Brevet FR2287288A1 — publié le 19760507

L'invention, due à Alfred RUSSEK, Achim PETZOLD, Lothar MOCKEL, Klaus ULLMANN, Dieter MOSEMANN et Rudolf FORSTER, est relative à un procédé pour fabriquer des rotors hélicordaux,pour machines équipées de tels rotors, et des pièces de nature géométrique analogue Dans l'état actuel de la technique, on sait fabriquer,à partir d'un matériau massif, des rotors hélicordaux pour des compresseurs ou des moteurs à l'aide de procédés d'usinage par enlèvement de copeaux, par exemple par tournage, rabotage,tour- nage avec chariotage, fraisage ou meulage. Ces procédés mettent en oeuvre plusieurs opérations qui nécessitent chacune des sa- chines d'usinage et des outils spéciaux.Pour faciliter les opérations d'usinage finales, qui donnent au rotor sa forme caractéristique, on a proposé des procédés d'usinage, relativement bon marché, par enlèvement de gros copeaux. Par suite de la particularité du profil exigé pour le rotor, lequel est sounis à des conditions particulières relativexent à sa section droite et à son pas, ces opérations d'usinage proposées ne sont possibles que dans certaines limites de sorte que l'usinage final exige encore plusieurs opérations, le plus souvent trois ou quatre opérations, et autant d'outils spéciaux.Le profil de section droite caractéristique des rotors hélicoIdaux, profil qui présente des contours de dents en arcs de cercle ou de formes évidées analogues, ainsi que l'adaptation étroite, indispensable au fonctionnement des tachines à rotors hélicoIdaux, entre les flancs des rotors qui font partie d'un jeu de rotors qui engrènent l'un avec l'autre posent des exigences très strictes relativement à la précision des ni- chines-outils et ss la précision de forme des outils ou de leurs tranchants. L'enlèverent de copeaux, dans cette technique est une opération complexe et conteuse et demande beaucoup de temps, notassent pour les opérations d'usinage de formage proprement dit pour lesquelles il faut mettre en oeuvre des machines et des outils spéciaux et très coûteux. Par exemple, dans le cas d'une paire de rotors hélicoidaux d'un diamètre extérieur de rotor de 204 - et d'un rapport longueur/diamètre, L/D des rotors,égal à 1,1, il faut enlever plus'due 5 ds3 de matière sous forme de copeaux. D'autre part,pour les rapports de nombres de dents les plus usuels entre le rotor principal et le rotor secondaire de 4/6 on obtient un rapport de diamètres des cercles extérieurs et intérieurs des dents d'environ 1,8 qui caractérise le degré de déformation élevé, qui est exigé dans la fabrication de rotors hélicoidaux par des procédés sans enlèvement de copeaux. On connait des procédés de laminage, pour la fabrication de filetages, de roues dentées et de vis cylindriques, dans lesquels le profil désiré est produit, par un déplacement de matière approprié sur la surface latérale d'une ébauche cylindrique,par des outils de laminage, de profil complémentaire de celui à former. Pour la fabrication de rotors de section droite comportai des arcs de cercle ou des segments de courbes analogues, qui peuvent être considérés en principe comme des roues dentées droites à denture oblique k nombre de dents extrmement petit, d'un pas extrêmement grand et à flancs de forme particulière ou comme des filetages ou des vis cylindriques à plusieurs filets à profil de forme particulière, par un procédé de laminage de profilés, en soi connu, dans lequel un ou plusieurs outils de laminage entraînés pénètrent dans une ébauche cylindrique, mettent celleci en rotation et lui impriment ainsi par laminage le profil désiré, on se heurte à des difficultés pour obtenir le nombre de dents et le pas désirés.Le nombre de dents formées au cours de l'opération de laminage est déterminé par le rapport du périmètre de l'ébauche cylindrique de départ au pas des cercles de sommets des outils de laminage considérés en section droite et par l'alignement des profils des outils de laminage l'un par rapport à l'autre et par rapport à la pièce usinée. Dans le cas des profils de pas importants et de formes compliquées, comme ceux des rotors de machines à rotors hélicotdaux, ce rapport et par conséquent le nombre de dents qui se forment au cours de l'opération de laminage s'écartent fortement du nombre de dents désiré.On obtient ainsi, en poursuivant le laminage, des rotors à nombre de dents erroné ou encore, les dents formées sont aussitôt détruites pendant le laminage, ce qui peut provoquer en mme temps la rupture des outils de laminage. Du fait que le périmètre de l'ébauche cylindrique de départ est déterminé par la constance de volume de l'ébauche et de la pièce finie et, de meme que le pas des cercles de sommets des outils de laminage considérés en section droite, qui est déterminé par la forme du profil des pièces à fabriquer, ne peut pas être modifié ou ne peut l'être que dans d'étrcites limites, on ne peut agir sur le nombre de dents qui se forment au cours de l'opération de laminage. On connaît encore des machines pour le laminage de roues dentées dans lesquelles les outils de laminage et les ébauches comportent des mécanismes d'entraînement séparés, dont on peut régler le rapport de vitesses de rotation pour obtenir le nombre de dents désiré. De telles machines, en raison de leur complication mécaniques considérables, sont plus coûteuses et plus susceptibles de pannes que les machines à laminer les profils dans lesquelles seuls les outils de laminage sont entraînés, les pièces usinées étant mises en rotation indirectement par la pénétration des outils de laminage. D'autre part, lors du laminage des rotors pour machines à rotors hélicoSdaux à l'aide de machines de laminage à entraînement supplémentaire de la pièce laminée,l'usure des outils risque d'être importante en-raison de la vitesse relative élevée entre la pièce et les outils et il risque de se produire des écaillages et des fissures sur le profil de la pièce formée. L'invention a donc pour but de réduire d'une manière importante l'usinage par enlèvement de copeaux lors de la fabrication de rotors hélicoidaux pour machines utilisant de tels rotors, de maintenir à une valeur relativement falble la consomma- tion de matière par rotor et de fabriquer ainsi des rotors meilleur marché. Le problème que vise à résoudre l'invention est donc de fournir un procédé pour la fabrication, sans enlèvement de copeaux, de jeux que rotors pour machines à rotors hélicotdaux qui permette de fabriquer sous forme de pièces laminées finies -des rotors hélicoIdaux sur des machines à laminer des profilés, sans entraînement supplémentaire de la pièce, sans excès de diensilons ou avec de faibles excès de dimensions. Conformément à l'invention, ce problème est résolu par le fait qu'à partir de la forme de départ de l'ébauche de la pice, on produit en une ou plusieurs opérations, une pièce de forme intermédiaire à denture extérieure dont le nombre de dents est égal à celui de la pièce finie désirée, dont les dents pr- forés présentent encore une hauteur relativement faible par rapport à la forme finale des dents dont la direction de -la denture et essentiellement le pas de la denture correspondent à ceux de la pièce finie et que dans une étape de formage suivante on amène par un laminage de profil du type du laminage par lequel on produit des profilés, de préférence selon un procédé de formage par pénétration dans la matière, les dents préformées de la pièce de forme intermédiaire à leur forme définitive ou on obtient la pièce finie. Le profil des dents et des espaces interdentaires de la forme intermédiaire sont alors réalisés d'une manière telle qu'au niveau des cercles de sommet soient offertes des conditions d'engrènement avantageuses pour le laminage de finissage.Dans ce cas, les outils entraînés assurant le laminage de finissage engrènent avec les dents formées dans la pièce intermédiaire, impriment à celle-ci une vitesse de rotation correspondant au rapport du nombre de dents de l'outil de laminage et de la pièce intermédiaire, font varier, lorsque leur profon deur de pénétration dans le sens radial augmente, leurs cercles de roulement jusqu'à ce que soit obtenu le roulement du cercle primitif de l'coutil sur le cercle primitif définitif de la pièce finie, en produisant ainsi la forme finale désirée. Pour la production de la pièce de forme intermédiaire,on part d'une ébauche de forme cylindrique, dans laquelle, par un procédé de laminage du type du laminage de profilés, de préférence selon un procédé de formage par pénétration dans la matière, les dents sont formées sur le pourtour de l'ébauche de départ avec des angles au centre à peu près égaux à ceux des dents de la pièce finale. Par suite de l'égalité approximative de volume entre l'ébauche de départ et la pièce finie, le diamètre de l'ébauche de départ est intermédiaire entre les diamètres des cercles de sommet et de pied des dents de la pièce de forme intermédiaire et de la pièce finie. Par rapport au diamètre du cercle de sommet, la pièce de forme intermédiaire présente un pas de dents inférieur à celui de la pièce finie.La forme du profil des dents et des espaces interdentaires de la pièce de forme intermédiaire dépend ainsi de la constance de volume dont on doit tenir compte, du pas des dents, du nombre d'opérations d'usinage imposé pour la production de la pièce de forme intermédiaire et de la recherche pour l'outil de laminage de finissage de conditions d'engrènement avantageuses pour le formage de finissage. La production de la pièce de forme intermédiaire peut aussi s'obtenir par usinage par enlèvement de copeaux, par forgeage ou par une combinaison de ces deux procédés, par exemple en usinant par enlèvement de copeaux, une pièce de forme intermédiaire à dents parallèles à l'axe et en tordant ensuite celle-ci, à chaud, pour obtenir le pas de la denture ou par filage suivi de sectionnements transversaux ou par moulage à la presse, ou par un procédé de la métallurgie des poudres, ou par coulée. La fabrication par formage de rotors pour machines à rotors hélicoSdaux et d'autres profilés complexes, comportant le nombre de dents et le pas désirées est possible, en utilisant des pièces de forme interoediaire, sur des machines à laminer des profilés sans entraînement supplémentaire de la pièce. L'invention est expliquée plus en détail ci-après à l'aide de l'exemple, illustratif mais nullement limitatif, de la fabrication d'un rotor secondaire sur une machine à laminer des profils à deux outils de laminage entraînés en synchronisme, la forme intermédiaire du rotor étant également obtenue par laminage, Cette description se réfère aux dessins annexés dans lesquels:: -la figure 1 représente, vu en bout, le rotor secondaire, -la figure 2 est une vue en bout de l'ébauche cylindrique de départ; -la figure 3 est une vue en bout qui illustre le principe du pré-laminage, destiné à produire la forme intermédiaire, à l'aide de deux outils de laminage -la figure 4 est une vue en bout qui illustre le principe du laminage de finissage d'un rotor, pré-laminé selon le principe de la figure 3, à laide de deux outils de laminage, au commencement de lsXopération de laminage de finissage et -la figure 5 correspond à la figure 4, à la fin de l'opération de laminage de finissage, Pour la fabrication du rotor secondaire 1 de la figure 1 dont les dents 2 présentent, en section droite, un profil en arc de cercle concave 3, on part d'une ébauche 4 à surface latérale cylindrique, représentée sur la figure 2. Le diamètre de l'ébauche cylindrique de départ 4 est déterminé par l'égalité de volume de l'ébauche de départ et de la pièce finie 1 constituant le rotor, en tenant compte d'un faible déplacement axial de matière. Le pré-lasinage (figure 3) du nombre de dents nécessaires sur l'ébauche cylindrique de départ 4 s'effectue à laide d'outils tournants de pré-laminage 6 dont les dents 7 de forme profilée 8, en pénétrant radialement dans l'ébauche cylindrique de départ 4 mettent celle-ci en rotation et la transforment en une pièce de forme intermédiaire 9 à dents préformées 10, dont le nombre correspond à celui des dents 2 du rotor 1 à former et dont le profil Il correspond pratiquement à la partie de tête du profil 14 des dents 13 des outils de laminage de finissage 12. Dans une opération de laminage consécutive, les dents préformées 10 de la pièce de forme intermédiaire 9 sont amenées à engrener avec les dents 12 des outils de laminage de finissage 12 (figure 4), dont le profil 14 est réalisé de telle manière que lorsque l'outil 12 et la pièce 9 ont engrené on obtienne, une fois l'opération de laminage terminée la forme désirée pour le rotor.Du fait de l'engrènement des dents prélaminées 10 avec les dents 13 des outils de laminage de finissage 12, qui sonttentratnés, les outils de laminage 12 impriment à la pièce de forme intermédiaire 9 une vitesse de rotation qui est déterminée par le rapport du nombre de dents de la pièce intermédiaire 9 au nombre de dents des outils de laminage de finissage 12* Lorsque la pénétration radiale des outils de laminage de finissage entraînées 12 dans la pièce de forme intermédiaire 9 croit, on obtient finalement le rotor 1 à fabriquer (figure 5), lorsque le pas et le sens des hélices des outils de laminage de finissage 12 correspondent à ceux du rotor secondaire 1. Comte il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède,l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse au contraire, toutes les variantes. -REVENDICATIONS 1.- Procédé pour fabriquer des rotors hélicoldaux, pour machines équipées de tels rotors, et des pièces de nature géométrique analogue, lequel procédé est caractérisé en ce qu'à partir d'une ébauche de départ, on produit en une ou plusieurs opérations, une pièce de forme intermédiaire à denture extérieure, dont les dents préformées sur le pourtour de l'ébauche de départ ont une hauteur relativement faible par rapport à celle des dents de la pièce finie et dont le nombre, le sens du pas et essentiellement le pas correspondent à ceux de la pièce finie, les angles au centre entre dents avoisinantes de la pièce de forme intermédiaire étant à peu près égaux et correspondant à peu près à ceux de la pièce finie, et dont les profils des dents et des espaces interdentaires sont tels qu'ils offrent des conditions d'interaction avantageuses pour 1 'engrènement d'outils de laminage de finissage avec la pièce de forme intermédiaire et en ce que dans une étape de formage ultérieure par laminage du type laminage de profilés, de préférence selon un procédé de formage par pénétration dans la matière, les dents préformées de la pièce de forme intermédiaire sont formées à la forme finale désirée. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour produire la pièce de forme intermédiaire on part d'une ébauche cylindrique-et qu'on y préforme des dents par un procédé de laminage du type laminage de profilés, de préférence selon un procédé de formage par pénétration dans la matière. 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce de forme intermédiaire est fabriquéepar usinage avec enlèvement de copeaux et/ou par forgeage ou par filage avec sectionnement transversal consécutif ou par moulage sous pression, ou par un procédé de la métallurgie des poudres ou par coulée.