FR2499603A1 - Cable metallique, son procede d'obtention et son application au renforcement d'un pneumatique pour vehicule - Google Patents

Abstract

AFIN D'AMELIORER LA RESISTANCE A LA FATIGUE D'UN CABLE, EN PARTICULIER D'UN CABLE POUVANT ADHERER A DU CAOUTCHOUC DESTINE A RENFORCER DES ARTICLES EN CAOUTCHOUC TELS QUE DES PNEUS POUR VEHICULES, ON CREE DES CONTRAINTES DE COMPRESSION RESIDUELLES A PEU PRES UNIFORMEMENT DISTRIBUEES DANS PRATIQUEMENT LA TOTALITE DE LA ZONE PERIPHERIQUE 16 DES FILS CONSTITUANT LE CABLE. UNE TELLE CONTRAINTE RESIDUELLE PEUT ETRE OBTENUE EN SOUMETTANT LES SECTIONS SUCCESSIVES DU CABLE A UN CERTAIN NOMBRE D'OPERATIONS ELEMENTAIRES DE FLEXION ET DE REDRESSEMENT DANS DES PLANS NETTEMENT DIFFERENTS TOUT EN MAINTENANT SIMULTANEMENT LE CABLE SOUS TENSION.

Description

La présente invention est relative à un câble métalli-

que dont les fils ont une surface lisse, et plus particu-

lièrement, mais non exclusivement, à un câblé d'acier pou-

vant adhérer à du caoutchouc qui est destiné à renforcer des articles en caoutchouc tels que des pneus de véhicules,

des courroies transporteuses, etc. Un tel câblé de renfor-

cement pouvant adhérer à du caoutchouc est constitué par une structure de fils métalliques qui sont retordus pour former un câblé, les fils métalliques ayant une résistance IO à la traction d'au moins 2000 Newtons par millimètre carré,

ainsi qu'un allongement à la rupture d'au moins 1%, de pré-

férence d'environ 2%, les fils métalliques ayant un diamètre compris entre 0,05 et 0,80 mm, de préférence non supérieur à 0,40 mm (par exemple 0,20 ou 0,25 mm), le câblé étant I5 recouvert d'un revêtement pouvant adhérer au caoutchouc, par exemple en cuivre, en zinc, en laiton ou en un alliage ternaire de laiton, ou encore en une combinaison de ces matières, le revêtement ayant une épaisseur comprise entre 0,05 et 0,40 micron, de préférence comprise entre 0,12 et 0,22 micron.Le revêtement peut également être remplacé par un mince film d'une matière chimique d'apprêt destiné à assurer une bonne pénétration et une bonne adhérence du

caoutchouc. Pour assurer cette adhérence et cette imprégna-

tion dans une matière formant matrice, on préfère un état de surface lisse pour les fils, c'est-à-dire un état de

surface dans lequel l'amplitude des irrégularités superfi-

cielles (par rapport au niveau superficiel moyen) est cer-

tainement inférieure à 10 microns, et de préférence d'un ordre de grandeur inférieur à 1 micron. Ceci est obtenu de façon classique en étirant le fil, revêtu ou non, à travers

une filière d'étirage.

Après écrouissage, effectué en général mais non exclu-

sivement par étirage, un tel câble présente d'importantes contraintes résiduelles qui s'ajoutent aux contraintes de

charge etconfèrent aucâble une certaine "animation" ainsi qu'u-

ne forte tendance à se détordre lorsqu'il est coupé, tout ceci constituant des propriétés indésirables. Pour réduire autant que possible à zéro ces contraintes résiduelles et obtenir un câble inerte, il est connu de faire passer le câble à travers un ou plusieurs jeux de galets de dressage dans lesquels le câble est alternativement courbé dans des sens opposés, avec ou sans combinaison avec des contraintes de traction ou de torsion. Ces flexions alternées, du fait qu'elles réduisent également les contraintes résiduelles au niveau de la surface extérieure des fils, réduisent le Io risque d'une initiation de fissures et, par conséquent, elles ont un effet bénéfique sur la résistance à la fatigue

du câble.

Un but de la présente invention est de fournir un tel câble lisse dans lequel la résistance à la fatigue soit encore améliorée par rapport à un câble qui a été dressé

de la façon classique. On sait que la combinaison d'inden-

tations superficielles etd'une compression, ainsi que les modifications métallographiques de la matière résultant

d'une telle compression, par exemple au moyen d'un grenail-

lage du câble, conduisent à un bon état de surface pour la-

résistance à la fatigue, mais, malheureusement, aux dépens de l'égalité de la surface. Ainsi, les possibilités qui sont disponibles pour améliorer encore la résistance à la fatigue sont limitées à des choix judicieux de l'alliage avec un minimum d'impuretés, à une conception convenable des traitements thermiques ou mécaniques pour obtenir des combinaisonsoptimales de la résistance à la traction et de

la ductilité conduisant à la résistance à la fatigue néces-

saire, et également à des traitements thermiques destinés

à relâcher les microcontraintes de la structure cristallo-

graphique dues aux transformations métallographiques précé-

dentes. Les résultats de ces opérations ne peuvent pas toujours être prédits, car la fatigue d'un câble constitue un phénomène difficile à étudier, du fait de la charge spéciale des fils individuels et de la manière spéciale dont se développe la résistance à cette charge. En effet, lorsque le câble est soumis à une force de traction ou de flexion, les fils individuels sont soumis à un mélange de contraintes de traction, de flexion et de torsion, et le câble reprend cette force de charge par un mélange de la résistance du matériau et du frottement interne entre les fils adjacents, lequel frottement provoque un fretting-

corrosion interne dans le câble.

L'invention a pour but de fournir un câble ayant une résistance à la fatigue encore améliorée, obtenue par d'autres caractéristiques que par des combinaisons de

IO l'alliage ou de la résistance à la traction et de la ducti-

lité. Cependant, les premières caractéristiques peuvent

être combinées avec les secondes si on le désire.

Suivant l'invention, le câble comprend un certain nom-

bre de fils métalliques à surface lisse dont à peu près la I5 totalité de la zone périphérique se trouve dans un état de

contraintes de compression résiduelles à peu près unifor-

mément distribuées.

Lorsqu'on examine les câbles lisses qui ont traversé de la façon classique un ou plusieurs jeux de galets de dressage afin de réduire les macrocontraintes résiduelles, on constante que ces câbles possèdent une zone périphérique ayant des contraintes résiduelles de traction (mesurées dans la direction longitudinale) ou, dans le meilleur des cas, un mélange de contraintes résiduelles de traction et de petites contraintes résiduelles de compression. Le fait de réduire les contraintes résiduelles est bon pour obtenir

un câble inerte et une certaine améliorationdes performan-

ces à la fatigue. Mais il apparait queles.performances à la fatigue peuvent encore être améliorées sinon seulement on

réduit les contraintes résiduelles périphériques de trac-

tion, mais si on développe volontairement sur la périphérie des contraintes de compression ayant une valeur notable (mesurées dans le sens longitudinal). Il apparaît que ceci est suffisant pour obtenir une amélioration de la résistance

à la fatigue, et que l'on peut éviter la nécessité d'un gre-

naillage, qui, par exemple, n'est pas souhaitable sur un câblé d'acier ayant des couches d'adhérence inférieures à

1 micron.

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

Suivant un autre aspect de l'invention, il est pré-

vu un câblé d'acier pouvant adhérer à du caoutchouc et destiné à renforcer des articles en caoutchouc, dans lequel l'acier possède une résistance à la traction supérieure à IO 3000 Newtons par millimètre carré.Ceci n'avait pas encore été

fait, car une telle augmentation de la résistance à la trac-

tion nécessite un accroissement du durcissement par travail, aux dépens Celarésistance à la fatigue. Mais en combinant

à une telle résistance à la traction élevée la caractéris-

I5 tique précitée d'une contrainte périphérique résiduelle à peu près totalement de compression, on peut obtenir un câble dans lequel un bon moyen terme est maintenu entre la résistance à la traction et la résistance à la fatigue voulues. Et avec une telle résistance à la traction accrue, un poids inférieur de câblé est nécessaire dans l'article

en caoutchouc, par exemple dans le pneumatique, pour obte-

nir les mêmes performances.

L'état voulu de contraintes résiduelles peut être

obtenu, suivant un autre aspect de l'invention, par exem-

ple en faisant encore traverser au câble des jeux de galets de dressage, mais en combinant la contrainte de traction

et l'angle de courbure d'une manière très particulière,com-

me expliqué ci-dessous, afin de créer une distribution spécifique des contraintes. Lorsque le câble-est ensuite libéré de ces conditions spécifiques, il revient à l'état

désiré de contraintes résiduelles.

Suivant ledit autre aspect de l'invention, le procé-

dé de traitement du ce'3le est caractérisé en cc que: on soumet chacune des sections de -loncoeur successives du--câble à

un certain nombre d'opérations élémentaires de flexion-

redressement, au moins deux de ces opérations étant effec-

tuées dans des plans considérablement différents, chaque opération élémentaire comprenant la courbure du câble sous contrainte de traction simultanée, de sorte que la section

transversale desdits fils présente successivement, en di-

rection du centre de courbure, une zone d'allongement plas-

tique, une zone d'allongement élastique et une zone de

compression à peu près totalement élastique, puis on sup-

prime la force de courbure qui produit lesdites courbures.

En divisant la section transversale de chaque fil métallique en heures comme le cadran d'une horloge, l'effet IO d'une telle opération élémentaire de courbure-redressement

dans un plan 12-6 estqu'elle laisse dans la zone périphéri-

que deux arcs sous contraintes résiduelles de compression, à savoir les arcs entourant le 12 et le 6 de l'horloge, en laissant inchangés les arcs entourant le 3 et le 9 de I5 l'horloge. Par conséquent, il faut répéter l'opératiQndans

un autre plan qui influence ces arcs inchangés afin d'ob-

tenir une contrainte résiduelle de compression assez uni-

formément distribuée sur toute la zone périphérique. Par suite, cet autre plan sera considérablement différent

du premier plan, faisant avec ce dernier un angle de pré-

férence de 90 , bien que d'autres angles différents de cette valeur soient également possibles, quoique conduisant à une uniformité moindre des contraintes résiduelles, ces autres angles étant toutefois de préférence non inférieurs

à 30 . Par conséquent, en effectuant ces opérations élé-

mentaires dans différents plans ou dans des plans changeant progressivement afin d'assurer que toutes les parties de la périphérie sont atteintes, on augmente l'uniformité de la

contrainte résiduelle, mesurée dans la direction longitu-

dinale du fil.

Par suite, lorsqu'on parle d'une "contrainte rési-

duelle de compression à peu près uniformément distribuée", on ne veut pas dire que la contrainte résiduelle, mesurée quantitativement dans chaque arc élémentaire de la zone périphérique, doit être rigoureusement la même. On veut seulement dire que la contrainte de compression résiduelle ne fluctue pas suffisamment fortement sur la zone périphérique pour que des arcs considérables de cette zone présentent en fait une contrainte résiduelle de traction, et que la contrainte résiduelle moyenne observée présente un comportement de compression prononcé, comme expliqué plus bas. Cet état est suffisant pour améliorer la résis-

tance à la fatigue et est obtenu par le procédé précité.

Quant à la fluctuation, dans le sens longitudinal, de la

contrainte résiduelle de compression, la "contrainte rési-

duelle de compression à peu près uniformément distriburée" Io signifie que la contrainte résiduelle moyenne, prise sur la périphérie de la section transversale, ne fluctue pas dans le sens longitudinal sur plus de 50% de sa valeur de crête. Cette fluctuation longitudinale peut être rendue très faible en mettant en oeuvre le procédé sous la forme I5 d'un procédé en continu. Dans un tel procédé, les sections successives du câble décrivent une trajectoire incurvée de guidage du câble qui impose au câble les opérations voulues de courbure et de redressement. Cette trajectoire

de guidage est de préférence constituée par un certain nom-

bres de galets de guidage alignés le long de cette trajec-

toire, comme décrit plus bas.

L'invention-a encore pour objet un pneumatique de véhicule renforcé par un câblé d'acier pouvant adhérer à

du caoutchouc tel que défini plus haut.

D'autres caractéristiques et avantages de l'inven-

tion ressortiront de la description qui va suivre, donnée

uniquement à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés, sur lesquels: la Fig. 1 est une vue schématique d'un câble soumis à une force de flexion, et elle représente également l'état de contrainte pendant et après la charge; la Fig. 2 est une vue analogue du fil soumis à une force de flexion plus grande; la Fig. 3 est une vue analogue du fil de la Fig. 2, mais dans laquelle la force de flexion est combinée avec une petite force de traction; la Fig. 4 est une vue analogue à la Fig. 3, mais dans laquelle la force de traction est plus grande; la Fig. 5 montre une section transversale du fil ainsi que deux plans de flexion perpendiculaires l'un à l'autre; la Fig. 6 montre en section transversale un fil dont la zone périphérique se trouve sous contrainte de compression; la Fig. 7 représente une section transversale

d'un câble destiné à être traité suivant la présente in-

IO vention; la Fig. 8 montre un appareil de mise en oeuvre du procédé de l'invention; la Fig. 9 montre un détail de l'appareil de la Fig. 8; I5 la Fig. 10 estun diagramme des contraintes pour un fil métallique suivant la Fig. 4; la Fig. ll illustre un procédé pour tester les contraintes superficielles résiduelles du fil métallique; et la Fig. 12 représente un appareil pour tester la

résistance à la fatigue.

La Fig. 1 représente un fil métallique au départ rectiligne qui est courbé élastiquement jusqu'à un certain rayon de courbure. La Fig. la est une vue longitudinale, la Fig. lb est une vue transversale, la Fig. lc est un diagramme des contraintes pendant la flexion en fonction de la distance h au plan neutre, et la Fig. ld montre

ce diagramme après redressement. Ce fil courbé élastique-

ment comporte une moitié supérieure 1 qui est sous allongement, et une moitié inférieure 2 qui est sous compression, et ces deux moitiés sont séparées l'une de l'autre par le plan neutre 3. Les contraintes sont représentées à la Fig. lc, en fonction de la distance au plan neutre. Lorsque la force de courbure ou de flexion est

supprimée, le fil reprend sa forme rectiligne. Et, en sup-

posant que le fil ne possédait pas à l'origine de contrain-

tes internes, le fil revient à son état original dépourvu

de contraintes internes (Fig. ld).

La Fig. 2 montre le même fil courbé jusqu'à une

courbure supérieure, pour laquelle il se produit une défor-

mation plastique. Pendant la courbure, le fil est divisé en quatre zones, une zone 4 d'allongement plastique, une zone 5 d'allongement élastique, une zone 6 de compression élastique et une zone 7 de compression plastique, comme représenté aux Fig. 2a et 2b. La Fig. 2c montre de nouveau un diagramme des contraintes en fonction de la distance au plan neutre 8. Lorsque la force de flexion est supprimée, IO le fil tend à reprendre son état rectiligne sous l'effet des forces de rappel élastiques, et l'état des contraintes

résiduelles est celui représenté à la Fig. 2d: la peau su-

périeure de la zone 4 se trouve sous contrainte résiduelle de compression, et la peau inférieure sous contrainte I5 résiduelle de traction. D'une manière simplifiée, ceci peut être expliqué comme suit: les forces de rappel élastiques dest zones 5 et 6 tendent à amener le fil à un état plus rectiligne, en comprimant la zone 4 et en allongeant la zone 7 (mises à part les régions de transition aux zones

5 et 6 respectivement).

La Fig. 3 montre le même fil, courbé jusqu'à la même

courbure qu'à la Fig. 2, mais soumis à une force de trac-

tion qui superpose aux contraintes de flexion une petite contrainte de traction p. Il en résulte que le plan neutre 8 se trouve plus bas, que la zone 4 est plus grande et la zone 7 plus petite (Fig. 3a et 3b). L'état des contraintes

pendant l'application de la flexion et des contraintes est-

représenté à la Fig. 3c, et l'état des contraintes résiduel-

les est représenté à la Fig. 3d: la "queue" 9-10 de la

Fig. 2d est raccourcie, et la contrainte de traction rési-

duelle dans la peau inférieure de la zone 7, comme repré-

senté par le point 10, est plus faible.

La contrainte de traction superposée peut maintenant être augmentée pour continuer à raccourcir la queue 9-10, de façon que le point 10 passe de l'autre côté de la ligne llde z3ro(Fig. 3d) et que la contrainte résiduelle sur la peau inférieure de la zone 7 devienne une contrainte de compression. Et la contrainte de traction superposée p peut même être rendue suffisamment grande pour que la ligne

neutre descende jusqu'à un niveau tel que la zone 7 dispa-

raisse et que la queue 9-10 disparaisse sur le diagramme des contraintes résiduelles. Ceci constitue la situation idéale représentée sur la Fig. 4. L'état des contraintes résiduelles est représenté à la Fig. 4d: la peau supérieure

et la peau inférieure se trouvent sous contrainte résiduel-

le de compression. D'une façon simplifiée, ceci s'explique IO comme suit: la force de rappel élastique des zones 5 et 6

tend à amener le fil à un état plus rectiligne, en compri-

mant la zone 4 (mise à part la région de transition à la

zone 5). Mais, du fait que le fil ne revient pas complète-

ment à son état rectiligne, la compression élastique de la

I5 zone 6 n'est pas complètement relâchée.

Cette situation idéale représente les conditions

idéales pour obtenir des contraintes résiduelles de com-

pression sur les côtés supérieur et inférieur: la combi-

naison de-forces de traction et de flexion est telle que le fil est divisé en trois zones, à savoir, successivement dans le sens dirigé vers le centre du cercle de courbure: une zone d'allongement plastique 4, une zone d'allongement élastique 5, et une zone de compression élastique 6. Une autre zone supplémentaire 7 très petite de compression

plastique n'est pas à exclure explicitement, dans la mesu-

re o la queue 9-10 (Fig. 3d) est suffisamment petite pour que le point 10 vienne du côté de la compression, à gauche de la ligne il Ce zéro de la Fig. 3d. Par conséquent, dans la terminologie utilisée ci-après, la zone de compression élastique 6 ainsi que cette très petite zone éventuelle 7 de compression plastique sont rassemblées et appelées

"zone de compression à peu près totalement élastique".

L'opération de courbure dans le plan A-A (Fig. 5) amène les parties 12 et 13 de la surface dans un état de contrainte résiduelle de compression. Une autre courbure dans le même plan, mais dans le sens opposé, assure une plus grande symétrie dans l'état de contraintes résiduelles entre les parties 12 et 13. Et, en outre, un plus grand nombre de flexions dans des sens alternés dans le plan A-A

améliore encore la stabilité de la distribution des con-

traintes résiduelles. Mais l'état de contraintes résiduel-

les de compression a été créé uniquement pour les parties 12 et 13 de la surface. La même chose peut maintenant être répétée dans le plan B-B_ Ce traitement ne modifie pas notablement l'état des contraintes résiduelles des parties 12 et 13 de la surface, car, pendant le traite-ment, ces IO parties se trouvent dans la zone de déformation élastique, dans laquelle l'état des contraintes résiduelles n'est pas altéré.Il en résulte une zone superficielle 16 (Fig. 6) ayant des contraintes résiduelles de compression, et une

zone de coeur 17 ayant des contraintes résiduelles de trac-

I5 tion qui annulent les contraintes de la zone superficielle, de sorte que le fil métallique se trouve dans un état de repos.

Pour réaliser des câbles constitués de fils métalli-

ques ayant à leur surface des contraintes résiduelles de

compression, il n'est pas suffisant, en général, de trai-

ter tout d'abord chaque fil séparé par des flexions sous

force de traction afin de leur conférer de telles contrain-

tes, puis de retordre les fils pour former un câble, car l'opération de retordage est une déformation plastique qui

risque de détruire la distribution initiale des contrain-

tes résiduelles,en fonction du degré de déformation plastique, par exemple en fonction du fait que le-câble est retordu avec ou sans torsion des fils métalliques individuels. Le traitement doit être effectué sur les fils déjà retordus

pour former le câble. Ceci est réalisé simplement.en trai-

tant le câble tout entier par flexion sous force de trac-

tion, tout d'abord dans le plan A-A puis dans le plan B-B perpendiculaire à ce dernier (Fig. 7). Chaque fil réagit comme un fil unique courbé sous contrainte, et le fait

que ce fil possède une forme légèrement hélicoidale n'al-

tère pas ceci. Lorsque le fil est ensuite séparé du câble et soumis à des essais, comme expliqué plus loin,vis-à-vis il

de ses contraintes résiduelles superficielles, ces derniè-

res s'avèrent être des contraintes de compression.

Les flexions répétées sous force de traction peuvent

être effectuées au moyen d'un appareil suivant la Fig. 8.

Cet appareil comprend une roue de freinage 22, un premier jeu 23 de galets, analogue à un jeu de galets dresseurs,

un second jeu de galets 24, et une roue d'entraînement 25.

Les deux jeux de galets sont représentés plus en détail à la Fig. 9. Le câble 21, provenant soit directement d'une machine de retordage (non représentée), soit d'une bobine de dévidage, est tout d'abord passé sur un petit nombre de tours sur la roue de freinage 22, afin que la prise par friction de cette roue sur le câble soit suffisante. Puis le câble passe horizontalement à travers les deux jeux 23 et 24 de galets de cintrage, puis il passe sur un petit nombre de tours sur la roue d'entraînement 25, pour que

la prise de cette roue sur le câble soit également suffi-

sante. De là, le câble continue vers sa bobine d'enroule-

ment (non représentée).

La force de traction imposée au câble lorsqu'il est soumis aux courbures alternées dans les jeux de rouleaux de cintrage 23 et 24, peut être réglée par une vis 26 qui détermine le niveau d'une plaque de support 27, laquelle pousse, par l'intermédiaire d'un ressort 28, un frein 29 contre un tambour de freinage 30 porté par l'essieu de la

roue de freinage 22. La roue d'entraînement 25 est entraî-

née en rotation par un moteur (non représenté) qui tire le câble 21 provenant de la roue de freinage 22 à travers les

jeux de galets 23 et 24.

Le jeu de galets 23 est constitué par un certain nombre de galets disposés le long de la trajectoire du câble, alternativement au-dessus et au-dessous de cette trajectoire, les galets situés au-dessus poussant le

câble vers le bas et les galets situés au-dessous pous-

sant le, câble vers le haut, de sorte que le câble décri-

vant ladite trajectoire suit un trajet ondulé, d'une maniè-

re analogue à ce qui se passe dans un jeu connu de galets dresseurs pour fil métallique. La différence réside dans le fait que, suivant l'invention, le jeu de galets est réglé par rapport à la force de traction qui est appliquée pour obtenir des flexions produisant dans les fils du câble une zone d'allongement plastique, une zone d'allongement élas- tique et une zone de compression à peu près totalement élastique, comme expliqué en regard des Fig. 3 à 4, avec le résultat que des contraintes résiduelles de compression prononcées sont formées à la surface des fils, et non pas,

comme c'est le cas avec le réglage classique des galets dres-

seurs,avec le résultat que les contraintes résiduelles sont seulement réduites au moyen d'un certain nombre de flexions

plastiques alternées d'amplitude 'décroissante.

Les galets 31 situés sur le côté supérieur de la I5 trajectoire du câble sont réglables, en ce qui concerne leur position verticale, au moyen d'une vis correspondante 32, afin de régler le degré de flexion. De cette façon, le câble est soumis à la série désirée de flexions alternées

dans un plan vertical. Le second jeu de galets 24 est en-

tièrement analogue au premier, mais orienté de façon à soumettre le câble à une série de flexions alternées dans

un plan horizontal.

La manière dont on règle la force de traction agis-

sant sur le câble, au moyen de l'action de la vis 26 sur le frein 29, en relation avec le réglage de l'ondulation au moyen des vis 32, de façon à obtenir les zones désirées

d'allongement plastique, d'allongement élastique et de com-

pression élastique, va maintenant être expliquée en regard

d'un exemple.

Par exemple, on prend un câble d'acier constitué de

quatre fils métalliques ayant un diamètre de 0,25 mm, re-

tordus ensemble avec un pas de 10 mm. Le câble est consti-

tué d'acier à 0,70% de carbone, les fils de ce câble étant traités de façon à présenter une résistance à la traction d'environ 2e00Newtons par millimètre carré et une limite

élastique (limite à 0,2%) d'environ 2400 Newtons par mil-

limètre carré, l'allongement élastique étant d'environ 1,4%

et l'allongement à la rupture étant de 2,2%.

La force de traction exercée sur ce câble est réglée

à 130 Newtons, c'est-à-dire environ 660 Newtons par milli-

mètre carré, et le câble passe sous cette tension à travers les deux jeux de galets 23 et 24. Pour ce câble, on utilise des jeux comportant huit galets ayant un diamètre de 8 mm, la distance D (Fig. 9) étant 12,5 mm. Le niveau des galets

31 est réglé par les vis 32 de façon que l'ondulation at-

teigne une courbure de 8 par millimètre de longueur aux IO points de courbure maximale. Ceci produit dans les fils du

câble les zones désirées d'allongement plastique, d'allon-

gement élastique et de compression élastique. Il est plus pratique de commencer par régler grossièrement l'ondulation à vue d'oeil, puis de corriger ce réglage de façon plus I5 fine en observant l'état de contraintes résiduelles obtenu,

comme expliqué plus loin.

Le câble de l'exemple ci-dessus, constitué de fils métalliques étirés présentant après étirage des contraintes

de traction résiduelles, s'est révélé présenter une résis-

tance à la fatigue de 975 Newtons par millimètre carré (moyenne sur 25 échantillons, dispersion 49 N/mm2). Mais lorsqu'il est traité comme dans l'exemple ci-dessus, en présentant après le retordage pour former un câble des contraintes résiduelles de compression prononcées, ce câble s'est révélé présenter une résistance à la fatique de 1083 N/mm2 (moyenne sur 25 échantillons, dispersion 56

N/mm), ce qui constitue une amélioration d'environ 10%.

La fatigue a été mesurée par l'appareil d'essai à la fati-

gue Hunter à poutre rotative, développé par la Hunter Spring Company, Lansdale, Pennsylvanie et expliqué dans l'article de F.A.Votta "New wire fatigue testing method" (Iron age, 26 Août 1948) ainsi que dans le brevet US 2 435 772. Dans la présente invention, on vise des amélio-

rations d'au moins 5%.

Il est clair que pour d'autres types de câbles et d'autres diamètres de fils, la force de traction exercée sur le câble et la courbure doivent être réglées sur d'autres valeurs qui ne peuvent pas être fournies ici pour chaque cas. En tenant compte des enseignements déjà fournis en ce qui concerne la situation idéale de la Fig. 4d, on peut cependant fournir les estimations initiales suivantes afin d'obtenir une telle situation (Fig. 10): si a1 dési- gne l'allongement (en %) à la limite élastique et a + a désigne l'allongement désiré dans la zone d'allongement: plastique à la hauteur maximale h,a2 étant pris grossièrerent comme valant 60% de ai, tandis que b désigne la compression IO (en %) à la limite élastique, grossièrement estimée comme étant égale à a1, alors leshauteurs de la zone d'allongement plastique, de la zone d'allongement élastique et de la zone de compression élastique sont proportionnelles à a2, al et al respectivement. Si P est la limite élastique en N/mm alors la Fig. 10 permet de calculer que la contrainte de traction P0 à superposer aux contraintes de flexion doit de

0 p a2 2 -

préférence être choisie voisine de P x -2 N/mm. Et à cette contrainte de traction correspond alors une courbure qui peut également être calculée à partir de la Fig. 10 comme étant égale à al+a2 x 360 deyrés par millimètre, lOOd 2-ir -egés- a

o d désigne le diamètre des -ils individuels du' câble.

Ces valeurs constituent seulement une estimation ini-

tiale destinée à être ensuite réglée en observant les

contraintes résultantes, en vue d'une plus grande optimi-

sation. Pour ce réglage, les enseignements concernant la situation idéale de la Fig. 4d montrent également que des courbures plus grandes nécessitent la superposition de forces de traction plus faibles, ceci constituant une autre règle grossière pour le réglage ultérieur et pour l'adaptation de la courbure et de la force de traction superposée. Pour produire la force de traction superposée, la

Fig. 8 a montré l'utilisation d'une roue de freinage 22.

Lorsque le câble provient directement d'une machine de retordage, ceci n'est pas toujours nécessaire. La machine de retordage peut fournir ellemême la contre-tension, soit du fait de l'effet de freinage exercé par la filière de

retordage, soit par l'effet de freinage résultant du frot-

tement et des déformations plastiques imposés aux fils individuels sur leur trajet de leurs bobines de dévidage

vers la filière de retordage, soit encore du fait d'un ef-

fet de freinage présenté par les bobines de dvidage, soit enfin par des combinaisons de ces effets. Dans ce cas, les jeux de galets 23 et 24 sont disposés directement

en aval de la filière de retordage de la machine de retor-

dage.

Io Pour contrôler si l'on obtient une contrainte rési-

duelle de compression, en vue d'un réglage complémentaire, on opère comme suit: des échantillons de 15 cm de long sont pris dans le câble quittant la roue d'entraînement , des marques d'orientation sont fournies aux fils du I5 câble qui seront testés (pour des fils de même diamètre, on prend seulement quelques fils représentant les autres), ces marques d'orientation servant à savoir quel côté du fil était le côté supérieur pendant le traitement, afin de

savoir sur quels galets il convient d'effectuer la correc-

tion. Puis, les fils à tester sont séparés du câble; ils

sont à peu près droits, mais présentent une faible ondula-

tion hélicoïdale. Puis, un certain nombre de fils sont testés en ce qui concerne le côté supérieur, d'autres fils

sont testés en ce qui concerne le côté inférieur, et d'au-

tres encore en ce qui concerne les autres côtés.

L'état de contraintes résiduelles sur un côté du

fil est établi qualitativement, et également quantitative-

ment dans une certaine mesure, par attaque sélective, en

éliminant par une attaque seulement la moitié du fil oppo-

sée au côté dont on examine l'état de contraintes rési-

duelles: si ce dernier côté se trouve sous compression, le fil se courbe vers le côté attaqué et, au fur et à mesure de la progression de l'attaque, jusqu'à un maximum. Ceci est représenté à la Fig. lla: le fil 40 est recouvert d'une laque protectrice 41 sauf sur le côté supérieur 42. Le fil est ensuite introduit dans une solution chaude (par exemple à 50C) d'un bain d'attaque, par exemple d'une dilution à 30% de HU03 dans de l'eau. Après quelques secondes, le fil commence à se courber par suite de l'élimination du fait de l'attaque de la matière sous contrainte, et, après un certain temps, généralement de 15 à 60 secondes suivant le diamètre du fil, la force de l'acide d'attaque, etc.,

la courbure atteint un maximum. Si la contrainte résiduel-

le est une contrainte de compression, le fil 40 se courbe vers le côté attaqué, qui est le côté supérieur-dans le

cas de la Fig. lla, comme représenté à la Fig. llb.

* Io Avant de démarrer la production du câble, la force de traction exercée sur le câble et la flexion sont réglées sur les valeurs grossières calculées, puis le câble est testé en ce qui concerne ses contraintes résiduelles de la manière décrite ci-dessus en vue d'un éventuel réglage

I5 complémentaire. En cours de production, on prend des échan-

tillons pour tester si les résultats ne dévient pas des résultats obtenus, et si la contrainte résiduelle observée

sur chaque côté de la surface des fils présente un compor-

tement prononcé de compression.

On peut considérer que ce comportement prononcé de compression existe, par exemple avec un fil de 0.,25mm de

diamètre, lorsque le fil peut atteindre un degré de cour-

bure qui, pour une longueur de fil de 150 mm, conduit à

une distance b (Fig. llb) d'au moins 10 mm. Ceci corres-

pond à un rayon de courbure moyen d'environ 1100 mm, ou à un rapport du diamètre au rayon de courbure d'environ 4400. Comme c'est ce rapport qui est représentatif de l'allongement en pourcentage d'une forme superficielle, du fait de l'enlèvement de matière sur le côté opposé, on peut dire que, pour cet ordre de grandeur de diamètres de

fil, on peut considérer qu'il existe un comportement pro-

noncé de compression lorsque ce rapport devient supérieur à environ 2 x 10-, et ceci peut également être accepté

pour d'autres diamètres de fil.

Le test de fatigue à poutre rotative fournissant un aspect du comportement à la fatigue, il est également intéressant de tester un câble suivant l'invention au moyen ê de l'essai à trois galets représenté schématiquement à la Fig. 12. Dans cet essai, le câble passe sur trois galets 44, 45 et 46 dont les paliers sont fixés sur une pièce 47 qui se déplace en va-et-vient suivant la flèche 48. Le câble est mis sous tension par un poids 49 suspendu à une extrémité du câble, et l'autre extrémité est fixée au bâti de l'appareil d'essai. La course de la pièce 47 est telle qu'une section du câble passe d'un côté du galet 45, à l'état rectiligne, puis sur ce galet, à l'état incurvé IO le rayon du galet 45 étant le rayon de courbure, vers l'autre côté du galet 45, o elle se trouve de nouveau à

l'état rectiligne, sans atteindre l'un ou l'autre des ga-

lets 44 et 45. On utilise un diamètre donné pour les galets 44, 45 et 46, à partir duquel on peut calculer une I5 tension de flexion donnée 1T à la surface du fil la plus b

éloignée du plan neutre. Puis, on teste le câble pour dif-

férentes valeurs du poids 49, correspondant à des valeurs

croissantes de la tension. Les valeurs de la tension uti-

2 2 2

lisées sont 50 N/mm, 100 N/mm, 150 N/mm, etc., ces va-

leurs continuant à s'accroître par pas de 50 N/mm, pour voir quelle est la tension La maximale pour laquelle le câble ne se rompt pas après 500 000 cycles. Ces valeurs de

fa sont recherchées pour différentes valeurs de r-b.

L'essai a été effectué avec une structure 3 + 9 x 0,22, ce qui correspond à un brin central de trois fils entouré par neuf fils, tous les fils ayantundiamètre-de 0,22 mm. Les fils sont constitués d'acier à 0,8% de carbone et sont

traités pour posséder une résistance à la traction d'envi-

ron 3200 N/mm2 et une limite d'élasticité d'environ 2900 N/mm, l'allongement élastique étant d'environ 1,5% et l'allongement à la rupture d'environ 2,2%. On effectue une comparaison entre un câble a ayant les caractéristiques

de l'invention et un câble classique b ayant la même struc-

ture et la même qualité de fil. Les résultats sont les sui-

vants: Essai effectué avec des câbles a et b

enrobés de caoutchouc.

L'invention peut être appliquée à des câblés d'acier classiques pour carcasses pneumatiques de poins lourds, des types suivants: 7 x 3 x 0,15 3 + 9 + 15 x 0,22 3 + 9 x 0,15 3 + 9 x 0,175 7 x 4 x 0,175 7 x 4 x 0,22 3 + 9 + 15 x 0,175 3 + 9 x 0,22 et à leurs nouveaux équivalents: IO 3 + 9 x 0,175 3 + 9 x 0,20 3 + 9 x 0,33 12 x 0,175 12 x 0,20 12 x 0,22

qu'ils soient ou non entourés d'un fil hélicoïdal supplé-

mentaire. Dans les ceintures pour pneumatiques de poids lourds, I5 l'invention peut être appliquée aux structures classiques suivantes: 3 x 0,20 + 6 x 0,38 3 + 9 + 15 x 0,22 3 x 0,20 + 6 x 0,35 3 + 9 x 0,22 7 x 4 x 0,22 3 x 0,15 + 6 x 0,27 ou aux structures moins classiques des types suivants: 3 + 9 x 0,28 12 x 0,28 3 + 9 x 0,22 12 x 0,22 On peut donner à chacune de ces structures une résistance à la traction spécifique de par exemple 2200 N/mn2,

2 2

2600 N/mm ou 3000 N/mm2 chacuneayant un pas de 8,12, 16 ou 20 mm et étant recouverte par exemple de laiton ou d'un 2 - (N/mm2) 0-b (N/mm) a b câble a câble b

1220 200 100

1000 550 400

800 850 650

1200K 700 650

alliage de laiton ternaire et enrobée dans un caoutchouc

ayant un module à 100% de par exemple 40 ou 50 kg/cm2.

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

manière analogue, il est clair que ceci est également com-

pris dans l'enseignement de cette invention.

Claims (7)

- REVENDICATIONS -

1.- Câble métallique, caractérisé en ce qu'il comprend un certain nombre de fils métalliques à surface lisse dont

à peu près la totalité de la zone périphérique (16) se trou-

ve dans un état de contraintes de compression résiduelles à peu près uniformément distribuées.

2.- Câble métallique suivant la revendication 1, carac-

térisé en ce qu'il est constitué par un câblé d'acier pou-

vant adhérer à du caoutchouc, destine à renforcer des arti-

cles en caoutchouc.

Io0 3.- Câble métallique suivant l'une des revendications

1 et 2, caractérisé en ce qu'il est constitué par un câblé d'acier dont l'acier présente une résistance à la traction

supérieure à 3000 Newtons par millimètre carré.

4.- Procédé de traitement d'un câble métallique pour

I5 réaliser un câble suivant l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 3, caractérisé en ce que:on soi3rt chacune ses sec-

tions de longueur; successives du câle (21) à un certain nombre d'opérations élémentaires de flexion-redressement, au moins deux de ces opérations étant effectuées dans des

plans considérablement différents, chaque opération élémen-

taire comprenant la courbure du câble sous contrainte de traction simultanée, de sorte que la section transversale desdits fils présente successivement, en direction du centre de courbure, une zone d'allongemaent plastique, une zone d'allongement élastique, et une zone de compression à peu près totalement élastique, puis on supDrime la force de

courbure qui produit ladite courbure.

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

une série d'opérations analogues de flexion et de redres-

sement alternées effectuées dans un autre plan considéra-

blement différent.

6.- Procédé suivant l'une des revendications 4 et 5,

caractérisé en ce que les sections de longueur successives sont traitées de façon continue, les sections successives décrivant une trajectoire de guidage incurvée qui fait subir

au câble les opérations de courbure et de redressement.

7.- Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la trajectoire de guidage incurvée est formée par un certain nombre de rouleaux de guidage (23, 24) alignés le

long de cette trajectoire.

8.- Pneu pour véhicule, caractérisé en ce qu'il est renforcé par un câblé d'acier pouvant adhérer au caoutchouc

IO suivant l'une des revendications 2 et 3.