions dé~avorables.
Exemple Un di~que plan en alliage A-SG/6061 (dont la composition est : base aluminium ; Si : 0,60 ~ ; Mg : 1 9 0 % ; Fe ~ ,50 Zn ~Q,25 % ; Cu : 0,30 ~ ; Cr : 0,25 ~ ; ~i c~Q~50 ~ de 300 mm de :~
diamètre et de 260 mm d'épaisseur, a été transformé selon la succession des opérations correspondant à la première variante, , `: soit :
- matriçage M1, sous preqse de capacité maximale de 209000 tonnes, selon figure 1, à environ 475 C
- ma.triçage M2, dans les même~ conditions, selon ~igure 2 - matriçage M39 dans les mêmes conditions, selon f-.gure 5 - évasement à la presse, selon figure 6.
~ L'usinage final a été conforme à celui de la figure 7.
.! ~a roue obtenue, aux dimensions de 22,5 - 7,5 (exprimées en ~ pouces de 25,4 mm comme il est d'usage pour ce type de matériel, .~ 30 soit : 57 - 19 cm), était prévue pour le montage de pneumatiques de dimension normalisée 11 - 225. Son poids était de 23 kg soit sensiblement la moitié du poids d'une roue en acier du type '. ' ' ' ,', classique (emboutie et soudée).
~ e gain de poids total sur un ensembl~ routier équipé
de ce type de roues peut ainsi atteindre 300 à 400 kg. ~a conduc-tivité thermique élevée de l'aluminium et de ses alliages facilite considérablement l'évacuation et de dissipation des calories - provenant du système de freinage ce qui évite des surchau~fes locales qui seraient -très préjudiciables à la durée de vie des pneumatiques et des chambres à air. Accessoirement9 l'allègement des roues améliore quelque peu le confort duvéhicule du fait du moindre poids non suspendu et xend le freinage plus e~icace par la diminution de l'énergie cinétique des mas~es en rotation qui est dissipée en chaleur lors du freinage.
Bien entendu, la mise en oeuvre de l'inventio~ n'est pas limitée à l'alliage 6061 pris oomme exemple Tou~ les alliages metalliques susoeptibles d'etre mis en forme par matriçage, pré-sentant les caraotéristiques mécaniques suffisantes pour cons-tituer des roues deVéhiCUleS gros porteurs, entrent dans le cadre de l'invention.

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Claims (4)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1°) Procédé de fabrication de roues métalliques monoblocs pour véhicules et plus particulièrement pour véhicules gros porteurs, destinés à être équipés de pneumatiques et plus particulièrement des pneumatiques sans chambre à air, comportant un stade de mise en forme à partir d'une ébauche en forme de disque cylindrique et un stade de finition par usinage mécanique, caractérisé en ce que la mise en forme est effectuée par une combinaison d'opérations de matriçage et d'évasement à la presse, comportant les stades suivants :
- un premier matriçage M1 qui fait apparaître un disque de roue et sur son pourtour un bourrelet épaissi orienté dans une direction sensiblement parallèle à l'axe de la roue et du côté intérieur de la roue, - un deuxième matriçage M2 qui provoque l'allon-gement du bourrelet dans la même direction que M1 et ébauche la forme d'une petite aile de la jante, - un troisième matriçage M3 qui amène la petite aile sous une forme très proche de sa forme définitive et allonge à nouveau le bourrelet dans la même direction que M1 et M2 de façon à lui donner une longueur sensiblement égale à la longueur défini-tive de la grande aile de la jante, - un évasement à la presse du bourrelet allongé
qui lui donne une forme dans laquelle on pourra usiner la grande aile.

2°) Procédé de fabrication de roues métalliques mono-blocs selon revendication 1, caractérisé en ce que l'on procède au débouchage d'un alésage central dudit disque sitôt après le matriçage M2 et avant le matriçage M3.

3. Procédé de fabrication de roues métalliques monoblocs selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on procède au troisième matriçage M3 avec une matrice ayant au moins un évidement dans lequel vient se loger l'excès éventuel de métal en provenance dudit disque.

4. Procédé de fabrication de roues métalliques mono-blocs selon les revendications 1, 2 ou 3 caractérisé en ce que, lors de la finition par usinage mécanique, on forme le bossage appelé "hump".