FR3045755B1 - METHOD FOR MANUFACTURING A DISC BRAKE CALIPER BODY COMPRISING A PRINTING MANUFACTURING OPERATION AND IN PARTICULAR A LASER ADDITIVE MANUFACTURE - Google Patents

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Abstract

L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un corps d'étrier (1) de frein à disque ce corps d'étrier (1) comprenant une base (2) généralement cylindrique destinée à recevoir un mécanisme d'actionnement et à porter une première plaquette ainsi qu'une voute (3) prolongeant cette base et une terminaison (7) prolongeant cette voute (3) pour porter une deuxième plaquette en vis-à-vis de la première plaquette. Selon l'invention, ce procédé comporte une étape de fabrication par dépôt de poudre métallique.The invention relates to a method for manufacturing a caliper body (1) for disc brake, said caliper body (1) comprising a generally cylindrical base (2) intended to receive an actuating mechanism and to carrying a first plate and a vault (3) extending this base and a termination (7) extending the vault (3) to carry a second plate vis-à-vis the first plate. According to the invention, this method comprises a manufacturing step by depositing metal powder.

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UN CORPS D'ETRIER DE FREIN A DISQUE COMPRENANT UNE OPERATION DE FABRICATION PAR IMPRESSION ET NOTAMMENT UNE FABRICATION ADDITIVE LASERMETHOD FOR MANUFACTURING A DISC BRAKE CALIPER BODY COMPRISING A PRINTING MANUFACTURING OPERATION AND IN PARTICULAR A LASER ADDITIVE MANUFACTURE

DESCRIPTIONDESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE L'invention se rapporte à un étrier de frein à disque de véhicule automobile, un tel étrier portant un actionneur ainsi que des plaquettes ou garnitures pour les presser contre le disque sur activation du frein.TECHNICAL FIELD The invention relates to a disc brake caliper of a motor vehicle, such a stirrup carrying an actuator as well as pads or pads for pressing against the disc upon activation of the brake.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURESTATE OF THE PRIOR ART

Un tel étrier comprend un corps en matériau moulé incluant une base portant un actionneur et une première plaquette de freinage, cette base étant prolongée par une voûte se terminant par plusieurs doigts qui portent une seconde plaquette opposée à la première.Such a stirrup comprises a body of molded material including a base carrying an actuator and a first brake pad, this base being extended by a vault ending in several fingers which carry a second plate opposite to the first.

Lorsque l'actionneur est activé, il presse la première plaquette contre le disque. Un tel étrier est typiquement monté flottant c'est-à-dire mobile en translation perpendiculairement au disque, pour que les deux plaquettes opposées soient pressées de manière équilibrée contre les faces opposées du disque.When the actuator is activated, it presses the first plate against the disk. Such caliper is typically mounted floating that is to say mobile in translation perpendicular to the disc, so that the two opposite plates are pressed in a balanced manner against the opposite faces of the disc.

Pour que le freinage soit efficace, il importe que le corps d'étrier présente une rigidité mécanique élevée, afin qu'il se déforme le moins possible sous l'effet des efforts presseurs exercés par l'actionneur. C'est la raison pour laquelle le corps d'un tel étrier est typiquement une pièce issue de moulage pour présenter une rigidité mécanique élevée, et dans laquelle sont réalisés différents usinages pour recevoir l'actionneur.For the braking to be effective, it is important that the caliper body has a high mechanical rigidity, so that it deforms as little as possible under the effect of the pressing forces exerted by the actuator. This is the reason why the body of such a stirrup is typically a molded piece to have a high mechanical rigidity, and in which are made different machining to receive the actuator.

Le logement de l'actionneur qui est dans la base du corps d'étrier nécessite d'aléser la pièce brute, ce qui implique de passer un outillage entre les doigts pour accéder à une face de la base située en vis-à-vis des doigts. D'une manière générale, un tel corps d'étrier a une forme complexe, et doit présenter une rigidité mécanique très élevée.The housing of the actuator which is in the base of the caliper body requires reaming the blank, which involves passing a tool between the fingers to access a face of the base located vis-à-vis the fingers. In general, such a stirrup body has a complex shape, and must have a very high mechanical rigidity.

EXPOSÉ DE L'INVENTION A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un corps d'étrier de frein à disque, ce corps d'étrier comprenant une base comportant un cylindre de réception d'un piston ainsi qu'une voûte prolongeant ladite base et une terminaison prolongeant cette voûte en vis-à-vis du cylindre, caractérisé en ce que ce procédé comporte une étape de fabrication additive.SUMMARY OF THE INVENTION To this end, the subject of the invention is a method for manufacturing a disk brake caliper body, this caliper body comprising a base comprising a cylinder for receiving a piston as well as a a vault extending said base and a termination extending this vault vis-à-vis the cylinder, characterized in that this method comprises an additive manufacturing step.

Avec cette solution, le corps d'étrier obtenu présente à la fois une forme géométrique complexe et une rigidité mécanique élevée pour un coût de fabrication amoindri. L'invention a également pour objet un procédé ainsi défini, dans lequel l'étape de fabrication additive est une étape de fabrication additive laser avec dépôt de poudre métallique. L'invention a également pour objet un procédé ainsi défini, comprenant l'intégration d'un insert pour rigidifier une partie du corps d'étrier. L'invention a également pour objet un procédé ainsi défini, comprenant l'intégration de poudres métalliques différentes dans l'étape de fabrication par dépôt de poudre métallique, pour constituer chaque insert rigidifiant une partie du corps d'étrier. L'invention a également pour objet un procédé ainsi défini, dans lequel chaque insert est intégré à la voûte du corps d'étrier afin de la rigidifier. L'invention a également pour objet un procédé ainsi défini, dans lequel la voûte comporte deux bras et dans lequel un insert est intégré dans chaque bras. L'invention a également pour objet un procédé ainsi défini, dans lequel la base du corps d'étrier a une forme de révolution délimitée par une paroi obtenue par fabrication par dépôt de poudre métallique pour lui conférer une structure ajourée. L'invention a également pour objet un procédé ainsi défini, dans lequel la structure ajourée de la paroi délimitant la base est une structure de type nid d'abeille.With this solution, the caliper body obtained has both a complex geometric shape and a high mechanical rigidity for a reduced manufacturing cost. The invention also relates to a method thus defined, wherein the additive manufacturing step is a laser additive manufacturing step with metal powder deposition. The invention also relates to a method thus defined, comprising the integration of an insert for stiffening a part of the stirrup body. The invention also relates to a method thus defined, comprising the integration of different metal powders in the manufacturing step by deposition of metal powder, to form each insert stiffening a portion of the stirrup body. The invention also relates to a method thus defined, wherein each insert is integrated into the vault of the stirrup body to stiffen it. The invention also relates to a method thus defined, wherein the arch has two arms and wherein an insert is integrated in each arm. The invention also relates to a method thus defined, wherein the base of the stirrup body has a shape of revolution delimited by a wall obtained by manufacture by deposition of metal powder to give it a perforated structure. The subject of the invention is also a process thus defined, in which the perforated structure of the wall delimiting the base is a honeycomb structure.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

La figure 1 est une vue en perspective avec arrachement montrant la structure mécanique des bras d'un corps d'étrier fabriqué selon l'invention ;Figure 1 is a cutaway perspective view showing the mechanical structure of the arms of a caliper body manufactured according to the invention;

La figure 2 est une représentation très schématique d'un appareillage utilisé pour mettre en œuvre un processus de fabrication par apport de poudre métallique avec fusion laser ;FIG. 2 is a very schematic representation of an apparatus used to implement a manufacturing process by adding metal powder with laser melting;

La figure 3 est une vue en perspective et en coupe montrant la structure interne de la base d'un corps d'étrier fabriqué selon l'invention.Figure 3 is a perspective view in section showing the internal structure of the base of a stirrup body manufactured according to the invention.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS L'idée à la base de l'invention est d'utiliser un procédé de fabrication additive, c'est-à-dire un procédé dans lequel le corps d'étrier est construit par dépôt de matière comme par exemple des poudres métalliques fusionnées par laser, et non pas par moulage. Cette solution facilite l'obtention d'un corps d'étrier métallique ayant une forme géométrique complexe et devant en outre présenter une rigidité mécanique élevée, tout en limitant la quantité de matière utilisée.DETAILED DESCRIPTION OF PARTICULAR EMBODIMENTS The idea underlying the invention is to use an additive manufacturing process, that is to say a method in which the stirrup body is constructed by deposition of material such as for example laser fused metal powders, not by molding. This solution facilitates the obtaining of a metallic stirrup body having a complex geometrical shape and having to also have a high mechanical rigidity, while limiting the amount of material used.

Dans l'exemple de la figure 1, le corps d'étrier obtenu par fabrication additive laser présente une forme géométrique générale se rapprochant des formes de corps d'étriers de l'Etat de la technique.In the example of Figure 1, the stirrup body obtained by laser additive manufacturing has a general geometric shape approximating the body shapes stirrups of the state of the art.

Ce corps d'étrier 1 comporte une base 2 prolongée par une voûte 3 formée de deux bras parallèles 4 et 6, cette voûte 3 étant elle-même prolongée par une terminaison 7 orientée perpendiculairement aux bras 4 et 6 pour être située en vis-à-vis de la base 2. Ce corps 1 comporte encore une traverse 8 appelées oreilles d'étrier partant de la base 2 et s'étendant perpendiculairement aux bras 4 et 6 en ayant à chacune de ses extrémités un trou cylindrique parallèle à la base 2 et destiné à s'engager sur une colonnette portant ce corps d'étrier 1 pour qu'il soit monté flottant sur une chape.This caliper body 1 comprises a base 2 extended by a vault 3 formed of two parallel arms 4 and 6, this arch 3 itself being extended by a terminal 7 oriented perpendicularly to the arms 4 and 6 to be located screw-in -vis the base 2. This body 1 further comprises a cross 8 called stirrup ears starting from the base 2 and extending perpendicular to the arms 4 and 6 having at each of its ends a cylindrical hole parallel to the base 2 and intended to engage on a column carrying the caliper body 1 so that it is mounted floating on a yoke.

Chaque bras 4, 6 présente une section transversale carrée pleine pour présenter une rigidité mécanique élevée. La base a quant à elle une forme creuse délimitée par une paroi de révolution généralement tubulaire formant un cylindre. Cette base 2 est destinée à recevoir dans son cylindre un piston ou poussoir avec un mécanisme d'actionnement transformant un mouvement de rotation d'un actionneur électromécanique non représenté ou une pression hydraulique en un mouvement de translation du piston. Un tel mécanisme d'actionnement comporte typiquement une liaison hélicoïdale, c'est-à-dire une liaison de type vis-écrou, et il est entraîné en rotation par un actionneur non représenté qui est porté par le corps d'étrier, de façon à déplacer le piston lorsque ce mécanisme est entraîné en rotation par l'actionneur. L'obtention de ce corps d'étrier par fabrication additive laser est assurée par exemple avec un procédé de type désigné par la marque déposée CLAD (Construction Laser Additive Directe) consiste à utiliser un appareillage 12 représenté de façon très schématique sur la figure 2. Cet appareillage comporte un dispositif 13 générant un faisceau laser 14 pour faire fondre sur un substrat une ou des poudres métalliques 16 apportées par une buse 17, de manière à constituer successivement des couches de dépôt 18 d'un matériau métallique.Each arm 4, 6 has a solid square cross section to exhibit high mechanical rigidity. The base has a hollow shape delimited by a generally tubular wall of revolution forming a cylinder. This base 2 is intended to receive in its cylinder a piston or pusher with an actuating mechanism transforming a rotational movement of a not shown electromechanical actuator or a hydraulic pressure in a translational movement of the piston. Such an actuating mechanism typically comprises a helical connection, that is to say a screw-type connection, and it is rotated by a not shown actuator which is carried by the caliper body, so that to move the piston when this mechanism is rotated by the actuator. Obtaining this caliper body by laser additive manufacturing is ensured for example with a method of the type designated by the trademark CLAD (Laser Direct Additive Construction) consists in using an apparatus 12 shown very schematically in FIG. This apparatus comprises a device 13 generating a laser beam 14 for melting on a substrate or metal powders 16 provided by a nozzle 17, so as to successively constitute deposition layers 18 of a metallic material.

Avec ce procédé, les poudres fondues par le laser constituent un dépôt homogène et dense sur la surface ou couche qui les porte, qui est elle aussi fusionnée au cours du processus. Comme II n'y a pas de contact notamment entre la buse et le substrat, le procédé est exempt d'usure. Les dépôts ou empilements successifs sont protégés tout au long du processus par un gaz neutre pour parer aux problèmes d'oxydation.With this process, the powder melted by the laser is a homogeneous and dense deposit on the surface or layer that carries them, which is also fused during the process. Since there is no contact in particular between the nozzle and the substrate, the process is free of wear. The successive deposits or stacks are protected throughout the process by a neutral gas to prevent oxidation problems.

Dans l'exemple de la figure 1, un insert 19 est intégré dans le bras 4 et un autre insert 21 est intégré dans le bras 6 de la voûte 3 pour les rigidifier. Chaque insert 19, 21 est un élément métallique solide autour duquel le reste du corps d'étrier est formé par fabrication additive laser. Chaque insert 19, 21 est alors fabriqué dans un acier ou alliage présentant une rigidité, c'est-à-dire un module d'Young, significativement supérieure à celle du matériau utilisé pour former par fabrication additive laser le reste du corps d'étrier.In the example of Figure 1, an insert 19 is integrated in the arm 4 and another insert 21 is integrated in the arm 6 of the arch 3 to stiffen them. Each insert 19, 21 is a solid metal element around which the rest of the stirrup body is formed by laser additive manufacturing. Each insert 19, 21 is then manufactured in a steel or alloy having a rigidity, that is to say a Young's modulus, significantly greater than that of the material used to form by laser additive manufacturing the rest of the stirrup body .

Ces inserts 19, 21 permettent ainsi de conférer au corps d'étrier une rigidité importante tout en limitant la quantité de matière nécessaire à la fabrication de ce corps d'étrier. Autrement dit, les inserts 19, 21 permettent de donner à l'étrier une rigidité importante uniquement dans les parties où cette rigidité élevée est nécessaire, à savoir principalement la voûte de ce corps d'étrier.These inserts 19, 21 thus make it possible to impart to the caliper body a considerable rigidity while limiting the quantity of material necessary for the manufacture of this stirrup body. In other words, the inserts 19, 21 make it possible to give the stirrup a significant rigidity only in the parts where this high rigidity is necessary, namely mainly the arch of this stirrup body.

Les inserts 19 et 21 peuvent être des éléments rapportés comme indiqué ci-dessus, c'est-à-dire des éléments préexistants et autour desquels le reste du corps d'étrier est construit par fabrication additive laser. Mais ces inserts 19, 21 peuvent aussi être formés directement avec le procédé de fabrication additive laser utilisé, en faisant varier la nature des poudres métalliques selon la zone de l'étrier en cours de fabrication.The inserts 19 and 21 may be attached elements as indicated above, ie pre-existing elements and around which the rest of the stirrup body is constructed by laser additive manufacturing. But these inserts 19, 21 can also be formed directly with the laser additive manufacturing process used, by varying the nature of the metal powders according to the region of the caliper during manufacture.

Ainsi, les poudres utilisées dans la région centrale des bras sont celles d'un acier ou alliage présentant un module d'Young supérieur aux poudres utilisées dans les autres parties qui sont celles d'un acier ayant une rigidité inférieure. De la même manière, cette solution permet de former un corps d'étrier qui présente une rigidité élevée uniquement dans les parties où cette rigidité élevée est nécessaire.Thus, the powders used in the central region of the arms are those of a steel or alloy having a Young's modulus superior to the powders used in the other parts which are those of a steel having a lower rigidity. In the same way, this solution makes it possible to form a stirrup body which has a high rigidity only in the parts where this high rigidity is necessary.

Ceci est avantageusement obtenu en utilisant continuellement deux poudres d'apport distinctes dont les proportions varient en fonction de la région du corps d'étrier où elles sont déposées.This is advantageously obtained by continuously using two separate feed powders whose proportions vary according to the region of the stirrup body where they are deposited.

Par ailleurs, et comme visible sur la figure 3 la fabrication de la base du corps d'étrier est avantageusement être optimisée selon l'invention, en allégeant la paroi formant cette base du fait que cette base est destinée à recevoir dans son cylindre un piston avec son mécanisme d'actionnement. En effet, la résistance mécanique requise pour une base d'étrier destinée à recevoir un tel piston mécanique est moindre que la résistance requise pour une base de corps d'étrier destinée à recevoir un piston mu par un fluide hydraulique. Dans le cas d'un système hydraulique, la base constitue une chambre de compression du piston devant supporter une pression pouvant être très élevée.Moreover, and as can be seen in FIG. 3, the manufacture of the base of the stirrup body is advantageously optimized according to the invention, by lightening the wall forming this base because this base is intended to receive a piston in its cylinder. with its actuating mechanism. Indeed, the mechanical strength required for a stirrup base for receiving such a mechanical piston is less than the resistance required for a stirrup body base for receiving a piston mu by a hydraulic fluid. In the case of a hydraulic system, the base constitutes a piston compression chamber that must withstand a pressure that can be very high.

Ainsi, dans l'exemple de la figure 3, la paroi de révolution délimitant la base 2 a une épaisseur relativement importante, mais elle présente une structure ajourée, de type nid d'abeille grâce à laquelle la quantité de matière requise pour sa fabrication est significativement diminuée. La tenue mécanique de cette base 2 est quant à elle sensiblement réduite par rapport à une base de corps d'étrier de type connu.Thus, in the example of FIG. 3, the wall of revolution delimiting the base 2 has a relatively large thickness, but it has a honeycomb-type openwork structure thanks to which the quantity of material required for its manufacture is significantly decreased. The mechanical strength of this base 2 is in turn substantially reduced with respect to a caliper body base of known type.

Plusieurs structures ajourées peuvent être envisagés compte tenu de la liberté importante qui est offerte par la mise en œuvre d'un procédé de fabrication additive laser.Several perforated structures can be considered in view of the important freedom that is offered by the implementation of a laser additive manufacturing process.

Ainsi, selon l'invention, on réalise typiquement par conception assistée par ordinateur, un modèle tridimensionnel optimisé vis-à-vis des fonctions du corps d'étrier sans être limité aux volumes nécessaires en cas de fabrication par moulage. A partir de ce modèle tridimensionnel optimisé, on génère un fichier d'impression tridimensionnelle à partir duquel l'étrier selon l'invention est imprimé.Thus, according to the invention, a three-dimensional model optimized for the functions of the stirrup body is typically produced by computer-aided design without being limited to the volumes required in the case of manufacturing by molding. From this optimized three-dimensional model, a three-dimensional printing file is generated from which the stirrup according to the invention is printed.

Le procédé selon l'invention permet de changer l'étrier sans changer d'outil, il est alors possible de fabriquer un modèle d'étrier après que sa production a été interrompue (fin de la série de fabrication) durant une période importante de manière à produire par exemple une petite série de pièces de rechange. L'invention s'applique tout particulièrement à un corps d'étrier de frein électromécanique du fait qu'il n'est pas nécessaire d'usiner ou d'aléser la portion intérieure de la base, car celle-ci reçoit un ensemble mécanique autonome comprenant un piston avec son mécanisme d'entraînement. Dans le cas d'un corps d'étrier de frein hydraulique, il est au contraire nécessaire d'aléser une face interne cylindrique dans la base pour y former guidant de manière étanche le piston porté par cette base.The method according to the invention makes it possible to change the caliper without changing tools, it is then possible to manufacture a caliper model after its production has been interrupted (end of the production series) during a significant period of time. to produce for example a small series of spare parts. The invention is particularly applicable to an electromechanical brake caliper body because it is not necessary to machine or bore the inner portion of the base, because it receives an independent mechanical assembly comprising a piston with its drive mechanism. In the case of a hydraulic brake caliper body, it is instead necessary to bore a cylindrical inner face in the base to form there guiding tightly the piston carried by this base.

Ainsi, l'invention permet, spécifiquement dans le cas d'un corps d'étrier de frein électromécanique de se dispenser de l'opération d'alésage ou d'usinage de la surface intérieure de la base.Thus, the invention allows, specifically in the case of an electromechanical brake caliper body to dispense with the operation of boring or machining the inner surface of the base.

Dans l'exemple ci-dessus, l'invention a été décrite sur la base de la mise en œuvre d'un procédé de fabrication par construction additive de type CLAD, mais l'invention est avantageusement mise en œuvre avec tout type de procédé de fabrication par construction additive comme notamment l'impression 3D ou le frittage.In the above example, the invention has been described on the basis of the implementation of a CLAD-type additive construction method of manufacture, but the invention is advantageously implemented with any type of process. manufacturing by additive construction such as 3D printing or sintering.

Le corps d'étrier est fabriqué avec tout type de matériau adapté, comme par exemple des poudres métalliques ou des matériaux composites et/ou céramiques adaptés pour constituer la forme tridimensionnelle de corps d'étrier.The caliper body is manufactured with any type of suitable material, such as metal powders or composite materials and / or ceramics adapted to form the three-dimensional form of caliper body.

Nomenclature : 1 : corps d'étrier 2 : base 3 : voûte 4 : bras 6 : bras 7 : terminaison 8 : traverse 12 : appareillage 13 : dispositif 14 : faisceau laser 16 : poudres métalliques 17 : buse 18 : couches de dépôt 19 : insert 21 : insertNomenclature: 1: stirrup body 2: base 3: arch 4: arm 6: arm 7: end 8: crossbar 12: apparatus 13: device 14: laser beam 16: metal powders 17: nozzle 18: deposit layers 19: insert 21: insert

Claims (6)

REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un corps d'étrier (1) de frein à disque, ce corps d'étrier (1) comprenant une base (2) comportant un cylindre de réception d'un piston ainsi qu'une voûte (3) prolongeant ladite base (2) et une terminaison (7) prolongeant cette voûte (3) en vis-à-vis du cylindre, ce procédé comportant une étape de fabrication additive laser avec dépôt et intégration de poudres métalliques différentes pour rigidifier une partie du corps d'étrier(l). 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant l'intégration d'un insert (19,21) pour rigidifier une partie du corps d'étrier (1).1. A method of manufacturing a caliper body (1) disc brake, said caliper body (1) comprising a base (2) having a cylinder for receiving a piston and a vault (3). ) extending said base (2) and a termination (7) extending this arch (3) vis-à-vis the cylinder, this method comprising a laser additive manufacturing step with deposit and integration of different metal powders to stiffen part of the caliper body (l). 2. Method according to claim 1, comprising integrating an insert (19,21) to stiffen a portion of the stirrup body (1). 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel chaque insert (19, 21) est intégré à la voûte (3) du corps d'étrier (1) afin de la rigidifier.3. Method according to claim 2, wherein each insert (19, 21) is integrated in the arch (3) of the stirrup body (1) to stiffen it. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la voûte (3) comporte deux bras (4, 6) et dans lequel un insert (19, 21) est intégré dans chaque bras (4, 6).4. The method of claim 3, wherein the arch (3) comprises two arms (4, 6) and wherein an insert (19, 21) is integrated in each arm (4, 6). 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la base (2) du corps d'étrier (1) a une forme de révolution délimitée par une paroi obtenue par fabrication par dépôt de poudre métallique pour lui conférer une structure ajourée.5. Method according to one of the preceding claims, wherein the base (2) of the stirrup body (1) has a shape of revolution delimited by a wall obtained by manufacture by deposition of metal powder to give it a perforated structure. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la structure ajourée de la paroi délimitant la base (2) est une structure de type nid d'abeille.6. The method of claim 5, wherein the perforated structure of the wall defining the base (2) is a honeycomb type structure.
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