WO2017108793A1 - Procede de fabrication d'un corps d'etrier de frein a disque comprenant une operation de fabrication additive laser - Google Patents
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Definitions
- the invention also relates to a method thus defined, comprising the integration of an insert for stiffening a part of the stirrup body.
- 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.
- the inserts 19, 21 make it possible to give the stirrup a rigidity important only in the parts where this high rigidity is necessary, namely mainly the vault of this stirrup body.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- the base constitutes a piston compression chamber that must withstand a pressure that can be very high.
- 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.
- 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 stirrup body. Nomenclature :
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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.
Description
PROCEDE DE FABRICATION D'UN CORPS D'ETRIER DE FREIN A DISQUE COMPRENANT UNE OPERATION DE FABRICATION ADDITIVE LASER
DESCRIPTION
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. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
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.
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.
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.
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.
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.
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.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
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 ;
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 ;
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 : insert
Claims
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).
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.
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).
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.
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.
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| ANONYMOUS: "TU Wien Racing - Here are our topology optimized front and...", 5 May 2014 (2014-05-05), XP055223237, Retrieved from the Internet <URL:https://www.facebook.com/tuwracing/posts/10152229866921696> [retrieved on 20151023] * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10961865B2 (en) | 2018-11-06 | 2021-03-30 | Raytheon Technologies Corporation | Gas turbine engine structure with integrated actuation features |
| FR3129999A1 (fr) * | 2021-12-03 | 2023-06-09 | Hitachi Astemo France | Étrier de frein fabriqué par fabrication additive |
| DE102022203988A1 (de) | 2022-04-25 | 2023-10-26 | Hl Mando Corporation | Bremssattelgehäuse für eine scheibenbremsanlage und verfahren zur herstellung eines bremssattelgehäuses |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3045755B1 (fr) | 2019-06-21 |
| FR3045755A1 (fr) | 2017-06-23 |
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