LU83919A1 - Cable metallique, son procede d'obtention et son application au refnrocement d'un pneumatique pour vehicule - Google Patents

Description

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La présente invention est relative à un câble métalli-I que dont les fils ont une surface lisse, et plus particu lièrement, mais non exclusivement, à un câblé d'acier pouvant adhérer à du caoutchouc qui est destiné à renforcer 5 des articles en caoutchouc tels que des pneus de véhicules, des courroies transporteuses, .etc. Un tel câblé de renfor-! cernent pouvant adhérer à du caoutchouc est constitué par

Iune structure de fils métalliques qui sont retordus pour former un câblé, les fils métalliques ayant une résistance 10 à la traction d'au moins 2000 Newtons par millimètre carré, ainsi qu'un allongement à la rupture d'au moins 1%, de préférence d'environ 2%, les fils métalliques ayant un diamètre compris entre 0,05 et 0,80 mm, de préférence non supérieur à 0,40 mm (par exemple 0,20 ou 0,25 mm), le câblé étant 15 recouvert d'un revêtement pouvant adhérer au caoutchouc, par exemple en cuivre, en zinc, en laiton ou en un alliage ’ ternaire de laiton, ou encore en une combinaison de ces t- matières, le revêtement ayant une épaisseur comprise entre 0,05 et 0,40 micron , de préférence comprise entre 0,12 et 20 0,22 micron.Le revêtement peut également être remplacé par un mince film d'une matière chimique d'apprêt destiné à assurer une bonne pénétration et une bonne adhérence du caoutchouc. Pour assurer cette adhérence et cette imprégnation dans une matière formant matrice, on préfère un état 25 de surface lisse pour les fils, c'est-à-dire un état de surface dans lequel l'amplitude des irrégularités superficielles (par rapport au niveau superficiel moyen) est certainement inférieure à 10 microns, et de préférence d'un ordre de grandeur inférieur à 1 micron. Ceci est obtenu de 30 façon classique en étirant le fil, revêtu ou non, à travers une filière d'étirage.

Après écrouissage, effectué en général mais non exclusivement par étirage, un tel câble présente d'importantes contraintes résiduelles qui s'ajoutent aux contraintes de 35 charge et confèrent au câble une certaine "animation" ainsi qu' u- Γ".............““ » * 2 4 constituant des propriétés indésirables. Pour réduire autant que possible à zéro ces contraintes résiduelles et obtenir un câble inerte, il est connu de faire passer le câble à travers un ou plusieurs jeux de galets de dressage dans 5 lesquels le câble est alternativement courbé dans des sens opposés, avec ou sans combinaison avec des contraintes de traction ou de torsion. Ces flexions alternées, du fait qu'elles réduisent également les contraintes résiduelles au niveau de la surface extérieure des fils, réduisent le 10 risque d'une initiation de fissures et, par conséquent, elles ont un effet bénéfique sur la résistance à la fatigue du câble.

Un but de la présente invention est de fournir un tel câble lisse dans lequel la résistance à la fatigue soit 15 encore améliorée par rapport à un câble qui a été dressé de la façon classique. On sait que la combinaison d'inden-5 tâtions superficielles et d'une compression, ainsi que les modifications métallographiques de la matière résultant d'une telle compression, par exemple au moyen d'un grenail-20 läge du câble, conduisent à un bon état de surface pour la résistance à la fatigue, mais, malheureusement, aux dépens de l'égalité de la surface. Ainsi, les possibilités qui sont disponibles pour améliorer encore la résistance à la fatigue sont limitées à des choix judicieux de l'alliage 25 avec un minimum d’impuretés, à une conception convenable des traitements thermiques ou mécaniques pour obtenir des combinaisonsoptimales de la résistance à la traction et de la ductilité conduisant à la résistance à la fatigue nécessaire, et également à des traitements thermiques destinés 30 à relâcher les microcontraintes de la structure cristallographique dues aux transformations métallographiques précédentes. Les résultats de ces opérations ne peuvent pas toujours être prédits, car la fatigue d'un câble constitue un phénomène difficile à étudier, du fait de la charge 35 spéciale des fils individuels et de la manière spéciale dont se développe la résistance à cette charge. En effet, U lorsque le câble est soumis à une force de traction ou de r * / 3 flexion, les fils individuels sont soumis à un mélange de contraintes de traction, de flexion et de torsion, et le câble reprend cette force de charge par un mélange de la résistance du matériau et du frottement interne entre les 5 fils adjacents, lequel frottement provoque un fretting-corrosion interne dans le câble.

L'invention a pour but de fournir un câble ayant une résistance à la fatigue encore améliorée, obtenue par d'autres caractéristiques que par des combinaisons de 10 l'alliage ou de la résistance à la traction et de la ductilité. Cependant, les premières caractéristiques peuvent être combinées avec les secondes si on le désire.

Suivant l'invention, le câble comprend un certain nombre de fils métalliques à surface lisse dont à peu près la 15 totalité de la zone périphérique se trouve dans un état de contraintes de compression résiduelles à peu près unifor-ï mêment distribuées.

Lorsqu'on examine les câbles lisses qui ont traversé de la façon classique un ou plusieurs jeux de galets de 20 dressage afin de réduire les macrocontraintes résiduelles, on constante que ces câbles possèdent une zone périphérique ayant des contraintes résiduelles de traction (mesurées dans la direction longitudinale) ou, dans le meilleur des cas, un mélange de contraintes résiduelles de traction et de 25 petites contraintes résiduelles de compression. Le fait de réduire les contraintes résiduelles est bon pour obtenir un câble inerte et une certaine amélioration des performan- ces à la fatigue. Mais il apparaît que les .per fo nuances à la fatigue peuvent encore être améliorées si non seulement on 30 réduit les contraintes résiduelles périphériques de traction, mais si on développe volontairement sur la périphérie des contraintes de compression ayant une valeur notable (mesurées dans le sens longitudinal). Il apparaît que ceci est suffisant pour obtenir une amélioration de la résistance 35 à la fatigue, et que l'on peut éviter la nécessité d'un grenaillage, qui, par exemple, n'est pas souhaitable sur un /câblé d'acier ayant des couches d'adhérence inférieures à 1 micron.

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Un autre but de l'invention, plus particulièrement en ce qui concerne un câblé d'acier destiné à renforcer des pneus en caoutchouc du type indiqué plus haut, consiste à fournir un câblé amélioré ayant des performances globales 5 améliorées.

Suivant un autre aspect de l'invention, il est prévu un câblé d'acier pouvant adhérer à du caoutchouc et destiné à renforcer des articles en caoutchouc, dans lequel l’acier possède une résistance à la traction supérieure à 10 3000 Newtons par millimètre carré.Ceci n'avait pas encore été fait, car une telle augmentation de la résistance à la traction nécessite un accroissement du durcissement par travail, aux dépens ce la résistance à la fatigue . Mais en combinant à une telle résistance à la traction élevée la caractéris-15 tique précitée d'une contrainte périphérique résiduelle à peu près totalement de compression, on peut obtenir un ' câble dans lequel un bon moyen terme est maintenu entre la résistance à la traction et la résistance à la fatigue voulues. Et avec une telle résistance à la traction accrue, 20 un poids inférieur de câblé est nécessaire dans l'article en caoutchouc, par exemple dans le pneumatique, pour obtenir les mêmes performances.

L’état voulu de contraintes résiduelles peut être obtenu, suivant un autre aspect de l'invention, par exem-25 pie en faisant encore traverser au câble des jeux de galets de dressage, mais en combinant la contrainte de traction et l'angle de courbure d'une manière très particulière,comme expliqué ci-dessous, afin de créer une distribution spécifique des contraintes. Lorsque le câble< est ensuite 30 libéré de ces conditions spécifiques, il revient à l'état désiré de contraintes résiduelles.

> Suivant ledit autre aspect de l'invention, le procé dé de traitement du câble est caractérisé en ce que: on soumet chacune des sections de longueur successives du· .câble à 35 un certain nombre d'opérations élémentaires de flexion- / redressement, au moins deux de ces opérations étant effectuées dans des plans considérablement différents, chaque » t 5 opération élémentaire comprenant la courbure du câble sous contrainte de traction simultanée, de sorte que la section transversale desdits fils présente successivement, en direction du centre de courbure, une zone d'allongement plas-5 tique, une zone d'allongement élastique et une zone de compression à peu près totalement élastique, puis on supprime la force de courbure qui produit lesdites courbures.

Çn divisant la section transversale de chaque fil métallique en heures comme le cadran d'une horloge, l'effet 10 d'une telle opération élémentaire de courbure-redressement dans un plan 12-6 est qu'elle laisse dans la zone périphérique deux arcs sous contraintes résiduelles de compression, à savoir les arcs entourant le 12 et le 6 de l'horloge, en laissant inchangés les arcs entourant le 3 et le 9 de 15 l'horloge. Par conséquent, il faut répéter l'opération dans un autre plan qui influence ces arcs inchangés afin d'ob-' tenir une contrainte résiduelle de compression assez uni formément distribuée sur toute la zone périphérique. Par suite, cet autre plan sera considérablement différent 20 du premier plan, faisant avec ce dernier un angle de préférence de 90°, bien que d'autres angles différents de cette valeur soient également possibles, quoique conduisant à une uniformité moindre des contraintes résiduelles, ces autres angles étant toutefois de préférence non inférieurs 25 à 30°. Par conséquent, en effectuant ces opérations élémentaires dans différents plans ou dans des plans changeant progressivement afin d'assurer que toutes les parties de la périphérie sont atteintes, on augmente l'uniformité de la contrainte résiduelle , mesurée dans la direction longitu-30 dinale du fil.

Par suite, lorsqu'on parle d'une "contrainte résiduelle de compression à peu près uniformément distribuée", on ne veut pas dire que la contrainte résiduelle, mesurée quantitativement dans chaque arc élémentaire de la zone 35 périphérique, doit être rigoureusement la même. On veut seulement dire que la contrainte de compression résiduelle I ne fluctue pas suffisamment fortement sur la zone * » 6 périphérique pour que des arcs considérables de cette zone présentent en fait une contrainte résiduelle de traction, et que la contrainte résiduelle moyenne observée présente un comportement de compression prononcé, comme expliqué 5 plus bas. Cet état est suffisant pour améliorer la résistance à la fatigue et est obtenu par le procédé précité. Quant à la fluctuation, dans le sens longitudinal, de la contrainte résiduelle de compression, la "contrainte résiduelle de compression à peu près uniformément distriburée" 10 signifie que la contrainte résiduelle moyenne, prise sur la périphérie de la section transversale, ne fluctue pas dans le sens longitudinal sur plus de 50% de sa valeur de crête. Cette fluctuation longitudinale peut être rendue très faible en mettant en oeuvre le procédé sous la forme 15 d'un procédé en continu. Dans un tel procédé, les sections successives du câble décrivent une trajectoire incurvée * de guidage du câble qui impose au câble les opérations voulues de courbure et de redressement. Cette trajectoire de guidage est de préférence constituée par un certain nom-20 bres de galets de guidage alignés le long de cette trajectoire, comme décrit plus bas.

L'invention a encore pour objet un pneumatique de véhicule renforcé par un câblé d'acier pouvant adhérer à du caoutchouc tel que défini plus haut.

25 D'autres caractéristiques et avantages de l'inven tion ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés, sur lesquels: la Fig. 1 est une vue schématique d'un câble soumis 30 à une force de flexion, et elle représente également l'état de contrainte pendant et après la charge; la Fig. 2 est une vue analogue du fil soumis à une force de flexion plus grande; la Fig. 3 est une vue analogue du fil de la Fig. 2, 35 mais dans laquelle la force de flexion est combinée avec une petite force de traction; la Fig. 4 est une vue analogue à la Fig. 3, mais ' . 7 ! dans laquelle la force de traction est plus grande; la Fig. 5 montre une section transversale du fil * r ainsi que deux plans de flexion perpendiculaires l'un à 1'autre ; 5 la Fig. 6 montre en section transversale un fil dont la zone périphérique se trouve sous contrainte de compression; la Fig. 7 représente une section transversale d'un câble destiné à être traité suivant la présente in-10 vention; a la Fig. 8 montre un appareil de mise en oeuvre du procédé de l'invention; la Fig. 9 montre un détail de l'appareil de la

Fig. 8 ; 15 la Fig. 10 est un diagramme des contraintes pour un fil métallique suivant la Fig. 4; la Fig. 11 illustre un procédé pour tester les contraintes superficielles résiduelles du fil métallique; et 20 la Fig. 12 représente un appareil pour tester la résistance à la fatigue.

La Fig. 1 représente un fil métallique au départ rectiligne gui est courbé élastiquement jusqu'à un certain rayon de courbure. La Fig. la est une vue longitudinale, 25 la Fig. lb est une vue transversale, la Fig. le est un diagramme des contraintes pendant la flexion en fonction de la distance h au plan neutre, et la Fig. ld montre ce diagramme après redressement. Ce fil courbé élastique- iment comporte une moitié supérieure 1 qui est sous 30 allongement, et une moitié inférieure 2 qui est sous compression, et ces deux moitiés sont séparées l'une de l'autre par le plan neutre 3. Les contraintes sont représentées à la Fig. le, en fonction de la distance au plan neutre. Lorsque la force de courbure ou de flexion est 35 supprimée, le fil reprend sa forme rectiligne. Et, en supposant que le fil ne possédait pas à l'origine de contrain- /tes internes, le fil revient à son état original dépourvu de contraintes internes (Fig. ld).

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La Fig. 2 montre le même fil courbé jusqu'à une courbure supérieure, pour laquelle il se produit une déformation plastique. Pendant la courbure, le fil est divisé en quatre zones, une zone 4 d'allongement plastique, une 5 zone 5 d'allongement élastique, une zone 6 de compression élastique et une zone 7 de compression plastique, comme représenté aux Fig. 2a et 2b. La Fig. 2c montre de nouveau un diagramme des contraintes en fonction de la distance au plan neutre 8. Lorsque la force de flexion est supprimée, 10 le fil tend à reprendre son état rectiligne sous l'effet des forces de rappel élastiques, et l'état des contraintes résiduelles est celui représenté à la Fig. 2d: la peau supérieure de la zone 4 se trouve sous contrainte résiduelle de compression , et la peau inférieure sous contrainte 15 résiduelle de traction. D'une manière simplifiée, ceci peut être expliqué comme suit: les forces de rappel élastiques ' des zones 5 et 6 tendent à amener le fil à un état plus rectiligne, en comprimant la zone 4 et en allongeant la zone 7 (mises à . part les régions de transition aux zones 20 5 et 6 respectivement).

La Fig. 3 montre le même fil, courbé jusqu'à la même courbure qu'à la Fig. 2, mais soumis à une force de traction qui superpose aux contraintes de flexion une petite contrainte de traction p. Il en résulte que le plan neutre 25 8 se trouve plus bas, que la zone 4 est plus grande et la zone 7 plus petite (Fig. 3a et 3b). L'état des contraintes pendant l'application de la flexion et des contraintes est représenté à la Fig. 3c, et l'état des contraintes résiduelles est représenté à la Fig. 3d: la "queue11 9-10 de la 30 Fig. 2d est raccourcie, et la contrainte de traction résiduelle dans la peau inférieure de la zone 7, comme reprë-. - senté par le point 10, est plus faible.

La contrainte de traction superposée peut maintenant être augmentée pour continuer à raccourcir la queue 9-10, 35 de façon que le point 10 passe de l'autre côté de la ligne 11 de zéro (Fig. 3d) et que la contrainte résiduelle sur la I peau inférieure de la zone 7 devienne une contrainte de « * 9 compression. Et la contrainte de traction superposée p peut même être rendue suffisamment grande pour que la ligne neutre descende jusqu'à un niveau tel que la zone 7 disparaisse et que la queue 9-10 disparaisse sur le diagramme 5 des contraintes résiduelles. Ceci constitue la situation idéale représentée sur la Fig. 4. L'état des contraintes résiduelles est représenté à la Fig. 4d: la peau supérieure et la peau inférieure se trouvent sous contrainte résiduelle de compression. D'une façon simplifiée, ceci s'explique 10 comme suit: la force de rappel élastique des zones 5 et 6 tend à amener le fil à un état plus rectiligne, en comprimant la zone 4 (mise à part la région.de transition à la zone 5). Mais, du fait que le fil ne revient pas complètement à son état rectiligne, la compression élastique de la 15 zone 6 n'est pas complètement relâchée.

Cette situation idéale représente les conditions idéales pour obtenir des contraintes résiduelles de compression sur les côtés supérieur et inférieur: la combinaison de.forces de traction et de flexion est telle que 20 le fil est divisé en trois zones, à savoir, successivement dans le sens dirigé vers le centre du cercle de courbure: une zone d'allongement plastique 4, une zone d'allongement élastique 5, et une zone de compression élastique 6. Une autre zone supplémentaire 7 très petite de compression 25 plastique n'est pas à exclure explicitement, dans la mesure où la queue 9.-10 (Fig. 3d) est suffisamment petite pour que le point 10 vienne du côté de la compression, à gauche de la ligne 11 ce zéro de la Fig. 3d. Par conséquent, dans la terminologie utilisée ci-après, la zone de compression 30 élastique 6 ainsi que cette très petite zone éventuelle 7 de compression plastique sont rassemblées et appelées • ' "zone de compression à peu près totalement élastique".

L'opération de courbure dans le plan A-A (Fig. 5) amène les parties 12 et 13 de la surface dans un état de 35 contrainte résiduelle de compression. Une autre courbure dans le même plan, mais dans le sens opposé, assure une / plus grande symétrie dans l’état de contraintes résiduelles

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10 entre les parties 12 et 13. Et, en outre, un plus grand nombre de flexions dans des sens alternés dans le plan A-A améliore encore la stabilité de la distribution des contraintes résiduelles. Mais l'état de contraintes résiduel-5 les de compression a été créé uniquement pour les parties 12 et 13 de la surface. La même chose peut maintenant être répétée dans le plan B-U. Ce traitement ne modifie pas notablement l'état des contraintes résiduelles des parties 12 et 13 de la surface, car, pendant le traitement, ces 10 parties se trouvent dans la zone de déformation élastique, dans laquelle l'état des contraintes résiduelles n'est pas altéré.Il en résulte une zone superficielle 16 (Fig. 6) ayant des contraintes résiduelles de compression, et une zone de coeur 17 ayant des contraintes résiduelles de trac-15 tion qui annulent les contraintes de la zone superficielle, de sorte que le fil métallique se trouve dans un état de ' repos.

Pour réaliser des câbles constitués de fils métalliques ayant à leur surface des contraintes résiduelles de 20 compression, il n'est pas suffisant, en général, de traiter tout d'abord chaque fil séparé par des flexions sous force de traction afin de leur conférer de telles contraintes, puis de retordre les fils pour former un câble, car l'opération de retordage est une déformation plastique qui 25 risque de détruire la distribution initiale des contraintes résiduelles ,en fonction du degré de déformation plastique, par exemple en fonction du fait que l.e.câble est retordu avec ou sans torsion des fils métalliques individuels. Le traitement doit être effectué sur les fils déjà retordus 30 pour former le câble. Ceci est réalisé simplement en traitant le câble tout entier par flexion sous force de trac-. - tion, tout d'abord dans le plan A-A puis dans le plan B-B

perpendiculaire à ce dernier (Fig. 7). Chaque fil réagit comme un fil unique courbé sous contrainte , et le fait 35 que ce fil possède une forme légèrement hélicoïdale n'al-l| têre pas ceci. Lorsque le fil est ensuite séparé du câble w.> et soumis à. des essais, comme expliqué plus loin,vis-à-vis

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11 de jes contraintes résiduelles superficielles, ces dernières s'avèrent être des contraintes de compression.

Les flexions répétées sous force de traction peuvent être effectuées au moyen d'un appareil suivant la Fig. 8.

5 Cet appareil comprend une roue de freinage 22, un premier jeu 23 de galets, analogue à un jeu de galets dresseurs, un second jeu de galets 24, et une roue d'entraînement 25. Les deux jeux de galets sont représentés plus en détail à la Fig. 9. Le câble 21, provenant soit directement d'une .

10 machine de retordage (non représentée), soit d'une bobine de dévidage, est tout d'abord passé sur un petit nombre de tours sur la roue de freinage 22, afin que la prise par friction de cette roue sur le câble soit suffiaante. Puis le câble passe horizontalement à travers les deux jeux 23 15 et 24 de galets de cintrage, puis il passe sur un petit nombre de tours sur la roue d'entraînement 25, pour que la prise de cette roue sur le câble soit également suffisante. De là, le câble continue vers sa bobine d'enroulement (non représentée).

20 La force de traction imposée au câble lorsqu'il est soumis aux courbures alternées dans les jeux de rouleaux de cintrage 23 et 24, peut être réglée par une vis 26 qui détermine le niveau d'une plaque de support 27, laquelle pousse, par l'intermédiaire d'un ressort 28, un frein 29 25 contre un tambour de freinage 30 porté par l'essieu de la roue de freinage 22. La roue d'entraînement 25 est entraînée en rotation par un moteur (non représenté) qui tire le câble 21 provenant de la roue de freinage 22 à travers les jeux de galets 23 et 24.

30 Le jeu de galets 23 est constitué par un certain nombre de galets disposés le long de la trajectoire du câble, alternativement au-dessus et au-dessous de cette trajectoire, les galets situés au-dessus poussant le câble vers le bas et les galets situés au-dessous pous- 35 sant le· câble vers le haut, de sorte que le câble décri-flvant ladite trajectoire suit un trajet ondulé, d'une maniè-jfere analogue à ce qui se passe dans un jeu connu de galets r 12 dresseurs pour fil métallique. La différence réside dans le fait que, suivant 1'invention, -le jeu de galets est réglé par rapport à la force de traction qui est appliquée pour obtenir des flexions produisant dans les fils du câble une 5 zone d'allongement plastique, une zone d'allongement élastique et une zone de compression à peu près totalement élastique, comme expliqué en regard des Fig. 3 à 4, avec le résultat que des contraintes résiduelles de compression prononcées sont formées à la surface des fils, et non pas, 10 comme c'est le cas avec le réglage classique des galets dresseurs ,avec le résultat que les contraintes résiduelles sont seulement réduites au moyen d'un certain nombre de flexions plastiques alternées d'amplitude ^décroissante.

Les galets 31 situés sur le côté supérieur de la 15 trajectoire du câble sont réglables, en ce qui concerne leur position verticale, au moyen d'une vis correspondante 32, afin de régler le degré de flexion. De cette façon, le câble est soumis à la série désirée de flexions alternées dans un plan vertical. Le second jeu de galets 24 est en-20 tiêrement analogue au premier, mais orienté de façon à soumettre le câble à une série de flexions alternées dans un plan horizontal.

La manière dont on règle la force de traction agissant sur le câble, au moyen de l'action de la vis 26 sur le 25 frein 29, en relation avec le réglage de l'ondulation au moyen des .vis 32, de façon à obtenir les zones désirées d'allongement plastique, d'allongement élastique et de compression élastique, va maintenant être expliquée en regard d'un exemple.

30 Par exemple, on prend un câble d'acier constitué de quatre fils métalliques ayant un diamètre de 0,25 mm, retordus ensemble avec un pas de 10 mm. Le câble est constitué d'acier à 0,70% de carbone, les fils de ce câble étant traités de façon à présenter une résistance à la traction 35 d'environ 2B00 Newtons par millimètre carré et une limite | blastique (limite à 0,2%) d'environ 2400 Newtons par mil-limètre carré, l'allongement élastique étant d'environ 1,4% Γ 13 et l'allongement à la rupture étant de 2,2%.

La force de traction exercée sur ce câble est réglée à 130 Newtons, c'est-à-dire environ 660 Newtons par millimètre carré, et le câble passe sous cette tension à travers 5 les deux jeux de galets 23 et 24. Pour ce câble, on utilise des jeux comportant huit galets ayant un diamètre de 8 mm., la distance D (Fig. 9) étant 12,5 mm. Le niveau des galets 31 est -réglé par les vis 32 de façon que l'ondulation atteigne une courbure de 8° par millimètre de longueur aux 10 points de courbure maximale. Ceci produit dans les fils du câble les zones désirées d'allongement plastique, d'allongement élastique et de compression élastique. Il est plus pratique de commencer par régler grossièrement l'ondulation à vue d'oeil, puis de corriger ce réglage de façon plus 15 fine en observant l'état de contraintes résiduelles obtenu, comme expliqué plus loin.

Le câble de l'exemple ci-dessus, constitué de fils métalliques étirés présentant après étirage des contraintes de traction résiduelles, s'est révélé présenter une résis- 20 tance à la fatigue de 975 Newtons par millimètre carré 2 (moyenne sur 25 échantillons, dispersion 49 N/mm ). Mais lorsqu'il est traité comme dans l'exemple ci-dessus, en présentant après le retordage pour former un câble des contraintes résiduelles de compression prononcées, ce câble 25 s'est révélé présenter une résistance à la fatique de 2 1083 N/mm (moyenne sur 25 échantillons, dispersion 56 2 N/mm ), ce qui constitue une amélioration d'environ 10%.

La fatigue a été mesurée par l'appareil d'essai à la fatigue Hunter à poutre rotative, développé par la Hunter 30 Spring Company, Lansdale, Pennsylvanie et expliqué dans l'article de F.A.Votta "New wire fatigue testing method"

* ‘ (iron âge, 26 Août 1948) ainsi que dans le brevet US

2 435 772. Dans la présente invention, on vise des améliorations d'au moins 5%.

35 II est clair que pour d'autres types de câbles et | d'autres diamètres de fils, la force de traction exercée vL sur le câble et la courbure doivent être réglées sur r I · I 14 î [ d'autres valeurs qui ne peuvent pas être fournies ici pour ï \ chaque cas. En tenant compte des enseignements déjà fournis en ce qui concerne la situation idéale de la Fig. 4d, on peut cependant fournir les estimations initiales suivantes 5 afin d'obtenir une telle situation.; (Fig. 10): si désigne l'allongement (en %) à la limite élastique et a^’ + a^ désigne l'allongement désiré dans la zone d'allongement · plastique à la hauteur maximale h,a2 étant pris grossièrement comme valant 60% de a£, tandis que b désigne la compression 10 (en %) à la limite élastique, grossièrement estimée comme étant égale à a^ , alors les hauteurs de la zone d'allongement plastique, de la zone d'allongement élastique et de la zone de compression élastique sont proportionnelles à a2, et a^ respectivement. Si ? est la limite élastique en N/mm^, 15 alors la Fig. 10 permet de calculer que la contrainte de traction Pn à superposer aux contraintes de flexion doit de u p a2 2 1 préférence être choisie voisine de τς x —— N/mm . Et à 2 ag.

cette contrainte de traction correspond alors une courbure qui peut également être calculée à partir de la Fig. 10 2an a 350 20 comme étant égale à —il—t x—- dearés par millimètre, • lOOd a 2 TT ' ' ou d désigne le diamètre des fils individuels du câble.

Ces valeurs constituent seulement une estimation initiale destinée à être ensuite réglée en observant les contraintes résultantes, en vue d'une plus grande optimi-25 sation. Pour ce réglage, les enseignements concernant la situation idéale de la Fig. 4d montrent également que des courbures plus grandes nécessitent là superposition de forces de traction plus faibles, ceciconstituant une autre règle grossière pour le réglage ultérieur et pour 30 l'adaptation de la courbure et de la force de traction superposée .

Pour produire la force de traction superposée, la Fig. 8 a montré l'utilisation d'une roue de freinage 22. Lorsque le câble provient directement d'une machine de 35 retordage, ceci n'est pas toujours nécessaire. La machine I de retordage peut fournir elle-même la contre-tension, soit JL> du fait de l'effet de freinage exercé par la filière de r 15 retordage, soit par l'effet de freinage résultant du frottement et des déformations plastiques imposés aux fils individuels sur leur trajet de leurs bobines de dévidage vers la filière de retordage, soit encore du fait d'un ef-5 fet de freinage présenté par les bobines de dévidage, soit enfin par des combinaisons de ces effets. Dans ce cas, les jeux de galets 23 et 24 sont disposés directement en aval de la filière de retordage de la machine de retordage .

10 Pour contrôler si l'on obtient une contrainte rési duelle de compression, en vue d'un réglage complémentaire, on opère comme suit: des échantillons de 15 cm de long sont pris dans le câble quittant la roue d'entraînement 25, des marques d'orientation sont fournies aux fils du 15 câble qui seront testés (pour des fils de même diamètre, on prend seulement quelques fils représentant les autres), • ces marques d'orientation servant à savoir quel côté du fil était le côté supérieur pendant le traitement, afin de savoir sur quels galets il convient d'effectuer la correc-20 tion. Puis, les fils à tester sont séparés du câble; ils sont à peu près droits, mais présentent une faible ondulation hélicoïdale. Puis, un certain nombre de fils sont testés en ce qui concerne le côté supérieur, d'autres fils sont testés en ce qui concerne le côté inférieur, et d'au-25 très encore en ce qui concerne les autres côtés.

L'état de contraintes résiduelles sur un côté du fil est établi qualitativement, et également quantitativement dans une certaine mesure, par attaque sélective, en éliminant par une attaque seulement la moitié du fil oppo-30 sée au côté dont on examine l'état de contraintes résiduelles: si ce dernier côté se trouve sous compression, le fil se courbe vers le côté attaqué et, au fur et à mesure de la progression de l'attaque, jusqu'à un maximum. Ceci est représenté à la Fig. lia: le fil 40 est recouvert d'une 35 laque protectrice 41 sauf sur le côté supérieur 42. Le fil » est ensuite introduit dans une solution chaude (par exemple \L à 50°C) d'un bain d'attaque, par exemple d'une dilution t » , 16 à 30% de HN03 dans de l'eau. Après quelques secondes, le fil commence à se courber par suite de l'élimination du fait de l'attaque de la matière sous contrainte, et, après un certain temps, généralement de 15 à 60 secondes suivant 5 le diamètre du fil, la force de l'acide d'attaque, etc., la courbure atteint un maximum. Si la contrainte résiduelle est une contrainte de compression, le fil 40 se courbe vers le côté attaqué, qui est le côté supérieur dans le cas de la Fig. lia, comme représenté à la Fig. 11b.

10 Avant de démarrer la production du câble, la force de traction exercée sur le câble et la flexion sont réglées sur les valeurs grossières calculées, puis le câble est testé en ce qui concerne ses contraintes résiduelles de la manière décrite ci-dessus en vue d'un éventuel réglage 15 complémentaire. En cours de production, on prend des échantillons pour tester si les résultats ne dévient pas des résultats obtenus, et si la contrainte résiduelle observée sur chaque côté de la surface des fils présente un comportement prononcé de compression.

20 On peut considérer que ce comportement prononcé de compression existe, par exemple avec un fil de 0,25mm de diamètre, lorsque le fil peut atteindre un degré de courbure qui, pour une longueur de fil de 150 mm, conduit à une distance b (Fig. 11b) d'au moins 10 mm. Ceci corres-25 pond à un rayon de courbure moyen d'environ 1100 mm , ou à un rapport du diamètre au rayon de courbure d'environ . Comme c'est ce rapport qui est représentatif de ' l'allongement en pourcentage d'une forme superficielle, du fait de l'enlèvement de matière sur le côté opposé, on 30 peut dire que, pour cet ordre de grandeur de diamètres de fil, on peut considérer qu'il existe un comportement prononcé de compression lorsque ce rapport devient supérieur -4 à environ 2 x 10 , et ceci peut également être accepté pour d'autres diamètres de fil.

35 Le test de fatigue à poutre rotative fournissant I un aspect du comportement à la fatigue, il est également JL intéressant de tester un câble suivant l'invention au moyen r 17 * > t de l'essai à trois galets représenté schématiquement à la Fig. 12. Dans cet essai, le câble passe sur trois galets 44, 45 et 46 dont les paliers sont fixés sur une pièce 47 qui se déplace en va-et-vient suivant la flèche 48. Le 5 câble est mis sous tension par un poids 49 suspendu à une extrémité du câble, et l'autre extrémité est fixée au bâti de l'appareil d'essai. La course de la pièce 47 est telle qu'une section du câble passe d'un côté du galet 45, à l’état rectiligne, puis sur ce galet, à l'état incurvé , 10 le rayon du galet 45 étant le rayon de courbure, vers l'autre côté du galet 45, où elle se trouve de nouveau à l'état rectiligne, sans atteindre l'un ou l'autre des galets 44 et 45. On utilise un diamètre donné pour1les galets 44, 45 et 46, à partir duquel on peut calculer une 15 tension de flexion donnée à la surface du fil la plus éloignée du plan neutre. Puis, on teste le câble pour différentes valeurs du poids 49, correspondant à des valeurs croissantes de la tension. Les valeurs de la tension uti- 2 2 2

Usées sont 50 N/mm ,100 N/mm , 150 N/mm , etc., ces va- 2 20 leurs continuant à s'accroître par pas de 50 N/mm , pour voir quelle est la tension <jr maximale pour laquelle le

Si câble ne se rompt pas après 500 000 cycles. Ces valeurs de 0- sont recherchées pour différentes valeurs de L'essai a été effectué avec une structure 3 + 9 x 0,22, 25 ce qui correspond à un brin central .de trois fils entouré par neuf fils, tous les fils ayant un diamètre-de 0,22 mm. Les fils sont constitués d'acier à 0,8% de carbone et sont traités pour posséder une résistance à la traction d'envi-2 ron 3200 N/mm et une limite d'élasticité d'environ 2 30 2900 N/mm , l'allongement élastique étant d'environ .1,5% et l'allongement à la rupture d'environ 2,2%. On effectue une comparaison entre un câble a ayant les caractéristiques de l'invention et un câble classique b ayant la même structure et la même qualité de fil. Les résultats sont les sui- 7' t 18.

__ — 2 0“b (N/mm2) :d <T^ (N/iran ) câble a câble b 1220 200 100 1000 550 400 800 -850 650 1200* 700 650 x -

Essai effectué avec des câbles a et b enrobés de caoutchouc.

L'invention peut être appliquée à des câblés d'acier classiques pour carcasses pneumatiques de poids lourds, des types suivants : 5 7 x 3 x 0,15 3 + 9 + 15 x 0,22 3 + 9 x" 0,15 3 + 9 x 0,175 7 x 4 x 0,175 7 x 4 x 0,22 3 + 9 + 15 x 0,175 3 + 9 x 0,22 et à leurs nouveaux équivalents: 10 3 + 9 x 0,175 3 + 9 x 0,20 ' 3 + 9 x 0,33 12 x 0,175 12 x 0,20 12 x 0,22 qu'ils soient ou non entourés d'un fil hélicoïdal supplémentaire .

Dans les ceintures pour pneumatiques de poids lourds, 15 l'invention peut être appliquée aux structures classiques suivantes: 3 x 0,20 + 6 x 0,38 3 + 9 + 15 x 0,22 3 x 0,20 + 6 x 0,35 3+9 x 0,22 : 7 x 4 x 0,22 3 x 0,15 + 6 x 0,27 " 20 ou aux structures moins classiques des types suivants: * 3 + 9 x 0,28 12 x 0,28 3 + 9 x 0,22 12 x 0,22

On peut donner à chacune de ces structures une 2 résistance à la traction spécifique de par exemple 2200 N/nm , 2 2 25 2600 N/mm ou 3000 N/mm , chacuneayant un pas de 8,12, 16 ou 20 mm et étant recouverte par exemple de laiton ou d'un « ·» · « 19 alliage de laiton ternaire et enrobée dans un caoutchouc c 2 ayant un module à 100% de par exemple 40 ou 50 kg/cm .

Il est clair que 11 invention n'est pas limitée aux exemples qui ont été décrits, mais s'étend à toutes les 5 structures et les matières de câbles métalliques et à tous les procédés de déformation pour lesquels on utilise les enseignements de l'invention. Si, par exemple, les jeux de galets dresseurs 23, 24 sont remplacés par un jeu de galets dresseurs qui tourne autour d'un axe longitudinal, 10 la force de traction et les flexions étant combinées d'une manière analogue, il est clair que ceci est également compris dans l'enseignement de cette invention.

A .

Claims (5)

1. Câble métallique, caractérisé en ce qu'il comprend un certain nombre de fils métalliques à surface lisse dont à peu près la totalité de la zone périphérique (16) se trouve dans un état de contraintes de compression résiduelles 5 à peu près uniformément distribuées.

2. Câble métallique suivant la revendication 1, caractérisé em ce qu'il est constitué par un câblé d'acier pouvant adhérer à du caoutchouc, destiné à renforcer des articles en caoutchouc. 10 3,- Câble métallique suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il est constitué par un câblé d'acier dont l'acier présente une résistance à la traction supérieure à 3000 Newtons par millimètre carré.

4. Procédé de traitement d'un câble métallique pour 15 réaliser un câble suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que: on sourat chacune des sections de longueur;, successives du câule (21) à un certain nombre d'opérations élémentaires de flexion-redressement, au moins deux de ces opérations étant effectuées dans des 20 plans considérablement différents, chaque opération élémentaire comprenant la courbure du câble sous contrainte de traction simultanée, de sorte que la section transversale desdits fils présente successivement, en direction du centre de courbure, une zone d'allongement plastique, une zone 25 d'allongement élastique, et une zone de compression à peu près totalement élastique,, puis on supprime la force de courbure qui produit ladite courbure.

5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites opérations élémentaires de flexion et 30 de redressement comprennent une série d'opérations de flexion et de redressement effectuées dans un même plan, mais dans des sens alternativement opposés, suivies par une série d'opérations analogues de flexion et de redressement alternées effectuées dans un autre plan considéra-35 blement différent.

6. Procédé suivant l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les sections de longueur successives -k :: » 21 sont traitées de façon continue, les sections successives décrivant une trajectoire de güidage incurvée qui fait subir au câble les opérations de courbure et de redressement. 7, - Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en 5 ce que la trajectoire de guidage incurvée est formée par un certain nombre de rouleaux de guidage (23, 24) alignés le long de cette trajectoire. 8. -. Pneu pour véhicule, caractérisé en ce qu'il est renforcé par un câblé d'acier pouvant adhérer au caoutchouc 10 suivant l'une des revendications 2 et 3___^