Brevet FR2326252A1 — publié le 19770429

La présente invention se rapporte à un procédé pour produire un objet ayant la forme d'un organe creux d'une pièce présentant une partie centrale relativement grosse et des extrémités amincies ou de plus petit diamètre. Plus précisément, l'invention se propose de produire un arbre creux d'une pièce ayant une partie centrale relativement grosse et des extrémités amincies, à partir d'un flan de métal. Bien que l'exposé qui va suivre prenne pour sujet des arbres creux à galets, il va de soi qu'il ne s'agit là que d'une commodité ayant aucun caractère limitatif, et que l'invention peut tout aussi bien être utilisée à d'autres fins, lorsqu'elle s'y prête. Avant la présente invention, divers procédés, tels que ceux énumérés dans les brevets américains nO 1 911 171, 2 054 532, 2 283 871, 2 349 898, 2 362 443, 2 647 025, 2 690 933 et 2 926 968, ont été utilisés pour fabriquer des arbres à galets creux. Ces procédés impliquent essentiellement une opération de moulage suivie d'opérations d'usinage ou une opération de mise en forme suivie d'opérations d'usinage. Certains de ces procédés, comportent des étapes supplémentaires de soudage et des opérations de finition, au cours desquelles les pièces individuelles sont combinées pour former l'arbre à galets fini. La formation des dimensions externes, ainsi que celle de la cavité de la chambre intérieure, (des cavités internes étant souvent utilisées comme réservoirs de lubrifiant), représentent des opérations coûteuses, tant en temps qu'en matière. A cela s'ajoute que les techniques antérieures présentent l'inconvénient supplémentaire de laisser subsister, dans l'arbre fini, des contraintes résiduelles qui diminuent, sensiblement, la résistance et, par conséquent, la durée de celui-ci. La présente invention s'est fixé principalement pour but d'éliminer ces inconvénients de la technique antérieure. A cette fin, l'invention apporte un procédé pour former un objet ayant la forme d'un arbre à galets creux cylindrique présentant une partie intermédiaire relativement grosse et ayant une structure unitaire. Ce procédé consiste à partir d'un flan de métal, à nettoyer celui-ci, à le couvoir d'une couche de lubrifiant, à le chauffer et à le mettre en forme dans une presse par une série d'opérations. Ces opérations de mise en forme comprennent un préformage ; une extrusion rétrograde un étirage ; un re-étirage ; un profilage en cône et un forgeage.Des étapes intermédiaires sont également prévues qui consistent en un recuit incluant une application locale de chaleur ; ainsi que des étapes de nettoyage et d'appli cation d'un revêtement, de I'invention En conséquence, le but principal/est de fournir un procédé pour produire un organe creux profilé d'une pièce ayant une partie centrale agrandie l'invention a également pour but d'apporter un objet ayant la forme d'un arbre à galets creux d'une pièce profilé ayant des contraintes résiduelles réduites, une plus grande résistance à l'usure et aux défaillances en charge. L'invention se propose aussi d'apporter un procédé pour former un organe allongé creux ayant une partie centrale agrandie et des extrémités opposées de plus petit diamètre. L'invention a aussi pour objet de décrire un procédé pour former un arbre creux d'une pièce, ayant des extrémités en gradins. L'invention vise aussi un procédé pour former un réservoir dans un arbre d'une pièce en partant d'un flan plein. Enfin, l'invention se propose de décrire un procédé pour former un creux avec des côtes étroitement contrôlées et ayant un minimum de contrain tes résiduelles. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel - la figure 1 est un organigramme illustrant les étapes successives du procédé selon l'invention pour produire un arbre à galets creux d'une pièce - la figure 2 est une vue latérale, partiellement en coupe, d'un flan plein utilisé dans les étapes de fabrication qui suivent - la figure 3 est une vue latérale, partiellement en coupe, montrant le flan de la figure 2 après l'opération initiale de préformage - la figure 4 est une vue latérale, partiellement en coupe du flan après l'opération d'extrusion rétrograde - la figure 5 est une vue latérale, partiellement en coupe du flan après la première opération d'étirage - la figure 6 est une vue latérale, partiellement en coupe du flan après la première opération de ré-étirage - la figure 7 est une vue latérale, partiellement en coupe du flan après la seconde opération de ré-étirage - la figure 8 est une vue latérale partiellement en coupe du flan après une première opération de profilage - la figure 9 est une vue latérale, partiellement en coupe du flan après une seconde opération de profilage - la figure 10 est une vue latérale, partiellement en coupe du flan après une troisième opération de profilage - la figure 11 est une vue latérale, partiellement en coupe du flan après l'opération finale de forgeage ; et - la figure 12 est une vue en élévation, partiellement en coupe, d'une presse hydraulique utilisée pour une opération de mise en forme. En se référant au dessin et plus particulièrement à la figure 1, on voit un organigramme indiquant les différentes étapes du procédé utilisé pour produire l'arbre à galets creux représenté sur la figure 11. Comme on le voit sur cette dernière figure, l'arbre 10 est un objet allongé comprenant une partie centrale cylindrique 12 que prolongent deux extrémités cylindriques ou deux tourillons 14, 16 ayant un plus petit diamètre. La transition entre les extrémités ou les tourillons et la partie centrale est réalisée, respectivement par un chanfrein 18, 20, et par une partie incurvée 22, 24. A l'intérieur de la partie centrale est formée une cavité 26 ayant une forme générale cylindrique et occupant une position centrale.Le but de cette cavité est de servir de réservoir à lubrifiant afin de graisser les tourillons au moyen de canaux de lubrification (non-représentés) ménagés dans ceux-ci. Un canal de remplissa- ge 28 relie la cavité avec l'extérieur de l'arbre afin de faciliter l'introduction du lubrifiant à travers un bouchon ou à travers une valve (non-représentée) qui ferme l'ouverture 30 de l'extrémité 32 de l'arbre. On va décrire maintenant les étapes successives de la fabrication de cet arbre. Pour commencer, on prépare une ébauche ou un flan cylindrique plein lOa, comme représenté sur la figure 2, en coupant une section ayant la longueur voulue dans une barre. Une matière appropriée est un acier au carbone, tel que l'acier nuance S.A.E. 1042. Ensuite, on nettoie ce flan afin de débarrasser sa surface des oxydes et autres saletés. Ce nettoyage peut consister en une opération de grenaillage suivie d'un lavage à l'eau avec une solution savonneuse du commerce afin d'enlever de la surface du flan, les impuretés de surface, telles que les résidus d'huile ou d'autres lubrifiants. Troisièmement, on couvre le flan ainsi nettoyé d'une couche de lubrifiant. I1 s'est révélé suffisant de tremper ou de plonger,d'une autre matière, le flan ainsi nettoyé dans un composé de graphite colloïdal du commerce pour diminuer la friction superficielle et pour éviter les gripppages au cours des opérations de mise en forme qui suivent. Toutefois, d'autres lubrifiants pourraient aussi être utilisés. Après l'application du lubrifiant, on procède à un chauffage du flan nettoyé et lubrifié. A cette fin, on le chauffe à une température d'environ 7600C dans un four. On enlève ensuite le flan chaud et on le place dans une presse, telle que celle représentée sur la figure 12, en utilisant un poinçon et une matrice composite classique 36 comprenant les blocs 38, 40 et la matrice 42. On ébauche ensuite la forme du flan chaud, comme représenté sur la figure 3, en produisant le tourillon 14b, les transitions 18b, 22b et la partie centrale 12b. L'extrémité du poinçon forme aussi une cavité 26b. On indexe ensuite le poinçon et on le remplace par un mandrin cylindrique central 44 dont le diamètre est égal à celui de la cavité à produire. On procède ensuite à l'extrusion rétrograde de l'ébauche encore chaude afin de lui donner la forme représentée sur la figure 4. On rétracte ensuite le mandrin 44 et on le remplace par un mandrin 45 ayant un diamètre légèrement plus petit. On fait ensuite passer la pièce lOd dans une filière d'extrusion 46. Cette opération d'étirage diminue l'épaisseur des parois et allonge la pièce lOd comme le montre la figure 5. Cette opération établit aussi les diamètres interne et externe nominaux de l'arbre fini. Ensuite, on couvre l'arbre ainsi partiellement formé d'une couche de lubrifiant, de la même manière que précédemment, et on lui fait subir un recuit en le chauffant à une température d'environ 700 C. On indexe ensuite le mandrin 45 et on le remplace par un autre mandrin 48 ayant un diamètre légèrement- plus petit, puis on fait passer la pièce à travers des filières 50, 52 de plus en plus petites, comme le montrent les figures 6 et 7. Ces deux opérations de re-étirage produisent une extrémité 16e, 16f de diamètre réduit, comme le montrent les figures 6 et 7. On forme ensuite la pièce lOg au moyen d'une matrice de forme appropriée 54 qui produit une partie 22 ayant un angle A d'environ 130, comme on le voit sur la figure 8. Après avoir réappliqué une couche de lubrifiant et procédé à un recuit à 7000 C, de la même manière que précédemment, on augmente, petit à petit, cet angle par une seconde et une troisième opérations dans des matrices 56, 58 qui produisent respectivement des angles A de 23 et de 400. On donne ensuite à la pièce sa forme finale, comme représenté sur la figure 11, par une opération de forgeage à la presse. Au besoin, une opération d'usinage de finition peut être exécutée pour ajuster les côtes de la pièce aux tolérances de fabrication imposées, comme indiqué en tirets sur la figure 1. Le produit ainsi obtenu est un arbre à galets creux d'une pièce, ayant une structure unitaire et homogène. Ce mode de fabrication produit un arbre ayant des contraintes résiduelles réduites, une plus grande résistance à l'usure et une plus grande résistance aux défaillances en charge. De plus, comme il a été indiqué, on peut également procéder à des chauffages localisés intermédiaires avant la seconde opération de ré-étirage et avant les opérations de formation de la partie conique de la seconde extrémité afin de faciliter ces opérations. Le chauffage local peut avantageusement être effectué en chauffant circonférentiellement la pièce avec une torche dans les zones B, C, D et E, comme représenté respectivement sur les figures 7-10. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'exemple représenté et décrit, sans sortir pour autant du cadre de l'invention. RLWFiNDICATIONS 1.- Procédé pour fabriquer un organe, caracterise en ce qu'il consiste à preparer un flan, à chauffer le flan et à le transformer en un organe ayant une partie centrale relativement grosse, des extrémités amincies et une cavité intérieure. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de transformation consiste à former le flan en une ébauche ayant une partie centrale relativement grosse, une première extrémité amincie et une cavité dans l'extrémité opposée à la première extrémité amincie. 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape de transformation comprend, en outre, une extrusion rétrograde pour produire un flan allongé et pour agrandir la cavité dans celui-ci. 4.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'étape de transformation comprend, en outre, un étirage pour allonger davantage le flan et pour agrandir sa cavité. 5.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'étape de transiormation comporte, en outre, une opération de ré-étirage pcur allonger encore davantage le flan. 6.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'étape de transformation comprend, en outre, un profilage de l'extrémité du flan opposé à la premiers extrémité amincie afin de produire une seconde extrémité amincie, délimitant ainsi une partie plus grosse centrale entre deux parties d' extrémité amincies. 7.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on applique sur le flan, un lubrifiant et on lui fait subir un recuit pour détendre les contraintes d usinage. 8.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'cpera- tion de profilage comprend trois phases ou étapes. 9.- Procédé selon la revendication 8, caracterise en ce que l'étape de transformation comprend, également, un forgeage du flan pour lui donner sa forme finale. 10.- Procédé selon la rgrendication 9, dans -lequel une opération d'usinage de finition est prévue pour donner au flan ses cotes finales en respectant les tolérances imposées, 13,- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que 1'ope- ration de reetirage du flan comprend deux phases successives afin de produire, progressivement, un flan plus long. 12.-Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'on chauffe localement l'extrémité du flan opposé à la première extrémité amincie. 13.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le Profilage comprend plusieurs phases successives afin de produire > progressive- ment, un angle d tansition plus grand entre la partie centrale et la seconde extrémité amincie du flan. 14.- Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'opération de profilage comprend trois phases ou étapes. 15.- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu on chauffe localement la seconde extrémité amincie du flan afin de faciliter la seconde et la troisième étapes de l'opération de profilage. 16.- Procédé selon la revendication o, caractérisé en ce qu'on chauffe, auparavant, localement, l'extrémité du flan opposée à la première extrémité amincie. 17.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on nettoie le flan et on applique, sur celui-ci, un lubrifiant avant l'opération de chauffe. 18.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on applique, auparavant, sur le flan, un lubrifiant et on lui fait subir un recuit pour détendre les contraintes d'usinage. 19. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'organe est un arbre cylindrique dont les extrémités amincies constituent deux tourillons cylindrìques, et en ce que le profilage forme, à la fois, une cavité interne adaptée pour contenir un lubrifiant dans la partie centrale du flan et forme, également un canal de remplissage axial dans le second tourillon pour faire communiquer ladite cavité avec l'extérieur dudit arbre.