Brevet FR2039124A1 — publié le 19710115

On sait qu'en général, dans la fabrication des collecteurs de petites machines tournantes, telles que les moteurs électriques de servitude utilisés dans l'industrie automobile, la main-d'oeuvre de montage est un élément très important du prix de revient. La présente invention a pour but de diminuer le prix de.revient de ces collecteurs en réduisant au minimum l'intervention de la main-d'oeu- vre dans leur fabrication. La présente invention a pour objet un nouveau procédé de fabrication de collecteur pour machines électriques tournantes essentiellement caractérisé par ce fait que l'on deforme à froid par matriçage une billette de cuivre cylindrique de façon à obtenir une cuvette cylindrique, portant des cannelure6 vers l'intérieur-.et vers l'extérieur et présentant en outre, du côté du fond qui la ferme, des protubérances parallèles à l'axe, obtenues par filage du métal ; que l'on détache, de préférence par poin çonnage, la partie centrale du fond qui ferme la cuvette ; que l'on amène par brochage la zone de bordure intérieure du fond au profil des cannelures de la surface cylindrique intérieure de la cuvette ; que l'on met en place la cuvette dans un logement de forme correspondante et que l'on dispose l'axe sur lequel doit être monté le collecteur selon l'axe de la cuvette ; que lton introduit, de préférence sous pression et à chaud, une matière plastique isolante dans l'espace annulaire qui sépare la surface cylindrique intérieure de la cuvette et l'axe précité et que l'on sépare, de préférence par tournage au diamètre définitif, les différentes lames de contact du collecteur, en enlevant les cannelures en relief que présente la surface extérieure de la cuvette. I1 est bien entendu que, dans la définition ci-dessus, on- a utilisé la dénomination billette cylindrique pour désigner une matière première qui peut être, suivant.les cas, ou brute de cisaillage ou préformée dans une phase préalable. Dans un mode préféré de réalisation, la première phase du procédé, c'est-à-dire le formage de la cuvette, est réalisée * partir d'une billette cylindrique de cuivre, dont le diamètre est sensiblement égal au diamètre minimum de la matrice cannelée dans laquelle elle pénètre, sa hauteur étant inférieure à celle de la cavité centrale de ladite matrice; la surface intérieure de la matrice comporte des cannelures femelles qui sont remplies par le cuivre de la billette pendant l'opération de matri çage et qui forment les cannelures en relief de la surface extérieure de la cuvette obtenue ; le fond de la matrice est formé d'un poinçon annulaire fixe, crénelé sur sa surface cylindrique extérieure, de façon à présenter des cavités de même volume et de même forme que les protubérances parallèles à l'axe que l'on veut obtenir sur le fond de la cuvette; ledit poinçon annulaire fixe comporte un alésage central menageant le passage d'un éjecteur qui permet l'éjection de la cuvette hors de la matrice après l'opération de. matriçage sur la partie ouverte de la matrice par où l'on introduit la billette, vient s'appliquer un dévétisseur ou guida crénelé intérieurement à l'intérieur duquel coulisse un poinçon cannelé mobile; les cannelures du poinçon correspondent aux crénelures du guide dans lequel il coulisse; lesdites cannelures et crénelures laissant subsister entre elles des volumes en forme de queue- d'aronde;. le poinçon cannelé mobile peut présenter une face d'attaque de forme propre à faciliter les filages positif et négatif du métal de la billette sous l'effet da. la prea sion qu'il exerce sur elle. Dans une variante de la première phase du procédé selon l'invention, le poinçon annulaire opposé à l'ouverture de la matrice, au lieu d'être fixe, peut venir à la rencontre du poinçon cannelé, d'un mouvement dont la loi peut être différente de celle du mouvement du poinçon annulaire, de façon à favoriser le filage du métal dans les protubérances. Dans la deuxième phase du procédé selon l'invention, le fond. de la cuvette est partiellement enlevé par poinçonnage dans une matrice:. de découpe appropriée laissant passer un poinçon cylindrique d'un diamètre extérieur- sensiblement égal à celui du cercle inscrit dans les cannelures mâles extrudées de la surface cylindrique intérieure de la cuvette, Cette opération de poinçonnage pourrait éventuellement être remplacéevpar un perçage, lequel pourrait éventuellement être favorisé par l'impression d'une cavité conique dans le fond et au centre de la cuvette au moment du matriçage. La présente invention a également pour objet un collecteurrd machine électrique. tournante fabriqué selon le procédé ci-dessus décrit, ce oollecteur étant essentiellement caractérisé par ce fait que le-métal dont il est constitué a été fortement écroui et possède des caractéristiques mécaniques particulièrement élevées. Pour mieux faire comprendre liobjet de l'invention, on -va en décrire maintenant, à titre purement illustratif et non limitatif, un mode. de réalisation pris comme exemple et représenté sur le dessin annexé. Sur ce dessin - la figure 1 représente schématiquement en coupe la matrice nti- lisée pour le formage de la billette, ladite matrice étant ouverte; - la figure 2 représente une coupe selon II - Il de la figure 1; - la figure 3 représente une coupe partielle selon III - III de la figure I - la figure 4 représente une-coupe- partielle selon IV-IV de la figure 1 - la figure 5 représente la matrice de la figure 1 à la fin de l'opération de matriçage de la billette - la figure 6 représente en perspective, la cuvette obtenue par matriçage - la figure 7 représente schématiquement en coupe les éléments mis en oeuvre lors du poinçonnage du fond de la cuvette - la figure 8 représente schématiquement en coupe, les eléments mis en oeuvre lors du brochage du fond de la cuvette - la figure 9 représente sçhématiquement en coupe, les éléments mis en oeuvre lors du garnissage de l'intérieur du collecteur par une matière plastique - la figure 10 représente schématiquement en coupe, les éléments mis en oeuvre lors de l'opération d. tournage du collecteur au diamètre définitif - la figure ll représente, en perspective, le collecteur terminé. En se référant au dessin, on voit que l'on a désigné par 1 une billette de cuivre contenant 0,07 % d'argent, à partir de laquelle on comp te former les différents éléments du collecteur à réaliser et par 2 la matrice destinée au formage de la billette 1. La billette 1 est un cylindre dont le diamètre est légèrement inférieur au diamètre intérieur de la matrice 2.La hauteur de la billette est inférieure à son diamètre et la profondeur de la cavité centrale 3 de la matrice 2 est supérieure à la hauteur de la billette..Le fond de la cavité 3 est formé par un poinçon annulaire 4 au centre duquel est ménagé un alésage 5 ; dans l'alésage 5 peut coulisser un éjecteur 6 constitué d'une tige cylindrique dont l'extrémité affleure au fond de la cavité 3 ; le poinçon annulaire 4 présente à sa périphérie des cavités parallélipipèdiques 7 orientées parallèlement à l'axe du poinçon 4. Le poinçon annulaire 4 est centré dans la matrice 2 par une bague intermédiaire 8 dont la surface intérieure limite latéralement les cavités 7 du poinçon annulaire 4. Selon le meme axe que la cavité centrale 3, le poinçon 4 et l'éjecteur 6, est disposé en vis-à-vis de l'orifice de la cavité 3 un poinçon mobile 9 coulissant à l'intérieur d'un guide 10. Le poinçon 9 présente à sa périphérie des cannelures en relief ll ;te devettsseur ~OLpneserrte à la périphérie de l'alésage central, où coulisse le poinçon 9, des crénelures femelles dont la forme correspond aux Cannelures mâles ll du poin çon 9 : cette disposition est représentée sur la figure 2. La cavité 5 de la matrice 2 comporte à sa périphérie des cannelures femelles 12 dont la disposition est telle qu'elles se trouvent au droit des cannelures mâles 11 du poinçon 9 ; le diamètre intérieur de la cavité 3 hors des cannelures est sensiblement égal au diamètre final désiré pour le collecteur que l'on désire fabriquer ; le diamètre maximum du poinçon 9, pris au sommet des cannelures mâles du poinçon, est légèrement inférieur au diamètre à fond de cannelures de la cavité 3 ; le diamètre minimum du poinçon 9 pris en dehors des cannelures 11 est inférieur au diamètre de la cavité 3 mesurée en dehors des cannelures 12. Les cannelures mâles Il du poinçon 9 déterminent entre elles un volume en forme de queue d'aronde. Dans l'exemple représenté sur le dessin, le poinçon 9 comporte huit cannelures ll et la cavité 3 comporte en vis-à-vis, huit cannelures femelles 12 réparties tous les 45 . Le diamètre maximum du poinçon 9 est est de 18,5 mm environ ; le diamètre minimum du poinçon 9 est de 14 mm environ ; le diamètre à fond de cannelures de la cavité 3 est de 19,9 mm environ ; le diamètre moyen de la cavité 9 en dehors des cannelures est due2^,2 mm environ.Les cavités 7 du poinçon annulaire 4 sont au nombre de huit régulièrement réparties à la périphérie du poinçon 4 : elles ont chacune une profondeur de 6 mm environ et présentent une section rectangulaire de O mm sur ', mm environ ; les cavités 7 sont décalées de 2205 par rapport aux cannelures femelles 12. L'ensemble de matriçage qui vient d'outre décrit permet de réaliser la première phase du procédé de fabrication selon l'invention. Au cours de cette première phase, on amène le guide 10 en contact avec la face supérieure de la matrice 2 et on enfonce le poinçon 9 au moyen d'une presse, de préférence mécanique, en appliquant une pression d'environ 120 hbar ; le poinçon annulaire 4 et l'éjecteur 6 sont immobiles au cours de la descente du poinçon 9. L'action du poinçon 9 provoque un filage du cuivre de la billette 1 d'une part à l'intérieur des cannelures femelles 12 de la matrice 2 et d'autre part à l'intérieur des cavités 7 du poinçon 4. Le mouvement du poinçon 9 s'arrête à une distance d'environ 1,2 mm de la partie centrale de l'éjecteur b.La face d'attaque du poinçon 9 est légèrement conique ; de même le fond de la cavité centrale 3, est légèrement conique. Lorsque le poinçon 9 a terminé sa course, la billette 1 a été transformée en une cuvette compartant extérieurement, des cannelures males 15 et intérieurement, des cannelures mâles 14 et des crénelures femel les es Les crénelures 15 ont le profil des cannelures mâles ll du poinçon 9; les cannelures 14 ont un profil en queue d'aronde Le métal, qui a été filé à l'intérieur des cavités 7, a donné naissance à des pattes 16 qui sont parallèles à l'axe de la cavité et qui sont disposées entre deux cannelures 13 consécutives.Lorsque le matriçage est terminé, on relève le poinçon 9 et le dévétisseur 10 et l'on extrait la cuvette formée hors de la cavité 3 par action sur l'éjecteur 6, la cuvette remontant avec le poinçon 9 et étant éjectée de celui-ci au moyen du dévétisséur 10; la cuvette obtenue est représentée en perspective sur la figure 6. La deuxième phase du procédé selon l'invention est une découpe. par poinçonnage du fond de la cuvette obtenue- dans la première phase. On dispose ladite cuvette désignée par 19 dans son ensemble dans la cavité centrale d'une matrice 20; cette cavité présente à sa partie inférieure une gorge circulaire 21 à l'intérieur- de laquelle viennent se loger les pattes 16 des la cuvette. La profondeur-de cette. gorge 21 est plus grandeque la longueur des pattes 16 de sorte que la cuvette 19 repose par son fond sur les fond 23 de la cavité centrale de la matrice 20. Dans la zone centrale limitée par la gorge circulaire 21 est ménagé un alésage 22 ayant le même axe que la cavité centrale de la matrice 20.Selon l'axe de. l'alésage 22, on a disposé un poinçon;27 ayant sensiblement le même diamètre que l'alésage 22; les bords 17 du poinçon 27 sont tranchants. Le poinçon 27 coulisse à l'intérieur. d'un guide 24 qui peut venir s' ajusteur sur la face supérieure de la matrice 20. La cavité centrale de la matrice 20 a une profondeur égale à la hauteur de la cuvette 19. Le guide 24 possèdes à-sa partie inférieure et dans sa zone centrale, une couronne 26 qui a un diamètre extérieun- égal -au diamètre intérieur de la cuvette 19 mesuré entre les cannelures mâles 14. Pour réaliser la deuxième phase du procédé selon l'invention, on met en place. la cuvette 19- à l'intérieur de la cavité centrale de la matrice 20, les pattes 16 venant se loger dans la gorge 21. On applique ensuite le guide 24 sur la face supérieure de la matrice 20;au cours de cette opération. la couronne 26 est positionnée à l'intérieur de la cuvette 19. On descend enfin le poinçon 27 de façon rapide cintre le fond de la cuvette 19 et on provoque le cisaillage de ce fond en détachant une oas- tille 28, qui est évacuée par l'alésage 22. La troisième phase du procédé selon l'invention est représentée sur la-figure 8: on procède à un brochage du métal subsistant sur le fond de la cuvette 19. Pour ce faire, on dispose la cuvette 19 à l'intérieur de la cavité centrale 29 d'lll support 30; la cavité 29 est cylindrique et a un diamètre égal au diamètre de la cuvette 19 mesuré entre les cannelures mâles 13; la cavité centrale.29 a une hauteur-égale à celle de la cuvette 19 et comporte, à sa-partie inférieure, un épaulement circulaire )l, sur lequel repose les extrémités des cannelures mâles 13. Selon l'axe du support 50 et de sa cavité centrale 29 est disposée une broche tronconique 32 dont les sections présentent le même profil que l'intérieur de la cuvette 19 ; la broche 32 a un diamètre inférieur maximum égal au diamètre du poinçon 27 utilisé dans la phase précédente son profil supérieur a exactement les dimensions du profil intérieur de la cuvette cylindrique. La broche 32 coulisse dans un guide 33. Pour réaliser la troisième phase du procédé selon l'invention, on met en place la cuvette 19 de la cavité centrale du support 30 et on descend la broche 32 dans son guide 33 de façon à amener le fond de la cuvette 19 exactement au profil et aux dimensions de la paroi latérale de cette cuvette. Lorsque cette opération est terminée, le fond de la ou- vette 19a complètement disparu. On procède alors à la quatrième phase du procédé selon l'inven- tion : cette phase est représentée sur la figure 9. On dispose la pièce cylindrique obtenue dans la phase précédente et désignée par 19a à ltin- térieur de la cavité centrale 34 d'un support 35. La cavité 34 est cylindrique et son diamètre est égal au diamètre extérieur de la pièce 19a mesuré entre les cannelures males 13 ; le fond de la cavité 34 est muni d'une gorge 25 à l'intérieur de laquelle sont disposées les pattes 16. Selon l'axe- de la cavité 34, on a ménagé, dans le fond de cette cavité, un alésage lo ayant un diamètre légèrement supérieur au diamètre de l'arbre 38, sur lequel doit êtie monté le collecteur que l'on désire fabriquer. Sur le support 35 peut venir s'ajuster un guide 36 qui coopère avec un piston central 37 comportant selon son-axe un alésage 40 de même diamètre que l'alésage 18. Le piston 37 à un diamètre sensiblement égal au diamètre moyen de la pièce cylindrique lga. Pour réaliser la quatrième phase du procédé selon l'invention, on met en place la pièce cylindrique 19a dans la cavité 34 du support 35. On dispose dans l'alésage 18 l'axe 38 sur lequel doit hêtre monté le collez teur et on munit ledit axe d!une bague 59 placée au droit de la partie cylindrique de la pièce 19a.- On place au-dessus la bague 39, entre cette bague et la pièce 19a, un anneau de matière plastique que l'on peut injecter dans l'espace annulaire compris entre la bague 39 et la pièce 19a par pression ou par élévation de température ; on peut utiliser, en particulier des résines thermo-durcissables. L'injection de la matière plastique dont est constitué l'anneau 41 s'effectue sous l'action du piston 37 que l'on appuie sur l'anneau 41, auprès avoir mis en place le guide 36 sur la face supérieure du support 35. Lorsque, sous l'action du piston 37, la matière plastique a solidarisé l'arbre 38 avec la pièce cylindrique 19a, on remon te le piston 37 et son guide 36. La cinquième phase du procédé selon l'invention est représentée sur la ligure 10 : on dispose la pièce cylindrique 19a munie de son axe 38 sur un tour 42 et lton effectue, par tournage au moyen de l'outil 43, la découpe des cannelures en relief 13 portée par la pièce l9a. On fait ainsi apparaître, au droit des cannelures 13, des rainures sans -métal désignées par 44 sur le dessin ; ces rainures sont suffisantes pour isoler l'une de l'autre les lames du collecteur que l'on a ainsi fabriqué ; chaque lame de collecteur est munie d'une patte 16 permettant d'assurer la connection de chaque lame avec une partie de bobinage du rotor de la machine électrique tournante sur laquelle le collecteur doit être monté. Chaque plaque du collecteur est solidarisée de la matière plastique 41 grâce au profil en queue d'aronde formé par les cannelures en relief 14. Les rainures 44 sont formées par les parties extrêmes des cannelures femelles 15 de la cuvette initialement matriçée. Il est bien entendu que les modes de réalisation ci-dessus définis ne sont aucunement limitatifs et pourront subir toutes modifications désirables sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de collecteur pour machines électriques tournantes, essentiellement caractérisé par ce fait que l'on déforme à froid par matriçage une billette de cuivre cylindrique de façon à obtenir une cuvette cylindrique, portant des cannelures vers l'intérieur et vers l'extérieur et présentant en outre, du côté du fond qui la ferme, des protubérances parallèles à l'axe, obtenues par filage du métal ; que l'on détache, de préférence par poinçonnage, la partie centrale du fond qui ferme la cuvette ; que l'on amène par brochage la zone de bordure intérieure du fond au profil des cannelures de la surface cylindrique intérieure de la cuvette ; que l'on met en place la cuvette dans un logement de forme correspondante et que l'on dispose l'axe, sur lequel doit atre monté le collecteur, selon l'axe de la cuvette ; que l'on introduit, de préférence sous pression et à chaud, une matière plastique isolante dans l'espace annulaire qui sépare la surface cylindrique intérieure de la cuvette et l'axe précité ; et que l'on sépare, de préférence par tournage au diamètre définitif, les différentes lames de contact du collecteur, en enlevant les cannelures en rElief que présente la surface extérieure de la cuvette. a. Procédé selon la revendication 1, essentiellement caractéri sé par ce fait que le formage de la cuvette est réalisé à partir d'une billette cylindrique de cuivre, dont le diamètre est sensiblement égal au diamètre minimum de la matrice cannelée dans laquelle elle pénètre, sa hauteur étant inférieure à celle de la cavité centrale de ladite matrice. 3. Procédé selon la revendication 1, essentiellement caractérisé par ce fait que le fond de la matrice est formé d'un poinçon annulaire fixe crénelé sur sa surface cylindrique extérieure. 4. Procédé selon les revendications 1 et 3, essentiellement caractérisé par ce fait que le poinçon annulaire fixe formant le fond de la matrice comporte un alésage central, à l'intérieur duquel coulisse un jecteur. 5. Procédé selon la revendication 1, essentiellement caractérisé par ce fait que, sur la partie ouverte de la matrice par où est introduite la billette1 on applique un guide crénélé intérieurement à l'intérieur duquel coulisse un poinçon cannelé mobile, les cannelures du poin çon correspondant aux crénelures du guide dans lequel il coulisse. 6. Procédé selon les revendications 1 ex 5, essentiellement caractérisé par ce fait que les cannelures du poinçon mobile et les crénelures du guide, dans lequel il coulisse, laisse subsister entre elles des volumes en forme de queue d'aronde. 7. Procédé selon la revendication 1 essentiellement caractérisé par ce fait que le poinçonnage du fond de la cuvette obtenue par matriçage est effectué en plaçant la cuvette dans un support et en utilisant un poinçon dont le diamètre extérieur est légèrement inférieur au diamètre intérieur minimum de la cuvette. 8. Collecteur de machines électriques tournantes fabriqué selon le procédé de la revendication 1, essentiellement caractérisé par ce fait que le métal dont il est constitué a été fortement écroui et possède des caractéristiques mécaniques particulièrement élevées.