FR2836404A1 - Land vehicle wheel manufacturing procedure consists of rolling and welding sheet metal ring and shaping with die and matrix before fixing disc - Google Patents
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Abstract
Description
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ovçvnvs Procédé de réalisation d'une roue pour véhicule terrestre à moteur comportant une jante allégée. <Desc / Clms Page number 1>
ovçvnvs Method for producing a wheel for a land motor vehicle comprising a lightened rim.
La présente invention concerne un procédé de réalisation d'une roue pour véhicule terrestre à moteur comportant, d'une part, une jante de roue sensiblement cylindrique, destinée à porter un pneumatique, composée d'un bras court dit extérieur et d'un bras long dit intérieur bordés par un crochet, et d'autre part, un voile de roue composé 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, la partie conique inversée, comportant, en périphérie, un bord tombé pour une liaison avec la jante. The present invention relates to a method for producing a wheel for a land motor vehicle comprising, on the one hand, a substantially cylindrical wheel rim, intended to carry a tire, composed of a short arm called an outer arm and an arm long said interior bordered by a hook, and on the other hand, a wheel disc composed of a substantially planar central part having a bearing which serves to center and fix the wheel on an axle hub, a substantially conical internal climb , another inverted conical part defining, with the internal rise a curved nose, the inverted conical part, comprising, at the periphery, a fallen edge for a connection with the rim.
Dans le domaine de la réalisation de roues de véhicules automobiles, les constructeurs cherchent à alléger les véhicules et pour cela cherchent à alléger, individuellement, tous les composants du véhicule automobile. Les fabricants de roues se doivent donc d'optimiser le poids des roues, d'autant plus qu'il s'agit d'un organe moteur non suspendu. In the field of the production of motor vehicle wheels, the manufacturers seek to lighten the vehicles and for this seek to lighten, individually, all the components of the motor vehicle. Wheel manufacturers must therefore optimize the weight of the wheels, especially since it is an unsprung motor unit.
Les voiles d'une roue de véhicule terrestre à moteur sont généralement obtenus par emboutissage à partir d'un flan de tôle en une ou plusieurs parties pouvant être raboutées, par exemple par LASER. The sails of a wheel of a land motor vehicle are generally obtained by stamping from a sheet metal blank in one or more parts which can be joined, for example by LASER.
La gamme de mise en forme dite standard d'une jante de roue consiste en une opération de roulage d'une bande de tôle suivie d'une opération de soudage des bouts de tôle pour former une virole, suivie d'une opération de mise en forme de la virole au moyen de galets de profilage. The so-called standard range of shaping of a wheel rim consists of a rolling operation of a strip of sheet metal followed by a welding operation of the ends of sheet metal to form a ferrule, followed by a setting operation shape of the ferrule by means of profiling rollers.
Ce procédé impose une épaisseur constante sur tout le profil de la jante. De ce fait, la partie la plus sollicitée détermine l'épaisseur de l'ensemble. Les zones moins sollicitées sont surdimensionnées et par conséquent, la masse de la jante n'est pas optimisée. This process imposes a constant thickness over the entire profile of the rim. Therefore, the most stressed part determines the thickness of the assembly. The less stressed areas are oversized and therefore, the mass of the rim is not optimized.
Il est connu une technique permettant d'optimiser la répartition d'épaisseur et la fabrication d'une jante à partir de flans de différentes épaisseurs raboutés par soudage laser. Par conséquent, certains fabricants de roues ont pensé à introduire une opération de fluotournage de la virole avant la mise en forme définitive de la jante. Ces techniques permettent de moduler les épaisseurs, mais pénalisent les cadences de fabrication. De plus, l'aspect de surface obtenu est médiocre et peut compromettre la tenue en fatigue du métal de la roue. A technique is known which makes it possible to optimize the distribution of thickness and the manufacture of a rim from blanks of different thicknesses joined together by laser welding. Consequently, some wheel manufacturers have thought of introducing a flow spinning operation of the ferrule before the final shaping of the rim. These techniques make it possible to modulate the thicknesses, but penalize the production rates. In addition, the surface appearance obtained is poor and can compromise the fatigue strength of the metal of the wheel.
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Les principaux inconvénients des techniques antérieures, pour la réalisation des jantes, sont les suivants : - dans de la mise en forme standard, il apparaît un surdimensionnement des parties de la jante les moins sollicitées et une roue plus lourde en fin de réalisation. The main drawbacks of the prior techniques, for the production of the rims, are as follows: - in standard shaping, there is an oversizing of the less stressed parts of the rim and a heavier wheel at the end of production.
- la technique par raboutage laser est d'un coût élevé. - the laser butt welding technique is expensive.
- l'usage d'une opération de fluotournage, entraîne une diminution des cadences de production et une possible dégradation de la tenue en fatigue de la roue. - the use of a flow-turning operation leads to a reduction in production rates and a possible deterioration in the fatigue strength of the wheel.
Le but de l'invention est d'obtenir une roue de véhicule léger à moteur, en réalisant une jante allégée, par un procédé économique, sans pénaliser les cadences de production ni dégrader les caractéristiques mécaniques de la roue. The object of the invention is to obtain a light motor vehicle wheel, by producing a lightened rim, by an economical process, without penalizing production rates or degrading the mechanical characteristics of the wheel.
L'invention a pour objet un procédé de réalisation d'une roue pour véhicule terrestre à moteur qui se caractérise en ce que, pour l'obtention de la jante : - on roule une bande de tôle pour réaliser un cylindre, - on soude les deux extrémités de la bande pour obtenir une virole cylindrique,
- on insère la virole dans une matrice sensiblement cylindrique qui l'enveloppe, - on pratique une première expansion périphérique, en couronne, à une extrémité de la virole, - on insère dans la partie expansée en couronne, un anneau serre flan de diamètre intérieur supérieur au diamètre intérieur de la virole, et qui serre la partie expansée de la virole sur la matrice, - on emboutit axialement la virole au moyen d'un poinçon traversant l'anneau serre flan et la matrice, pour un laminage et ou une mise en forme. The subject of the invention is a method for producing a wheel for a land motor vehicle which is characterized in that, in order to obtain the rim: - a strip of sheet metal is rolled to produce a cylinder, - the two ends of the strip to obtain a cylindrical shell,
- the ferrule is inserted into a substantially cylindrical matrix which envelops it, - a first peripheral expansion is carried out, in a crown, at one end of the ferrule, - a blank diameter inner ring is inserted into the expanded portion in a crown greater than the inside diameter of the ferrule, and which clamps the expanded part of the ferrule on the matrix, - the ferrule is stamped axially by means of a punch passing through the blank clamp ring and the matrix, for rolling and / or placing in shape.
Les autres caractéristiques de l'invention sont : - sous l'effet du poinçon, l'acier de la virole s'écoule pour épouser la forme interne de la matrice. The other characteristics of the invention are: - under the effect of the punch, the steel of the ferrule flows to match the internal shape of the matrix.
- le profil intérieur de la matrice varie pour pouvoir moduler la forme et l'épaisseur finale de la jante. - the internal profile of the matrix varies to be able to modulate the shape and the final thickness of the rim.
- on pratique une première expansion conique à une extrémité de la virole, de façon à pouvoir la tenir lors de la phase de laminage. - a first conical expansion is practiced at one end of the shell, so that it can be held during the rolling phase.
- la partie interne de la matrice comporte des zones en creux permettant de réserver des zones de plus forte épaisseur dans le profil de la jante. - The internal part of the matrix has recessed areas making it possible to reserve areas of greater thickness in the profile of the rim.
L'invention concerne également un dispositif d'emboutissage pour la réalisation d'une jante de roue de véhicule terrestre à moteur, la jante de roue étant obtenue à partir d'une bande de tôle d'épaisseur déterminée roulée et soudée pour former une virole et soumisee notamment à plusieurs opérations de mise en forme, la jante étant The invention also relates to a stamping device for producing a wheel rim of a land motor vehicle, the wheel rim being obtained from a strip of sheet metal of determined thickness rolled and welded to form a ferrule. and subjected in particular to several shaping operations, the rim being
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Lvçvsrvhr composée d'un bras court dit extérieur et d'un bras long dit intérieur, chacun des bras étant bordé par un crochet, caractérisé en ce que le dispositif d'emboutissage de la virole comporte un outil composé d'une matrice sensiblement cylindrique et ayant, en section axiale, le profil ou une partie de profil de la jante à réaliser, un anneau serre flan en couronne assurant le serrage d'un bord de virole, et un poinçon lamineur cylindrique, traversant, axialement, l'anneau serre flan et la matrice pour laminer et ou former, en deux opérations successives, le bras intérieur et extérieur de la jante. Lvçvsrvhr composed of a short arm called exterior and a long arm called interior, each of the arms being bordered by a hook, characterized in that the drawing device of the ferrule comprises a tool composed of a substantially cylindrical matrix and having, in axial section, the profile or part of a profile of the rim to be produced, a blank blank ring in a crown ensuring the tightening of a ferrule edge, and a cylindrical laminator punch, passing through, axially, the blank blank ring and the die for laminating and or forming, in two successive operations, the inner and outer arm of the rim.
Les autres caractéristiques de l'invention sont : - le poinçon comporte une partie conique de laminage ayant un angle d'ouverture compris entre 10 et 50 et de préférence 30 , - la partie de raccordement entre la partie conique et la face de bout du poinçon de laminage comporte un rayon d'entrée dans la matrice compris entre 8 mm et 20 mm et de préférence 12 mm, - la surface de l'outil comporte sur ses surfaces de travail, une couche durcissante choisie parmi le TiN, le CrN, le carbone IC, le carbone amorphe. The other characteristics of the invention are: - the punch comprises a conical rolling part having an opening angle of between 10 and 50 and preferably 30, - the connecting part between the conical part and the end face of the punch of rolling has a radius of entry into the matrix of between 8 mm and 20 mm and preferably 12 mm, - the surface of the tool comprises on its working surfaces, a hardening layer chosen from TiN, CrN, carbon IC, amorphous carbon.
- la surface de l'outil comporte des surfaces de travail ayant une rugosité Ra comprise entre 0,2 et 0, 5 um et de préférence entre 0,3 et 0,4 um. the surface of the tool comprises working surfaces having a roughness Ra of between 0.2 and 0.5 μm and preferably between 0.3 and 0.4 μm.
La description qui suit et les figures annexées, feront bien comprendre l'invention. The following description and the appended figures will make the invention easier to understand.
La figure 1 est une représentation générale d'une roue de véhicule automobile selon l'invention. Figure 1 is a general representation of a motor vehicle wheel according to the invention.
Les figures 2a, 2b, 2c, 2d présentent une suite d'opération nécessaire à la réalisation d'une jante de roue selon l'invention. Figures 2a, 2b, 2c, 2d show a sequence of operations necessary for the production of a wheel rim according to the invention.
La figure 3 est un schéma de principe de l'outil du dispositif de réalisation de la jante selon l'invention. Figure 3 is a block diagram of the tool of the device for producing the rim according to the invention.
Le procédé selon l'invention concerne la réalisation d'une roue 1 de véhicule terrestre à moteur, comme représenté sur la figure 1, comportant de manière générale, un voile 2 de roue et une jante 3 sensiblement cylindrique. Le voile 2 de roue étant constitué, d'une partie centrale 5 sensiblement plane comportant une portée 6 qui sert à centrer et à fixer la roue 1 sur le moyeu de l'essieu du véhicule, une montée intérieure 7 sensiblement conique, une autre partie conique inversée 8 définissant, avec la montée intérieure 7, un nez de galbe 9 qui présente un rayon de courbure important, la partie conique inversée 8 se terminant par un bord tombé 10 destiné à la liaison du voile 2 avec la jante 3. The method according to the invention relates to the production of a wheel 1 of a land motor vehicle, as shown in FIG. 1, generally comprising a wheel cover 2 and a substantially cylindrical rim 3. The wheel disc 2 being made up of a substantially planar central portion 5 having a bearing surface 6 which serves to center and fix the wheel 1 on the hub of the vehicle axle, an inner cone 7 substantially conical, another part inverted conical 8 defining, with the internal rise 7, a curved nose 9 which has a large radius of curvature, the inverted conical part 8 ending in a fallen edge 10 intended for the connection of the web 2 with the rim 3.
La jante 3 comprend un bras court 11 dit extérieur et d'un bras long 12 dit intérieur chacun bordés par une pliure en forme de gouttière, appelé crochet 13. The rim 3 comprises a short arm 11 called the outer one and a long arm 12 called the inner one each bordered by a fold in the shape of a gutter, called hook 13.
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vvviv Les figures 2a, 2b, 2c, 2d montrent une suite d'opérations schématisées du procédé de réalisation de la jante. Après le roulage et le soudage présentés par les figures 2a et 2b, la virole 14 obtenue est placée dans un dispositif d'emboutissage, comme présenté sur la figure 2c. Le dispositif comporte un outil 15 composé d'une matrice 16 sensiblement cylindrique et ayant sensiblement, en section axiale, le profil ou une partie de profil de la jante 3, un anneau 17 serre flan en couronne assurant le serrage d'un bord circulaire de virole 14 au niveau du crochet 13, et un poinçon 18 lamineur cylindrique, traversant, axialement, l'anneau 17 serre flan et la matrice 16 pour laminer et ou former successivement le bras intérieur 11 et extérieur 12 de la jante. vvviv Figures 2a, 2b, 2c, 2d show a series of diagrammatic operations of the method of producing the rim. After rolling and welding shown in Figures 2a and 2b, the ferrule 14 obtained is placed in a stamping device, as shown in Figure 2c. The device comprises a tool 15 composed of a substantially cylindrical matrix 16 and having substantially, in axial section, the profile or a profile part of the rim 3, a ring 17 clamps into a blank in a crown ensuring the tightening of a circular edge of ferrule 14 at the hook 13, and a punch 18 cylindrical laminator, passing, axially, the ring 17 clamps blank and the die 16 to laminate and or successively form the inner 11 and outer 12 arm of the rim.
La matrice 16 enveloppe complètement la virole 14. Le diamètre intérieur de la matrice 16 varie de façon à moduler l'épaisseur de chacun des bras de la jante. The matrix 16 completely envelops the ferrule 14. The internal diameter of the matrix 16 varies so as to modulate the thickness of each of the arms of the rim.
Selon le procédé, une opération, après la mise en forme de la virole 14 consiste à pratiquer une expansion d'un bord périphérique de virole. La partie expansée ou évasée, par exemple conique, comme présentée sur la figure 3, peut servir à tenir la virole à l'aide d'un serre flan en forme d'anneau 17 qui pénètre dans la virole et presse de manière conique le bord de la virole 14 contre la matrice 16. According to the method, an operation, after the shaping of the ferrule 14 consists in practicing an expansion of a peripheral edge of the ferrule. The expanded or flared part, for example conical, as shown in FIG. 3, can be used to hold the ferrule using a ring-shaped blank clamp 17 which penetrates into the ferrule and presses the edge conically of the ferrule 14 against the matrix 16.
L'anneau serre flan 17 de diamètre légèrement supérieur au diamètre intérieur de la virole, permet le passage du poinçon vers la matrice. La matrice pourra avoir différentes formes. Comme présenté sur la figure 3, la matrice 16 comporte un vide 19 permettant de créer des zones plus épaisses sur le profil de jante. Les parties amincies sont en même temps écrouies, ce qui améliore les caractéristiques mécaniques de la jante. Lors de l'emboutissage-laminage, la matière s'écoule pour épouser la forme interne de la matrice. On arrive ainsi à conférer à la jante le profil d'épaisseur cherché en une seule passe, entre les zones des crochets et le creux de jante. Cela permet d'imprimer, en une seule passe, l'épaisseur convenable en chaque zone du profilé de la jante. The blank clamp ring 17 with a diameter slightly greater than the inside diameter of the ferrule, allows the punch to pass through to the die. The matrix can have different shapes. As shown in FIG. 3, the matrix 16 has a void 19 making it possible to create thicker zones on the rim profile. The thinned parts are at the same time hardened, which improves the mechanical characteristics of the rim. During stamping-rolling, the material flows to conform to the internal shape of the matrix. We thus manage to give the rim the desired thickness profile in a single pass, between the areas of the hooks and the rim recess. This allows the appropriate thickness to be printed in a single pass in each zone of the rim profile.
Le dispositif utilisé pour la réalisation de la jante comporte un outil qui doit être dimensionné pour supporter les efforts importants de la mise en forme et l'usure du au frottement. The device used for producing the rim comprises a tool which must be sized to withstand the significant efforts of shaping and wear due to friction.
Le revêtement des outils est très important. Il conditionne la valeur de l'effort poinçon, des efforts latéraux de dévêtissage et également les phénomènes d'usure ou de grippage. Un revêtement de type TiN, CrN ou mieux de type carbone amorphe, est conseillé. La rugosité doit être importante pour permettre un meilleur piégeage de l'huile. La mise en oeuvre du procédé demande une puissance presse de l'ordre de 150 The coating of the tools is very important. It conditions the value of the punch effort, lateral stripping efforts and also the phenomena of wear or seizure. A TiN, CrN or better amorphous carbon type coating is recommended. The roughness must be significant to allow better trapping of the oil. The implementation of the process requires a press power of the order of 150
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--r-r tonnes sur poinçon et 200 tonnes sur serre flan pour une virole de 15 pouces de diamètre, dans un acier de 600 MPa de résistance mécanique.
--rr tonnes on punch and 200 tonnes on blank holder for a 15 inch diameter ferrule, in a steel of 600 MPa of mechanical resistance.
Les efforts de mise en forme ne sont pas particulièrement contraignants. On a pu constater qu'il existe des relations entre l'effort poinçon et le taux de repassage. On peut calculer le taux d'écrouissage en fonction du taux de réduction et donc de donner une estimation de l'évolution de la limite d'élasticité. Ceci permet d'optimiser le dimensionnement de la jante en jouant sur le couple épaisseur-caractéristiques mécaniques et ainsi alléger la jante par optimisation. The shaping efforts are not particularly restrictive. We have seen that there are relationships between the punching effort and the ironing rate. One can calculate the rate of work hardening according to the rate of reduction and thus to give an estimate of the evolution of the elastic limit. This makes it possible to optimize the dimensioning of the rim by playing on the thickness-mechanical characteristics couple and thus lightening the rim by optimization.
Dans le cadre d'une description plus précise de l'outil d'emboutissage : - la partie conique en bout du poinçon d'emboutissage laminage a un angle d'ouverture compris entre 10 et 50 et de préférence 300, - la partie de raccordement entre la partie conique et la face de bout du poinçon de laminage présente un rayon d'entrée dans la matrice compris entre 8mm et 20 mm et de préférence 12 mm, - la surface de l'outil comporte une rugosité Ra comprise entre 0,2 à 0,5 pm et de
préférence entre 0, 3 et 0, 4 um. In the context of a more precise description of the stamping tool: - the conical part at the end of the rolling stamping punch has an opening angle of between 10 and 50 and preferably 300, - the connection part between the conical part and the end face of the rolling punch has an entry radius into the die of between 8mm and 20 mm and preferably 12 mm, - the surface of the tool has a roughness Ra of between 0.2 at 0.5 pm and from
preferably between 0.3 and 0.4 µm.
L'allégement réalisé sur la roue selon l'invention atteint en final environ 1 kg pour une roue de 15 pouces de diamètre. The reduction achieved on the wheel according to the invention ultimately reaches about 1 kg for a wheel 15 inches in diameter.
Selon l'invention le procédé permet : - de diminuer les épaisseurs du profil de jante dans les zones entre les crochets des deux bras. Les crochets, sollicités lors du choc, restent à l'épaisseur initiale. According to the invention, the method makes it possible: - to reduce the thicknesses of the rim profile in the zones between the hooks of the two arms. The hooks, stressed during the impact, remain at the initial thickness.
- un gain en productivité par rapport au fluotournage. - a gain in productivity compared to flow turning.
- une modulation d'épaisseur du profil de jante en une seule passe, assurant son allègement. - a modulation of the rim profile thickness in a single pass, ensuring its lightening.
- la réalisation d'un excellent état de surface et donc une amélioration de ses caractéristiques en fatigue. - the achievement of an excellent surface condition and therefore an improvement in its fatigue characteristics.
- une réalisation de roue économique, l'écrouissage du métal assurant une augmentation des caractéristiques mécaniques de la jante.- an economical wheel construction, the work hardening of the metal ensuring an increase in the mechanical characteristics of the rim.
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- 2002-02-22 FR FR0202256A patent/FR2836404B1/en not_active Expired - Fee Related
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