COMMENT LES RESSORTS À LAMES SONT FABRIQUÉS

Aciers pour ressorts à lames et leur fabrication

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La base de tout système de suspension à ressorts à lames performant. Les performances, la durabilité et la sécurité d'un ressort à lames dépendent principalement du matériau utilisé. Que ce soit pour des véhicules utilitaires légers ou des camions de 40 tonnes – seul un acier à ressort approprié peut résister à des millions de cycles de charge sans se fissurer, se tasser ou défaillir. La fabrication de ressorts à lames de haute qualité commence donc par un acier à ressort précisément allié et traité, produit dans des aciéries spécialisées sous les contrôles de qualité les plus stricts.

Qu'est-ce que l'acier à ressort pour ressorts à lames ?

Les ressorts à lames sont généralement fabriqués à partir d'aciers à ressort alliés haute résistance présentant les caractéristiques suivantes :

• limite d'élasticité élevée

• excellente résistance à la fatigue

• bonne ténacité et ductilité

• aptitude au traitement thermique précis

• stabilité sous charges cycliques de flexion et de torsion

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Les nuances d'acier les plus courantes pour les ressorts à lames sont :

• 51CrV4 (EN 10089) – acier chrome-vanadium avec une excellente durée de vie (souvent utilisé pour les ressorts paraboliques)

• 55Cr3 – acier à ressort au chrome largement répandu

• 60SiCr7 / 60SiMn5 – aciers silicium-manganèse avec bonne réponse aux processus de revenu

• SUP9 / SUP11A – fréquemment utilisés sur le marché asiatique

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Le choix de l'acier dépend de l'application, des conditions de charge attendues, de la durée de vie souhaitée et des objectifs de coûts.

 

Composition chimique des aciers à ressort

Les aciers à ressort sont délibérément alliés pour obtenir un rapport optimal entre résistance et élasticité. Un acier 51CrV4 typique contient :

• Carbone (0,47–0,55 %) – augmente la dureté et la résistance

• Chrome (0,9–1,2 %) – améliore la résistance à l'usure et la trempabilité

• Vanadium (0,10–0,25 %) – affine la structure du grain, augmente la résistance à la fatigue

• Silicium (0,15–0,40 %) – augmente la ténacité et l'élasticité

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De faibles teneurs en soufre et phosphore sont cruciales pour éviter les fissures internes et les inclusions non métalliques, car celles-ci peuvent considérablement réduire la durée de vie en fatigue.

Fabrication de l'acier à ressort

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La production d'acier à ressort nécessite des procédés de haute pureté, des alliages contrôlés et des traitements thermomécaniques précis. Les principaux fabricants d'acier produisent les aciers à ressort selon les étapes suivantes :

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Fabrication d'acier au four électrique à arc (EAF)

Des ferrailles de haute qualité et des matières premières sont fondues dans un four à arc électrique. Des additifs d'alliage sont ajoutés pour atteindre la composition cible. La métallurgie secondaire comme le traitement en poche et le dégazage sous vide éliminent les impuretés et assurent l'homogénéité chimique.

 

Coulée continue

L'acier fondu est coulé en billettes ou brames. Les vitesses de refroidissement sont contrôlées pour éviter les défauts internes, les ségrégations et les inclusions.

 

Laminage à chaud

Les billettes sont réchauffées et laminées en aciers plats – selon le profil final souhaité, par ex. 50 × 8 mm ou 70 × 10 mm. Pour les ressorts à lames, l'acier plat laminé à chaud est la matière première standard.

 

Refroidissement contrôlé et normalisation

Après le laminage, un refroidissement contrôlé est effectué pour l'affinage du grain. Occasionnellement, un processus de normalisation (chauffage à env. 900 °C et refroidissement à l'air) est appliqué pour homogénéiser la structure.

 

Contrôle de surface et dimensionnel

Chaque lot est contrôlé pour la conformité dimensionnelle, la qualité de surface, la dureté et la pureté. Les défauts de surface comme la décarburation, les fissures ou la calamine doivent être évités car ils peuvent servir de points d'amorçage pour les fissures de fatigue.

Importance de la pureté et de la microstructure

La résistance à la fatigue d'un ressort à lames est particulièrement sensible aux défauts internes. Les fabricants modernes d'acier à ressort visent :

• faibles teneurs en inclusions non métalliques

• structure de grain fine et uniforme

• profondeur de décarburation minimale

• tolérances mécaniques étroites

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Pour le contrôle qualité, des méthodes modernes telles que l'inspection par ultrasons, l'analyse de microstructure et les profils de dureté sont utilisées.

Nuances d'acier personnalisées pour les fabricants de ressorts à lames

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Certains fabricants d'acier proposent des nuances sur mesure pour des OEM spécifiques ou des plateformes de véhicules, par ex. :

• compositions d'alliage adaptées

• aciers particulièrement purs pour une longue durée de vie

• dimensions spécifiques ou traitements de surface

• certifications OEM ou militaires

La collaboration étroite entre les aciéries et les fabricants de ressorts à lames garantit que la matière première est optimalement adaptée au cintrage, au traitement thermique et à la durée de vie.

Classification des aciers plats laminés à chaud pour ressorts à lames

Les aciers plats laminés à chaud avec des profils de section spécifiques servent de matière première, influençant de manière significative la fabrication et les performances des ressorts à lames. Ces profils sont classifiés dans l'industrie avec des codes comme A, B, C, D et E.

Qu'est-ce qu'un profil d'acier à ressort laminé ?

Un profil d'acier à ressort décrit la section transversale d'un acier plat. Bien que fondamentalement rectangulaires, les profils diffèrent par la forme des arêtes, les arrondis et l'aptitude aux étapes de traitement ultérieures.

La géométrie influence :

• le comportement lors de l'enroulement des œillets ou du profilage

• la surface de contact entre les lames

• la répartition des contraintes sous charge

• la qualité de surface et la précision dimensionnelle

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Codes de profil pour l'acier à ressort

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Profil « A »

• rectangulaire, arêtes vives, surfaces plates

• adapté à l'usinage ou au profilage

• préféré pour les ressorts paraboliques

Profil « B »

• arêtes légèrement arrondies

• réduit les concentrations de contraintes

• traitement facile pour la fabrication de ressorts trapézoïdaux

Profil « C »

• arêtes supérieures arrondies, éventuellement surface convexe

• réduit la friction et l'usure entre les lames

• utilisé pour les ressorts progressifs ou de charge lourde

Profil « D »

• arrondi en haut et en bas, parfois semi-elliptique

• minimise le contact et la friction entre les lames

• préféré pour les ressorts paraboliques et en Z

Profil « E »

• profil spécial, souvent asymétrique ou partiellement conique

• pour des exigences OEM spécifiques ou des fabrications spéciales

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Tous les profils sont disponibles dans diverses largeurs et épaisseurs (par ex. 40 × 6 mm, 70 × 10 mm, 100 × 12 mm) et sont fabriqués avec des tolérances étroites pour garantir une qualité constante dans la fabrication des ressorts à lames.

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Processus de fabrication des ressorts à lames (en acier)

Comment l'acier à ressort brut devient un composant de suspension fini.

ÉTAPE 1 : Préparation de la matière première et découpe

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Le processus commence avec des profils d'acier plat laminés à chaud en acier à ressort, typiquement en matériaux comme 51CrV4, 55Cr3 ou 60SiCr7. Ces profils sont livrés dans des formes de section normalisées (par ex. profil A, B ou C) et sont contrôlés avant le traitement ultérieur pour :

• Défauts de surface (fissures, calamine, décarburation)

• Tolérances dimensionnelles (largeur, épaisseur, forme des arêtes)

• Propriétés mécaniques (dureté, pureté, microstructure)

Ensuite, les barres d'acier sont coupées à la longueur requise selon la conception du ressort prévue.

ÉTAPE 2 : Poinçonnage du trou central

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Le trou central remplit une fonction structurelle : il permet de fixer solidement l'ensemble du paquet de ressorts – composé de plusieurs lames – avec un boulon central.

Avant toute transformation ou usinage, un trou central est poinçonné dans la lame. Ce trou sert de point de référence principal pour de nombreuses étapes de travail suivantes – en particulier lorsque la lame est de forme asymétrique ou a des longueurs inégales.

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Le trou central sera nécessaire plus tard pour positionner précisément la lame lors des étapes de finition suivantes :

• Enroulement des œillets

• Usinage des extrémités (par ex. pour les ressorts paraboliques ou les profils de ressorts progressifs)

• Découpe des extrémités (biseautée ou profilée)

• Enroulement des extrémités (par ex. pour les lames de sécurité ou les extrémités à crochet)

La position exacte du trou central garantit que la géométrie du ressort à lames est maintenue et correctement alignée tout au long du processus de fabrication.

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Selon l'épaisseur du matériau et l'application, le trou peut être réalisé de trois façons :

• Poinçonnage à chaud – pour les sections plus épaisses, sous chauffage local et haute pression

• Poinçonnage à froid – pour les matériaux plus minces (typiquement sous 10 mm), avec des presses mécaniques ou hydrauliques

• Perçage – pour les applications spéciales où une haute précision dimensionnelle est requise ou où le poinçonnage pourrait causer des contraintes ou des fissures

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Il est particulièrement important que le trou central n'ait pas d'arêtes vives, de bavures ou de microfissures. Du côté en traction du ressort (généralement la face supérieure pour les ressorts trapézoïdaux), le trou doit être pourvu d'un petit rayon ou d'un léger chanfrein pour réduire le risque de fissures de fatigue. Cette mesure améliore considérablement la résistance à la fatigue et la durée de vie globale du ressort à lames fini.

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ÉTAPE 3. Laminage (selon le type de ressort)

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À ce stade, le parcours de traitement diffère selon qu'il s'agit d'une lame de ressort trapézoïdal conventionnel ou d'un ressort parabolique.

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Lames de ressort parabolique

Les lames de ressort parabolique nécessitent un processus de formage supplémentaire (laminage) pour créer leur profil d'épaisseur variable. Cela réduit le poids et la friction entre les lames tout en maintenant une résistance suffisante.

• La lame est chauffée section par section – généralement une moitié après l'autre – à 900–950 °C. (Les machines modernes de laminage de ressorts paraboliques, par ex. Morita, peuvent laminer les deux extrémités en un seul cycle de chauffe.)

• Après avoir atteint la température cible, le laminage est effectué avec des machines de laminage de ressorts paraboliques à commande CNC.

• Les rouleaux de laminage réduisent progressivement l'épaisseur du centre vers les extrémités selon un contour parabolique défini.

• Par défaut, le laminage est symétrique ; des caractéristiques de ressort asymétriques sont possibles si l'application l'exige.

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Après le laminage, la lame refroidit généralement à l'air avant l'étape de processus suivante.

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Ressorts trapézoïdaux (ressorts multi-lames conventionnels)

Pour les ressorts multi-lames conventionnels, la lame reste essentiellement de même épaisseur sur toute sa longueur. Néanmoins, les extrémités des lames sont souvent laminées localement pour réduire les contraintes et diminuer l'usure entre les lames.

• Chauffage uniforme à env. 850–950 °C (selon le matériau).

• Chauffage dans des fours à gaz ou à induction.

• Laminage des extrémités sur les derniers 50–100 mm environ : les extrémités des lames sont amincies avec des rouleaux chauffés ou des outils de formage.

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Ce laminage des extrémités réduit les concentrations de contraintes aux pointes des lames et permet un fonctionnement plus souple du paquet de ressorts en charge partielle. Contrairement au ressort parabolique, la zone centrale de la lame reste d'épaisseur inchangée.

ÉTAPE 4. Usinage des extrémités

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Après le chauffage et éventuellement le laminage, les extrémités du ressort sont formées. L'usinage effectué dépend de la fonction de la lame dans le système de suspension. Les usinages d'extrémité courants sont :

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Enroulement de l'œillet

L'opération la plus courante pour les lames maîtresses : l'extrémité chauffée de la lame est enroulée sur une machine à rouler hydraulique ou mécanique autour d'un mandrin de diamètre défini pour former l'œillet. Cet œillet sert à fixer le ressort au châssis au moyen d'une bague et d'un boulon. Critères de qualité importants :

• diamètre intérieur exact et alignement

• rayon de transition lisse pour éviter les fissures de fatigue

• surface intérieure définie / ajustement pour la bague

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Enroulement d'enveloppe (Wrap Leaf)

Principalement pour les lames de sécurité / d'enroulement : la lame d'enroulement chauffée est partiellement enroulée autour de l'œillet de la lame maîtresse sans former son propre œillet. Cela maintient la liaison avec l'essieu même en cas de rupture de la lame maîtresse (renforcement du ressort à lames).

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Découpe / formage des extrémités

L'extrémité du ressort est raccourcie ou profilée selon la conception. Fréquemment :

• extrémités chanfreinées ou biseautées

• contours ronds ou « queue de poisson »

• formes crochetées ou enroulées

La bonne géométrie des extrémités contrôle les flux de contraintes et améliore la position des lames dans le paquet de ressorts.

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Perçages / poinçonnages supplémentaires pour accessoires

Dans certaines conceptions, des perçages ou des trous poinçonnés sont réalisés près de l'extrémité du ressort pour des butées en caoutchouc, des pinces, des intercalaires de friction ou des amortisseurs de bruit. À noter :

• qualité du trou : pas de bavures, pas de microfissures

• minimiser la réduction de section

• maintenir la symétrie et l'alignement

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Note de température : les usinages des extrémités sont généralement effectués à chaud (env. 750–850 °C) pour que le matériau reste formable et qu'aucune fissuration ne se produise.

ÉTAPE 5. Traitement thermique incluant le cintrage

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Dans cette étape, l'ébauche de ressort molle est transformée en un ressort à lames durci, flexible et durable par une combinaison de chauffage contrôlé, de cintrage précis et de traitement thermique. Le processus entraîne des changements métallurgiques significatifs et doit être effectué avec le plus grand soin pour assurer la résistance à la fatigue et la stabilité dimensionnelle.

 

Phase 1 : État initial du matériau – acier à ressort mou

Au début de cette étape, la lame est encore à l'état mou, non trempé, parfois appelé acier à ressort recuit. Sa structure métallurgique consiste typiquement en ferrite-perlite, et la dureté Brinell (HB) est d'environ 180–220 HB selon la nuance d'acier et l'état de livraison. Cet état mou permet le formage à chaud et le laminage précis du ressort.

 

Phase 2 : Chauffage à la température d'austénitisation

La lame est chauffée à 900–950 °C, soit dans un four à gaz soit par induction, selon la configuration de la ligne de production. Les exigences à cette étape sont :

• Toute la section transversale doit atteindre uniformément la température cible.

• La structure interne doit se transformer complètement en austénite homogène pour permettre une trempe efficace.

• Le temps de maintien dans le four est ajusté selon l'épaisseur du matériau et le type de four.

Un chauffage uniforme garantit que les propriétés mécaniques sont constantes dans tout le composant et prévient la fissuration lors de la trempe suivante.

 

Phase 3 : Cintrage

Une fois la lame complètement austénitisée, elle est transférée du four vers un cadre de cintrage hydraulique ou une presse de cintrage. Dans cet état encore chaud et déformable :

• Le ressort est cintré à la courbure requise, selon sa fonction dans le système de suspension.

• Le trou central poinçonné précédemment sert de référence pour assurer la symétrie et l'alignement.

• Le formage doit être effectué avec une extrême précision car il détermine la hauteur d'installation et le comportement de charge.

Le processus de cintrage doit être terminé rapidement car le matériau refroidit rapidement à température ambiante.

 

Phase 4 : Trempe (durcissement)

Immédiatement après le cintrage, le ressort doit être refroidi rapidement pour transformer la structure austénitique en martensite – une phase dure mais fragile avec une haute résistance. Dans l'industrie, il existe deux procédures courantes :

• A. Trempe dans le cadre : Le cadre de cintrage entier avec la lame serrée est descendu dans un bain d'huile à 50 °C. Le mouvement dans l'huile assure un refroidissement uniforme.

• B. Trempe libre : Après le cintrage, la lame est retirée de la presse et placée dans le bain d'huile par un bras robotisé ou un opérateur. Cette procédure permet plus de flexibilité mais nécessite un timing exact.

Le timing de la trempe est crucial. L'acier doit être refroidi assez rapidement pour suivre la courbe de transformation temps-température (diagramme TTT) et éviter la formation de bainite ou de perlite. C'est ce qu'on appelle « rester dans la courbe C ». Avec une trempe correcte, une structure principalement martensitique est créée, qui est très dure mais aussi fragile.

 

Phase 5 : Revenu (relaxation des contraintes et ténacité)

Pour restaurer la ténacité et la ductilité, le ressort à lames trempé est revenu (parfois aussi appelé « adoucissement »). Le processus comprend :

• le réchauffage du ressort à 400–450 °C

• le maintien de cette température pendant une période définie (selon le matériau et l'épaisseur de section)

• le refroidissement très lent dans le four ou à l'air contrôlé pour éviter les contraintes résiduelles

Le revenu relaxe les contraintes internes et donne au ressort son comportement élastique et résistant à la fatigue final.

 

Phase 6 : Refroidissement final et plage de dureté

Après le revenu, le ressort quitte le four. Pour stabiliser la température et éliminer les résidus d'huile, il est généralement aspergé d'eau à env. 30 °C. Ce refroidissement doux amène le composant en acier de manière contrôlée à la température ambiante.

À ce stade, le ressort atteint ses propriétés mécaniques finales :

• Dureté : 350–500 HB, selon la nuance d'acier et l'application

• excellente flexibilité et résistance à la fatigue

• une structure martensitique revenue stable

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ÉTAPE 6. Finition et ajustement dimensionnel (optionnel)

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Cette étape est optionnelle et dépend de la conception spécifique du ressort, des exigences de tolérance et de la situation d'installation. Comme la lame a maintenant atteint sa forme finale et ses propriétés métallurgiques, d'éventuelles finitions peuvent être effectuées en toute sécurité pour obtenir la plus haute précision d'ajustement et d'aptitude au montage.

Les étapes d'usinage typiques après le traitement thermique sont :

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Alésage de l'œillet

Après la trempe et le revenu, l'œillet peut légèrement se déformer. Par un alésage contrôlé :

• le diamètre intérieur exact est assuré

• l'ajustement correct de l'insert de bague est garanti

• l'alignement et la concentricité sont maintenus pour éviter une usure inégale

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Fraisage latéral

Les zones latérales du ressort sont usinées :

• dans la zone du boulon central où se trouvent les étriers en U ou les pinces centrales aux extrémités si elles s'engagent dans des supports de guidage ou des plaques de jumelle

• Cela garantit le respect des tolérances de largeur et du parallélisme.

Perçage ou reprise des trous d'accessoires supplémentaires

Si nécessaire, des perçages pour les fixations, les supports ou les éléments d'amortissement sont précisément réalisés à cette étape.

Ces étapes d'usinage doivent être effectuées sans génération de chaleur ni fortes vibrations car le matériau est maintenant à l'état trempé. Les outils doivent être affûtés et les serrages stables pour éviter les fissures de surface.

ÉTAPE 7. Grenaillage / Grenaillage sous contrainte

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Le grenaillage est un processus de post-traitement important utilisé pour augmenter la résistance à la fatigue et la durée de vie des ressorts à lames. Il est particulièrement crucial pour prévenir les défaillances prématurées dues aux charges cycliques et aux concentrations de contraintes en surface. La méthode diffère selon qu'il s'agit d'un ressort trapézoïdal ou d'un ressort parabolique.

 

But du grenaillage

Pendant le traitement thermique et le cintrage (pré-courbure), des contraintes de traction résiduelles peuvent apparaître à la surface du ressort. Celles-ci sont nocives à long terme car elles favorisent l'apparition de fissures de fatigue. Le grenaillage remplace ces contraintes par des contraintes de compression qui améliorent considérablement la résistance à la fatigue du ressort.

 

Fonctionnement

• De petites billes d'acier ou de céramique (« shots ») sont projetées à haute vitesse sur la surface du ressort.

• Chaque impact crée une dépression microscopique, déformant plastiquement la surface.

• Cela crée une couche de contraintes de compression résiduelles, typiquement à une profondeur de 0,1–0,3 mm, selon les paramètres de grenaillage.

• La contrainte de compression induite contrecarre la contrainte de service et retarde ou empêche la formation de fissures par fatigue.

 

Différences entre ressorts trapézoïdaux et paraboliques pour le grenaillage

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Ressorts trapézoïdaux – grenaillage classique

• Appliqué uniquement du côté en traction (généralement la face supérieure).

• La lame n'est pas chargée pendant le grenaillage.

• Typique pour les paquets de ressorts multi-lames où seules les lames supérieures ont des contraintes de traction significatives.

• Améliore la durée de vie de 30–70 % selon les conditions de charge.

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Ressorts paraboliques – grenaillage sous contrainte (Stress Peening)

• Une forme avancée de grenaillage, spécialement pour les ressorts paraboliques qui consistent généralement en une ou deux lames et sont plus fortement sollicités.

• La lame est d'abord précontrainte (préformée) dans une direction opposée à la courbure d'origine, généralement avec une presse hydraulique ou un dispositif.

• Dans cet état, elle est placée dans une cassette spéciale qui maintient la déformation.

• La cassette avec le ressort précontraint est ensuite introduite dans la chambre de grenaillage, permettant un grenaillage contrôlé et uniforme.

• La conception de la cassette permet au média de grenaillage d'atteindre les deux côtés :

• Le côté en traction, qui est sous contrainte artificielle, et le côté en compression, qui bénéficie également d'un équilibrage des contraintes.

• Cette méthode produit des contraintes de compression plus profondes et plus efficaces sur toute la surface.

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Le grenaillage sous contrainte est essentiel pour les ressorts paraboliques afin d'assurer une fiabilité à long terme sous charges dynamiques élevées et est fréquemment exigé par les spécifications OEM pour les applications de camions et de bus.

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ÉTAPE 8. Revêtement et peinture

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Après que les lames ont subi tous les processus mécaniques et de surface importants – y compris le traitement thermique, le cambrage et le grenaillage – la dernière étape de production est le revêtement ou la peinture. Cette étape sert à la protection contre la corrosion, augmente la durée de vie et améliore l'apparence du produit – en particulier pour les applications visibles.

 

Objectifs principaux du revêtement

• Protection de l'acier à ressort contre les influences environnementales comme l'humidité, le sel ou les produits chimiques

• Apparence propre selon les spécifications OEM ou aftermarket

• Réduction de la friction entre les lames superposées dans les paquets de ressorts trapézoïdaux (si des revêtements réducteurs de friction sont utilisés)

• Reconnaissance de la marque par la couleur ou le marquage

 

Procédés de revêtement courants

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Peinture par trempage

• Le procédé le plus traditionnel et le plus économique

• Les lames sont trempées dans une peinture noire industrielle

• Fournit une protection simple contre la rouille et une couverture uniforme

• Fréquemment utilisé pour les ressorts trapézoïdaux

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Revêtement en poudre électrostatique

• Utilisé pour les applications de haute qualité ou OEM

• La peinture sèche est appliquée électrostatiquement puis cuite au four

• Produit une surface résistante, épaisse et résistante aux chocs

• Disponible en différentes couleurs (par ex. noir, gris, rouge)

• Souvent utilisé pour les ressorts paraboliques ou les applications visuellement exigeantes

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Revêtement KTL (revêtement cataphorèse)

• Revêtement électrochimique par trempage de haute qualité, similaire au revêtement de suspension dans l'industrie automobile

• Fournit une excellente protection contre la corrosion, même dans les tests de brouillard salin

• Plus complexe et plus cher, mais préféré par les fabricants leaders pour les marchés premium et d'exportation

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Revêtement phosphate de zinc ou phosphate de manganèse

• Utilisé comme prétraitement pour les peintures ou les revêtements en poudre

• Améliore l'adhérence et la résistance à la corrosion

• Optionnel, selon les spécifications

 

Aspects techniques importants

• La surface doit être propre et sèche avant le revêtement (par ex. par sablage ou nettoyage chimique)

• L'épaisseur de la couche doit rester dans des tolérances définies pour éviter les problèmes d'ajustement lors du montage (par ex. installation des bagues ou ajustement des trous centraux)

• Aucune peinture ne doit atteindre les surfaces critiques, en particulier :

• l'alésage intérieur de l'œillet

• le trou de centrage

• les zones de friction dans les ressorts à lames multi-couches (sauf si un revêtement de glissement sec spécial est utilisé)

ÉTAPE 9. Assemblage du paquet de ressorts complet

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Après que toutes les lames individuelles ont été fabriquées, traitées et revêtues, l'assemblage final en paquet de ressorts complet (également connu sous le nom de paquet de ressorts à lames) a lieu. Cette opération est mécanique mais doit être effectuée avec une haute précision pour garantir l'alignement correct, la distribution de précontrainte et la sécurité.

 

Étapes d'assemblage en détail

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Tri et alignement des lames

• Les lames sont ordonnées par longueur – de la lame maîtresse à la lame la plus courte – selon la conception du ressort (par ex. ressort trapézoïdal, ressort progressif, Military Wrap, etc.).

• Une attention particulière est portée à : la correspondance de la courbure (camber), la symétrie, l'alignement des effilages d'extrémité, les perçages, l'installation des bagues d'œillet dans la lame maîtresse

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Serrage des lames

• Les lames empilées sont placées dans un dispositif ou une station de serrage.

• Avec des dispositifs de serrage hydrauliques ou mécaniques, les lames sont comprimées ensemble pour appliquer la précontrainte initiale.

• Cette précontrainte est nécessaire pour : assurer un contact étroit entre les lames, éviter le mouvement et le bruit pendant la conduite, permettre un montage sûr du boulon central

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Installation du boulon central

• Un boulon central (également appelé boulon de ressort) est passé à travers les trous de centrage pré-percés.

• Le boulon est serré avec un couple défini pour maintenir le paquet ensemble.

• La tête du boulon sert souvent de goupille de centrage pour la fixation à l'essieu.

• Le filetage dépassant est coupé ou cisaillé pour faciliter l'installation.

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Montage des pinces latérales ou des clips de retenue

• Selon la conception, le paquet de ressorts est équipé des éléments suivants : pinces en U, clips de retenue (Rebound Clips), éventuellement des intercalaires réducteurs de friction

• Ceux-ci aident à maintenir l'alignement du paquet pendant la compression dynamique et la détente.

• Le positionnement des pinces est crucial pour éviter les concentrations de contraintes.

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 Installation des intercalaires en caoutchouc ou plastique (si nécessaire)

• Dans les applications sensibles au bruit ou à friction réduite, des patins en caoutchouc ou en plastique sont souvent insérés entre les lames.

• Particulièrement courant pour les ressorts de remorque ou dans les applications orientées confort pour le transport de passagers.

ÉTAPE 10. Mise en place (précontrainte) du ressort à lames et vérification de la courbe charge/déflexion

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La dernière étape de l'assemblage des ressorts à lames est appelée mise en place (également appelée « précontrainte » ou « settling »). Ce processus garantit que le ressort atteint sa courbure finale (camber) et que son comportement charge/déflexion est stabilisé avant d'être livré au client ou à l'assemblage du véhicule.

 

Que signifie « mettre en place » un ressort à lames ?

Lors de la mise en place, une charge statique définie est appliquée sur le ressort entièrement assemblé. Le ressort est comprimé à une force cible – typiquement proche ou légèrement au-dessus de la plage d'utilisation prévue.

 

Déroulement du processus

Placement du ressort dans la presse de test

• Le ressort assemblé est placé dans un cadre de test calibré

• Le dispositif assure l'alignement et l'appui corrects aux deux œillets ou points de fixation

Application de la charge définie

Une force égale à la charge statique nominale du ressort (ou au-dessus) est appliquée par un vérin hydraulique

Niveaux de charge typiques :

• 100–120 % de la charge de conception pour les ressorts trapézoïdaux

• 80–100 % pour les ressorts paraboliques

Contrôle du camber final

• Après le retrait de la charge, le ressort est vérifié pour sa courbure cible à l'état non chargé

• Cela confirme que la déformation plastique et la stabilisation des contraintes internes sont terminées

Mesure de la courbe charge/déflexion et documentation

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Après la mise en place, un test contrôlé de la courbe charge/déflexion est effectué pour déterminer la rigidité du ressort (taux de ressort) et le comportement élastique :

• Le ressort est chargé progressivement (par ex. tous les 100–200 kg)

• La déflexion en mm est enregistrée à chaque point de charge

• La courbe caractéristique résultante est stockée numériquement ou imprimée

• Chaque ressort ou lot de production reçoit un certificat de test ou une étiquette code QR référençant les données de test

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ÉTAPE 11. Contrôle qualité – avec accent sur le contrôle métallurgique

Tout au long du processus de production des ressorts à lames, l'assurance qualité est effectuée en plusieurs étapes – de la réception de la matière première au traitement thermique jusqu'à l'assemblage final et le test fonctionnel. Cependant, l'un des tests les plus importants et techniquement exigeants est le contrôle métallurgique par échantillonnage de l'acier à ressort.

L'objectif est de s'assurer que les propriétés mécaniques, les résultats du traitement thermique et la microstructure de l'acier correspondent aux spécifications prescrites – car celles-ci sont décisives pour la durée de vie, la sécurité et la résistance à la fatigue du ressort.

 

Quand le contrôle métallurgique est-il effectué ?

• Généralement par lot (par ex. toutes les X tonnes ou tous les X ressorts)

• Après le traitement thermique et avant ou après le grenaillage

• Habituellement sur les lames maîtresses, parfois aussi sur des lames courtes sélectionnées au hasard ou des ressorts auxiliaires

 

Comment se déroule le contrôle métallurgique ?

Prélèvement d'un échantillon

• Un petit morceau est séparé de la lame (généralement à l'extrémité ou sur une pièce de test)

• Les zones fonctionnelles du ressort restent intactes

• Les échantillons sont marqués et documentés pour assurer la traçabilité

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Test de dureté

• Procédures de test Brinell (HBW) ou Rockwell (HRC)

• La dureté de surface et parfois la dureté à cœur sont mesurées pour vérifier le traitement de trempe et de revenu correct

• Plages de dureté typiques : 350–500 HB, selon l'application

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Analyse de microstructure

• Les échantillons sont polis et attaqués pour rendre visible la structure de l'acier au microscope

• Objectif : preuve d'une structure martensitique revenue uniforme avec un minimum de ferrite ou de bainite

• La décarburation, les problèmes de joints de grains ou les inclusions près de la surface sont documentés

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Évaluation des inclusions (optionnel, pour haute sollicitation)

• Les inclusions non métalliques sont examinées au microscope optique ou au microscope électronique à balayage (MEB)

• Critique pour les applications sensibles à la fatigue comme les ressorts paraboliques

• Classification des inclusions selon DIN 50602, ASTM E45 ou ISO 4967

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Inspection de surface

• Détection de fissures par méthode magnétoscopique (MPI) ou ressuage

• Particulièrement important après le traitement thermique et avant le revêtement

• Assure qu'aucune microfissure n'est présente à la surface où des pics de contrainte peuvent se produire

 

Contrôle de la décarburation – un aspect critique du contrôle métallurgique

Un objectif central est le test de décarburation en surface – c'est-à-dire la perte de carbone dans la zone de bordure. Les causes incluent :

• Traitement à flamme ouverte, par ex. lors de réparations manuelles ou de formage inapproprié

• Contrôle de four insuffisant

• Temps de maintien trop longs à hautes températures pendant le traitement thermique

Comme le carbone est décisif pour la dureté et la résistance à la fatigue, un côté en traction décarburé peut considérablement affaiblir le ressort.

 

Comment la décarburation est-elle testée ?

​

Mesure du profil de dureté

La dureté est mesurée à différentes profondeurs par test de microdureté (par ex. Vickers ou Knoop)

Points de mesure typiques :

• 0,1 mm sous la surface (côté traction)

• 0,5 mm sous la surface

• Cœur (centre du matériau)

• Les valeurs sont comparées pour évaluer l'homogénéité

​

Critères d'acceptation

La différence entre la dureté de surface et la dureté à cœur doit être dans les tolérances

Exigences exemplaires :

• Dureté de surface ≥ 90 % de la dureté à cœur

• ou : profondeur de décarburation < 0,2 mm pour la plupart des aciers à ressort

• Spécifications selon ISO 3887, DIN EN 10328 ou ASTM E1077

​

Analyse de microstructure (optionnel ou en cas d'écarts dans le test de dureté)

• Les coupes sont attaquées et examinées au microscope

• Une zone de ferrite visible près de la surface indique une décarburation

• La profondeur est mesurée et comparée aux spécifications

 

Pourquoi est-ce si important ?

• Un côté en traction décarburé réduit considérablement la résistance à la fatigue

• Risque accru de microfissures, de corrosion et de défaillance prématurée

• Particulièrement fréquent pour les ressorts réparés ou chauffés localement, c'est pourquoi les OEM interdisent strictement le soudage ou le dressage à la flamme de l'acier à ressort

​

Défis d'une production efficace de ressorts à lames

​

La fabrication de ressorts à lames de haute qualité est un processus industriel complexe qui combine précision métallurgique, formage mécanique, traitement de surface et tolérances dimensionnelles étroites. Pour rester compétitifs, les fabricants doivent équilibrer qualité du produit, efficacité des coûts et flexibilité – et ce sous la pression croissante des prix des matières premières, des coûts énergétiques et de la demande volatile du marché.

Les défis les plus importants auxquels les fabricants de ressorts à lames sont confrontés aujourd'hui sont présentés ci-dessous :

 

Taille de lot vs. temps de changement

​

Beaucoup d'étapes de production critiques – en particulier le traitement thermique, le laminage des ressorts paraboliques et l'enroulement des œillets – nécessitent de longs temps de changement lors des changements de produit.

Défi :

• Les petits lots augmentent la flexibilité mais causent des coûts unitaires plus élevés en raison des changements fréquents

• Les grands lots réduisent les coûts de changement par unité mais conduisent à un stock plus élevé et des temps de réponse plus lents

​

Automatisation vs. flexibilité de production

​

L'introduction de l'automatisation et de la robotique dans la production de ressorts à lames – en particulier pour :

• l'enroulement des œillets

• le laminage parabolique

• la manutention pendant le traitement thermique et la trempe

​

etc.… peut réduire les besoins en personnel, améliorer la répétabilité des processus et augmenter la sécurité au travail.

​

Défi :

• Les systèmes automatisés sont souvent moins flexibles

• Un changement de produit peut nécessiter un changement mécanique complexe, une reprogrammation ou des stations robotiques séparées

 

Coûts de l'acier et immobilisation du capital

​

L'acier à ressort représente 50–70 % des coûts totaux d'un ressort fini, selon la conception du ressort et le nombre de lames. Cela inclut :

• Les profils laminés de haute qualité

• Le transport et le stockage

• Les chutes et déchets lors de la découpe, de l'enroulement des œillets ou du laminage parabolique

​

Défi :

• Les coûts élevés de l'acier immobilisent un fonds de roulement considérable

• Les longs délais de livraison des aciéries conduisent au stockage, ce qui augmente les coûts de financement et de stockage

Efficacité énergétique : chauffage au gaz vs. à induction

​

Le traitement thermique est l'un des processus les plus énergivores de la fabrication de ressorts. La décision entre :

• Les fours à gaz (traitement de masse continu)

• Les fours à induction (chauffage local, rapide et précis)

… devient de plus en plus pertinente avec la hausse des prix de l'énergie.

​

Défi :

• Les fours à gaz offrent une haute inertie thermique et des temps de chauffe plus longs mais conviennent aux grandes séries

• L'induction est plus rapide et plus économe en énergie mais moins efficace pour les sections épaisses ou les grands lots

• Les deux systèmes diffèrent en maintenance, émissions et besoins en espace

 

Assurance qualité sous pression des coûts

​

Les clients, en particulier les OEM, exigent :

• Haute résistance à la fatigue

• Traçabilité

• Conformité à la courbe charge/déflexion

• Protection contre la corrosion (par ex. revêtement KTL ou en poudre)

​

Défi :

• Répondre à ces exigences à de faibles coûts de production est difficile

• Omettre ou simplifier des processus (comme le grenaillage sous contrainte, la finition de surface ou l'inspection de microstructure) réduit les coûts mais met en danger la durabilité

 

Coûts d'investissement et barrières à l'entrée sur le marché

​

Bien que les ressorts à lames semblent être un composant de suspension simple, leur fabrication nécessite une infrastructure de production à forte intensité capitalistique et hautement spécialisée. Contrairement au travail général des métaux ou à l'emboutissage, la plupart des machines ne sont pas utilisables dans d'autres industries.

Conséquence :

Barrières d'entrée élevées pour les nouveaux entrants – tant en termes d'investissement que de savoir-faire

 

Investissements élevés nécessaires

La mise en place d'une usine de ressorts à lames efficace avec une capacité annuelle d'env. 5 000 tonnes (taille moyenne) nécessite des investissements significatifs – sans les coûts de terrain et de bâtiment.

 

Type d'équipement - Coût estimé (EUR)

• Ligne de traitement thermique (four, trempe à l'huile, unité de cintrage, automatisation) 1 – 2 M €

• Installation de laminage pour ressorts paraboliques avec chauffage intégré 0,5 – 1 M €

• Installation de grenaillage sous contrainte avec système de cassette ~1 M €

• Machines d'enroulement d'œillets, finition des extrémités, presses de poinçonnage 0,5 – 0,8 M €

• Installation de grenaillage (pour ressorts trapézoïdaux) 0,3 – 0,6 M €

• Équipements d'assemblage (dispositifs de serrage, presses, stations de mesure) 0,2 – 0,4 M €

• Revêtement (KTL, revêtement en poudre ou cabine de peinture) 0,4 – 0,6 M €

• Contrôle qualité (testeur de dureté, microscope, banc d'essai) 0,1 – 0,2 M €

• Manutention des matériaux (robots, grues, convoyeurs) 0,3 – 0,5 M €

 

Investissement total (sans bâtiments, infrastructure, stock) :
au moins 10 – 15 millions d'euros pour une ligne de production moderne et allégée

 

Équipements hautement spécialisés

La plupart des machines comme les stations de cintrage, les installations de laminage, les presses de camber ou les installations de grenaillage sont spécifiques à l'OEM ou sur mesure.

Conséquences :

• Faible valeur de revente en cas d'arrêt de production

• Longs délais de livraison pour les pièces de rechange et la maintenance

• Peu de fournisseurs mondiaux – haute dépendance

 

Longue phase de démarrage et coûts cachés

Même après l'installation, il faut plusieurs mois avant d'atteindre une production en série stable :

• Calibration des processus (en particulier traitement thermique et courbe charge/déflexion)

• Formation du personnel (opérateurs, AQ, maintenance)

• Homologations de produits par les OEM

• Taux de rebut élevés au début

Conséquences :

• Coûts unitaires élevés pendant la phase de démarrage

• Flux de revenus retardé

• Besoin de fonds de roulement pour combler la liquidité

 

Défis opérationnels en production continue

Même après le démarrage de la production, l'efficacité reste un sujet constant :

• Optimisation des tailles de lots

• Fluctuations des prix de l'acier

• Équilibrer automatisation et flexibilité

• Coûts énergétiques croissants pour les processus thermiques

 

Conclusion

​

Créer une usine de ressorts à lames n'est pas une entreprise à faible risque. Elle nécessite :

• Des investissements initiaux élevés dans des équipements spécialisés

• Une expertise technique en métallurgie, résistance à la fatigue et contrôle dimensionnel

• Une longue phase de démarrage jusqu'à une production stable et l'homologation client

​

Pour ces raisons, le marché mondial est dominé par quelques fabricants expérimentés avec des relations OEM et des structures verticalement intégrées.

Cependant, ceux qui réussissent accèdent à une niche stratégique avec une demande stable – en particulier dans les régions avec un marché croissant de véhicules utilitaires et de remorques.

 

​​​
Paramètres critiques dans la production de ressorts à lames : Ce qui doit être contrôlé pour assurer la fonction du ressort à lames

​

Pour qu'un ressort à lames fonctionne de manière sûre et efficace pendant des milliers de cycles de charge, il doit respecter des spécifications mécaniques et géométriques strictes. De petits écarts dans certains paramètres peuvent conduire à une usure prématurée, des dommages aux bagues en caoutchouc, un désalignement de l'essieu ou même des ruptures de ressort.

Les paramètres de fabrication critiques les plus importants qui doivent être étroitement surveillés pour les ressorts trapézoïdaux et paraboliques sont listés ci-dessous :

​

Demi-longueur (distance entre le trou central et l'œillet)

​

• Définit l'asymétrie du ressort

• Influence la position de l'essieu, la répartition de la charge et la hauteur du véhicule

• Particulièrement important pour les ressorts asymétriques (avec bras court et long)

Contrôlé lors de :

• Poinçonnage du trou central

• Enroulement de l'œillet

• Formage du camber

🔧 Plage de tolérance : typiquement ±1,5 mm

​

 

Diamètre de l'œillet

​

• Crucial pour l'emmanchement de la bague

• Influence le comportement acoustique, le jeu de mouvement et la durée de vie

• Trop grand = claquement ; trop serré = dommages à la bague

Contrôlé lors de :

Enroulement de l'œillet

• Reprise par alésage ou fraisage

🔧 Tolérance typique : ±0,1 mm, selon la conception de la bague

​

 

Parallélisme des axes des œillets

​

• Les deux œillets doivent être dans un même plan

• Un écart conduit à des tensions dans les jumelles, de la friction et une transmission de charge inégale

🛠 Contrôlé lors de :

• Enroulement de l'œillet

• Contrôle final avec des calibres de parallélisme ou des bras de mesure 3D

🔧 Tolérance : généralement moins de 0,5° d'écart angulaire

 

Planéité dans la zone du trou central

​

• Assure un contact surfacique avec le siège d'essieu et prévient les concentrations de contraintes

• Une mauvaise planéité peut conduire au desserrage des étriers en U et des dommages consécutifs

Contrôlé lors de :

• Redressage après trempe

• Finition par fraisage ou meulage

Tolérance de planéité : typiquement < 0,3 mm sur toute la surface d'appui

 

Courbure (Camber)

​

• Détermine la capacité de charge et le taux de ressort

Un camber inconsistant conduit à :

• inclinaison unilatérale du véhicule

• hauteur incorrecte

• suspension inégale

Contrôlé lors de :

• Cintrage du camber (étape 5)

• Vérification par test charge/déflexion (étape 10)

🔧 Tolérance : ±2 mm au centre, selon la conception du ressort

 

Dureté

​

• Cruciale pour la récupération élastique sans allongement permanent

• Influence la résistance à la fatigue, l'élasticité et la résistance à l'usure

Contrôlé lors de :

• Traitement thermique (trempe + revenu)

• Vérification par test de dureté Brinell ou Rockwell

🔧 Dureté cible : 350–500 HB, selon la conception

 

Largeur dans les zones fonctionnelles

​

S'applique à la zone des étriers en U, aux bras du ressort

Influence :

• Précision d'ajustement

• Contact avec les pinces, jumelles, entretoises

• Friction et concentrations de contraintes

Contrôlé lors de :

• Laminage, enroulement, fraisage

🔧 Tolérance : typiquement ±0,5 mm dans les segments clés

 

Profil parabolique (uniquement pour les ressorts paraboliques)

• L'épaisseur doit suivre une vraie courbe parabolique

Influence :

• Flexibilité du ressort

• Répartition des contraintes

• Caractéristique du ressort

• Espacement des lames en compression

Contrôlé lors de :

• Laminage parabolique ou fraisage (étape 3 – ressorts paraboliques)

• Vérification par mesure d'épaisseur le long de la longueur

🔧 Écart max. par rapport au profil cible : ±0,2 mm sur toute la longueur de la lame

 

Conclusion

Les ressorts à lames semblent robustes, mais leur fonctionnalité repose sur la précision. Les paramètres mentionnés ci-dessus doivent être surveillés en continu – pas seulement lors du contrôle final mais à chaque étape de production.

L'investissement dans des outils précis, des processus à commande CNC et l'assurance qualité métrologique est essentiel pour répondre aux exigences de résistance à la fatigue OEM, de sécurité et de comportement routier.

Ressorts à lames en PRFV : Avantages, matériaux et comparaison avec les ressorts en acier

​

Avec la tendance à la construction légère – en particulier pour les véhicules électriques et les véhicules utilitaires modernes – les ressorts à lames en plastique renforcé de fibres de verre (PRFV) gagnent en importance comme alternative aux systèmes classiques en acier.

Cette section couvre :

le fonctionnement des ressorts à lames en PRFV

le processus de fabrication et les matériaux utilisés

les systèmes de ressorts hybrides

l'acceptation sur le marché de l'après-vente

et une comparaison détaillée avec les ressorts à lames en acier

 

Qu'est-ce qu'un ressort à lames en PRFV ?

​

Les ressorts à lames en PRFV se composent de :

• fibres de verre continues (généralement verre E)

• intégrées dans une matrice thermodurcissable (par ex. résine époxy ou polyuréthane)

Cette combinaison de matériaux offre une résistance directionnelle, un faible poids et un comportement élastique, idéal pour les solutions de suspension modernes.

 

Pourquoi les ressorts à lames en PRFV ont-ils du sens ?

​

L'utilisation de ressorts à lames en PRFV offre plusieurs avantages techniques :

Avantages clés :

• jusqu'à 70 % d'économie de poids par rapport à l'acier

• absence de corrosion – idéal pour les environnements humides ou salins

• réduction du bruit grâce à l'absence de friction entre les couches

• haute résistance à la fatigue en utilisation normale

• non conducteur et non magnétique, avantageux pour les véhicules électriques

Inconvénients :

• coûts plus élevés

• fabrication plus complexe

• moindre acceptation sur le marché de l'après-vente

Exemple : Un ressort en PRFV pour le Mercedes Sprinter peut coûter deux à trois fois plus qu'un ressort en acier comparable.

 

Configurations de ressorts hybrides

​

Dans certaines applications, des ressorts à lames hybrides sont utilisés :

• lame maîtresse (avec œillet) en acier

• lames secondaires (2e, 3e couche, etc.) en PRFV

Avantages :

• sécurité structurelle et fixation classique grâce à l'acier

• économie de poids et amortissement des vibrations grâce au PRFV

• moins de friction entre les couches, confort amélioré

Les systèmes hybrides sont de plus en plus utilisés dans les véhicules utilitaires légers et les véhicules électriques.

 

 

Processus de fabrication des ressorts à lames en PRFV

​

Les ressorts en PRFV sont fabriqués par des procédés de formage à base de résine :

 Placement des fibres

• Les fibres de verre sont placées dans un moule selon le chemin de charge

• L'orientation est adaptée au comportement du ressort et à la charge

Infusion de résine et formage

• Les fibres sont imprégnées de résine (RTM, procédé de pressage humide ou moulage par compression)

• Les techniques sous vide assurent une structure sans porosités

Durcissement

• Le composant est durci à 130–180 °C dans le moule

• Après durcissement, il conserve sa forme finale

Post-traitement

• Les extrémités et les surfaces de contact sont percées ou fraisées

• Optionnel : traitement de surface contre l'abrasion et les rayons UV

 

Acceptation du marché et limitations

Bien que les ressorts à lames en PRFV soient établis chez les OEM, il y a du scepticisme sur le marché de l'après-vente.

Préoccupations courantes :

• appelés « ressorts en plastique »

• considérés comme trop faibles ou dangereux

• pièces de rechange difficilement disponibles

• les ateliers n'ont pas d'expérience avec les composants en PRFV

Acier en remplacement du PRFV

Un échange est possible, mais uniquement avec :

• vérification de la géométrie de la suspension (hauteur, comportement du ressort, garde au sol)

• remplacement des pièces de fixation (étriers en U, supports, amortisseurs)

• caractéristique de ressort et comportement routier différents

Une telle conversion ne doit être effectuée qu'avec un conseil technique.

​

 

 

Conclusion

​

Les ressorts à lames en PRFV offrent une alternative moderne aux ressorts en acier traditionnels avec des avantages en poids, résistance à la corrosion et confort. Cependant, ils nécessitent :

• une conception et une simulation spécialisées

• des technologies de fabrication propres

• une introduction sur le marché et une formation du marché

• un prix de deux à trois fois celui des ressorts en acier

Même s'ils ne remplacent pas complètement l'acier, ils gagnent des parts de marché dans les segments automobiles où le poids, le confort et l'architecture moderne sont prioritaires.

​
Points clés à retenir

​

• La qualité de l'acier à ressort détermine la durée de vie en fatigue et les performances

• Les profils laminés à chaud (A, B, C, D, E) correspondent à différentes exigences de fabrication

• La production comprend un chauffage précis, le formage, la trempe et le revenu

• Le grenaillage (ou grenaillage sous contrainte) améliore dramatiquement la résistance à la fatigue

• Le revêtement protège contre la corrosion et augmente la durabilité

• L'assemblage nécessite un alignement précis et une distribution de précontrainte

• La mise en place du ressort stabilise la géométrie et vérifie les performances

• L'inspection métallurgique assure la qualité du matériau et le succès du traitement thermique

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