Qu'est-ce qui vous arrête ? Plongez dans les matériaux du système de freinage pour le découvrir

Nov 14, 2023

Découvrez les matériaux que Brembo utilise dans ses étriers et disques de voitures, camions et motos.

Les freins sont les composants les plus travaillants mais les plus sous-estimés du châssis d'une voiture. Leurs températures de fonctionnement dépassent celles de la plupart des pièces de moteur et leur environnement de travail comprend des nids-de-poule et des flaques d'eau occasionnels. Les freins sont souvent votre dernière ligne de défense avant une collision.

Pour montrer notre appréciation pour les freins et pour mieux comprendre comment ils évitent les cintreuses d'ailes et les rencontres avec les fossés, nous avons visité Brembo USA, situé à seulement quelques kilomètres de notre siège social d'Ann Arbor, Michigan, pour une leçon d'experts. Brembo est la source la plus connue et la plus respectée au monde d'équipements de freinage hautes performances pour les applications d'équipement d'origine et de rechange. Nos Corvettes, Porsche et Mercedes-AMG seraient perdues sans elles.

Le reportage photo suivant se concentre sur les matériaux que Brembo utilise dans ses étriers et disques de voiture, de camion et de moto. (Les termes rotor et disque sont utilisés de manière interchangeable pour cette technologie.) Faites attention ; il peut y avoir un quiz.

Commençant près du sommet de l'échelle technologique, ce rotor en carbone-céramique de l'arrière d'une Alfa Romeo Giulia Quadrifoglio est un amalgame de plusieurs matériaux hautes performances. Le rotor principal commence par un mélange de fibres de carbone et de résines phénoliques cuites dans un moule de précision. Une fois la résine brûlée, la matrice de carbone restante est infiltrée de silicium liquide, ce qui donne un disque de frein solide, résistant à la chaleur et léger. Suite à diverses opérations d'usinage dont le perçage transversal avec des outils de perçage à ultrasons, une protection contre l'oxydation est pulvérisée sur toutes les surfaces.

La cloche au centre du rotor est estampée ou usinée à partir d'un morceau de billette d'aluminium, puis fixée au rotor avec des attaches en acier inoxydable qui permettent un mouvement relatif contrôlé entre les deux pièces pour s'adapter à la dilatation induite par la chaleur. L'ensemble du processus de fabrication du rotor en carbone-céramique fini prend une semaine complète contre moins d'une journée pour un rotor en fonte - une des raisons pour lesquelles les rotors en carbone-céramique sont souvent une option si coûteuse.

Ce rotor monobloc fabriqué aux États-Unis est un moulage en fonte grise. Pour favoriser la circulation de l'air et le rejet de chaleur, il existe des évents radiaux et de nombreux "poteaux de pilier" internes pour soutenir les plaques de friction extérieures. Un alésage central soigneusement usiné place avec précision ce rotor sur le moyeu de roue du véhicule. Les trous de montage de la roue sont complétés par cinq trous supplémentaires pour réduire le poids du rotor et permettre des emplacements de montage alternatifs. Une fois toutes les surfaces usinées, une encoche est découpée à la périphérie du rotor pour affiner son équilibre.

Le perçage transversal et l'usinage de fentes incurvées dans un rotor en fonte ont plusieurs objectifs. En plus de l'aspect plus racé, les trous et les fentes évacuent les gaz libérés par les plaquettes de frein et évacuent l'humidité présente lors de la conduite sur routes mouillées. Les fentes effectuent ce qu'on appelle un "micro-rasage" de la surface du patin pour garantir que le matériau de friction frais est toujours en contact avec le rotor. Bien sûr, cela accélère l'usure des plaquettes, une des raisons pour lesquelles la plupart des constructeurs automobiles réfléchissent à deux fois avant de fournir des surfaces rainurées. Un revêtement extérieur à base de zinc minimise la corrosion pendant que le nouveau véhicule est en transit vers le client.

Cette combinaison d'un disque en fonte solide et d'une section centrale en acier permet d'économiser du poids (par rapport à une conception monobloc en fonte) et des coûts (par rapport à la conception en deux pièces qui suit). Les deux parties sont assemblées avec une combinaison de sertissage et de verrouillage radial qui ne nécessite aucune fixation. Mercedes-Benz utilise cette conception sur divers modèles de berlines.

Ce rotor fabriqué en Amérique est installé sur les véhicules Chrysler et Dodge équipés du V-8 suralimenté Hellcat. La conception en deux parties comprend un énorme composant extérieur en fonte avec une section centrale en aluminium estampé. Les deux sont reliés par des boulons en étoile à six points en acier inoxydable, des écrous et des bagues de positionnement. Les fentes de surface et la construction interne du poteau de pilier améliorent le flux d'air et le rejet de chaleur.

Développé en collaboration par Brembo et Ford, ce rotor en fer et aluminium en deux parties provient de la Ford GT #68 qui a remporté la catégorie GTLM Pro l'année dernière aux 24 Heures du Mans, où les freins en carbone-céramique montés sur la GT routière sont interdits. Les aubes internes courbes sont utilisées sans aucun perçage transversal. Ces rotors présentent un contrôle thermique important de la surface en fonte, mais cela ne signifie pas qu'une défaillance est imminente car toutes les fissures sont peu profondes. En fait, cette conception a été conçue pour durer 24 heures complètes sans service au-delà du remplacement du tampon. La section centrale est usinée à partir d'une billette d'aluminium.

Des disques de frein carbone-carbone plus exotiques et plus légers, autorisés pour les voitures LMP1 et LMP2 au Mans, sont également privilégiés en MotoGP (courses sur route de motos haut de gamme) et en Formule 1. Ici, le processus de fabrication dure de trois à cinq mois. Les fibres de carbone longues ou courtes sont d'abord moulées dans un outil de préforme avec un liant en résine. Après infiltration de gaz méthane, chaque rotor est cuit à haute température pendant une longue période (dont la durée n'a pas été révélée pour des raisons de propriété). Cela donne de la fibre de carbone maintenue dans une matrice de carbone, d'où le nom « carbone-carbone ». Une peinture spéciale est appliquée pour résister à l'oxydation. L'étrier utilisé avec ce rotor est une conception à quatre pistons usinée à partir d'une billette d'aluminium.

Les motos destinées à la conduite dans la rue utilisent de l'acier inoxydable au lieu des rotors en fonte et en carbone-céramique courants dans le monde à quatre roues. L'une des raisons est que ces freins sont fièrement exposés au monde entier et que la fonte corrodée échoue d'un point de vue esthétique. De plus, la capacité thermique nécessaire pour arrêter un deux-roues est bien inférieure à ce que l'on connaît dans les voitures, et un disque en acier inoxydable perforé est tout à fait suffisant pour les arrêts répétés à grande vitesse. Le disque illustré ici, d'une moto sport Ducati Panigale, est fixé à la roue avant par un chapeau central en aluminium estampé. Six fixations serties et cales fournissent la quantité souhaitée de mouvement radial pour s'adapter à la dilatation thermique, réduisant ainsi le bruit et les vibrations. L'étrier à quatre pistons opposés pour cette application est monté de manière rigide sur la fourche du vélo.

Les coureurs NASCAR sur piste courte utilisent l'équipement de freinage Brembo pour accélérer leurs temps au tour. Cet étrier avant monobloc (monobloc) est usiné à partir d'une billette d'aluminium et contient trois pistons par côté. L'indicateur de flèche permet d'obtenir la bonne orientation car ces étriers diffèrent d'un côté à l'autre. Les fenêtres ouvertes et les nervures de ce composant dissipent la chaleur. Les plaquettes utilisées avec cet étrier sont en matériau céramique lié à une plaque de support en acier à haute teneur en carbone.

Cet étrier en fonte d'aluminium à huit pistons est conçu pour être utilisé sur les camions et les gros VUS tels que la Mercedes-Benz Classe G. Ici, les coussinets sont constitués d'un mélange exclusif d'acier et de cuivre fixé à une plaque de support en acier. L'amiante, considéré comme un danger pour la santé, était autrefois couramment utilisé, mais a été interdit dans les matériaux de friction des freins pendant deux décennies.

L'ensemble d'étrier arrière Ferrari LaFerrari illustré ici est un frein de stationnement de type flottant à commande électrique fixé directement à un étrier monobloc à quatre pistons. Les deux composants sont en fonte d'aluminium. Doubler la fonction permet d'économiser du poids et de faciliter l'assemblage.

Prouvant que les freins ont acquis le statut de boutique à part entière, Brembo a présenté un nouvel étrier de style haut de gamme au salon SEMA 2016. La conception en deux pièces à six pistons illustrée ici est maintenue par cinq boulons et sera vendue par l'intermédiaire de l'organisation des pièces de rechange de GM pour les gros modèles de camions Chevrolet. Bien qu'il ne soit pas destiné aux courses tout-terrain ou à une utilisation de performance, la construction en aluminium de cet étrier permet d'économiser quelques kilos. Après l'anodisation, l'étrier est peint en rouge pour un aspect durable et attrayant.

L'étrier monobloc en aluminium présenté ici est utilisé sur les roues avant des Ford GT destinées à un usage routier. Les six alésages à pistons opposés sont usinés à l'aide de fraises CNC sophistiquées conçues pour fonctionner dans les limites internes étroites. La nervure centrale améliore la rigidité de cet étrier et les trous de montage radiaux facilitent une fixation rigide et légère à la fusée de suspension avant. Pour simplifier (un peu) la fabrication, le liquide de frein s'écoule de l'intérieur vers l'extérieur de cet étrier via une conduite externe en acier.

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