Brevet FR2186306A1 — publié le 19740111

L'invention s'applique aux liaisons mécaniques à rotule, comprenant un élément mâle et un élément femelle, ltélément mâle pouvant tourner et osciller dans ltélément femelle. L'élément mâle généralement appelé pivot, comprend une tête, qui est sphérique ou torique ou composée de deux demi-sphères de diamètres différents, et une queue cylindrique, en partie filetée ou moletée, avec éventuellement une gorge au pied de la tête et/ou un cône entre deux parties cylindriques de la queue. De telles liaisons sont couramment employées, dans la direction et dans la suspension, des véhicules automobiles de tous genres. L'invention concerne la fabrication de ces éléments mâles ou pivots. On pourrait bien entendu fabriquer de tels pivots en ddcolle- tage à partir de la barre, mais ceci est caduc. L'état actuel de la technique connue comprend un forgeage à froid, un ou des usinages, un traitement thermique suivi ou précédé par un filetage, une rectification de la sphère, et éventuellement un galetage de la sphère. Cette fabrication est passablement compliquée, longue et onéreuse. Dans ce procédé le cône n'est pas ébauché et le prix de revient est prohibitif. I1 a été essayé de fabriquer de tels pivots par un forgeage à froid plus évolué (cône et éventuellement diamètre cylindrique terminés de presse ou prêts à la rectification), un usinage de la gorge et de la sphère, une rectificationJununtraitement thermique et éventuellement un galetage de la sphère : ce processus a été essayé mais a été abandonné étant donné son prix de revient prohibitif vu la mauvaise tenue des outillages. L'invention a pour but d'éliminer lesdites impossibilités et lesdits inconvénients. L'invention concerne en conséquence des fabrications de pivots, à tête pleine ou creuse, par forgeage à froid, qui fournissent des pièces correctes, engrande série, à faible prix de revient. De façon plus précise, l'invention concerne la fabrication de pivots à tête creuse, avec cône si on le désire, par forgeage à froid, usinage de la gorge si elle est prévue, traitement thermique, de préférence galetage de la sphère, et roulage du filet; l'invention concerne la fabrication de pivots à tête pleine, avec cône si on le désire, par forgeage à froid, usinage de la gorge (si elle est prévue) et décolletage de la sphère, galetage de la sphère et roulage du filet ; l'invention concerne dans le forgeage à froid, une disposition permettant le filage de pie ces à fort coefficient de réduction et d'un volume tel qu'elle dépassent la capacité d'éjection de la presse, et cette disposition, ainsi que d'autres dispositions selon l'invention, s'applique aussi bien à la fabrication de pivots creux et à la fabrication de pivots pleins, qu à tout autre pièce. La susdite fabrication de pivots selon l'invention, outre qu'elle fournit des pièces correctes, présente l'avantage d'un prix de production très bas, en particulier de pièces avec cône, et avec d'excellentes tolérances, par exemple pour les pivots à tête creuse - 5/100ème de dispersion maximale sur le avant filetage - portée au bleu sur le cône atteignant 80 % (pour 60 % demandés) - sphère obtenue sous une tolérance telle qu'il est possible de supprimer la rectification ou le shaving - le galetage de la sphère n'est plus indispensable, mais c'est une excellente sécurité, en ce sens qu'il fait éclater la sphère s'il yale moindre défaut métallurgique. L'invention sera maintenant décrite en se référant aux figures suivantes, données d titre d'exemples non limitatifs Les figures 1, 2, 9, 4 sont des coupes axiales correspondant respectivement aux postes 1, 2, 3, 4 d'une presse-transfertà quatre postes exécutant la fabrication d'un pivot selon l'invention les figures 5 et 6, ensemble, représentent une disposition selon l'inventionpermettant le filage de pièces à fort coefficient de réduction dans le cas où la capacité d'éjection de la presse est dépassée en théorie. L'acier employé pour les fabrications selon l'invention peut être un acier délicat, par exemple 42 C 2. Son élaboration doit être très soignée; de préférence elle comprend un laminage, un recuit, un tréfilage avec coefficient de réduction de 20 à 22 % environ, un recuit globulaire, une phosphatation, un traitement de surface ou "skin pass" ; il convient, soit de prévoir un recuit en atmosphère oxydante pour que la pellicule superficielle parte au décapage, soit de prévoir un usinage superficiel du fil par arasage à froid ou à chaud. Le diamètre de départ est calculé - en fonction du volume de métal nécessaire pour former la tête. - en fonction du coefficient de réduction nécessaire pour filer les cylindriques et le cône. Il est souhaitable que la longueur cylindrique destinée à former la tête soit de 1,5 à 2,3 fois le , la longueur de 1,9 étant très favorable. Les coefficients de réduction peuvent être quelconque pour les filages. S'ils sont supérieurs à 33 f, il faut travailler en matrice fermée et éventuellement en poinçon coulissant si la pièce est trop longue pour la course d'éjection dont on dispose (figures5 et 6). Pour ces filages, on peut employer soit des angles classiques de 150 à 450 soit des rayons ( D - d) x 1,2 environ à 1,35. La fabrication des pivots selon l'invention est effectuée sur une presse-transfert à 4 ou 5 postes ; certains pivots pourraient être facilement fabriqués sur une presse-transfert à 3 postes ; on décrira ci-après une fabrication en 4 postes. Avec référence à la coupe axiale selon la figure 1, qui correspond au poste 1 : du côté poinçon, le corps de poinçon 1 est creux muni d'une cale de pression 3, sur laquelle appuie une aiguille de filage 5 ; du côté matrice, on trouve une matrice de filage 7 avec son noyau en carbure 9 et éventuellement une matrice de filage il avec son noyau en carbure 13, et une cale de pression 15, que traverse un éjecteur 17 ; le lopin 19, cisaillé à longueur, est représenté déjà ébauché par le filage. Avec référence à la figure 2, qui correspond au poste 2 : à ce poste on préforme la tête de manière à obtenir une partie plate d'un pl de préférence légèrement inférieur à celui du poinçon d'extrusion qui formera la pièce au troisième poste. Le poinçon 21 a la forme d'un cône 23 tronqué selon un fond plan 25, la matrice de filage comprend un noyau 27 en acier rapide, dont l'embouchure 29 a la forme d'une partie de sphère, logé dans une frette 31, avec des cales de pression 33, traversées par un éjecteur 35. Avec référence à la figure 3, qui correspond au poste 3 à ce poste, on forme la demi-sphère côté queue et on extrude une coupelle cylindrique, en même temps qu'en bout de queue on forme le chanfrein qui permettra le roulage du filet et facilite le calibrage du avant filetage au poste 4. Le corps de poinçon 41 est creux, il y coulisse une douille d'éjection 43 dans laquelle coulisse le poinçon 45 en acier rapide dont l'extrémité 47est bombée ; la matrice de filage comprend un noyau 49en acier rapide prSsed nt une embouchure 51 cylindrique, une partie de sphère 53 i la cote de la pièce finie et un passage cylindrique 5-5, logé dans une frette 57, et un noyau 59 en acier rapide, présentant un cône d'entrée 61 et un cône de chanfrein 63, logé dans une frette 65, avec une cale de pression 67, traversée par un éjecteur 69. Avec référence à la figure 4, qui correspond au poste 4 t à ce poste on referme la sphère, on file le cône, et on calibre, avec un coefficient de réduction de quelques %, le PI avant filage. le corps de poinçon 71 contient un noyau 73 en acier rapide, en forme de cavité hémisphérique 75 ; la matrice de filage comprend un noyau 77 en acier rapide, en forme de cavité hémisphérique 79 suivie d'un passage cylindrique 81, et un noyau 83 en carbure en forme de passage coniquevles deux noyaux 77 et 83 étant tenus dans la frette 85 ; les deux noyaux peuvent aussi bien être une pièce unique en acier rapide ou en carbure. La matrice comprend encore un noyau 87 dans une frette 89, avec des cales de pression 91, traversées par un éjecteur 93. La figure 4 représente, terminé, le pivot 95. On remarquera, d'après ce qui précède, que le filage du cône suit les filages cylindriques : ceci est essentiel, selon l'invention, pour respecter la portée au bleu du cône. il est toutefois possible, si le du cylindre suivant le cône côté queue est égal à la petite base du cône, ou seulement légèrement plus faible, de filer tous les pl et le cône en:même temps par exemple au 1er poste. il est possible d'effectuer des filages cylindriques aux postes 2, 3 ou 4 Si ceux-ci ont un coefficient de réduction inférieur à 33 % et s'ils sont effectués avant le cône ou avec lui, dans le cas où il y a plusieurs e cylindriques à filer côté queue et où l'on n'a pu les filer tous au 1er poste. Au poste 4, on peut supprimer la partie sphérique 79 de la matrice et forger dans le vide ; l'ébauche 95 repose alors sur l'éjecteur 93 ; ceci convient bien si le de la queue est assez grand, par rapport à la sphère, pour ne pas déformer la demi-sphbre côté queue. Dans le cas particulier des pièces longues : si l'on a à fabriquer une pièce nécessitant un PI filé de longueur L mesurée dru grand PI de filage à l'extrémité du pl filé, la presse doit avoir une longueur d'éjection de X, si le coefficient de réduction est à 33 %. Ceci est gênant pour un grand nombre de pièces. On augmente considérablement la gamme des pièces pouvant être produites grâce au poinçon coulissant qui sera maintenant décrit en se référant aux figures 5 et 6. Avec référence aux figures 5 et 6, qui sont à raccorder bout à bout selon leurs lignes AA pour constituer une coupe axiale d'ensemble du côté poinçon (figure 5) le corps de poinçon 101 est creux, muni de cales de pression 103 ; un poinçon 105 en acier rapide coulisse dans le corps 101, avec rappel par ressort 107 ; une aiguille de filage 109 en acier rapide coulisse dans le poinçon 105 et prend appui sur les cales 103 5 du côté matrice (figure 6), la matrice de filage comprend un noyau en carbure 111 dans une frette 113, avec des cales de pression 115 et un éjecteur 117.Le lopin 19, cisaillé à longueur, est introduit dans le poinçon 105 et dans la matrice 111 - 113 ; l'avance du coulisseau (non représenté) amène le poinçon 105 au contact de la matrice 111 - 113 (selon la position représentée par les figures 5 et 6). On remarquera que le poinçon 105 et la matrice 111 - 113 constituent ainsi un ensemble monobloc ; cet ensemble enferme le lopin 19 avec un jeu de quelques dixièmes entre l'aiguille de filage 109 et le début du cône de filage de la matrice 111 - 113. Lorsque l'avance du coulisseau se poursuit, le poinçon 105 reste immobile au contact de la matrice 111 - 113 en comprimant son ressort 107, et l'aiguille de filage 109 avance, exécutant le filage dans la matrice 111 - 113, du lopin 19. En fin d'opération, le lopin filé occupe la position 19' (représentée par deux traits tiretés). On notera qu'ainsi l'invention permet de filer des pièces ayant un coefficient de réduction allant jusqu'à 67 % et cela sans avoir å enfermer le lopin dans la matrice puisqu'il est enfermé entre le poinçon coulissant et la matrice : on dépasse donc la capacité normale d'éjection de la presse. REVENDICAIONS 1.- Fabrication de pivots à tête creuse pour liaisons à rotule, comprenant exclusivement un forgeage à froid du lopin, un usinage de la gorge entre tête et queue, si il est prévu, un traitement thermique, de préférence un galetage de la sphère à titre de contrôle et de sécurité, et évidemment le filetage ou moletage, caractérisée par son exécution en trois, quatre ou cinq postes, en principe un poste permettant d'obtenir par filage, à partir du diamètre du lopin, le diamètre avant filetage et éventuellement le diamètre sous tête, le cône n'étant en aucun cas formé en même temps que ces diamètres, un autre poste comprenant le formage de la demi-sphbre côté queue, et l'extrusion d'une coupelle cylindrique au moyen d'un poin çon ayant un diamètre légèrement supérieur au diamètre du lopin et, de préférence, le formage d'un chanfrein en bout de queue, et un poste-comprenant la fermeture de la sphère, le filage du cône et un faible calibrage du diamètre avant filetage, 2.- Fabrication selon la revendication 1, caractériséeen ce que les filages sont effectués à l'aide d'un poinçon comprenant un corps de poinçon creux, muni d'une cale de pression sur laquelle appuie une aiguille de filage, d'une matrice de filage comprenant un noyau de carbure et éventuellement une autre matrice de filage avec son noyau en carbure, et une cale de pression, que traverse un éjecteur. 3.- Fabrication selon la revendication 1, caractérisée en ce que la préformage de la tête du pivot est effectué par un poinçon qui a la forme d'un cône tronqué selon un fond plan, la matrice comprenant un noyauXdont l'embouchure a la forme d'une partie de sphère, logé dans une frette avec des cales de pression traversées par un éjecteur. 40- Fabrication selon la revendication 1, caractérisée en ce que le formage de la demi-sphère côté queue, l'extrusion de la coupelle cylindrique et, en même temps, en bout de queue, le formage du chanfrein, sont effectués par un poinçon dont le corps 41 est creux, dans lequel il coulisse une douille d'éjection 43 dans laquelle coulisse un poinçon 45 en acier rapide dont l'extrémité 47 est tombée, et par une matrice comprenant un noyau 49 en acier rapide, une embouchure 51 cylindrique, une partie de sphère 53 à la cote de la pièce finie et un passage cylindrique 55 logé dans une frette 57, et un noyau 59 en acier rapide présentant un cône d'entrée 61 et un cône de chanfrein 63 logé dans une frette 65, avec une cale de pression 67, traversée par un Éjecteur 69 (figure 3). 5.- Fabrication de pivots selon la revendication 1, caractérisée en ce que la fermeture de la sphère, le filage du cône, le calibrage du diamètre avant filage sont effectués par un poinçon dont le corps 71 contient un noyau 73 en acier rapide, en forme de cavité hémisphérique 75, et par une matrice comprenant un noyau 77 en acier rapide, en forme de cavité hémisphérique 79 suivie d'un passage cylindrique 81 et un noyau 83 en carbure en forme de passage conique, les deux noyaux 77 et 83 étant tenus dans la frette 85, et enfin un noyau 87, matrice de filage destinée à calibrer le diamètre avant filetage, dans une frette 89, avec des cales de pression 91, traversées par un éjecteur 93 (figure 4). 6.- Fabrication de pivots à tette pleine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le calibrage final de la deei-sphère côté queue se fait sans extrusion de la coupelle cylindrique. 7.- Fabrication de pivots selon la revendication 1, qui, étant des pièces à fort coefficient d'allongement, dépasseraient la capacité de la presse du point de vue éjection, caractérisée en ce que le lopin est enfermé, en un premier poste, d'une part et pour une partie dans la matrice de filageod'autre part, pour la partie complémentaire dans un poinçon creux, conduit au contact de la matrice dans un corps creux de poinçon où il coulisse et dans lequel coulisse une aiguille de filage (figures 5 et 6). 8.- Fabrication de pivots selon la revendication 7, caractérisée en ce que le poinçon coulissant comprend un corps de poinçon 101 creux,muni de cales de pression tAence quunpainçon 105 en acier rapide coulisse dans le corps 101, avec rappel par ressort 107, en ce qu'une aiguille de filage 109 en acier rapide coulisse dans le poinçon 105 et prend appui sur les cales 103, en ce que la matrice de filage comprend un noyau en carbure 111 dans une frette 113, avec des cales de pression 115 et un éjecteur 1170