FR2744657A1 - Procede de realisation d'une roue pour vehicule terrestre a moteur - Google Patents

Procede de realisation d'une roue pour vehicule terrestre a moteur Download PDF

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Abstract

Procédé de réalisation d'une roue pour véhicule à moteur comportant un voile de roue et une jante sensiblement cylindrique, le voile de roue étant constitué, d'une partie centrale sensiblement plane comportant une portée qui sert à centrer et à fixer la roue sur un moyeu de l'essieu, une montée intérieure sensiblement conique, une autre partie conique inversée définissant, avec la montée intérieure un nez de galbe qui présente un rayon de courbure important, la partie conique inversée, partie arrière du nez de galbe, se terminant par un bord tombé destiné à la liaison du voile avec la jante, caractérisé en ce que: - on choisit, pour une nuance d'acier donnée, un flan de tôle dont l'épaisseur est définie par le calcul de la valeur de contrainte au niveau des zones critiques de contrainte de la roue en service, - on forme le voile de roue et la jante que l'on assemble, - on génère dans les zones critiques de contrainte de la roue en service un champ de contrainte interne s'opposant au champ de contrainte induit par la mise en forme et la charge en service de la roue, pour compenser les contraintes induites issues du formage du voile de roue et ou de la jante de manière que la contrainte en service reste inférieure ou égale à la contrainte maximale admissible.

Description

Procédé de réalisation d'une roue pour véhicule terrestre à moteur.
La présente invention concerne un procédé de réalisation d'une roue pour véhicule à moteur comportant un voile de roue et une jante sensiblement cylindrique, le voile de roue étant constitué, d'une partie centrale sensiblement plane comportant une portée qui sert à centrer et à fixer la roue sur le moyeu de l'essieu du véhicule, une montée intérieure sensiblement conique, une autre partie conique inversée définissant, avec la montée intérieure, un nez de galbe qui présente un rayon de courbure important, la partie conique inversée, partie arrière du nez de galbe, se terminant par un bord tombé destiné à la liaison du voile avec la jante.
Le voile de roue et la jante sont généralement obtenus par emboutissage et/ou fluotournage à partir d'un flan de tôle homogène.
Les différentes opérations de formage donnent en final, un profil du voile de roue généralement constitué de cinq zones circulaires concentriques, qui sont: - la partie centrale qui sert à fixer la roue sur le moyeu de l'essieu du véhicule, - la montée intérieure conique reliant la partie centrale et le sommet de la roue appelé nez de galbe, - le nez de galbe qui présente un rayon de courbure important, - la partie arrière du nez de galbe sur laquelle se situe des ajourages d'allégement, - le bord tombé de la partie arrière par lequel est généralement réalisée la liaison du voile de roue avec la jante.
Les opérations de formage d'un voile de roue à partir d'un flan de tôle unique homogène, ont pour inconvénient majeur de ne pas distribuer notamment, les épaisseurs comme on le désirerait. II n'est pas possible d'avoir des caractéristiques physiques et mécaniques définies dans des zones par exemple, les plus sollicitées ou encore, d'avoir des amincissements dans des zones de moindres contraintes mécaniques.
Lorsqu'on analyse mécaniquement la roue, il apparat qu'en fonctionnement, la zone la plus sollicitée du voile de roue est le nez de galbe et la zone la moins sollicitée dudit voile est le bord tombé. Pour assurer en certains endroits une épaisseur minimale admissible, la tôle est sur-dimensionnée en épaisseur car il faut tenir compte des amincissements localisés généré par l'opération de formage du flan de tôle. De ce fait la roue présente un excès de poids de par sa conception.
La zone critique en fatigue du voile de roue est la partie concave du nez de galbe. Cette zone a tendance à se fissurer lorsque la roue est soumise á fatigue.
II est connu qu'une contrainte en compression est favorable à la tenue en fatigue. Le champ de contrainte issu de l'opération de formage dans la zone critique du nez de galbe a une caractéristique en "Z". Au point mort bas de l'opération de formage la peau inférieure du nez de galbe, ou encore, la partie concave du nez de galbe, est soumise8 compression, la peau dite supérieure, ou encore, la partie convexe du nez de galbe, est soumise à traction. On remarque que la fatigue de type flexion rotative s'assimile localement à une flexion de type flexion plane alternée au niveau du nez de galbe. C'est à dire que le chargement de la roue soumet la peau inférieure du nez de galbe tantôt à un effort en traction tantôt à un effort en compression, le comportement étant inversé en ce qui concerne la peau supérieure du nez de galbe.En d'autres termes, le profil des contraintes en service de la roue est la superposition des deux profils de contrainte issus d'une part du formage du voile de roue et d'autre part de la charge de la roue en service.
Le but de l'invention est d'assurer un allégement de la roue en améliorant localement, les caractéristiques mécaniques de ladite roue, et cela, en modifiant le profil de contrainte interne issu du formage dans certaines parties de la roue.
L'invention a pour objet un procédé de réalisation d'une roue pour véhicule à moteur dans lequelle - on choisit, pour une nuance d'acier donnée, un flan de tôle dont l'épaisseur est définie par le calcul de la valeur de contrainte au niveau des zones critiques de contrainte de la roue en service, - on forme le voile de roue et la jante que l'on assemble, - on génère dans les zones critiques de contraintes de la roue en service un champ de contrainte s'opposant au champ de contrainte induit par la mise en forme et le chargement en service de la roue, pour compenser le profil de contraintes internes issu du formage du voile de roue et ou de la jante de manière que la contrainte en service reste inférieure ou égale à la contrainte maximale admissible.
Les autres caractéristiques de l'invention sont: - on génère dans au moins une zone critique de contraintes de la roue un champ de contrainte de compression par impact et onde de choc, - on soumet au moins une zone critique de contraintes de la roue à l'impact d'un jet d'eau, - on soumet au moins une zone critique de contraintes de la roue à l'impact d'un rayonnement LASER, - on soumet la partie concave du nez de galbe du voile de roue à l'impact induisant dans cette partie, des contraintes de compression par impact et onde de choc, - on dépose sur la zone un revêtement qui absorbe une partie de l'énergie du rayonnement LASER, - on dépose sur le revêtement une couche transparente au rayonnement
LASER.
L'invention concerne également une roue pour véhicule à moteur obtenue par la mise en oeuvre du procédé.
La description qui suit et les figures annexées, le tout donné à titre d'exemple non limitatif fera bien comprendre l'invention.
Le figure 1 est une vue en coupe d'une roue de véhicule terrestre à moteur présentant les différentes parties de ladite roue.
La figure 2 est un croquis explicatif du phénomène physique généré par l'impact d'un rayonnement LASER.
La figure 3 est une vue en coupe d'une roue de véhicule selon l'invention soumise à l'impact d'un rayonnement LASER.
L'invention traite d'un procédé de réalisation d'une roue 1 pour véhicule à moteur comportant, comme représenté sur la figure 1, un voile 2 de roue et une jante 3 sensiblement cylindrique, le voile 2 de roue étant constitué, d'une partie centrale 4 sensiblement plane comportant une portée 5 qui sert à centrer et à fixer la roue 1 sur un moyeu d'un essieu, une montée 6 intérieure sensiblement conique, une autre partie conique inversée 7 définissant, avec la montée 6 intérieure un nez de galbe 8 qui présente un rayon de courbure important, la partie conique inversée 7, partie arrière du nez de galbe 8, se terminant par un bord tombé 9, destiné à la liaison du voile 2 avec la jante 3.
L'invention traite d'un procédé de réalisation d'un voile de roue dans lequel
Le paramètres dimensionnels principaux des roues sont : l'épaisseur du flan de départ et la nuance d'acier utilisée. Compte tenu du choix de la nuance d'acier, on choisit l'épaisseur du flan de départ par calcul de la valeur de contrainte au niveau de la zone critique par exemple du nez de galbe.
Selon l'invention, on génère dans une zone critique de contrainte de la roue en service un champ de contrainte interne s'opposant au champ de contrainte induit par la mise en forme du voile et/ou de la jante et la charge en service de ladite roue. Selon l'invention, - on soumet au moins une zone critique de contrainte de la roue à un impact induisant dans la zone, des contraintes de compression par onde de choc.
Dans un exemple d'application de l'invention, on soumet au moins une zone critique de contrainte de la roue à l'impact d'un jet d'eau.
Dans un autre exemple d'application de l'invention, on soumet au moins une zone critique de contrainte de la roue à l'impact d'un rayonnement
LASER.
Comme représenté sur la figure 2, la zone critique est exposée à un puissant faisceau 10 LASER pendant un temps très court. La zone 11 focalisée est transformée en plasma et la forte pression engendrée est transmise à la surface 12 métallique via une très forte onde de choc.
Pour augmenter l'efficacité du choc, on peut déposer sur la surface 12 soumise à l'impact un revêtement 13 absorbant le rayonnement du faisceau 10 LASER.
Pour confiner le choc, une couche transparente 14 au rayonnement du
LASER peut être déposé sur le revêtement 13.
La valeur de contrainte résiduelle engendrée par le choc peut atteindre 300 MPa en surface, 100 MPa à 0,5 mm de profondeur et vers 1 mm, le niveau de contrainte est pratiquement nul.
Dans le cas de l'utilisation d'un impact par jet d'eau, la pression du jet est de plus de 4000 Kg/cm2 pour un débit de 6 litres/mn. L'utilisation d'une buse appropriée couplée à des paramètres spécifiques de l'installation permet de générer des chocs sur la tôle d'acier dont est formée la roue sans avoir d'arrachement de matière.
On peut définir par calcul l'épaisseur minimale en chaque point par exemple du voile de roue pour qu'il soit correctement dimensionné en contrainte. II suffit donc de modifier le profil de contraintes internes issu du formage dans la zone critique du nez de galbe pour que finalement le niveau de contraintes en service soit homogène dans tout le voile. Par conséquent, l'épaisseur de la zone critique ne nécessite plus un sur dimentionnement lors du choix de l'épaisseur de la tôle à l'origine.
Dans le principe de la mise en oeuvre du procédé, deux modes peuvent être envisagés du point de vue de la distribution de l'impact.
Dans un premier mode, la roue est fixe. L'impact par exemple d'un rayonnement LASER peut être généré par un faisceau 10 localisé dévié par un prisme conique, un miroir annulaire fixe dirigeant le faisceau, par exemple, sur la partie 12 intérieure du nez de galbe
L'impact peut être ponctuel, le faisceau 10 dirigé sur un miroir 16 tournant pour le balayage par exemple de la partie 15 intérieure du nez de galbe 8.
Dans un second mode, la roue est en rotation. L'impact par exemple d'un rayonnement LASER est généré par un faisceau fixe continu ou pulsé dont la cible est un point d'une génératrice du voile de la roue, génératrice appartenant par exemple au nez de galbe.
Le fait de modifier localement le profil de contraintes internes par le procédé selon l'invention et suivant les modes exposés ci dessus, permet de définir le choix d'une épaisseur de tôle d'acier au départ non surdimenssionnée. Le gain de poids est de ce fait notable.
II est possible de cumuler les moyens d'impact comme un rayonnement
LASER et un jet d'eau. Par exemple, L'impact LASER sous une pédicule d'eau améliore notamment l'effet de compression.
Le niveau de contrainte en service dans la zone critique d'un voile de roue nécessite une épaisseur de flan de tôle de 4,4 mm lorsque le procédé selon l'invention n'est pas mis en oeuvre.
Selon le procédé de l'invention, une diminution de l'épaisseur du flan de tôle de l'ordre de 1,4 mm peut être acceptée par une mise en compression de la zone critique du nez de galbe d'environ 160 MPa . Le gain de poids est alors de 1,5 Kg, pour une roue qui, selon l'invention pèsera environ 3,5 Kg, ce qui génère un gain de 30%.

Claims (8)

REVENDICATIONS
1. Procédé de réalisation d'une roue pour véhicule à moteur comportant un voile (2) de roue et une jante (3) sensiblement cylindrique, le voile (2) de roue étant constitué, d'une partie centrale (4) sensiblement plane comportant une portée (5) qui sert à centrer et à fixer la roue (1) sur un moyeu de l'essieu, une montée (6) intérieure sensiblement conique, une autre partie conique inversée (7) définissant, avec la montée (6) intérieure un nez de galbe (8) qui présente un rayon de courbure important, la partie conique inversée (7), partie arrière du nez de galbe (8), se terminant par un bord tombé (9) destiné à la liaison du voile (2) avec la jante (3), caractérisé en ce que - on choisit, pour une nuance d'acier donnée, un flan de tôle dont l'épaisseur est définie par le calcul de la valeur de contrainte au niveau des zones critiques de contrainte de la roue en service, - on forme le voile de roue et la jante que l'on assemble, - on génère dans les zones critiques de contrainte de la roue en service un champ de contrainte s'opposant au champ de contrainte induit par la mise en forme et la charge en service de la roue pour compenser les contraintes induites issues du formage du voile de roue et ou de la jante, de manière que la contrainte en service de la roue reste inférieure ou égale à la contrainte maximale admissible.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, - on génère dans au moins une zone critique de contrainte de la roue un champ de contrainte de compression par impact et onde de choc,
3. Procédé selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que, - on soumet au moins une zone critique de contrainte de la roue à l'impact d'un jet d'eau.
4. Procédé selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que, - on soumet au moins une zone critique de contrainte de la roue à l'impact d'un rayonnement LASER.
5. Procédé selon les revendications 1 à 4 caractérisé en ce que, - on soumet la partie concave du nez de galbe du voile de roue à l'impact induisant dans cette partie, des contraintes de compression par onde de choc de manière que la contrainte en service de la roue reste inférieure ou égale à la contrainte maximale admissible,
6. Procédé selon les revendications 1 à 5 caractérisé en ce que, - on dépose sur la zone critique de contrainte un revêtement qui absorbe une partie de l'énergie du rayonnement LASER,
7. Procédé selon les revendications 1 à 6 caractérisé en ce que, - on dépose sur le revêtement une couche transparente au rayonnement
LASER.
8. Roue pour véhicule à moteur comportant un voile (2) de roue et une jante (3) sensiblement cylindrique, le voile (2) de roue étant constitué, d'une partie centrale (4) sensiblement plane comportant une portée (5) qui sert à centrer et à fixer la roue (1) sur le moyeu de l'essieu, une montée (6) intérieure sensiblement conique, une autre partie conique inversée (7) définissant, avec la montée (6) intérieure un nez de galbe (8) qui présente un rayon de courbure important, la partie conique inversée (7), partie arrière du nez de galbe (8) se terminant par un bord tombé (9) destiné à la liaison du voile (2) avec la jante, ladite roue étant réalisée par le procédé selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le niveau de contrainte en service du voile de la roue est homogène.
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