Brevet FR2299533A1 — publié le 19760827

La présente invention concerne un procédé de fabrication de stators pour pompes à axe unique et un appareil pour mettre en oeuvre ledit procédé. Les procédés connus de fabrication de stators pour pompes à axe unique consistent, soit à les usiner sur un tour ou une machi lie à reproduire, soit à les couler dans les moules. Le procédé par usinage est laborieux et ne permet pas d'atteindre le degré voulu de précision, ni d'obtenir un fini superficiel de haute qualité. Le procédé par coulée produit un matériau poreux et la surface obtenue nécessite un autre traitement. Récemment, des essais ont été faits pour fabriquer des stators de pompes à axe unique par extrusion à froid de l'ébauche de stator tubulaire vissée sur un mandrin à travers une filière à anneau. Meme ce procédé par extrusion s'avère lui-m8me insuffisant du fait du refoulement ou de la rupture du matériau de l'ébauche dûs aux pressions très élevées développées durant le dimensionnement.De tels défauts se produisent du fait qu'afin de réussir dans ce procédé par extrusion, la filière à anneau doit présenter un bord fonctionnel infiniment acéré, ce cas idéal ne pouvant pas être réalisé en pratique. Avec un tel bord fonctionnel infiniment acéré, la fabrication de stators de pompes à axe unique peut seulement satisfaire les exigences de conception. En pratique, toutefois, il est nécessaire de prévoir un bord de brochage arrondi, le rayon de courbure étant choisi selon des exigences technologiques, selon le type de matériau constituant le stator, et autres considérations. Généralement, un effort a été fait pour utiliser un rayon de courbure, de la partie fonctionnelle du bord de brochage de la filière à anneau, aussi grand que possible.Lorsqu'on fabrique des stators pour des pompes à axe unique, un accroissement quelconque de la dimension du rayon de courbure du bord fonctionnel, appelé rayon de "brochage", provoque des difficultés de fabrication parce que, par son effet, les points de travail individuels du bord fonctionnel se déplacent en différentes élévations par rapport â la section transversale fonctionnelle théorique taillée perpendiculairement à l'axe de la filière à anneau de brochage. Ces décalages, ainsi que leurs effets, sont différents en un point arbitraire quelconque et dépendent du profil du corps à fabriquer, du pas de la ligne d'hélice génératrice de l'axe, et de la dimension du rayon de brochage. lorsqu'on utilise une filière à anneau avec un bord fonction nel dont le profil correspond au profil et à la dimension recherchés du stator à fabriquer, et avec une certaine dimension du rayon de brochage, l'intervalle entre le mandrin et le rayon de brochage de la filière à anneau se rétrécit proportionnellement ce qui, après extrusion d'une fraction du filet de l'hélice, se traduit par une déformation inévitable de certains points de la surface du stator, et ainsi par l'impossibilité de continuer le processus de fabrication, car une autre procédure quelconque se traduirait soit par des pressions de brochage énormes, soit par la rupture de l'ébauche du stator.Par conséquent, il faut choisir une procédure , dans laquelle ébauche de stator est extrudée de façon échelonnée à travers plusieurs filières à anneau de brochage, dont la première est munie d'un trou de brochage sensiblement plus grand que la valeur théorique, les dimensions des trous de brochage des filières à anneau suivantes s'approchant progressivement de la dimension finale requise. L'inconvénient de cette procédure réside dans la nécessité d'entreprendre des processus d'extrusion répétés en utilisant à chaque opération suivante une autre filière à anneau, ce qui n'est pas économique.Par rapport à la dépendance déjà mentionnée de décalages des points de travail du bord fonctionnel, différentes pressions se produisent en différents points de la circonférence du profil de brochage, ce qui se traduit par un décalage indésirable et un refoulement du matériau de l'ébauche du stator dans une direction vers des endroits de pression moindre, lesquels endroits changent avec le changement de la filière à anneau de brochage à la suivante. Un des buts de la présente invention est de proposer un nouveau procédé de fabrication de stators pour pompes à axe unique ainsi qu'un nouvel appareil pour mettre en oeuvre le procédé, susceptibles d'offrir, d'une manière simple, une qualité adéquate de fini superficiel et une précision satisfaisante et se prêtant à un mode de réalisation simple de l'appareil. Ainsi, selon un premier aspect de l'invention, un procédé de fabrication d'un stator pour pompe à axe unique comporte une ópé- ration de vissage d'une ébauche de stator sur un mandrin de configuration complémentaire à celle de l'alésage du stator terminé et de pressage du mandrin avec l'ébauche de stator à travers une filière à anneau, dans lequel à au moins une des parties de brochage, soit le mandrin, soit la filière à anneau, est imprimé un déplacement rotatif forcé remplissant la condition d'un tour cor respondant au décalage axial d'un pas de la ligne d'hélice du stator terminé de sorte que l'alésage de l'ébauche reçoive la forme du mandrin. Selon un second aspect de l'invention, un appareil en vue de l'utilisation dans la fabrication d'un stator de pompe à axe unique est prévu, dans lequel un mandrin de configuration complémentaire à celle de l'alésage du stator terminé, ledit mandrin étant muni d'un prolongement cylindrique dont l'extrémité adjacente au mandrin est munie de galets, et une filière à anneau munie d'une noix de guidage ave filet double interne dont le pas correspond au pas dudit mandrin, sont dimensionnés et disposés coaxialement en vue d'un mouvement rotatif le long de leurs axes, dans lequel soit le mandrin, soit la filière à anneau, repose sur un palier de butée. Selon un autre but de l'invention, soit un mandrin, soit une filière à anneau sont munis d'un entraînement indépendant pour imprimer un mouvement rotatif forcé. Enfin, l'invention consiste en une nouvelle réalisation d'une filière à anneau, dans laquelle les points individuels du profil du trou de filière sont décalés par rapport aux points correspondants de la surface extérieure du stator, en direction d'une ligne normale n élevée au point respectif et en s'écartant de l'axe de la rotation mutuelle du stator et de la filière à anneau de 0,95 à 1,05 fois la valeur P exorimée en millimètres et donnée par la relation P = R (K - 1) où R = un rayon de brochage d'un bord de brochage en mm, et K = une constante déterminée a) pour des segments rectilignes, par la relation 2 = I + b2s2tg2 b) pour des arcs circulaires, par la relation ou s = un pas de la ligne d'hélice fondamentale du stator terminé, exprimé en (rad/mm) 1 r = rayon de courbure de l'arc circulaire respectif, exprimé en mm b = la distance la plus petite du segment rectiligne respec tif d'un axe de rotation mutuelle en mm, et ac =un angle en degrés entre le rayon vecteur du point respec tif et entre la perpendiculaire abaissée de l'axe de rota respectif tion mutuelle sur le segment rectilign, ou un rayon vec- teur de l'arc circulaire respectif lié à son centre sur une droite reliant le centre et l'axe de rotation mutuelle. En imprimant un mouvement rotatif forcé à l'un des moyens de formage et par le changement du profil du trou de filière par rapport au profil théorique du stator terminé en fonction de la forme fondamentale de la partie respective du profil, de sa position par rapport à l'axe de rotation mutuelle à la fois de l'ébauche de stator et de la filière à anneau, et finalement en fonction de la dimension du rayon de brochage déterminée par la présente invention, un effet sensiblement plus élevé peut être obtenu consistant dans la possibilité de fabrication d'un corps creux ayant une configuration d'axe avec une épaisseur de paroi égale en utilisant seulement une filière à anneau et en une seule opération et en exerçant une énergie minimale.La filière à anneau de brochage peut être utilisée pour la fabrication de stators pour des pompes à axe unique avec à la fois des pas à gauche et à droite. Le procédé et le mode de réalisation de l'invention seront maintenant décrits à tire d'exemple, en se référant aux dessins annexés. La figure 1 représente une première forme de l'appareil en élévation en coupe la figure 2 représente une variante de réalisation de l'appa- reil également en élévation en coupe la figure 3 représente à nouveau en élévation en coupe une troisième forme de l'appareil la figure 4 est une vue partielle d'un stator la figure 5 représente, à grande échelle, un détail A de la figure 3 les figures 6 à 9 représentent des relations géométriques affectant le profil d'un trou de filière la figure 10 est une représentantion schématique d'un profil réalisable des stators pour pompes à axe unique et des profils respectifs des trous de filière. L'appareil pour la fabrication d'un stator 1 d'une pompe à axe unique consiste en éléments de formage, à savoir un mandrin 2 et une filière à anneau 3, où le mandrin 2 dans la forme d'un axe à double filet constitue une unité d'une seule pièce avec un prolongement cylindrique 4. Le prolongement cylindrique 4 est muni d'un collier 5 au moyen duquel le mandrin 2 repose sur un palier de butée 6 d'un dispositif de pressage, par exemple une presse (non représentée). L'extrémité du prolongement cylindrique 4 adjacente au mandrin 2 est munie d'une paire de galets 7,7'. La filière à anneau 3 est placée à l'intérieur du logement 8 d'une table 9. La filière à anneau 3 est reliée à une noix de guidage 10 munie d'un filet double interne 11, dont le pas correspond au pas d'un mandrin 2 en forme d'axe à double filet. Dans une variante de réalisation représentée à la figure 2, le mandrin 2 conjointement avec le prolongement cylindrique 4 et le collier 5 sont fixés de façon rigide au piston de presse, tandis que la filière à anneau 3 repose à rotation à l'intérieur du logement 8 au moyen d'un palier de butée 6. La figure 3 représente un autre mode de réalisation d'un appareil où le mouvement rotatif forcé est imprimé au mandrin 2 au moyen d'un entraînement indépendant 12 sans la nécessité d' utiliser à la fois la noix de guidage 10 etles galets 7,7', représentés aux figures 1 et 2, en remplissant la condition de pouvoir contrôler le nombre de tours/minutes en fonction du pas et en fonction de la vitesse du déplacement axial du mandrin 2, lorsque le couple est proportionnel à la force axiale agissant sur le mandrin 2. Egalement dans ce cas, l'inversion cinématique est possible, c'est-à-dire que le mouvement rotatif forcé pourrait être imprimé à la filière à anneau 3 avec la seule exception que seulement une moitié de l'amplitude du décalage axial est nécessaire. Il est également possible de faire reposer le mandrin 2 sur la table 9 et la filière à anneau 3 sur le piston de presse. Lorsqu'on fabrique un stator pour une pompe à axe unique, un mandrin 2 est soulevé aussi haut que sa face 21 puisse se trouver au-dessus de la filière à anneau 3. Une ébauche de stator 1' est ensuite vissée sur le mandrin 2 jusqu' ce que le fond 22 de l'ébauche 1' repose contre une face 21 du mandrin 2. Du fait de la force produite par une presse en direction d'une flèche T, les galets 7,7' pénètrent dans les filets 11 de la noix de guidage 10 imprimant ainsi à la fois des déplacements rotatif et axial forcés au mandrin 2 avec l'ébauche 1' vissée dessus de façon à remplir lacondition selon laquelle le mandrin 2 et l'ébauche de stator 1' se déplacent durant une rotation sur une distance d'un pas s.Le mandrin 2 conjointement avec l'ébauche de stator 1' est progressivement poussé à travers la filière à anneau 3, et après passage dans celle-ci, l'ébauche 1' prend la forme du stator terminé 1, selon le principe du procédé d'extrusion à froid sans danger quelconque de décalage tangentiel du matériau constituant l'ébauche. Ensuite l'ensemble "stator-mandrin" est tiré hors de la filière à anneau 3 par déplacements axial et rotatif inverses et le stator 1 lui-même est extrait du mandrin 2. Dans des cas plus avantageux du point de vue production, le stator 1 est fabriqué par le procédé représenté à la figure 2, qui coïncide sensiblement avec le procédé déjà décrit, et seulement la filière à anneau 3 repose à rotation dans le palier de butée 6, c'est-à-dire que le mouvement rotatif forcé est imprimé à la filière à anneau 3. A la figure 5, un détail "A" de la figure 3 est représenté montrant une partie d'une paroi d'ébauche 1', une partie du mandrin 2 et le bord de brochage 30 de la filière à anneau 3 avec le rayon R. De plus, sont montrées les relations en un des points 300 du bord de brochage avec un bord idéal, infiniment mince 52 et avec les positions incorrectes et correctes du bord de brochage 30 pratiquement utilisable. Comme on le voit sur la figure, le mandrin 2 conjointement avec l'ébauche de stator 1' accomplissent un déplacement hélicoïdal constitué d'un déplacement axial dans la direction de la flèche T et d'un déplacement rotatif dans la direction de la flèche V. Les deux déplacements sont choisis de sorte que le déplacement hélicoïdal résultant correspond au pas requis s du stator 1 à fabriquer. Dans le cas idéal permettant l'utilisation d'un bord infiment mince 52 ou d'un bord avec une lèvre infiniment acérée, la partie respective de l'ébaucne de stator 1' pourrait être traitée par un point théorique 300 qui peut être tsuvé sur une courbe correspondant au profil résultant recherché du stator terminé 1, qui est montré en pointillés à la figure 10. Toutefois, en pratique le bord de brochage 30 est formé par un bord arrondi de rayon R = R1, qui est montré dans la partie inférieure de la figure 5 en pointillés. Cette courbure apparait, par rapport à l'orientation spatiale au point théorique 300 comme une ellipse E1, et comme on le voit à la figure 5, durant l'opération pratique, il apparait à la fois un certain recouvrement 31 du bord de brochage 30, et du décalage du point fonctionnel dans la direction de brochage. Mais ceci se traduit par une réduction indésirable du matériau de sorte que la paroi du stator 1 pourrait être, derrière le bord de brochage 30, déformée et réduite en épaisseur de façon indésirable, mises à part les demandes accrues concernant la pression de travail qui pourrait se traduire même par la rupture du corps du stator 1. Selon l'invention, le bord de brochage 30, dans la'section considérée, s'écarte du corps de l'ébauche de stator 1' en direction d'une ligne normale n au point respectif 300 du profil d' une valeur P de sorte qu'un nouveau point pratique 300' prend une part au processus de formage dans la section considérée. Ce nouveau point 300' se trouve sur une ellipse décalée 2 qui, en coupe axiale, correspond au cercle décalé K2 tracé dans la partie inférieure de la figure 5 en pointillés. La situation décrite correspond, par exemple, aux points 300 et 300' à la figure 10 montrant un profil pratique pour une des variantes de forme du stator pour une pompe à axe unique. Les amplitudes du décalage nécessaire P selon l'invention sont généralement déterminées par la relation. P = R (K - 1) où R = le rayon de brochage du bord de brochage 30, en mm, et K = une constante dont l'amplitude dépend à la fois de la forme et de la position de la courbe fondamentale de la partie respective du profil à façonner. Comme pratique les profils sont formés la plupart du temps par des arcs circulaires associés et des segments rectilignes, comme on le voit à la figure 10, il faudra déterminer les amplitudes nécessaires du décalage P pour deux cas typiques. Dans le premier cas, on a affaire au décalage P pour les segments rectilignes, comme représenté à la figure 7, lequel décalage a trait au segment rectiligne 311 à la figure 10. La valeur de la constante K est alors donnée par une relation 2 E2 - 1 s 2t Oc où b = la plus courte distance du segment rectiligne respectif 311 de l'axe 200 de rotation mutuelle à la fois du mandrin 2 et de la filière à anneau 3, exprime en mEs s = le pas de la ligne d'hélice fondamentale du stator 1, exprimé en (rad/mm) 1 et oc = un angle, en degrés, entre le rayon vecteur k du point respectif 320 et entre la perpendiculaire b abaissée de l'axe de rotation mutuelle sur le segment de droite respectif 311. Dans le second cas, on a affaire à la valeur de la constante K pour les arcs cireulaires, comme représenté aux figures 6,8 et 9, montrant différentes positions possibles d'arcs 310, 701, 801 par rapport à l'axe 200 de rotation mutuelle à la fois du mandrin 2 et de la filière à anneau 3.Pour un cas donné, la valeur de la constante K est donnée par la relation où s 2 encore le pas de la ligne d'hélice fondamentale exprimé en (rad/mm) 1, a = une distance du point respectif 300 de l'axe 200 de rotation mutuelle, exprimée en mm, r = un rayon de courbure de l'arc circulaire respectif 310, 701, 801, exprimé en mm, et Oc = un angle entre le rayon vecteur k du point respectif 300 de l'arc circulaire 310 lié à son centre 6, et entre la perpendiculaire 101 élevée au centre S à la ligne de raccordement 100 dudit centre S et de l'axe de rotation mutuelle 200. Comme on le voit aux figures 6,8 et 9, les arcs circulaires 310, 701, 801 ou leurs centres S peuvent prendre plusieurs positions fondamentales par rapport à l'axe 200 de rotation mutuelle à la fois du mandrin 2 et de la filière à anneau 3. En se référant à la figure 8, une position est représentée où l'axe 200 peut se trouver à l'extérieur à la fois du centre S et de l'arc 310, de sorte qu'en regardant l'axe 200, l'arc j10 est concave. En se référant à la figure 9, l'axe 200 peut se trouver entre l'arc 701 et son centre-S, et enfin en se référant à la figure 6, l'axe 200 peut se trouver à l'extérieur du centre S et de l'arc 801, qui, en regardant vers l'axe 200, est convexe. Toutes ces variantes peuvent être utilisées lorsqu'on réalise les profils de corps en forme d'axe, et avec tous ces profils il est possible de concevoir une filière à anneau 3 avec une forme modifiée du trou de brochage 32 qui est marqué, à la figure 10, par des hachures. Evidemment, en utilisant l'objet de la'présente invention, des filières à anneau avec des formes variées de leurs trous de brochage, peuvent être fabriquées. REVENDICAEI0NS 1. Procédé de fabrication d'un stator pour une pompe à axe unicue à partir d'une ébauche de stator tubulaire, comprenant une opération de vissage d'une ébauche de stator sur un mandrin de configuration complémentaire à celle du trou du stator terminé et de pressage du mandrin avec l'ébauche de stator à travers une filière à anneau, caractérisé en ce qu'au moins une des parties de brochage, soit le mandrin (2), soit la filière à anneau (3), re çoit un mouvement rotatif forcé remplissant la condition d'une rotation correspondant au décalage axial d'un pas (s) de la ligne d'hélice du stator terminé (1) de sorte que le trou de l'ébauche (1') reçoive la forme du mandrin (2). 2. Appareil utilisable dans la fabrication d'un stator de pompe à axe unique, caractérisé en ce qu'un mandrin (2) de configuration complémentaire à celle du trou du stator terminé (1), muni d'un prolongement cylindrique (4) dont ltextrémité adjacente au mandrin (2) est munie de galets (7,7'), et une filière à anneau (3) munie d'une noix de guidage (10) ayant un filet double interne (11), dont le pas correspond au pas du mandrin (2), sont dimensionnés et disposés coaxialement pour un mouvement rotatif le long de leurs axes, où soit le mandrin (2), soit la filière à anneau (3) repose sur un palier de butée (6). 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' un mandrin (2) ou une filière à anneau (3) sont munis d'un entraînement indépendant (12) pour imprimer un mouvement rotatif forcé. 4. Appareil selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce aue les points individuels (300) d'un profil d'un trou de filière (32) sont décalés par rapport aux points correspondants (300')de la surface extérieure du stator (1) dans la direction d' une ligne normale (n) élevée en un point respectif (300) et en s' écartant de l'axe (200) de rotation mutuelle à la fois du stator (1) et de la filière à anneau (3) de 0,95 à 1,05 fois une valeur (P) exprimée en mm et donnée par la relation P = R ( où R = un rayon de brochage d'un bord de brochage (30) en mm, et K = une constante déterminée pour a) des segments rectilignes par la relation K2 = 1 + b2s2tg2 Oc b) des arcs circulaires par la relation où s = un pas de la ligne d' hélice fondamentale du stator termi né, exprimé en (rad/mm)-1 , r = rayon de courbure de l'arc circulaire respectif (310, 701, 801), exprimé en mm b = la plus courte distance du segment rectiligne respectif d'un axe (200) de rotation mutuelle en mm, et oc = un angle en degrés entre une perpendiculaire (101) abaissée de l'axe (200) de rotation mutuelle sur un segment recti ligne respectif, ou un rayon vecteur (p) de l'arc circulai re respectif (310, 701, 801) lié à son centre (S) abaissé sur une droite de raccordement (100) d'un centre (S) et de l'axe (200) de rotation mutuelle.