FR2835206A1 - Method of forming wheel for motor vehicle involves welding sheet metal blanks together and deforming edges to form rim - Google Patents
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Abstract
Description
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Procédé de réalisation d'une roue pour véhicule terrestre à moteur. Method for producing a wheel for a land motor vehicle.
La présente invention concerne un procédé de réalisation d'une roue pour véhicule terrestre à moteur comportant un voile de roue et une jante sensiblement cylindrique composée d'un bras court dit extérieur et d'un bras long dit intérieur, 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 d'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, correspondant à la périphérie du voile de roue. The present invention relates to a method for producing a wheel for a land motor vehicle comprising a wheel disc and a substantially cylindrical rim composed of a short arm called external and a long arm called internal, the wheel disc being constituted a substantially planar central part, comprising a bearing which serves to center and fix the wheel on an axle hub, a substantially conical internal rise, another inverted conical part defining with the internal rise a curve nose, which has a large radius of curvature, the inverted conical part, rear part of the curve nose, corresponding to the periphery of the wheel disc.
Le domaine concerné est celui des roues pour véhicules légers ou véhicules utilitaires généralement obtenues par fluotournage. The field concerned is that of wheels for light vehicles or utility vehicles generally obtained by flow turning.
Les roues actuelles les plus courantes sont généralement composées de deux éléments distincts, un voile formant un disque et une jante sensiblement cylindrique : - la jante est de forme globale cylindrique mise en forme par roulage et destinée à porter le pneu. The most common current wheels are generally composed of two distinct elements, a web forming a disc and a substantially cylindrical rim: - the rim is of overall cylindrical shape shaped by rolling and intended to carry the tire.
- le voile, mis en forme généralement par emboutissage ou fluotournage, relie la jante au moyeu du véhicule automobile. - The web, generally shaped by stamping or flow forming, connects the rim to the hub of the motor vehicle.
L'assemblage de la jante et du voile est généralement obtenu par soudage, tandis que la liaison avec le moyeu est réalisé par boulonnage. The assembly of the rim and the web is generally obtained by welding, while the connection with the hub is achieved by bolting.
Les différentes opérations de formage donnent en final, un profil de 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 appelée 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 notamment d'allégement et d'aération pour le refroidissement des freins, - le bord tombé de la partie arrière par lequel est généralement réalisée la liaison soudée du voile de roue avec la jante. The different forming operations ultimately give a wheel wall profile generally consisting of five concentric circular zones, which are: - the central part, which is used to fix the wheel on the hub of the vehicle axle, - the rise conical interior connecting the central part and the top of the wheel called the curve nose, - the curve nose which has a large radius of curvature, - the rear part of the curve nose on which there are openings in particular for lightening and d ventilation for cooling the brakes, - the fallen edge of the rear part by which the welded connection of the wheel disc with the rim is generally produced.
L'inconvénient des roues aciers classiques réside dans le fait que le style ne peut être donné que par l'ajout d'un enjoliveur. Par ailleurs, dans le cas des roues The disadvantage of classic steel wheels is that the style can only be given by adding a hubcap. Furthermore, in the case of wheels
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d'acier de style de type full face , des problèmes de sollicitations importantes du joint soudé au droit du voile conduisent à un surdimensionnement général de la roue, et pénalise donc sa masse. Dans le cas des roues aluminium généralement obtenues par moulage ou par forgeage, un procédé de fabrication consiste à fendre un disque dans l'épaisseur sur sa périphérie afin de former un Y : le procédé est appelé center line split-spun one-piece aluminium wheel . Ce procédé de fabrication réside en deux opérations différentes de repoussage. Une première opération concerne le disque au niveau de la partie non fendue, la seconde concerne la jante dans les parties divisées. Full-face style steel, significant stress problems of the welded joint in line with the wall lead to a general oversizing of the wheel, and therefore penalizes its mass. In the case of aluminum wheels generally obtained by casting or forging, a manufacturing process consists in splitting a disc in the thickness on its periphery in order to form a Y: the process is called center line split-spun one-piece aluminum wheel . This manufacturing process consists of two different embossing operations. A first operation concerns the disc at the level of the unsplit part, the second concerns the rim in the divided parts.
Ce procédé permettrait un allègement de 20% par rapport aux roues en aluminium moulées, notamment grâce aux possibilités de variations locales d'épaisseur dans les zones les moins sollicitées. L'inconvénient du procédé de fabrication de la roue fendue en aluminium réside dans la nécessité d'une fabrication soignée et il ne peut donc pas, à l'heure actuelle, être généralisée à la production de très grande série de façon compétitive. This process would allow a reduction of 20% compared to cast aluminum wheels, in particular thanks to the possibilities of local thickness variations in the least stressed areas. The disadvantage of the manufacturing process of the split aluminum wheel lies in the need for careful manufacturing and it cannot therefore, at the present time, be generalized to the production of very large series in a competitive manner.
Le but de l'invention est d'améliorer les différentes techniques actuelles de réalisation de roue en acier dans un souci de simplification du procédé de fabrication courant en modifiant la configuration de la roue basée sur l'assemblage d'un voile et d'une jante en partant de deux flans de tôle circulaires pré soudés entre eux sur une génératrice circulaire. The object of the invention is to improve the various current techniques for producing a steel wheel in order to simplify the current manufacturing process by modifying the configuration of the wheel based on the assembly of a web and a rim starting from two circular sheet metal blanks pre-welded together on a circular generator.
L'invention a pour objet un procédé de réalisation d'une roue pour véhicule terrestre à moteur qui se caractérise en ce que : - on associe un premier flan et un second flan de tôle circulaires soudés au moyen d'au moins une soudure circulaire concentrique d'un diamètre maximum correspondant sensiblement au diamètre de la jante, - on déforme pépiphériquement, par fluotournage, à partir des deux flans de tôle soudés, le premier flan pour réaliser le bras long dit intérieur de la jante, le premier flan se séparant du second flan au niveau de la plus grande soudure circulaire, - on déforme périphériquement, également par fluotournage, le second flan au niveau de la plus grande soudure circulaire pour réaliser le bras court dit extérieur de la jante.
Les autres caractéristiques de l'invention sont : - on associe le premier flan et le second flan au moyen d'un soudage choisi parmi le soudage laser, MAG ou par friction. The other characteristics of the invention are: - the first blank and the second blank are combined by means of a welding chosen from laser, MAG or friction welding.
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- le premier flan circulaire est un disque de diamètre sensiblement égal au diamètre du voile plus deux largeurs de bras long dit intérieur de la jante, et le second flan de tôle est une couronne de diamètre intérieur sensiblement inférieur au diamètre du voile de roue, le diamètre extérieur étant égal au diamètre du voile plus deux largeurs de bras court dit extérieur de la jante. the first circular blank is a disc with a diameter substantially equal to the diameter of the web plus two long arm widths said to be inside the rim, and the second sheet blank is a crown with an internal diameter substantially smaller than the diameter of the wheel web, the outside diameter being equal to the diameter of the web plus two widths of short arm called outside of the rim.
- le premier flan circulaire est une couronne de diamètre intérieur sensiblement inférieur au diamètre du voile le diamètre extérieur étant égal au diamètre du voile plus deux largeurs de bras long dit intérieur de la jante, et le second flan de tôle est un disque de diamètre égal au diamètre du voile de roue plus deux largeurs de bras dit court de la jante. - the first circular blank is an inner diameter crown substantially smaller than the diameter of the web, the outside diameter being equal to the diameter of the web plus two widths of the long arm called the inside of the rim, and the second sheet metal blank is a disc of equal diameter to the diameter of the wheel disc plus two arm widths called short of the rim.
- le premier et second flan sont composés de plusieurs anneaux concentriques de matériaux d'épaisseurs et de caractéristiques mécaniques différentes adaptées. - The first and second blank are composed of several concentric rings of materials of suitable thicknesses and different mechanical characteristics.
L'invention concerne également une roue pour véhicule terrestre 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. The invention also relates to a wheel for a land motor vehicle obtained by implementing the method. The following description and the appended figures, all given by way of nonlimiting example, will make the invention clear.
La figure 1 est une vue en coupe d'une roue de véhicule terrestre à moteur connue présentant les différentes parties de ladite roue. Figure 1 is a sectional view of a known land motor vehicle wheel having the different parts of said wheel.
Les figures 2a, 2b, 2c présentent en coupe une mise en forme progressive d'une roue de véhicule selon l'invention, à partir de deux flans soudés présentés sur la figure 2a. Figures 2a, 2b, 2c show in section a progressive shaping of a vehicle wheel according to the invention, from two welded blanks shown in Figure 2a.
Les figures 3a, 3b, 3c présentent en coupe une mise en forme progressive d'une roue de véhicule selon l'invention, à partir de deux flans soudés présentés sur la figure 3a, dans l'exemple ou le premier flan est une couronne. Figures 3a, 3b, 3c show in section a progressive shaping of a vehicle wheel according to the invention, from two welded blanks shown in Figure 3a, in the example where the first blank is a crown.
Selon la figure 1, la roue 1 pour véhicule terrestre à moteur comporte 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 soudée du voile 2 avec la jante 3. According to FIG. 1, the wheel 1 for a land motor vehicle comprises a wheel cover 2 and a substantially cylindrical rim 3, the wheel cover 2 consisting of a central part 4, substantially planar, comprising a surface 5 which serves to center and fix the wheel 1 on a hub of an axle, a substantially conical internal rise 6, another inverted conical part 7 defining with the interior rise 6, a curve nose 8 which has a large radius of curvature, the part inverted conical 7, rear part of the curve nose 8 ending in a fallen edge 9, intended for the welded connection of the web 2 with the rim 3.
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La jante 3 sensiblement cylindrique composée d'un bras court 10 dit extérieur et d'un bras long 11 dit intérieur est réalisée par roulage d'un cylindre formé par une bande de tôle soudée par ses deux bouts. The substantially cylindrical rim 3 composed of a short arm 10 said exterior and a long arm 11 said interior is produced by rolling a cylinder formed by a strip of sheet metal welded by its two ends.
La technologie des roues à voile et jante séparées nécessite une zone de tombé de bord au niveau du pourtour du voile afin de permettre l'assemblage dudit voile à l'intérieur de la jante. Cette zone de liaison, généralement soudée, est critique en fatigue radiale par exemple lors du roulage sur route droite. En effet, lors d'un test de fatigue en chargement radial, simulant le chargement sur route droite, des fissures apparaissent en extrémité de cordon de soudure, ce qui entraîne un phénomène d'entaille du voile sur la jante avec une perte potentielle d'étanchéité du pneumatique à l'apparition des fissures. The technology of separate sail wheels and rim requires an edge drop zone at the periphery of the sail in order to allow the assembly of said sail inside the rim. This connection zone, generally welded, is critical in radial fatigue, for example when driving on a straight road. Indeed, during a fatigue test in radial loading, simulating loading on a straight road, cracks appear at the end of the weld bead, which results in a notch phenomenon of the web on the rim with a potential loss of tightness of the tire when cracks appear.
L'invention traite d'un procédé de réalisation d'une roue 12 de véhicule terrestre à moteur, comme présenté sur les figures 2a, 2b, 2c, dans lequel on associe : - comme présenté sur la figure 2a, un premier flan 13 et un second flan 14 de tôle circulaires, soudés au moyen d'au moins une soudure circulaire concentrique 15 d'un diamètre maximum correspondant sensiblement au diamètre de la jante 3, - comme présenté sur les figures 2a et 2c, on déforme pépiphériquement, par fluotournage, à partir des deux flans 13,14, de tôle soudés, le premier flan 13 pour réaliser le bras long 11 dit intérieur de la jante 3, le premier flan 13 se séparant du second flan 14, au niveau de la plus grande soudure circulaire 15, - on déforme ensuite, périphériquement, de la même manière que le flan 13, le second flan 14, également par fluotournage, au niveau de la plus grande soudure circulaire 15, pour réaliser le bras court 10 dit extérieur de la jante 3. La soudure circulaire 15 est réalisée, par exemple laser ou MAG, afin d'assurer l'étanchéité de la jante et du pneumatique associé. Le flan 13 qui forme le voile de roue et le bras long 11 dit intérieur de la jante 3, et le flan 14 formant le voile 3 et le bras court 10 dit extérieur de la jante 3 sont réalisées dans des matériaux de caractéristiques mécaniques et ou d'épaisseurs différentes optimisées en fonction des contraintes en service du type choc et fatigue, des différentes parties de roue sollicitées. The invention relates to a method for producing a wheel 12 of a land motor vehicle, as presented in FIGS. 2a, 2b, 2c, in which there is associated: - as presented in FIG. 2a, a first blank 13 and a second blank 14 of circular sheet metal, welded by means of at least one concentric circular weld 15 of a maximum diameter corresponding substantially to the diameter of the rim 3, - as shown in FIGS. 2a and 2c, the shape is deformed by flow spin , from the two blanks 13,14, of welded sheet metal, the first blank 13 to make the long arm 11 said inside of the rim 3, the first blank 13 separating from the second blank 14, at the level of the largest circular weld 15, - the periphery 13 is then deformed peripherally in the same manner as the blank 13, the second blank 14, also by flow spinning, at the level of the largest circular weld 15, in order to produce the short arm 10 said to be outside of the rim 3. Circular welding e 15 is produced, for example laser or MAG, in order to seal the rim and the associated tire. The blank 13 which forms the wheel wall and the long arm 11 said inside the rim 3, and the blank 14 forming the wall 3 and the short arm 10 said outside of the rim 3 are made of materials with mechanical characteristics and or of different thicknesses optimized according to the constraints in service of the shock and fatigue type, of the different wheel parts requested.
Il est ainsi conçue une roue ayant une meilleure résistance vis à vis du choc en définissant en dimension le bras court extérieur de jante en fonction principalement du choc et de la fatigue. Le flan 13, étendu pour former le voile et le bras long 11 intérieur de roue, est adapté pour une meilleure tenue à la fatigue de la roue grâce au mode de It is thus designed a wheel having a better resistance to shock by defining in dimension the short outer rim arm as a function mainly of shock and fatigue. The blank 13, extended to form the web and the long inner arm 11 of the wheel, is suitable for better resistance to fatigue of the wheel thanks to the mode of
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soudure au niveau de la liaison des deux flans, à l'endroit de la séparation des deux flans dans l'opération de formage des bras de jante. Le bras long intérieur de la jante bénéficie donc, grâce au fluotournage, d'une diminution sensible des épaisseurs et d'un accroissement de la résistance mécanique de l'acier par écrouissage. Ceci permet d'assurer une meilleure résistance au choc tout en allégeant la roue, contrairement à la mise en forme par un emboutissage seulement. welding at the connection of the two blanks, at the point of separation of the two blanks in the operation of forming the rim arms. The long inner arm of the rim therefore benefits, thanks to flow spinning, from a significant reduction in thicknesses and an increase in the mechanical strength of the steel by work hardening. This ensures better impact resistance while lightening the wheel, unlike shaping by stamping only.
Ainsi, on utilisera des nuances et des épaisseurs de matériaux différentes en fonction des sollicitations au choc pour le bras court extérieur de jante et des sollicitations en fatigue pour le bras long intérieur de jante. Le choix des nuances de matériaux pourra par ailleurs dépendre des aspects esthétiques demandés, par exemple un aspect brillant du bras court extérieur visible en utilisant un acier inoxydable. Thus, different shades and thicknesses of materials will be used depending on the impact stresses for the short outer rim arm and the fatigue stresses for the long inner rim arm. The choice of material nuances may also depend on the aesthetic aspects requested, for example a shiny appearance of the visible short outer arm using a stainless steel.
Comme représenté sur les figures 2a, 2b, 2c, le premier flan circulaire13 est un disque de diamètre sensiblement égal au diamètre du voile3 de roue plus deux largeurs de bras long 11 dit intérieur de la jante 3, et le second flan 14 de tôle est également un disque de diamètre intérieur sensiblement inférieur au diamètre du voile 3 de roue le diamètre extérieur étant égal au diamètre du voile 3 plus deux largeurs de bras courts 10 dit extérieur de la jante 3. As shown in FIGS. 2a, 2b, 2c, the first circular blank 13 is a disc with a diameter substantially equal to the diameter of the wheel wall 3 plus two long arm widths 11 said inside the rim 3, and the second sheet metal blank 14 is also a disc with an internal diameter substantially smaller than the diameter of the wheel wall 3, the external diameter being equal to the diameter of the wall 3 plus two widths of short arms 10 called the outside of the rim 3.
Selon les figures 3a, 3b, 3c, le premier flan 13 circulaire est une couronne de diamètre intérieur sensiblement inférieur au diamètre du voile 3 de roue, le diamètre extérieur étant égal au diamètre du voile 3 plus deux largeurs de bras long 10 dit intérieur de la jante, et le second flan 14 de tôle est un disque de diamètre égal au diamètre du voile 3 de roue plus deux largeurs de bras 10 dit court de la jante 3. According to FIGS. 3a, 3b, 3c, the first circular blank 13 is a crown with an internal diameter substantially smaller than the diameter of the wheel wall 3, the external diameter being equal to the diameter of the wall 3 plus two widths of long arm 10, said inside of the rim, and the second sheet metal blank 14 is a disc with a diameter equal to the diameter of the wheel face 3 plus two arm widths 10 called short of the rim 3.
Non représenté sur les figures, le premier flan 13 circulaire peut être un disque de diamètre extérieur égal au diamètre du voile 3 plus deux largeurs de bras long 11 dit intérieur de la jante, et le second flan 14 de tôle peut être une couronne de diamètre intérieur sensiblement égal au diamètre de voile et de diamètre extérieur égal au diamètre du voile de roue plus deux largeurs de bras 10 dit court de la jante. Le premier flan 13 et second flan 14 peuvent être composés de plusieurs anneaux concentriques de matériaux d'épaisseurs et de caractéristiques mécaniques différentes adaptées soudés bord à bord. Not shown in the figures, the first circular blank 13 may be a disc with an outside diameter equal to the diameter of the web 3 plus two widths of long arm 11 said to be inside the rim, and the second sheet blank 14 may be a crown of diameter inside substantially equal to the diameter of the wall and the outside diameter equal to the diameter of the wheel wall plus two arm widths 10 said short of the rim. The first blank 13 and second blank 14 may be composed of several concentric rings of materials of different thicknesses and of different mechanical characteristics, welded edge to edge.
Selon l'invention, la périphérie des deux disques ou couronne au-delà de la soudure circulaire 15 est ouverte par repoussage ou fluotournage afin de former les According to the invention, the periphery of the two discs or crown beyond the circular weld 15 is opened by embossing or flow spinning in order to form the
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bras de la jante. Le centre de la roue étant formé par repoussage, fluotournage ou emboutissage, de la partie centrale. Il est ainsi possible, selon le procédé décrit, d'obtenir une roue pré-assemblée et donc de supprimer un certain nombre d'opérations telles que le frettage et le soudage nécessaires à l'assemblage jante-disque, ainsi que l'utilisation de deux lignes de formage différentes pour la jante et le disque, en général, une ligne de roulage pour la jante et une ligne d'emboutissage pour disque. rim arm. The center of the wheel being formed by pushing back, flow turning or stamping, of the central part. It is thus possible, according to the method described, to obtain a pre-assembled wheel and therefore to eliminate a certain number of operations such as hooping and welding necessary for the rim-disc assembly, as well as the use of two different forming lines for the rim and the disc, in general, a rolling line for the rim and a stamping line for disc.
L'intérêt d'utiliser deux disques ou couronne pré soudés réside dans une simplification. Le procédé permet d'assurer un état de surface et une épaisseur régulière des parties destinées à former la jante. L'utilisation du fluotournage permet de moduler les épaisseurs en fonction des zones fortement ou faiblement sollicitées, et donc d'optimiser la masse de la roue. The advantage of using two pre-welded discs or crown lies in a simplification. The method ensures a surface finish and a regular thickness of the parts intended to form the rim. The use of flow turning makes it possible to modulate the thicknesses as a function of the heavily or weakly stressed zones, and therefore to optimize the mass of the wheel.
Cette configuration de roue permet également d'apporter davantage de style à la roue grâce à l'obtention d'un voile de grand diamètre. Elle utilise en effet le principe de la roue full face avec une conception de la liaison soudée jante-voile moins pénalisante en terme de tenue en fatigue, en effet, le soudage au droit du voile est remplacé par un soudage à clin. This wheel configuration also makes it possible to bring more style to the wheel by obtaining a veil of large diameter. It in fact uses the principle of the full face wheel with a design of the welded rim-sail connection less penalizing in terms of fatigue strength, in fact, welding to the right of the veil is replaced by lap welding.
Le procédé permet d'envisager l'obtention d'une roue légère de style présentant un allègement de l'ordre de 30% par rapport à une roue de type fuit-face classique de l'art antérieur. Les simplifications induites dans les lignes de fabrication assurent un gain par rapport au coût d'une fabrication classique. En effet, cela revient à remplacer : 1. la ligne de soudage de la virole jante, 2. la ligne de roulage de la virole soudée, 3. la ligne emboutissage du voile, 4. la ligne assemblage soudage jante-voile, par : 1. une ligne de soudage des disques ou couronne, 2. une ligne de fluotournage de l'ensemble ou de fluotournage des bras plus l'emboutissage du centre de voile. The method makes it possible to envisage obtaining a light style wheel having a reduction of the order of 30% compared to a wheel of the conventional leak-face type of the prior art. The simplifications induced in the production lines ensure a gain compared to the cost of a conventional manufacture. In effect, this amounts to replacing: 1. the welding line of the rim ferrule, 2. the rolling line of the welded ferrule, 3. the stamping line of the wall, 4. the rim-sail welding assembly line, by: 1. a line for welding the discs or crown, 2. a line for spinning the assembly or for spinning the arms plus the stamping of the sail center.
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- 2002-01-28 FR FR0200965A patent/FR2835206A1/en active Pending
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