Brevet FR2002907A1 — publié le 19691031

i 2002907 Cette invention se rapporte aux procédés et aux appareils pour la fabrication de joints de cardan à croisillon ou d'organes de machines analogues et concerne plus particulièrement un procédé de fabrication de joints de cardan à croisillon par la 5 méthode dite d'extrusion croisée, ainsi qu'un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé. La pratique communément utilisée à l'heure actuelle dans l'industrie de la fabrication des joints de cardan à croisillon exige le chauffage de l'ébauche jusqu'à une température d'environ 10 1250°C et le forgeage de l'ébauche chauffée comme représenté dans la fig. 1A des dessins annexés en frappant cette ébauche plusieurs fois au moyen d'une étampe montée sur un marteau-pilon ou d'un engin analogue ou par utilisation d'un autre équipement de forgeage, cette opération étant suivie d'un traitement de l'é-15 bauche forgée à l'aide d'un équipement d'ébarbagë en vue de l'obtention d'un produit semi-fini constituant l'ébauche du joint de cardan à croisillon que montre.la fig. 1B des dessins annexés. Cette ébauche semi-finie fait ultérieurement l'objet d'un traitement par soumission à un certain nombre d'opérations, par exem-20 pie de sectionnement, de traitement thermique et de meulage ou rectification en vue de produire un produit fini constituant le joint de cardan universel qu'on veut obtenir en définitive. La méthode de fabrication d'un joint de cardan universel à croisillon dont il vient d'être parlé présente de nombreux inconvénients: 25 En effet, les pertes de métal avec cette méthode de fabrication représentent environ 50 % de la quantité totale de métal employé. De plus, il n'est pas possible d'empêcher la fatigue du métal et une réduction de résistance mécanique de cette matière dans un joint de cardan à croisillon établi par cette méthode antérieure. 30 Les recherches qui ont conduit à l'invention en vue de mettre au point un nouveau procédé de fabrication de joints de cardan à croisillon permettant d'éviter les inconvénients du procédé classique ont permis de constater que si une matrice fendue d'un type spécial est employée pour" l'application de la charge exercée d'en 35 haut et d'en bas et de la droite et de la gauche à une billette ou à un lopin de métal engagé dans un orifice central ménagé dans cette matrice fendue,afin d'obliger le métal constitutif de cette billette d'être extrudê dans plusieurs directions par pénétration dans plusieurs directions par pénétration dans un certain nombre 69 05276 2 2002907 de creusures latérales communiquant avec cet orifice central et disposées perpendiculairement à la direction dams laquelle la charge est appliquée (ces creusures latérales pouvant être symétriques ou disposées perpendiculairement entre elles dans un plan 5 commun), on obtient la possibilité de fabriquer un joint de cardan universel à croisillon doté d'une grande résistance et ayant une précision dimensionnelle acceptable tout en supprimant en principe les pertes de métal du fait que les directions de fluage du métal sont symétriques et qu'aucune partie de métal ne se trouve 10 perdue. Fartant de cette constatation, l'invention a pour objet un nouveau procédé de fabrication d'un joint de cardan à croisillon par la méthode dite d'extrusion croisée ainsi qu'un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé sur le plan industriel. 15 Des essais effectués au sujet de ce nouveau procédé ont mis en évidence le fait qu'il ne se produit pratiquement pas de perte de métal ou plus généralement de matière et que les directions de fluage du métal sont symétriques. On a pu vérifier aussi que le procédé permet de fabriquer aisément un joint de cardan à croi-20 sillon dans lequel pratiquement aucune contrainte ne résulte du traitement thermique (on fait allusion ici non pas à la contrainte ordinaire produite par le traitement thermique, mais à la contrainte résultant des efforts résiduels produits pendant le traitement de la matière qui sont supprimés par le traitement 25 thermique) et doté d'une résistance mécanique, élevée. Ceci posé, un but de la présente invention est de fournir à l'industrie un nouveau procédé de fabrication d'un joint de cardan à croisillon par la méthode dite d'extrusion croisée consistant à engager une billette ou un lopin dé métal dans une matrice 30 fendue d'un type spécial et à l'extruder dans plusieurs directions par pénétration dans.un certain nombre de creusures latérales ménagées dans cette matrice fendue lors de l'application d'une pression à cette billette, ces creusures latérales étant disposées perpendiculairement à la direction dans laquelle la 35 charge est appliquée à cette billette. Un autre but de l'invention est de fournir à l'industrie un nouveau procédé de fabrication de joints àe cardan à croisillon par la méthode dite d'extrusion croisée du type décrit remarquable en ce que les directions.dans lesquelles la billette est 69 05276 3 2002907 extrudée sont perpendiculaires entre elles dans un plan commun. Un autre but encore de l'invention est de créer un nouveau procédé comme indiqué ci-avant suivant lequel les directions dans lesquelles la matière est extrudée sont symétriques. 5 Un autre but encore de l'invention est de créer, en vue de la mise en oeuvre du procédé sus-indiqué, un appareil permettant la fabrication d'un joint de cardan à croisillon par la méthode dite à extrusion croisée comprenant une matrice fendue, des organes de fermeture et de serrage de cette matrice, et un système d'ap-10 plication de pression. D'autres buts et avantages de l'invention découlent de la suite de cette description qui se rapporte, simplement à titre d'exemples d'ailleurs, à des modes de réalisation à adopter de préférence. 15 L'invention est plus complètement décrite ci-après en regard des dessins schématiques annexés, dans l'hypothèse de l'utilisation de l'appareil impliquant 1'extrusion de la matière dans quatre directions. La fig. 1 est une représentation schématique du procédé clas-20 sique de fabrication de joints de cardan universels par forgeage à chaud. La fig. 2 représente un élément d'un joint de cardan à croisillon fabriqué par le procédé classique, la fig. 2A en étant un plan et la fig. 2B ane vue latérale, certaines parties étant re-25 présentées en coupe. La fig. 3 est une vue schématique de l'appareil utilisable pour la mise en oeuvre de ce nouveau procédé de fabrication d'un joint de cardan à croisillon par la méthode dite d'extrusion croisée comme prévu par l'invention, cet appareil comprenant une 30 matrice fendue montée sur une presse hydraulique ou mécanique. La fig. 4 représente un élément d'un joint de cardan à croisillon fabriqué par le procédé et à l'aide de l'appareil que prévoit l'invention, la fig. 4A étant une vue en plan et la fig. 4B une vue en élévation latérale, certaines parties étant supposées 35 dessinées en coupe. Les fig. 5 et 6 représentent deux exemples de produits semi-finis fabriqués par le procédé et l'appareil que prévoit l'invention. Dans la fig. 3 est représentée une matrice fendue pour opérer 69 05276 2002907 1'extrusion en croix du métal ou plus généralement de la matière constitutive d'une billette ou d'un lopin en vue de la fabrication d'un joint à cardan à croisillon conformément à l'invention. Cette matrice fendue est montée sur une presse hydraulique ou méca-5 nique du type vertical ; elle comprend un élément matriceur supérieur 1 et un élément matriceur inférieur 2, le premier étant solidaire d'un piston de serrage 8 appartenant à la matrice, par exemple au bélier ou piston externe d'une presse hydraulique à double effet, tandis que l'élément matriceur inférieur est fixé 10 à une plaque 3 formant embase fermement assujettie à un sommier 5. Les éléments mfetriceurs 1 et 2 sont identiques au point de vue forme et configuration, de sorte que la description de l'élément matriceur 1 suffira à expliquer les détails de ces deux éléments. L'élément matriceur supérieur 1 est pourvu d'un ori-15 fice central 11 de réception du bloc de métal à traiter, et de quatre creusures latérales 12 communiquant avec cet orifice central 11 et disposées symétriquement dans un plan horizontal normal à l'axe vertical dudit orifice central 11, ces creusures latérales 12 étant disposées de façon que leurs axes horizon-20 taux soient perpendiculaires entre eux. L'élément matriceur inférieur 2 est également muni d'un orifice centsal 11* et de quatre creusures latérales 12' respectivement identiques à l'orifice central 11 et aux creusures latérales 12 de l'élément matriceur supérieur 1... Un poinçon supérieur 6 étudié de 25 manière à monter et à descendre à travers l'orifice central 11 de l'élément matriceur supérieur 1 est solidaire d'un piston 7 d'application de la pression tandis qu'un poinçon inférieur 10 capable de monter et de descendre à travers l'orifice central 11* de 1'élément matriceur inférieur 2 est solidaire d'un piston 30 9 d'application de la pression. Au cours du fonctionnement, une billette ou un lopin de métal ou d'alliage 4 est engagé dans l'orifice central 11' de l'élément matriceur inférieur 2, puis le piston de serrage 8 est déplacé de haut en bas de telle sorte que Llêlément matriceur 35 supérieur 1 puisse être comprimé contre l'élément matriceur inférieur 2 avec une foree prédéterminée capable de fermer et de serrer ainsi la matrice fendue. Le piston ou bélier 7 d'application de la pression est ensuite abaissé. Le piston ou bélier 9 d'application de la pression est simultanément soulevé afin 69 05276 5 2002907 d'appliquer respectivement des charges d'en haut et d'en bas au bloc de métal 4 du dessus et du dessous de telle sorte que le métal ou alliage constitutif de la billette ou du lopin 4 disposé dans les orifices centraux 11 et 11' soit., extrudê 5 dans quatre directions par pénétration dans les quatre creusures latérales 12 et 12 *. Il est évident que la longueur du bloc de métal constituant la billette 4 ainsi extrudê dans les quatre creusures latérales dont il vient d'être parlé dépend de la course des poinçons 6 et 10. Après que le métal constitutif de 10 la billette 4 a été extrudê par pénétration dans les creusures .latérales 12 et 12', les pistons 7 et 9 appliquant respectivement la pression et placés respectivement en haut et en bas sont déplacés respectivement vers le haut et vers le bas, puis le bélier 8 de serrage de la matrice est lui-même déplacé 15 de bas en haut pour ouvrir la matrice fendue. Le produit semi-fini constituant l'ébauche du joint de cardan à croisillon est alors tout prêt à être dégagé de la matrice fendue en vue de subir un traitement ultérieur de finissage. L'appareil pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'in-20 vention qui vient d'être décrit est du type vertical. Mais il doit être entendu qu'un appareil du type horizontal peut également être utilisé suivant l'invention en vue de l'obtention des mêmes résultats qu'un appareil du type vertical. Cet appareil peut être commandé hydrauliquement ou mécaniquement sans qu'on 25 sorte pour autant du domaine de l'invention. Le bloc de métal utilisé peut être plein ou creux et peut être chaud, froid ou à température moyerme. Le joint de cardan à croisillon produit par le procédé sus-décrit possède une grande précision de dimensions du fait que la 30 charge est appliquée à la billette du dessus et du dessous et de la droite et de la gauche et que les creusures latérales dans lesquelles le métal constitutif de cette billette est extrudê sont disposées symétriquement. Si des poinçons sont prévus selon quatre emplacements, suivant lesquels le métal constitutif de la bil-35 lette est extrudê, il est possible de former simultanément des trous dans les parties saillantes du joint de cardan à eroisil-" Ion comme le montre la fig. 2. Aucune déformation du joint de cardan ne se produit après le traitement thermique (il n'est pas question ici de la contrainte, causée par le traitement thermique) BAD ORIGINAL 69 05276 6 2002907 du fait que le fluage du métal s'opère symétriquement. Quand le produit semi-fini formant l'ébauche d'un joint de cardan à croisillon est produit conformément au procédé et à l'aide de l'appareil que prévoit l'invention par application d'une 5 charge à une billette qui peut être pleine ou creuse et traitée à chaud, à froid ou à moyenne température afin d'obliger le métal constitutif de la billette à se trouver extrudê dans quatre directions transversales à la direction dans laquelle la charge est appliquée, les opérations de sectionnement et de meulage peu-10 vent être en principe supprimées. C'est ainsi que le procédé et l'appareil que prévoit l'invention permet/ti^economiser du métal et des frais de travail en contribuant à un degré marqué à une réduction du prix de revient. Il doit être entendu que ce procédé et cet appareil se prê-15 tent à d'autres applications. C'est ainsi, par exemple, que le métal constitutif de la billette peut être extrudê dans deux ou trois directions transversales à la direction dans laquelle la charge est appliquée à la billette, de telle sorte qu'un corps de robinet de gaz, un corps de vanne, un corps de joint de tuyau et 20 d'autres pièces constituées par des blocs de métal cylindriques comportant des saillies symétriques puissent être fabriquées de cette manière. Le procédé et l'appareil conformes à l'invention permettent de ménager simultanément des trous pour le passage de la graisse 25 et d'autres creusures ou saillies dans les parties saillantes d'un produit industriel obtenu par extrusion du métal constitutif d'une billette ou d'un lopin. Dans les fig. 5 et 6 sont représentés des exemples de produits semi-finis capables d'être fabriqués par le procédé et 30 l'appareil que prévoit l'invention par extrusion du métal constitutif de la billette dans deux et dans quatre directions. Les données obtenues par essai des produits sont les suivantes :- BAD ORIGINAL 69 05276 7 2002907 Bil] Matière ,ette_ Dia. (mm) Longueur (mm) Dimen D sions_ d du_groç h luit_Xmm2 S Charge maximui requise (tonnes). 1 A1B0-Q 20 70 20 20 40 15 10 2 If 20 60 20 15 42 15 13 3 tt 20 50 20 10 41 18 20 4 tf 20 60 20 12 34 18 13 5 SCM-21 30 50 30 15 i 35 15 200 Note (1) Propriétés mécaniques du métal d'une billette. 15 A1B0-0 Pourcentage d'allongement, 34,0 % p Résistance à la traction, 8,5 kg/mm SCM-21 Pourcentage d'allongement, 28,6 % 2 Résistance à la traction, 66,2 kg/mm (2) Directions d'extrusion. Les postes 1, 2 et 3 du tableau 20 concernent une extrusion faite dans deux directions, tanàis que les postes 4 et 5 concernent une extrusion effectuée dans quatre directions. (3) Indications relatives aux dimensions du produit. D = diamètre externe du corps 25 d = diamètre externe des parties saillantes h = hauteur du corps S = longueur des parties saillantes. Dans le cas d'une extrusion par la méthode croisée qui est appliquée à une billette creuse, il est préférable que celle-ci 30 soit remplie de plomb, de graisse ou d'une matière dotée d'une propriété équivalente. L'extrusion selon trois directions peut être effectuée de la même façon que 1'extrusion selon deux ou quatre directions. Les modalités de mise en oeuvre du procédé et les détails de 35 réalisation de l'appareil peuvent être modifiés, sans s'écarter de l'invention, dans le domaine des équivalences techniques. 69 05276 8 2002907 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un joint de cardan à croisillon ou d'une pièce analogue par. la méthode d'extrusion croisée à chaud, à froid ou à température intermédiaire consistant, â titre 5 caractéristique, à engager une billette ou un lopin de métal ou alliage creux ou plein dans un orifice central ménagé dans une matrice fendue, puis à fermer cette dernière et à appliquer une charge à cette billette ou à ce lopin d'en haut et d'en bas ou de la droite et de la gauche afin d'obliger le métal constitutif 10 de la billette à se trouver extrudê dans plusieurs directions par pénétration dans des creusures pratiquées dans la matriceIfendue maintenues en communication avec l'orifice central et disposées transversalement à la direction dans laquelle la charge est appliquée à cette billette, puis à ouvrir cette matrice fendue pour 15 en dégager un produit semi-fini constituant l'ébauche du joint de cardan à croisillon ou de la pièce analogue. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le métal ou plus généralement la matière constitutive de la billette est extrudê dans plusieurs directions disposées selon les 20 mêmes angles entre elles dans le plan commun transversal à la direction d'application de la charge. 3. Procédé suivant la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'un trou est formé simultanément dans chacune des parties saillantes du produit obtenu par extrusion àxmétal 25 constitutif de la billette. 4. Appareil pour la fabrication d'un joint de cardan à croisillon ou d'une pièce analogue par la méthode d'extrusion croisée, caractérisé en ce qu'il comprend unejmatrice fendue comprenant un élément matriceur supérieur et un élément matriceur inférieur ou 30 un élément matriceur de droite et un élément matriceur de gauche dont chacun présente un orifice central de réception d'une billette, et plusieurss creusures latérales maintenues en communication avec cet orifice central et disposées perpendiculairement aux directions dans lesquelles la charge est appliquée à cette biftlet-35 te dans cet orifice central, ces creusures latérales faisant les mêmes angles entre elles dans un plan commun, un dispositif de fermeture et de serrage de la matrice fendue, et un dispositif d'application de pression, ces dispositifs étant montés sur une presse. BAD OftJGJNAL