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FR3092078A3 - Procédé de réalisation d'un bras d'essieu par surmoulage sur une pièce métallique de matériau différent - Google Patents

Procédé de réalisation d'un bras d'essieu par surmoulage sur une pièce métallique de matériau différent Download PDF

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FR3092078A3
FR3092078A3 FR1900770A FR1900770A FR3092078A3 FR 3092078 A3 FR3092078 A3 FR 3092078A3 FR 1900770 A FR1900770 A FR 1900770A FR 1900770 A FR1900770 A FR 1900770A FR 3092078 A3 FR3092078 A3 FR 3092078A3
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arm
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Inventor
Laurent Mateos
Pascal AUFFRERE
Joël HOUBRON
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Renault SAS
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Renault SAS
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Abstract

L'invention concerne un procédé d'assemblage d'un bras (12) longitudinal d'essieu (10) pour véhicule automobile sur une pièce (32) métallique comportant une étape de moulage du bras (12) en un matériau incompatible pour le soudage avec le matériau constituant la pièce (32) métallique, caractérisé en ce que lors de l'étape (E3) de moulage, le bras (12) est surmoulé sur un premier tronçon (34) d'extrémité transversale de la pièce (32) métallique, dit tronçon (34) inséré, un deuxième tronçon (36) d'extrémité de la pièce (32) métallique, dit tronçon (36) libre, dépassant transversalement du bras (12). L'invention concerne aussi un essieu (10) comportant de tels bras (12). Figure pour l'abrégé : Figure 2

Description

Procédé de réalisation d'un bras d'essieu par surmoulage sur une pièce métallique de matériau différent
Domaine technique de l'invention
L'invention concerne un procédé d'assemblage d'un bras longitudinal d'essieu pour véhicule automobile sur une pièce métallique comportant une étape de moulage du bras en un matériau incompatible pour le soudage avec le matériau constituant la pièce métallique.
Arrière-plan technique
Il est connu d'équiper les trains arrière de véhicules automobiles avec un essieu de type "semi-rigide". Un tel essieu comporte principalement deux bras longitudinaux entre lesquels s'étend une traverse élastique en torsion et rigide en flexion. Chaque bras est lié à la traverse par une liaison de type encastrement.
Chaque bras comporte une extrémité avant qui est montée pivotante sur le châssis du véhicule tandis qu'une extrémité arrière porte une roue arrière du véhicule.
La traverse s'étend transversalement entre les deux bras, de manière décalée longitudinalement vers l'arrière par rapport aux extrémités avant des bras. Les propriétés élastiques de la traverse lui permettent notamment de remplir une fonction anti-dévers qui limite le roulis de la carrosserie. Il est par exemple connu de réaliser des traverses tubulaires en acier.
Par ailleurs, il est aussi connu de réaliser les bras longitudinaux en un matériau à base d'aluminium, notamment en un alliage d'aluminium. De tel bras présentent ainsi des caractéristiques mécaniques satisfaisantes tout en permettant d'alléger le poids du véhicule.
Cependant, il est très complexe de fixer la traverse en acier par soudage sur les bras en alliage d'aluminium. Cela requiert des techniques de soudage qui sont bien plus complexes et onéreuses que les techniques de soudage classiques par simple dépôt d'un cordon de soudure. En outre une telle fixation par soudage ne présente pas les caractéristiques de résistance et d'endurance nécessaires pour supporter les efforts appliqués à l'essieu.
Pour contourner ce problème, on connaît actuellement deux solutions.
La première solution consiste à souder des semelles, par exemple en acier, en bout de traverse. Les bords libres de chaque extrémité de la traverse sont conformés de manière à être jointifs sur toute leur longueur avec une face de la semelle. Un cordon de soudage est déposé sur toute la longueur du joint entre la traverse et la semelle. Chaque semelle est ensuite fixée contre le bras associé au moyen de vis.
Cette première solution permet d'obtenir une fixation solide et résistante des bras sur la traverse.
Cependant, le gain de masse n'est pas optimal du fait de la présence des semelles et des vis. Le poids de ces éléments ajoutés alourdit sensiblement l'essieu, par exemple de l'ordre de 3 kg. Or l'utilisation de bras en alliage d'aluminium vise au contraire à alléger l'essieu. Cette première solution n'est donc pas optimale.
On a aussi proposé une deuxième solution qui consiste à coller les extrémités de la traverse aux bras. Cette solution permet avantageusement de conserver un essieu léger car aucune pièce massive n'est utilisée pour la fixation des bras.
Cependant, l'opération de collage demeure très délicate. Dans certains cas, l'adhérence de la colle peut s'avérer insuffisante, provoquant alors un endommagement prématuré de l'essieu.
L'invention propose un procédé d'assemblage d'un bras longitudinal d'essieu pour véhicule automobile sur une pièce métallique comportant une étape de moulage du bras en un matériau incompatible pour le soudage avec le matériau constituant la pièce métallique,
caractérisé en ce que lors de l'étape de moulage, le bras est surmoulé sur un premier tronçon d'extrémité transversale de la pièce métallique, dit tronçon inséré, un deuxième tronçon d'extrémité de la pièce métallique, dit tronçon libre, dépassant transversalement du bras.
Selon d'autres caractéristiques du procédé réalisé selon les enseignements de l'invention :
- le tronçon inséré de la pièce métallique présente une paroi conformée en un profilé d'axe transversal ;
- au moins l'une des faces de la paroi du tronçon inséré est équipée de reliefs préalablement à l'étape de moulage, pour permettre la liaison mécanique avec le matériau du bras moulé sur lesdits reliefs ;
- la paroi du tronçon inséré de la pièce métallique comporte au moins un orifice traversant ;
- le tronçon inséré de la pièce métallique comporte plusieurs orifices répartis le long du profil ;
- le bras est réalisé en un matériau métallique à base d'aluminium ;
- la pièce métallique est réalisée en un matériau métallique à base de fer, tel que de l'acier.
L'invention concerne aussi un essieu pour véhicule automobile comportant :
- une traverse tubulaire d'axe transversal qui est déformable élastiquement en torsion, la traverse étant réalisée en acier ;
- deux bras parallèles longitudinaux dont chacun est destiné à être fixé à une caisse du véhicule automobile et dont chacun est fixé rigidement à une extrémité transversale de la traverse,
caractérisé en ce que les bras sont fixés à une pièce métallique conformément au procédé réalisé selon les enseignements de l'invention, les bras étant fixés sur la traverse par l'intermédiaire de la pièce métallique.
Selon d'autres caractéristiques de l'essieu réalisé selon les enseignements de l'invention :
- chaque bras est fixé à l'extrémité associée de la traverse par soudage du tronçon libre de la pièce métallique avec la traverse ;
- le tronçon libre de la pièce métallique est encastré dans une ouverture d'extrémité de la traverse avant d'être fixé par soudage.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 est une vue en perspective qui représente un essieu arrière de véhicule automobile réalisé selon les enseignements de l'invention.
La figure 2 est une vue en perspective qui représente un bras de l'essieu de la figure 1 assemblé avec une pièce métallique conformément aux enseignements de l'invention.
La figure 3 est une vue en perspective qui représente la pièce métallique prête à être assemblée avec le bras de la figure 2.
La figure 4 est une vue en coupe selon le plan de coupe ´4-4 de la figure 2 qui représente les ponts de matière permettant de lier solidement la pièce métallique avec le bras.
La figure 5 est une vue schématique en perspective éclatée qui représente le bras juste avant son encastrement dans la traverse.
La figure 6 est un schéma-bloc qui représente schématiquement le procédé de réalisation de l'essieu selon les enseignements de l'invention.
Description détaillée de l'invention
Dans la suite de la description, des éléments présentant une structure identique ou des fonctions analogues seront désignés par des mêmes références.
Dans la suite de la description, on adoptera à titre non limitatif des orientations longitudinale, verticale et transversale indiquées par le trièdre "L,V,T" des figures. La direction longitudinale "L" est orientée d'arrière en avant selon le sens de déplacement normal du véhicule. La direction verticale "V" est orientée de bas en haut depuis le sol sur lequel repose le véhicule vers le toit du véhicule.
On a représenté à la figure 1 un essieu 10 arrière de véhicule automobile. Il s'agit d'un essieu 10 de type "semi-rigide". Il comporte deux bras 12 parallèles, dits bras 12 longitudinaux, dont chacun présente un axe "A" principal globalement longitudinal. Les deux bras 12 longitudinaux sont reliés entre eux par une traverse 14 d'axe "B" principal transversal.
Chaque bras 12 longitudinal s'étend depuis une première extrémité 16 avant jusqu'à une deuxième extrémité 18 arrière. Chaque bras 12 longitudinal est formé par une pièce massive en matériau à base d'aluminium, tel qu'un alliage d'aluminium. Il présente une face 17 latérale intérieure qui est tournée vers l'autre bras 12.
La première extrémité 16 avant est destinée à être montée pivotante autour d'un axe transversal sur un châssis (non représenté) du véhicule.
Un tronçon d'extrémité arrière de chaque bras 12 longitudinal est muni d'une équerre 20 qui est destinée à supporter de manière rotative une roue (non représentée) arrière associée du véhicule ainsi qu'un disque ou tambour 22 de frein associé à la roue.
Dans le mode de réalisation représenté à la figure 1, le bras 12 longitudinal comporte aussi une chape 24 pour supporter un élément 26 d'amortisseur, et une coupelle 28 pour supporter un organe 29 de suspension du véhicule. La chape 24 et la coupelle 28 sont ici réalisées venues de matière avec le bras 12.
La traverse 14 s'étend depuis un premier tronçon 30 d'extrémité transversale jusqu'à un deuxième tronçon 30 d'extrémité transversale.
La traverse 14 se présente ici sous la forme d'un tube en acier. Au moins les tronçons 30 d'extrémité transversale de la traverse 14 présentent, en section selon un plan vertical longitudinal, un profil fermé. Dans l'exemple représenté à la figure 1, la traverse 14 présente un profil fermé sur toute sa longueur. La traverse 14 comporte ainsi une paroi métallique conformée de manière tubulaire selon un profil fermé.
La traverse 14 est réalisée de manière à être rigide en flexion dans le plan vertical et dans le plan longitudinal et de manière à être souple en torsion autour de son axe "B" principal transversal. La paroi de la traverse 14 présente une première épaisseur déterminée qui permet à la traverse 14 de présenter une souplesse suffisante en torsion pour réaliser sa fonction anti-dévers.
Chaque tronçon 30 d'extrémité de la traverse 14 est fixé rigidement au bras 12 longitudinal associé selon le même agencement et selon le même procédé. On décrira par la suite la fixation d'un seul tronçon 30 d'extrémité de la traverse 14 sur le bras 12 longitudinal associé en référence à la figure 2, cette description étant applicable à la fixation de l'autre tronçon 30 d'extrémité sur l'autre bras 12 longitudinal.
Lors de sa fabrication, le bras 12 est réalisé par moulage de matériau à base d'aluminium lors d'une étape "E4" de moulage, comme cela sera expliqué en détails par la suite.
Pour permettre une fixation solide et résistante du bras 12 sur la traverse sur la traverse 14, il est prévu de surmouler le bras 12 sur une pièce 32 métallique.
Dans le mode de réalisation représenté à la figure 2, la pièce 32 métallique est une pièce intermédiaire de fixation qui est destinée à être fixée ultérieurement sur la traverse 14, comme cela sera expliqué plus en détails par la suite. Le bras 12 est ainsi destiné à être fixé sur la traverse 14 par l'intermédiaire de la pièce 32 métallique.
En variante non représentée de l'invention, la pièce métallique est formée directement par la traverse de l'essieu.
De manière générale, la pièce 32 métallique est réalisée en un matériau différent de celui qui constitue le bras 12.
Les termes "matériau différent", signifie que le bras 12 est réalisé en un matériau qui ne permet pas d'obtenir facilement une fixation résistante et endurante par soudage avec le matériau constituant la traverse 14. En d'autres termes, le matériau constituant les bras 12 est incompatible pour un soudage classique avec le matériau constituant la traverse 14 car leurs propriétés physico-chimiques, par exemple leur température de fusion et/ou leur coefficient de dilatation et/ou leur potentiel électrochimique, sont trop différentes pour permettre d'obtenir une soudure résistante.
S'agissant d'une pièce 32 métallique destinée à être fixée sur la traverse 14 par soudage, la pièce 32 métallique est constituée d'un matériau compatible pour le soudage avec le matériau constituant la traverse 14. La pièce 32 métallique est par exemple réalisée en un matériau à base de fer tel que de l'acier.
Comme représenté à la figure 3, la pièce 32 métallique présente un premier tronçon 34 d'extrémité transversale qui est destiné à être pris dans la matière constituant le bras 12 lors de son moulage. Ce tronçon sera dit par la suite tronçon 34 inséré.
La pièce 32 métallique comporte aussi un deuxième tronçon 36 d'extrémité transversale opposé au tronçon 34 inséré qui est destiné à dépasser transversalement de la face 17 latérale intérieure du bras 12 dans l'axe de la traverse 14. Ce tronçon sera dit par la suite tronçon 36 libre.
A la figure 3, on a représenté la délimitation entre les deux tronçons 34, 36 par un trait interrompu.
Le tronçon 34 inséré de la pièce 32 métallique présente une géométrie qui permet une liaison de créer une liaison de type encastrement qui soit résistante et endurante entre la pièce 32 métallique et le bras 12.
Dans l'exemple représenté à la figure 3, la pièce 32 métallique présente globalement la forme d'un profilé s'étendant selon un axe "C" transversal principal. Le profil est cependant susceptible de présenter des dimensions se réduisant progressivement depuis le tronçon 34 inséré vers l'extrémité libre du tronçon 36 libre pour faciliter son encastrement dans la traverse 14, comme cela sera expliqué par la suite.
La pièce métallique 32 présente ainsi une paroi 38 qui, en coupe longitudinale verticale, présente un profil ouvert, par exemple en forme de "U" ouvert longitudinalement vers l'avant. Ainsi, le tronçon 34 inséré présente une bande verticale plate depuis les extrémités de laquelle s'étendent longitudinalement vers l'avant deux ailes plates. La paroi 38 du tronçon 34 inséré présente ainsi une face 38A externe, tournée dans un sens opposé à l'axe "C", et une face 38B interne, tournée vers l'axe "C".
La paroi 38 de la pièce 32 métallique présente avantageusement une épaisseur supérieure à celle de la paroi de la traverse 14. Ceci permet de conférer à la pièce 32 métallique une rigidité et une résistance suffisante pour transmettre les efforts entre le bras 12 et la traverse 14.
Pour permettre une liaison solide et résistante entre le bras 12 et la pièce 32 métallique à l'issue de l'étape "E4" de moulage, au moins l'une des faces 38A, 38B de la paroi 38 est équipée de reliefs, en saillie ou en creux, permettant la liaison mécanique avec le matériau du bras 12 moulé sur lesdits reliefs.
Plus particulièrement, au moins un orifice 40 traversant de part en part la paroi 38 du tronçon 34 inséré est réalisé sur la pièce 32 métallique préalablement à l'étape "E4" de moulage. Avantageusement, la paroi 38 du tronçon 34 inséré de la pièce 32 métallique comporte plusieurs orifices 40 qui sont répartis le long du profil.
Les orifices 40 sont agencés à distance d'un bord 42 d'extrémité transversale libre du tronçon 34 inséré. Ainsi, chaque orifice 40 est délimité par un contour fermé.
Les orifices 40 présentent ici un contour rectangulaire. En variante, les orifices peuvent aussi présenter d'autres formes, par exemple une forme circulaire.
Les orifices 40 sont réalisés lors d'une étape "E1" d'ajourage par une opération d'usinage telle qu'un perçage, un découpage ou un poinçonnage.
Lors d'une étape "E2" de formage, la pièce 32 métallique, se présentant tout d'abord sous la forme d'une plaque plane, subit une opération de formage, par pliage ou par estampage, pour être conformée en pièce 32 métallique profilée. L'étape "E1" d'ajourage est avantageusement réalisée avant l'étape "E2" de formage. Ceci permet de simplifier l'étape "E1" d'ajourage.
Ensuite, lors de l'étape "E3" de moulage, le tronçon 34 inséré est reçu dans une cavité de moulage du bras 12, tandis que le tronçon 36 libre demeure à l'extérieur de la cavité de moulage.
Puis, le bras 12 est réalisé par injection du matériau à base d'aluminium à l'état liquide dans la cavité de moulage. La paroi 38 du tronçon 34 inséré est maintenue à distance de la surface interne de la cavité de manière que la paroi 38 soit entièrement prise dans le matériau à base d'aluminium lors de sa solidification. Ainsi, les deux faces 38A, 38B de la paroi sont chacune au contact d'une couche 42A, 42B de matériau à base d'aluminium.
Durant cette opération d'injection, le matériau à base d'aluminium remplit les orifices 40 pour joindre les deux couches de matériau à base d'aluminium de part et d'autre de la paroi 38. Lorsque le matériau à base d'aluminium se solidifie, le matériau contenu dans les orifices 40 forme des ponts 42C qui relient les deux couches 42A, 42B de matériau. Les ponts 42C agissent comme des rivets qui tiennent fermement la pièce 32 métallique en position par rapport au bras 12.
Chaque bras 12 ainsi équipé de la pièce 32 métallique associée est ensuite fixé à un tronçon 30 d'extrémité associée de la traverse 14 lors d'une étape "E4" d'assemblage.
Plus particulièrement, la traverse 14 tubulaire débouche transversalement dans les deux sens par une ouverture 44 située à chacun de ses deux tronçons 30 d'extrémité.
L'étape "E4" d'assemblage sur la traverse 14 est la même pour les deux bras 12. Elle sera décrite pour l'un des bras 12, la description étant applicable à l'autre bras 12 par symétrie.
La pièce 32 métallique présente un profil qui est complémentaire de celui de l'ouverture 44 de manière que le tronçon 36 libre puisse être encastré transversalement dans l'ouverture 44 jusqu'à ce que les bords de l'ouverture 44 soient en contact avec la face 38A externe de la paroi 38 du tronçon 36 libre.
La pièce 32 métallique est ensuite fixée à la traverse 14 par soudage. Plus particulièrement, un cordon de soudure est formé le long de la ligne de contact entre le bord de l'ouverture 44 de la traverse 14 et la face 38A externe de la paroi 38 du tronçon 36 libre.
Le procédé de fixation permet ainsi d'obtenir un essieu 10 équipé de bras 12 réalisés en matériau à base d'aluminium qui sont aisés à fixer à la traverse 14 en acier.
La liaison entre les bras 12 et la traverse 14 présente avantageusement une grande résistance et une grande endurance.
De plus, l'essieu 10 assemblé demeure extrêmement léger.

Claims (10)

  1. Procédé d'assemblage d'un bras (12) longitudinal d'essieu (10) pour véhicule automobile sur une pièce (32) métallique comportant une étape de moulage du bras (12) en un matériau incompatible pour le soudage avec le matériau constituant la pièce (32) métallique,
    caractérisé en ce que lors de l'étape (E3) de moulage, le bras (12) est surmoulé sur un premier tronçon (34) d'extrémité transversale de la pièce (32) métallique, dit tronçon (34) inséré, un deuxième tronçon (36) d'extrémité de la pièce (32) métallique, dit tronçon (36) libre, dépassant transversalement du bras (12).
  2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le tronçon (34) inséré de la pièce (32) métallique présente une paroi (38) conformée en un profilé d'axe (C) transversal.
  3. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'au moins l'une des faces (38A, 38B) de la paroi (38) du tronçon (34) inséré est équipée de reliefs préalablement à l'étape de moulage, pour permettre la liaison mécanique avec le matériau du bras (12) moulé sur lesdits reliefs.
  4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la paroi (38) du tronçon (34) inséré de la pièce (32) métallique comporte au moins un orifice (40) traversant.
  5. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le tronçon (34) inséré de la pièce (32) métallique comporte plusieurs orifices (40) répartis le long du profil.
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bras (12) est réalisé en un matériau métallique à base d'aluminium.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pièce (32) métallique est réalisée en un matériau métallique à base de fer, tel que de l'acier.
  8. Essieu (10) pour véhicule automobile comportant :
    - une traverse (14) tubulaire d'axe (B) transversal qui est déformable élastiquement en torsion, la traverse (14) étant réalisée en acier ;
    - deux bras (12) parallèles longitudinaux dont chacun est destiné à être fixé à une caisse du véhicule automobile et dont chacun est fixé rigidement à une extrémité transversale de la traverse (14),
    caractérisé en ce que les bras (12) sont fixés à une pièce (32) métallique par surmoulage selon l'une quelconque des revendications précédentes, les bras (12) étant fixés sur la traverse (14) par l'intermédiaire de la pièce (32) métallique.
  9. Essieu (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque bras (12) est fixé à l'extrémité associée de la traverse (14) par soudage du tronçon (36) libre de la pièce (32) métallique avec la traverse (14).
  10. Essieu (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le tronçon (36) libre de la pièce (32) métallique est encastré dans une ouverture (44) d'extrémité de la traverse (14) avant d'être fixé par soudage.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013005846A1 (fr) * 2011-07-07 2013-01-10 株式会社ヨロズ Structure de composant pour véhicule
DE102012017119A1 (de) * 2012-08-29 2014-03-06 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) Hinterachse für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zur Herstellung einer solchen Hinterachse

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