Brevet FR2156757A1 — publié le 19730601

La présente invention concerne des dispositifs de serrage pour fixation de pièces cylindriques à paroi mince et notamment de pièces comportant axialement plusieurs tronçons de diamètre extérieur différent, telles que des chemises de cylindre pour moteurs àcombustion interne. L'emploi de dispositifs de serrage clonus pour la fixation de chemises ayant un col à paroi mince entraRne des difficultés importantes dans le cas des chemises de cylindre pour moteurs à combustion interne, car l'épaisseur de paroi du col est souvent inférieure à 2 mm, de sorte que les chemises risquent de s'élargir facilement sous l'action de la pression d'usinage. Pendant le hening de l'alésage de l4 chemise, la pression exercée par le rodoir sqr la paroi produit on élargissement élastique différent du col et du reste de la chemise, en fonction des épaisseurs de paroi différeiites. Après l'usinage, la chemise reprend irrégulièrtr nt Sa forme antérieure au serrage, produisant ainsi des erreurs de encentricité et notamment de cylindricité telles que l'allé sage est plus étroit dans la région du col à paroi mince que dans le reste de la chemise. Ces erreurs se situent généralement en dehors des tolérances d'usinage très serrées et convient par suite à un rebut. L'invention a pour objet un dispositif de serrage du type précédtmment décrit, permettant de #fixer des chemises cylindriques qui, par suite d'épaisseurs de paroi différentes ou de propriétés similaires, tendent à présenter un élargissement différent des tronçons axiaux successifs, sous l'action de la pression d'usinage, de façon que la reprise élastique de ces chemises après usinage soit régulière sur toute la longueur usinée. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le dispositif comporte un dispositif de serrage radial connus assurant un préserrage radial prédéterminé, dirigé vers l'intérietlr, du tronçon axial 23 de plus faible diamètre extérieur de la pièce 14, un centreur situé au voisinage du dispositif précité et correspondant au diamètre extérieur de ce tronçon axial, et un dispositif de serrage axial, comportant un élément de serrage flottant et correspondant au tronçon il de plus grand diamètre extérieur. L'élément de serrage flottant 8 Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif de serrage axial comporte au moins un, et de préférence plusieurs éléments de serrage juxtaposés axialement pour l'appui sur le pourtour de la pièce, de façon à garantir un pré serrage radial régulier même sur un long tronçon axial de cette pièce. Afin de permettre un préserrage radial aussi régulier que possible sur la circonférence de la pièce, les éléments de serrage sont disposés en anneau autour de l'axe de la pièce et constitués de préférence par des bagues de serrage, telles que des joints toriques. Il est facile d'éviter un refoulement des bagues de serrage en adoptant pour ces dernières un diamètre intérieur légèrement supérieur, de 1 à 2 mm de préférence, au diamètre extérieur du tronçon de la pièce à préserrer. Un montage sflr et protégé des éléments de serrage est obtenu en les disposant dans un logement du tronçon de la pièce à préserrer, prévu dans un support du dispositif de serrage radial, et de préférence dans un mandrin de serrage axial de la pièce. Le diamètre du logement est également légèrement supérieur, de préférence de 0,5 à 1 mm, au diamètre extérieur du tronçon de la pièce à préserrer. Une nouvelle amélioration du montage des éléments de serrage est obtenue en les disposant dans des évidements de guidage, et notamment dans des gorges sur la paroi intérieure. Il convient alors que le diamètre de la section des bagues de serrage soit égal à la largeur des évidements de guidage. Afin d'assurer leur passage facile et régulier dans la position de blocage, les éléments de serrage peuvent être chargés dans le sens de préserrage par un dispositif à fluide sous pression, les évidements de guidage étant réalisés de préférence sous forme d'enceintes reliées à une source de pression, sur le cté des éléments de serrage opposé au coté de fixation. il est également possible d'obtenir un préserrage radial très régulier en réalisant les éléments de serrage dans un matériau élastique, et notamment un matériau ca#utchc'utique. Afin de permettre un alignement très précis de la pièce sur le dispositif de serrage, un centreur est prévu pour la pièce au voisinage du dispositif de serrage radial, et de préférence sur le coté des éléments de serrage opposé au coté d'intr > duction de la pièce. L'entraxe du centreur et de l'élément de serrage voisin peut être sensiblement égal à celui des éléments de serrage. il convient de réaliser le centreur de la mêmc façon que les éléments de centrage; le centreur peut ainsi être constitué par une bague, un joint torique par exemple; il est avantageux que le diamètre intérieur de la bague de centrage soit à peine supérieur, de 0,1 mm seulement, au diamètre extérieur du tronçon de la pièce à préserrer, c'est-à-dire que le diamètre intérieur de la bague de centrage est inférieur à celui des bagues de serrage dans la position de départ. Le centreur est en outre disposé dans un évidement de guidage, et notamment dans une gorge sur la paroi interne du logement, le diamètre de la section de la bague de centrage étant égal à la largeur de l'évidement de guidage. Le centreur est enfin réalisé aussi dans un matériau élastique, et notamment un matériau caoutchoutique. Afin de permettre un amenage automatique de la pièce vers le dispositif de serrage, sans risque de basculement, une pièce intercalaire solidaire du dispositif est prévue dans l'ouverture annulaire de la portée pour la pièce; la face frontale libre de cette pièce intercalaire se trouve dans le plan de la portée pour la pièce, dans la position de départ du piston, ce qui permet de faire glisser la pièce sur la portée. En vue de l'introduction automatique de la pièce dans le dispositif de serrage, il convient de prévoir sur le coté d'introduction ds la pièce dans le logement plusieurs, et de préférence trois pieds de centrage à face frontale d'attaque biseautée, mobiles radialement et régulièrement répartis par rapport à l'axe de la pièce, de façon que le tronçon correspondant de cette dernière soit guidé automatiquement dans le logement lors de la fermeture du dispositif de serrage. Afin d'éviter que la pièce ne demeure bloquée dans le logement par frottement par exemple, lors de l'ouverture du dispositif de serrage, plusieurs, et notamment trois éjecteurs sont régulièrement répartis par rapport à l'axe de la pièce, du cté dtintroduction dans le logement. Les éjecteurs, mobiles parallèlement à l'axe de la pièce et chargés par ressort dans la direction d'éjection, peuvent être guidés facilement dans des perçages du mandrin de serrage axial. Le dispositif selon l'invention se prête particulièrement bien, comme indiqué, au serrage de pièces à paroi mince et d'épaisseur variable, et peut être avantageusement utilisé sur des machines-outils à alimentation automatique, et notamment des machines de honing. Il convient alors de prévoir des dispositifs de commande et de transport connus pour obtenir un cycle entièrement automatique et de monter dans la zone de serrage de la pièce un interrupteur de fin de course, fonctionnant de préférence sans contact mécanique, contrlant le cycle de travail et l'interrompant en cas de dérangement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réalisation et des dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une coupe axiale du dispositif de serrage selon l'invention, en position de fermeture, et la figure 2 est une coupe axiale du dispositif selon figure 1 en position d'ouverture. Les pièces essentielles pour l'invention sont représentées pratiquement à l'échelle sur les dessins. Elles sont décrites à l'aide de ces derniers, dans la mesure où leur fonction n'est pas évidente. Un dispositif de serrage selon l'invention comporte, comme le montrent les figures 1 et 2, un vérin de serrage 1 vertical, contenant un piston creux 2 et fixé, par son couvercle supérieur 3, élargi pour former une bride, sur la table ou le soubassement 4 d'une machine de honing verticale automatique, non représentée. La partie inférieure 6 d'un dispositif de serrage axial est fixée sur la face frontale supérieure du piston creux 2; elle comporte un anneau porteur 7 dans lequel repose élastiquement une bague de serrage axial 8, dont la face frontale supérieure 11 constitue la portée pour la face frontale inférieure 13 de la pièce 14, qui est une chemise de cylindre pour moteur à combustion interne dans l'exemple représenté.La bague de serrage axial 8 repose sur deux joints toriques 9, 10, dont l'un supporte élastiquement le pour tour de la bague de serrage axial 8 et l'autre la face frontale opposée à la portée 11. La bague de serrage axial 8 est bloquée en rotation d'une façon non représentée, à l'aide par exemple de goupilles cylin driques, fixées dans l'anneau porteur 7 et s'engageant dans des évide ments à la périphérie de la bague de serrage 8. La partie supérieure 15 du dispositif de serrage axial est fixée sur une semelle stationnaire 16, solidaire du soubassement 4 ou du montant de la machine, d'une façon non représentée. Cette partie supérieure 15 comporte un mandrin de serrage axial 17, solidaire d'un anneau porteur 18 dont le tronçon supérieur 19, de diamètre intérieur croissant, est centré dans un alésage 20 correspondant de la semelle 16. Le mandrin de serrage axial 17 comporte pour le tronçon supérieur 23 de la ,1ce 14 un logement 21, dont le diamètre est légèrement supérieur, et de préférence de 0,5 à 1 mm, au diamètre extérieur 22 du tronçon de la pièce constituée par le col 23; la longueur axiale du logement 21 est en outre légèrement supérieure à la longueur du col 23, mesurée entre la face frontale 24 d'un collet 25 de la chemise et la face frontale libre 26 du col.L'extrémité supérieure du logement 21 se raccorde à une partie d'alésage de diamètre réduit, mais légèrement supérieure au diamètre de l'alésage 27 de la chemise de cylindre 14. Le logement 21 contient axialement plusieurs éléments de serrage 28, pratiquement équidistants, et un centreur 30 à l'extrémité inférieure 29. Dans l'exemple de réalisation représenté, les éléments de serrage et le centreur sont constitués par des joints toriques 33, logés dans des gorges annulaires 31, 32 et dont les dimensions sont choisies de façon que le diamètre de leur section soit égal à la largeur de la gorge annulaire; dans le cas des éléments de serrage 28, le diamètre intérieur des joints toriques 33 est légèrement supérieur, et de préférence de 0,5 à 1 mm, au diamètre du logement 21, tandis que dans le cas du centreur 30, le diamètre intérieur du joint torique est à peine supérieur, de préférence de 0,1 mm, au diamètre extérieur correspondant de la circonférence 22 du col 23.Les gorges annulaires 31, 32 servent d'év#idements de guidage pour les joints toriques qu'elles contiennent. La profondeur des gorges annulaires 31 contenant les éléments de serrage 28 est choisie de façon à dégager une enceinte de pression annulaire 34 entre la circonférence extérieure du joint torique 33 considéré et la surface de base de la gorge annulaire 31 correspondante. Un alésage axial 35 est prévu dans le manchon de serrage axial 17, parallèlement à l'axe du logement 21, à coté de ce dernier et dans la zone des surfaces de base des gorges annulaires 31; il traverse ces gorges 31 de façon à être relié à chacune d'elles. Un raccord 36, permettant d'ali menter les enceintes 34 avec un fluide sous pression, débouche radialement dans l'alésage axial 35. Le dispositif de serrage radial décrit peut être réalisé de la même façon que les dispositifs de serrage décrits dans la demande de brevet allemand publiée D.0.S. n0 2 003 213. Dans la position de départ, les deux pièces 6, 15 du dispositif de serrage se trouvent selon la figure 2 à une distance verticale supérieure à la longueur de la chemise 14 à finir. Dans cette position, le piston creux 2 du vérin 1 se trouve dans s# position limite inférieure, la partie inférieure mobile 6 du dispositif de serrage se trouvant au même niveau que les glissières horizontales 38 servant à l'amenage des pièces. Une pièce intercalaire 40 est disposée sur un guide 39, fixe dans le piston creux 2, solidaire du dispositif et fixée sur une barre 37, elle-même fixée sur le soubassement ou la table de la machine; la face frontale supérieure de cette pièce 40 se trouve dans le plan de la portée 11 de la bague de serrage axial 8, dans la position de départ du piston creux représentée à la figure 2.La pièce intercalaire 40 rem- plit complètement l'alésage 41 de la bague de serrage axial 8, interdisant ainsi un basculement des chemises 14 pendant leur transport. Lorsque la chemise 14 à usiner a été amenée automatiquement sur la bague de serrage axial 8, le long d'un jeu de glissières horizontales 38 et par des moyens de transport non représentés, la chambre inférieure 43 du vérin 1 est alimentée par un fluide sous pression, de sorte que le piston creux 2 est soulevé avec la partie inférieure 6 du dispositif de serrage et la chemise 14; le col 23 pénètre ainsi dans le logement 21 du mandrin de serrage axial 17, jusqu'à ce que la face frontale 24 du collet 25 de la pièce s'applique sur la face frontale inférieure 44 du mandrin de serrage axial 17, comme le montre la figure 1. La chemise 14 est ainsi bloquée axialement, la bague de serrage axial inférieure 8 compensant sans contrainte, grâce à son montage élastique ou flottant, d'éventuelles erreurs, et notamment des erreurs de parallélisme des faces frontales 13, 24 de la pièce. Une position coaxiale précise de la chemise 14 et du mandrin de serrage axial 17 est nécessaire pour l'introduction du col 23 dans le logement 21; elle est assurée par plusieurs, et de préférence trois pieds de centrage 45, qui comportent des faces frontales biseautées 46 et sont disposés sur la face frontale inférieure 44 du mandrin de serrage axial 17 de façon à pouvoir s'éloigner radialement de l'axe de la chemise 14, dans des manchons de guidage contenant chacun un ressort 47, et à permettre l'application du collet 25 de la pièce sur la face frontale 44 du manchon de serrage axial 17 quand la chemise 14 continue sa pénétration dans le logement. Le centreur 30 assure la précision du centrage de la chemise 14 dans le mandrin de serrage axial 17, nécessaire à l'usinage. Lorsque les enceintes 34 du dispositif de serrage radial sont alimentées par un gaz ou un liquide sous pression, les joints toriques 33 des éléments de serrage 28 s'appliquent régulièrement sur la circonférence du col 23 et servent ce dernier radialement, en fonction de la pression prédéterminée, de façon que pendant l'usinage par le rodoir, cette partie à paroi mince de la chemise 14 s'élargisse sous l'action de la pression d'usinage comme l'autre tronçon axial de la chemise, situé à l'extérieur du dispositif de serrage radial, afin que l'opération donne un alésage rigoureusement-rond et cylindrique. Dans la position de fermeture, le piston creux 2 selon l'invention et la pièce intercalaire 40, située à une certaine distance au-dessous de l'anneau porteur 7 dans le dispositif de serrage fermé, forment dans le piston creux 2 une cavité 48 qui permet un dépassement suffisant du rodoir sous la face frontale inférieure 13 de la pièce 14. La semelle 16 porte un guide conique 49 d'entrée du rodoir; avec la face supérieure 50 de la semelle 16, ce guide forme une enceinte annulaire 51, qu'un raccord radial 52 permet d'alimenter en réfrigérant. Le réfrigérant s'écoule régulièrement dans la fente d'étranglement formée par le guide 49 et l'anneau porteur supérieur 18, puis dans l'alésage 54 de ce dernier et l'alésage 27 à usiner de la pièce 14. Des gorges 55 dans la pièce intercalaire 40 et des gorges 56 dans le guide 39 permettent ensuite son écoulement vers le bas, à travers le piston creux 2. Après l'usinage, commandé automatiquement par des dispositifs de mesure connus, tels qu'un comparateur pneumatique, l'enceinte supérieure 42 du vérin 1 est alimentée par un fluide sous pression et l'enceinte inférieure 43 reliée à la canalisation de retour. Le piston creux revient ainsi dans sa position limite inférieure, c'est-à-dire que la chemise 14 est de nouveau abaissée à la hauteur de transport déterminée par les glissières 38. Plusieurs, et de préférence trois éjecteurs 57, régulièrement répartis sur le pourtour du mandrin de serrage axial 17, interdisent un blocage éventuel de la pièce 14 dans ce mandrin 17. Chaque éjecteur 57 comprend essentiellement une barre 59, guidée par un alésage 58, situé à cté du logement 21 et d'axe parallèle à celui de ce dernier; un ressort 60 charge vers le bas, dans le sens d'éjection, la barre 59 dont l'extrémité inférieure est munie d'une patte ou d'un disque 61, qui s'applique sur le collet 25 de la pièce 14. Les éjecteurs 57 sont soulevés par la pièce 14, qui s'oppose à la force des ressorts 60, lors de la fermeture du dispositif de serrage et repoussent la pièce 14 hors du logement 21, lors de l'ouverture du dispositif de serrage. Des dispositifs de commande connus, ccntrsslant le transport et le cycle d'usinage, sont prévus pour l'emploi du dispositif de serrage selon l'invention sur des machines de honing automatiques. C'est ainsi qu'un interrupteur de fin de course 62 sans contact mécanique est fixé sur la face frontale inférieure 44 du mandrin de serrage axial 17, de façon à être actionné directement par la pièce 14 serrée, et à ne libérer l'opération de honing, c'est-à-dire l'introduction du rodoir dans l'alésage de la pièce et l'alimentation des éléments de serrage radial 28 par le fluide sous pression, que si une pièce est fixée dans le dispositif de serrage. Une fois l'usinage fini, le transport ne peut s'effectuer qu'après libération de l'interrupteur de fin de course 62, c'est-à-dire que la pièce 14 doit entre éjectée du mandrin de serrage axial 17.Cette commande de sécurité évite les dommages au rodoir et au dispositif qui pourraient résulter de perturbations du cycle de travail. Selon l'invention, et notamment avec le dispositif décrit, la pièce est préservée radialement, pendant la durée de l'usinage au moins, de façon à s'élargir régulièrement sur toute la longueur usinée, sous l'action de la pression d'usinage. Le préserrage radial est élastique. Dans le cas d'une pièce qui, telle la chemise représentée, comporte des tronçons axiaux à paroi de faible épaisseur variable, il est facile de préserrer uniquement le tronçon axial 23 de plus faible épaisseur de paroi. On obtient un usinage extrêmement précis quand le préserrage de la pièce commence avant l'usinage et se termine après lui. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'etre décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Dispositif de serrage pour la fixation de pièces iyliidriques à paroi mince, comportant plusieurs tronccuns axiaux à diamètre extérieur différent, et notamment de chemises de cylindre pour moteurs à combustion interne, ledit dispositif étant voisiI-'agt du dispositif précédent et corresprndant au diamètre extérieur de ce tronçon ax#ial, et un dispositif de serrage axial, comportant un élément de serrage flottant et destiné au tronçon axial de plus grand diamètre extérieur. 2. Dispositif selon revendication 1, , > ractérisé tn ce que l1élément de serrage flottant se trouve en regard du coté d'intrt~duction de la pièce dans le dispositif de serrage radial. 3. Dispositif selon une des revendications 1 et 2, cfractérisé en ce que l'élément de serrage flottant est fixé sur le piston, creux de préférence, d'un vérin de serrage. 4. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le coté de l'élément de serrage flottant opposé à sa portée et sa circonférence prennent chacun appui sur un élément support caoutchoutique, et notamment une bague telle qu'un joint torique. 5. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément de serrage flottant est réalisé sous forme de bague de serrage axial et que l'ouverture annulaire de sa portée contient une pièce intercalaire, solidaire du dispositif et dont la face frontale libre se trouve dans le plan de la portée, dans la position de départ de l'élément de serrage. 6. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif de serrage radial comporte au moins un, et de préférence plusieurs éléments de serrage radial, disposés axialement pour servir de butée à la circonférence de la pièce. 7. Dispositif selon revendication 6, caractérisé en ce que les éléments de serrage entourent l'axe de la pièce et sont constitués de préférence par des bagues de serrage, telles que# des joints toriques. 8. Dispositif selon revendication 7, caractérisé en ce que le diamètre intérieur des bagues de serrage radial est légèrement supérieur, de 1 à 2 mm de préférence, au diamètre extérieur du tronçon correspondant de la pièce. 9. Dispositif selon une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que les éléments de serrage sont disposés dans un logement pour le tronçon correspondant de la pièce, prévu sur un support du dispositif de serrage radial et de préférence sur un mandrin de serrage axial de la pièce. 10. Dispositif selon revendication 9, caractérisé en ce que le diamètre du logement est légèrement supérieur, de 0,5 à 1 mm de préférence, au diamètre extérieur du tronçon correspondant de la pièce. 11. Dispositif selon une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que les éléments de serrage sont disposés dans des évidements de guidage, et de préférence dans des gorges situées sur la circonférence intérieure. 12. Dispositif selon revendication 11, caractérisé en ce que le diamètre de la section des bagues de serrage radial est égal à la largeur des évidements de guidage. 13. Dispositif selon une quelconque des revendications 6 à 12, carac térisé en ce que les éléments de serrage peuvent être chargés dans le dispositif de préserrage à l'aide d'un dispositif à fluide sous pression, les évidements de guidage étant réalisés de préférence sous forme d'enceintes situées sur le côté des éléments de serrage opposé au côté de serrage et reliées à une source de fluide sous pression. 15. Dispositif selon une quelconque des revendications 6 à 14, caractérisé en ce que les éléments de serrage sont réalisés dans un matériau élastique, et de préférence un matériau caoutchoutique. 16. Dispositif selon une quelconque des revendications 6 à 15, caractérisé en ce que le centreur est prévu sur le côté des éléments de serrage en regard du cté d'introduction de la pièce. 17. Dispositif selon revendication 16, caractérisé en ce que l'entraxe du centreur et de l'élément de serrage voisin est sensiblement égal à celui des éléments de serrage. 18. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que le centreur est pratiquement constitué par une bague, telle qu'un joint torique. 19. Dispositif selon revendication 18, caractérisé en ce que le diamètre intérieur de la bague de centrage est légèrement supérieur, de 0,1 mm de préférence, au diamètre extérieur du tronçon de la pièce à préserrer. 20. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 19, carac térisé en ce que l'élément de centrage est disposé dans un évidement de guidage, et de préférence une gorge située sur la paroi intérieure du logement. 21. Dispositif selon revendication 20, caractérisé en ce que le diamètre de la section de la bague de centrage est égal à la largeur de l'évidement de guidage. 22 Dispositif selon une quelconque des ievendications 1 à 21, caractérisé en ce que le centreur est réalisé dans un matériau élastique, et notamment un matériau caoutchoutique. 23. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 22, caractérisé par plusieurs, et de préférence tris pieds de centrage, mobiles radialement, régulièrement répartis autour de l'axe de la pièce, comportant des faces frontales biseautées d'attaque de la pièce et disposés du cté d'introduction de la pièce dans le logement. 24. Dispositif selon revendication 23, caractérisé en ce que des ressorts chargent les pieds de centrage en direction de l'axe de la pièce. 25. Procédé de serrage de pièces comportant plusieurs tronçons axiaux à diamètre extérieur différent et devant subir un usinage, en particulier un honing de la surface interne, ledit procédé étant caractérisé par un préserrage de la pièce, radial sur le tronçon de plus faible diamètre extérieur et axial sur le tronçon de plus grand diamètre extérieur, pendant la durée de l'usinage. 26. Procédé selon revendication 25, caractérisé en ce que le préserrage radial et/ou axial est effectué élastiquement.