EP2836379A1 - Support de roue de véhicule et son procédé de fabrication - Google Patents

Support de roue de véhicule et son procédé de fabrication

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EP2836379A1
EP2836379A1 EP13720440.0A EP13720440A EP2836379A1 EP 2836379 A1 EP2836379 A1 EP 2836379A1 EP 13720440 A EP13720440 A EP 13720440A EP 2836379 A1 EP2836379 A1 EP 2836379A1
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EP
European Patent Office
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wheel
extrusion
pivot
section
point
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13720440.0A
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German (de)
English (en)
Inventor
Gilles Berthias
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PSA Automobiles SA
Original Assignee
Peugeot Citroen Automobiles SA
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Publication date
Application filed by Peugeot Citroen Automobiles SA filed Critical Peugeot Citroen Automobiles SA
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G7/00—Pivoted suspension arms; Accessories thereof
    • B60G7/008—Attaching arms to unsprung part of vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
    • B21C23/02—Making uncoated products
    • B21C23/04—Making uncoated products by direct extrusion
    • B21C23/14—Making other products
    • B21C23/142—Making profiles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P13/00—Making metal objects by operations essentially involving machining but not covered by a single other subclass
    • B23P13/04—Making metal objects by operations essentially involving machining but not covered by a single other subclass involving slicing of profiled material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2206/00—Indexing codes related to the manufacturing of suspensions: constructional features, the materials used, procedures or tools
    • B60G2206/01—Constructional features of suspension elements, e.g. arms, dampers, springs
    • B60G2206/50—Constructional features of wheel supports or knuckles, e.g. steering knuckles, spindle attachments
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2206/00—Indexing codes related to the manufacturing of suspensions: constructional features, the materials used, procedures or tools
    • B60G2206/01—Constructional features of suspension elements, e.g. arms, dampers, springs
    • B60G2206/80—Manufacturing procedures
    • B60G2206/81—Shaping
    • B60G2206/8105—Shaping by extrusion

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a complex mechanical multi-link piece, for example a method of manufacturing a vehicle wheel pivot, in particular a motor vehicle. It also relates to a vehicle wheel pivot obtained by such a method and a vehicle, in particular a motor vehicle, equipped with at least one such wheel pivot.
  • the document GB 2 299 556 describes a method of producing a wheel pivot by an extrusion operation of aluminum or aluminum alloy and by a plane cutting operation, these operations being followed by different drilling phases of transverse holes for the braking device, coaxial and orthogonal holes for fixing the suspension.
  • the object of the present invention is to provide an improved method of manufacturing a multi-mechanical link part, for example a vehicle wheel pivot, which is of simple design and construction, which is suitable for manufacture in large series, with high rates.
  • Another object of the present invention is to provide such an improved method, which makes it possible to improve the mechanical characteristics of the material used, and consequently makes it possible to substantially reduce the volume of material necessary to perform the pivot function.
  • the present invention relates to a method of manufacturing a multi-mechanical link piece, for example a vehicle wheel pivot for example, said piece of complex shape ensuring the connection with a plurality of other parts, and this method, new, comprises the following steps, taken in combination:
  • each link being represented by a link functional point
  • the different link functional points are placed relative to one another in the same plane reference
  • the pattern of a section is then determined of a profile that can be obtained by extrusion, said extrudable envelope section enveloping all the cavities and separating said cavities relative to one another,
  • an optimum extrusion direction is determined, and the extrusion is carried out according to said optimum extrusion direction of an extrusion material to form a profile having a section identical to said extrudable envelope section, and
  • machining and cutting are then performed on the "raw" extrusion and cutting parts to obtain more finite parts, cut and lightened.
  • the multiple mechanical link piece is a motor vehicle wheel pivot
  • the optimum extrusion direction is the direction of the axis of rotation of the wheel bearing corresponding to said wheel pivot.
  • the different functional points of connection may be the following: pivot / triangle connection point, pivot / steering linkage connection point, pivot / damper connection point, shock absorber attachment point on the vehicle body, reference point of the rocket axis in the wheel support plane, d-point application of the braking force and fixing point of the speed sensor of the wheel.
  • the extrusion material is a metallic material, preferably aluminum or an aluminum alloy.
  • the extrusion material may be a composite material.
  • machining and finishing cuts mentioned above can be carried out according to one of the following methods: sawing, laser cutting, cutting with water under pressure.
  • the finishing machining includes rotary tool machining of the pivot wheel bearing housing.
  • the present invention also relates to a vehicle wheel pivot, in particular a wheel pin on the front axle of a motor vehicle, which is obtained by a method according to that described above in outline.
  • the present invention finally relates to a vehicle, in particular a motor vehicle, which comprises at least one such wheel pivot on its front axle.
  • FIG. 1 is a perspective view of a motor vehicle wheel pin, on which there is shown schematically, various mechanical connection points of the pivot,
  • FIG. 2 is a front view of the extrudable envelope section of the wheel pivot of FIG. 1, which section is determined according to the method of the present invention
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of a section section identical to the extrudable envelope section of FIG. 2, which profile is obtained by an extrusion operation in accordance with the method of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic perspective view of the section of FIG. 3 sectioned to obtain the unit wheel pivots, according to the method of the present invention
  • FIGS. 5 and 6 are schematic perspective views showing the front face of a wheel pivot of FIG. 4, on which various machining and finishing cuts have been made, in particular the cutting of the fastening of the brake caliper, and
  • FIG. 7 is a schematic perspective view showing the rear face of the wheel pin of Figure 6, on which other machining and finishing cuts have been made.
  • FIG. 1 there is shown an example of a piece of complex shape with multiple mechanical connections, namely a wheel pinion front wheel of a motor vehicle.
  • This wheel pivot on front axle provides, in a conventional manner, the connection with different elements and mechanical parts of the vehicle.
  • it provides the connection between the wheel bearing, the triangle, the carrier element, the steering rack, the brake caliper, the beams and the wheel speed sensors of the ABS system (meaning “Anti Blocking System” ) or ESP (meaning “Electronic Stability Program”).
  • the characteristic connection points illustrated in FIG. 1 are the following:
  • various functional points of connection are placed, for example the functional points of connection D, M, AO, 0, F, with respect to each other in the same plane reference, and for each link functional point mentioned, at least one cavity is defined adapted to the passage of the means of the connection.
  • the design of the extrudable envelope section S E mentioned above which is the section of a profile that will be obtained by extrusion, is then determined.
  • Extrusion of a profile P E of identical section to the extrudable envelope section S E is then carried out , which profile is shown, schematically, in the drawing of FIG. 3.
  • the extrusion is carried out in a given direction, already mentioned under the expression "optimal extrusion direction" D E , which is the direction of the axis of rotation of the wheel bearing corresponding to the wheel pivot.
  • the P E profile is preferably made of aluminum or aluminum alloy. Alternatively, it can be made of composite material.
  • the profile P E of section S E is cut transversely to the direction D E and at regular intervals along its length to obtain the wheel pivots collectively referenced 10.
  • the extrusion method makes it possible to obtain higher coin output rates than the conventional foundry processes, because once the section of the profile has been determined, the latter is produced "at the kilometer" and cut at a high rate at the adequate length,
  • machining and finishing cuttings are not essential, which makes it possible, when they are not made on the "raw" extrusion parts, after cutting, to have a very economical version of the process.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)
  • Extrusion Of Metal (AREA)
  • Braking Arrangements (AREA)

Abstract

Le procédé comporte les étapes suivantes, prises en combinaison : - chaque liaison étant représentée par un point fonctionnel de liaison, on place les différents points fonctionnels de liaison (D, M, AO, 0, F) les uns par rapport aux autres dans un même repère plan, - pour chaque point fonctionnel de liaison (D, M, AO, 0, F), on définit au moins une cavité adaptée au passage des moyens de la liaison, on détermine alors le dessin d'une section, dite « section enveloppe extrudable », d'un profilé pouvant être obtenu par extrusion, ladite section enveloppe extrudable enveloppant l'ensemble des cavités et séparant lesdites cavités les unes par rapport aux autres, - on détermine une direction optimale d'extrusion, et on réalise l'extrusion, selon ladite direction optimale d'extrusion, d'une matière d'extrusion pour former un profilé présentant une section identique à ladite section enveloppe extrudable, et - on tronçonne ensuite le profilé pour obtenir les pièces à liaisons mécaniques multiples. Véhicules automobiles. Pivots de roue des véhicules automobiles. Fabrication des pivots de roue des véhicules automobiles.

Description

SUPPORT DE ROUE DE VÉHICULE ET SON PROCÉDÉ DE FABRICATION
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce à liaisons mécaniques multiples, de forme complexe, par exemple un procédé de fabrication d'un pivot de roue de véhicule, en particulier de véhicule automobile. Elle concerne également un pivot de roue de véhicule obtenu par un tel procédé et un véhicule, en particulier un véhicule automobile, équipé d'au moins un tel pivot de roue.
De façon classique, la plupart des véhicules actuels sont équipés de pivots de roue réalisés en fonte ou bien en aluminium par un procédé de fonderie.
On a déjà cherché à réduire la masse des pivots de roue des véhicules automobiles et, par conséquent, à diminuer le coût de revient de ces pivots de roue.
A titre d'exemple, le document GB 2 299 556 décrit un procédé de réalisation d'un pivot de roue par une opération d'extrusion d'aluminium ou d'alliage d'aluminium et par un opération de découpe plane, ces opérations étant suivies par différentes phases de perçage de trous transversaux pour le dispositif de freinage, de trous coaxiaux et orthogonaux pour la fixation de la suspension.
Le but de la présente invention est de fournir un procédé perfectionné de fabrication d'une pièce à liaisons mécaniques multiples, par exemple d'un pivot de roue de véhicule, qui soit de conception et de réalisation simples, qui soit adapté à une fabrication en grande série, avec des cadences élevées.
Un autre but de la présente invention est de fournir un tel procédé perfectionné, qui permette d'améliorer les caractéristiques mécaniques du matériau employé, par conséquent permette de réduire substantiellement le volume de matière nécessaire pour assurer la fonction de pivot. Pour parvenir à ces buts, la présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'une pièce à liaisons mécaniques multiples, par exemple d'un pivot de roue de véhicule par exemple, ladite pièce de forme complexe assurant la liaison avec une pluralité d'autres pièces, et ce procédé, nouveau, comporte les étapes suivantes, prises en combinaison :
- chaque liaison étant représentée par un point fonctionnel de liaison, on place les différents points fonctionnels de liaison les uns par rapport aux autres dans un même repère plan,
- pour chaque point fonctionnel de liaison, on définit une cavité adaptée au passage des moyens de la liaison,
on détermine alors le dessin d'une section, dite « section enveloppe extrudable », d'un profilé pouvant être obtenu par extrusion, ladite section enveloppe extrudable enveloppant l'ensemble des cavités et séparant lesdites cavités les unes par rapport aux autres,
- on détermine une direction optimale d'extrusion, et - on réalise 1 'extrusion selon ladite direction optimale d'extrusion d'une matière d'extrusion pour former un profilé présentant une section identique à ladite section enveloppe extrudable, et
- on tronçonne ensuite le profilé pour obtenir les pièces à liaisons mécaniques multiples.
Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, des usinages et découpes sont réalisés ensuite sur les pièces « brutes » d'extrusion et de tronçonnage pour obtenir des pièces plus finies, détourées et allégées.
Selon une application particulière de l'invention, la pièce à liaisons mécaniques multiples est un pivot de roue de véhicule automobile, et la direction optimale d'extrusion est la direction de l'axe de rotation du roulement de roue correspondant audit pivot de roue.
Dans ce cas particulier d'application de l'invention également, les différents points fonctionnels de liaison peuvent être les suivants : point de liaison pivot /triangle, point de liaison pivot/bielle de direction, point de liaison pivot /amortisseur , point de fixation de l'amortisseur sur la caisse du véhicule, point de référence de l'axe de fusée dans le plan d'appui de la roue, point d'application de l'effort de freinage et point de fixation du capteur de vitesse de la roue.
Toujours dans le cas d'un pivot de roue de véhicule automobile, la matière d'extrusion est une matière métallique, de préférence l'aluminium ou un alliage d'aluminium. En variante, la matière d'extrusion peut être un matériau composite.
Les usinages et découpes de finition mentionnés précédemment peuvent être réalisés selon l'un des procédés suivants : sciage, découpe au laser, découpe à l'eau sous pression. Dans le cas où la pièce à liaisons multiples est un pivot de roue de véhicule automobile, les usinages de finition comprennent un usinage par outil tournant du logement de roulement de roue du pivot .
La présente invention a également pour objet un pivot de roue de véhicule, en particulier un pivot de roue sur train avant de véhicule automobile, qui est obtenu par un procédé conforme à celui décrit ci-dessus dans ses grandes lignes .
La présente invention a enfin pour objet un véhicule, en particulier un véhicule automobile, qui comporte au moins un tel pivot de roue sur son train avant.
D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description qui suit d'un exemple de réalisation, non limitatif de l'objet et de la portée de la présente demande de brevet, accompagnée de dessins dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en perspective d'un pivot de roue de véhicule automobile, sur lequel on a représenté, de manière très schématique, différents points de liaison mécaniques du pivot,
la figure 2 est une vue frontale de la section enveloppe extrudable du pivot de roue de la figure 1, laquelle section est déterminée selon le procédé de la présente invention,
- la figure 3 est une vue en perspective, schématique, d'un profilé de section identique à la section enveloppe extrudable de la figure 2, lequel profilé est obtenu par une opération d'extrusion conformément au procédé de la présente invention,
- la figure 4 est une vue en perspective, schématique, du profilé de la figure 3 tronçonné pour obtenir les pivots de roue unitaires, selon le procédé de la présente invention,
- les figures 5 et 6 sont des vues en perspective, schématiques, représentant la face avant d'un pivot de roue de la figure 4, sur lequel différents usinages et découpes de finition ont été réalisés, notamment la découpe de la fixation de l'étrier de frein, et
- la figure 7 est une vue en perspective, schématique, représentant la face arrière du pivot de roue de la figure 6, sur lequel d'autres usinages et découpes de finition ont été réalisés.
En référence au dessin de la figure 1, on a représenté un exemple de pièce, de forme complexe, à liaisons mécaniques multiples, à savoir un pivot de roue de train avant de véhicule automobile.
Ce pivot de roue sur train avant assure, de façon classique, la liaison avec différents éléments et organes mécaniques du véhicule. Ainsi, il assure la liaison entre le roulement de roue, le triangle, l'élément porteur, la crémaillère de direction, l'étrier de frein, les faisceaux et les capteurs de vitesse de roue du système ABS (signifiant « Anti Blocking System ») ou ESP (signifiant « Electronic Stability Programme ») .
Les points de liaison caractéristiques illustrés sur la figure 1 sont les suivants :
- en D : Point de liaison pivot /triangle .
- en M : Point de liaison pivot/bielle de direction.
- en K : Point de liaison pivot /amortisseur . - en C : Point de fixation de l'amortisseur sur la caisse du véhicule.
- en AO : Point de référence de l'axe de fusée dans le plan d'appui de la roue.
- en 0 : Point d'application de l'effort de freinage.
- en F : Point de fixation du capteur de vitesse de la roue .
Selon le principe de la présente invention et comme représenté sur le dessin de la figure 2, on place différents points fonctionnels de liaison, par exemple les points fonctionnels de liaison D, M, AO, 0, F, les uns par rapport aux autres dans un même repère plan, et pour chaque point fonctionnel de liaison mentionné, on définit au moins une cavité adaptée au passage des moyens de la liaison. De cette façon, on détermine alors le dessin de la section enveloppe extrudable SE mentionnée précédemment, qui est la section d'un profilé qui sera obtenu par extrusion.
On réalise ensuite l'extrusion d'un profilé PE de section identique à la section enveloppe extrudable SE, lequel profilé est représenté, de manière schématique, sur le dessin de la figure 3. L'extrusion est réalisée selon une direction donnée, déjà mentionnée sous l'expression de « direction optimale d'extrusion » DE, qui est la direction de l'axe de rotation du roulement de roue correspondant au pivot de roue.
Le profilé PE est réalisé, de préférence, en aluminium ou en alliage d'aluminium. En variante, il peut être réalisé en matériau composite.
Selon l'étape suivante du procédé, représentée schématiquement sur le dessin de la figure 4, le profilé PE de section SE est tronçonné transversalement à la direction DE et à intervalles réguliers sur toute sa longueur pour obtenir les pivots de roue référencés collectivement 10.
En référence aux dessins des figures 5 à 7, on réalise ensuite divers usinages et découpes sur les pivots de roue 10, bruts d'extrusion et de tronçonnage, pour obtenir des pivots de roue plus finis, détourés et allégés. Il va de soi que, dans une stratégie orientée exclusivement vers une baisse de coût, ces usinages et découpes peuvent ne pas être réalisés. A l'inverse, ils seront réalisés si l'on est dans une stratégie orientée vers la baisse de poids des pivots de roue .
Ces usinages et découpes de finition, qui permettent de détourer et alléger les pivots bruts d'extrusion et de tronçonnage, comprennent sur la face avant du pivot 10 :
- la découpe complexe (à deux plans) de la surface référencée 11,
- la découpe simple (un seul plan) de la surface 12, l'usinage de finition des surfaces 13 et 14 de fixation d'étrier de frein.
Enfin, d'autres usinages et découpes de finition sont réalisées sur la face arrière du pivot 10. Ainsi :
- la découpe complexe de la face arrière 15, 19,
- La découpe de la surface 16 autour du levier de direction,
- la réalisation, par outil tournant, du logement de roulement de roue 17, et
- le perçage des trous 20.
Le procédé de fabrication décrit ci-dessus, dans un exemple d'application, présente de nombreux avantages, parmi lesquels les avantage suivants :
- le procédé par extrusion permet l'obtention de cadences de sortie de pièces plus élevées que les procédés classiques par fonderie, parce qu'une fois la section du profilé déterminée, ce dernier est produit « au kilomètre » et tronçonné à forte cadence à la longueur adéquate,
- les usinages et découpes de finition ne sont pas indispensables, ce qui permet, lorsqu'ils ne sont pas réalisés sur les pièces « brutes » d'extrusion, après tronçonnage, de disposer d'une version très économique du procédé .

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'une pièce à liaisons mécaniques multiples, d'un pivot de roue de véhicule par exemple, ladite pièce assurant la liaison avec une pluralité d'autres pièces, caractérisé par les étapes suivantes, prises en combinaison :
- chaque liaison étant représentée par un point fonctionnel de liaison, on place les différents points fonctionnels de liaison (D, M, AO, 0, F) les uns par rapport aux autres dans un même repère plan,
- pour chaque point fonctionnel de liaison (D, M, AO, 0, F) , on définit au moins une cavité adaptée au passage des moyens de la liaison,
- on détermine alors le dessin d'une section, dite « section enveloppe extrudable » (SE), d'un profilé pouvant être obtenu par extrusion, ladite section enveloppe extrudable (SE) enveloppant l'ensemble des cavités et séparant lesdites cavités les unes par rapport aux autres,
- on détermine une direction optimale d'extrusion (DE) , et
on réalise l'extrusion, selon ladite direction optimale d'extrusion (DE) , d'une matière d'extrusion pour former un profilé (PE) présentant une section identique à ladite section enveloppe extrudable (SE), et
- on tronçonne ensuite le profilé (PE) pour obtenir les pièces (10) à liaisons mécaniques multiples.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que des usinages et découpes de finition sont réalisés ensuite sur les pièces (10) tronçonnées pour obtenir des pièces détourées et allégées.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la pièce de forme complexe est un pivot de roue de véhicule automobile, et la direction optimale d'extrusion (DE) est la direction de l'axe de rotation du roulement de roue correspondant audit pivot de roue .
4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les différents points fonctionnels de liaison sont choisis parmi les points fonctionnels suivants : point de liaison pivot /triangle (D) , point de liaison pivot/bielle de direction (M), point de liaison pivot /amortisseur (K) , point de fixation de l'amortisseur sur la caisse du véhicule (C) , point de référence de l'axe de fusée dans le plan d'appui de la roue (AO), point d'application de l'effort de freinage (0) et point de fixation du capteur de vitesse de la roue (F) .
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la matière d'extrusion est une matière métallique, de préférence l'aluminium ou un alliage d'aluminium.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la matière d'extrusion est un matériau composite.
7. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits usinages et découpes de finition peuvent être réalisés selon l'un des procédés suivants : sciage, découpe au laser, découpe à l'eau sous pression.
8. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce lesdits usinages et découpes de finition comprennent un usinage de finition par outil tournant du logement de roulement (17) de roue du pivot de roue.
9. Pivot de roue de véhicule, en particulier de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il est un pivot de roue sur train avant du véhicule et en ce que ledit pivot de roue sur train avant est obtenu par un procédé conforme à l'une quelconque des revendications 3 à 8.
10. Véhicule, en particulier véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un pivot de roue conforme à la revendication précédente.
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