Brevet FR2350913A1 — publié le 19771209

L'invention a pour objet un tube à brocher destiné au brochage de forme extérieur de contours fermés, ledit tube comportant un logement cylindrique creux dont la paroi intérieure est garnie de rainures axiales ainsi que d'organes de fixation desserrables, capables de maintenir des outils de brochage dans une position bien déterminée. Récemment, le brochage extérieur de formes à contours fermés, par exemple pour l'usinage de roues dentées, de bagues de synchronisation pour automobiles etc., a pris une extension considérable. Le "brochage extérieur" est un procédé d'usinage consistant à faire passer la pièce à usiner à l'intxérieur d'un tube à brocher portant sur sa face interne des outils à brocher amovibles en nombre suffisant et d'orientation appropriée. Comparé à d'autres procédés tels que le rabotage-mortaisage ou le fraisage, le brochage extérieur de forme présente tous les avantages du brochage normal, à savoir un grand rendement quantitatif, des résultats de qualité constante et un coût minimal de main-d'oeuvre $cf. l'article "Aussen-Formräumen geschlossener Umrisse" ou "brochage extérieur de formes à contour fermé" paru dans "Werkstatt und Betrieb" 1971, p. 495). Les points critiques du brochage extérieur consistent en premier lieu dans la fabrication onéreuse des outils amovibles, puis dans la nécessité de guider la pièce d'une façon précise et stable pendant le processus se brochage afin d'obtenir les faibles tolérances que réclament, par exemple, les bagues de svnchronisation. C'est plus particulièrement la nécessité de disposer d'outils usinés a des cotes très précises, d'une précision supérieure de plusieurs degrés à celle des pièces à brocher, qui s'opposoit jusqu'à présent à la généralisation du brochage extérieur de pièces telles que, par exemple, les moyeux et bagues de disques d'embrayage synchrone, de roues à denture oblique etc. On connaît plusieurs modes de réalisation d'outils de brochage extérieur. Lorsque la quantité de matière à enlever est relativement faible, il est opportun d'utiliser des tubes monobloc, par exemple en acier rapide, dans la paroi interne desquels on a formé par fraisage ou meulage les dents de coupe selon la disposition souhaitée. Etant donné que les outils à l'aide desquels on réalise cet usinage, à savoir les têtes des fraises et les disques à meuler, se trouvent à l'intérieur du tube pendant la fabrication, le diamètre de ce dernier ne peut descendre, pour des motifs d'encombrement, au-dessous d'une cote minimale déterminée par celles des outils d'usinage visés. De plus, la précision du guidage de ces outils et leur positionnement à l'abri des vibrations posent, comte tenu des faibles tolérances spécifiées, des problèmes difficiles. Os difficultés se reproduisent au moment de la rectification périodique, de telle sorte qu'outre la fabrication de ces tubes à brocher, leur entretien ou leur remise en état sont également onéreux. On connaît un tube à brocher composé d'un grand nombre de disques lesquels sont pourvus de dents de coupe et que l'on assemble en les positionnant les uns par rapport aux autres à l'aide d'un ou de plusieurs rails axiaux. Toutefois, la confection et le montage d'un tel tube, composé d'une multitude de disques minces,sont extraordinairement onéreux. On connaît aussi, actuellement, des outils combinés comportant une partie dégrossissante composée de ségments radiaux et une partie de finition composée de bagues de coupe alternant avec des bagues de guidage (cf. "Le brochage des dentures extérieures" paru dans "@achine-outil" d'octobre 1975, pp. 8 à 11). Il est possible de pdatYSeuryeeseilt+lceuTtesu aans un tube à brocher qui a déjà été proposéet qui présente, sur sa paroi intérieure, des rainures axiales dans lesquelles les outils à brocher, pourvus de leur denture, sont mis en place et fixés, par exemple à l'aide de vis de serrage pénétrant radialement dans le tube. L'avantage de ce mode de réalisation réside dans une plus grande simplicité de fabrication et de rectification des dents portées par ces outils amovibles qui ont la forme de broches creuses. Toutefois, la longueur, -dont dépend le rendement d'ablation de matière d'un tel tube à brocher est limitée par la haute précision exigée, lorsque les rainures axiales visées sont obtenues, selon les errements classiques, par noinçonnage ou par brochage des rainures axiales.De même, en ce qui concerne les outils d'usinage, il n'est pas assible de dénasser certaines limites minimales du diamètre imtérieur On obtient une méthode de confection plus f@cile des rainures aviales dans lesquelles doivent s'encastrer les ontils amovibles à brocher en partageant les tubes, @ans le sens radial en plusieurs ségments inividuels dans lesquels on peut ménager les rainures axiales nui serviront rec?0r ] es oitils ".c- vibles allongés, en fraisant ou meulant sép;arément lesdits séqments.Plusiours de ces ségments cylindri@ues ont assemblés, après la réalisation des rainures axiales, @ @'aide de vis d'assemblage, formant un tube à brocher dans leguel les outils amovibles sont ensuite intronits selon un agencement imposé par le nombre de rainures et bloqués à l'aide de vis de serrage. L'inconvénient particulier de ce mode d'exécution résulte de l'assemblage et du serrage des ségments individuels, ces opérations pouvant donner lieu à des défauts d'alignement dépassant les tolérances admises. En outre, on ne peut obtenir la solidité d'un corps homogène et la consolidation des tubes est extraordinairement onéreuse. L'invention a pour but de créer un tube à brocher pour brochage extérieur de formes à contours fermés, capable de travailler avec un débit important d'ablation de matière tout en répondant aux spécifications de tolérance les plus étroites, ainsi qu'un procédé de confection dudit tube, parti- culièrement simple et économique. Le tube à brocher selon l'invention est caractérisé en ce que le logement des outils se compose d'un tube monobloc extérieur en acier et d'un lit intérieur radial en une garniture faite d'un matériau à haute résistance, faisant corps avec la paroi intérieure du tube d'acier sur toute sa longueur et présentant, sur sa face interne, les rainures axiales qui doivent recevoir les outils amovibles de brochage. Le tube à brocher selon l'invention présente, vis-à-vis des réalisations connues,de longueur comparable, l'avantage essentiel dêtre monobloc; en d'autres termes, il n'est pas nécessaire d'assembler le tube en réunissant des pièces inivi elles, le tube se présentant directement comme une pièce rigide que l'on bloque rigidement sur le plateau de la machine à l'aide d'une bride fixée à son extrémité inférieure. Vis-à-vis des tubes monobloc courts. actuellement connus, la réalisation selon l'invention comporte l'avantage de n'être pas limitée en longueur, ce qui la rend apte aux ablations de matière à grand débit, et de pouvoir disposer les rainures axiales destinées à recevoir les outils avec une haute précision par une méthode simple. La fixation des outils amovibles, qui ont la forme de broches creuses munies de dents de coupe orientées vers l'intérieur, s'effectue à l'aide de vis de blocage radiales qui pénètrent dans des alésages correspondants forés dans le tube d'acier et dans le lit introduit par moulage. Pour éviter une usure de la garniture, lorsque celle-ci n'est pas encore rigidifiée, on peut, selon un développement avantageux de l'invention, introduire dans ces alésages des douilles filetées insérées dans le corps en acier du tube et dont les extrémités intérieures sont complètement entourées par la garniture. Toutefois, on peut aussine forer les trous servant au passage des vis de blocage qu'après la mise en place de la garniture. Pour augmenter la rigidité latérale des rainures qui servent de logements aux outils à brocher, on peut, en outre, encastrer des profilés en U dans la masse de la garniture, les faces internes radiales desdits profilés fournissant une surface d'appui d'une aire considérable aux faces radiales externes des outils. Dans la pratique, un matériau qui s'est avéré particulièrement adéquat pour constituer la garniture intérieure porte-outil est une résine moulée à base d'époxyde, contenant certains éléments de matières céramiques, métalliques ou autres. Toutefois, le lit garnissant le tube peut consister aussi en d'autres matériaux à consolider par un traitement a posteriori approprié, tels que, par exemple, les matériaux frittés ou des matières plastiques de nature différente présentant une solidité et une rigidité suffisantes. Quant au procédé permettant de confectionner le tube à brocher selon l'invention, il est caractérisé par les opéra- tions techniques simples suivantes: sur la face extérieure d'une broche pleine dont les cotes sont déterminées au préalable, on pratique par ablation de matière des rainures axiales, cette opération pouvant etre effectuée par exemple sur des fraiseuses ou des raboteuses ordinaires. Ce processus se distingue de celui qui consiste à pratiquer des rainures dans la face interne d'un corps tubulaires par le fait que 1 pièce est librement accessible sans aucune limitation et que le broche pleine peut etre positionnée et maintenue de façon sûre et rigide pendant l'usinage.La broche, ainsi pourvue de rainures axiales, et recouverte, le cas échéant, d'un lubrifiant de moule, est centrée ensuite dans un corps tubulaire en acier au moyen de deux plaques en bout, en laissant subsister un interstice radial On introduit ensuite dans cet interstice la matière de garnis- sage qui doit former l'appui intérieur de l'outil et qui v est solidifiée par des procédés ad hoc Si l'on utilise, par exemple, comme matière de garnissage une résine époxy injectable renforcée d'autres éléments, on procède simplement à lrin- jection du moulage dons l'interstice entre la broche pleine et le corps tubulaire d'acier, la garniture étant ensuite consolidée par solidification de la résine moulée.Selon les propriétés du matériu servant de garniture, à base de matières plastiques ou autres, les mesures propres . consolider ledit matériau peuvent comporter, entre autres, un réchauffage plus ou moins important. Pour assurer un appui sûr des broches servant d'outils par une aire importante et pour transmettre correctement les efforts anormalement élevés de cisaillement ou de compression qui s'exercent dans le tube à brocher, on peut utiliser, pour former et pour limiter les rainures d'assise, des profilés métalliques en U. Pour encastrer à coup sur ces profilés dans le matériau de garniture, on les presse d'abord sur les dents de la broche pleine préalablement enduite d'un lubrifiant de moule. Après l'injection du matériau de garnissage, une liaison solide s'établit sur toute la longueur entre les parois extérieures de ces profilés et le matériau de garniture, réalisant un encastrement ferme des profilés dans la garniture sur une surface considérable. L'injection de la garniture dans l'interstice subsistant entre la broche pleine et le corps tubulaire en acier, ladite garniture consistant en une matière plastique, en présence ou non de profilés en U, est une solution qui s'offre grâce à l'extraordinaire simplicité de manipulation des matières plastiques. En introduisant ensuite les broches creuses très précisément dans les rainures, on obtient une grande surface d'appui ininterrompue de leurs faces radiales externes, d'où résulte une répartition régulière des efforts de cisaillement exercés sur le tube pendant le brochage, cee efforts pouvant etre absorbés sans difficulté par les matières plastiques de composition variée, utilisées jusqu'à présent pour la fixation de douilles d'appui. La description qui suit concerne un exemple de réalisation du tube à brocher selon l'invention, sans caractère limitatif, illustré en détail aux dessins annexés. La fig. 1 est une coupe axiale d'un tube à brocher contenant une broche pleine. La fig. 2 est une vue en bout montrant une face frontale du tube selon la fig. 1 avec un disque de centrage. La fig. 3 est une vue en coupe du tube à brocher selon la line III-III de la fig. 1. La fig. 4 est une vue en bout de l'autre face frontale du tube à brocher selon la fig. 1, avec une bague de centrage. La fig. 5 est une-vue en coupe du tube s brocher ce 10 fig. 1, selon le plan de coupe de la fig. 3, ledit tube contenant des broches creuses utilisées nour un processus d'usinage. Le tube à brocher terminé illustré à la fig. 5 se compose d'un corps tubulaire en acier 1 dont le bout inférieur s'adapte avec précision à une bride non représentée au dessin, laquelle permet de le fixer et de l'orienter exactement sur le plateau de la machine. La paroi intérieure de ce tube d'acier 1, éventuellement rendue rugueuse ou pourvue d'embouts d'ancrage faisant corps avec elle, est fermement reliée à une garniture, composée par exemple d'une matière plastique appropriée, qui forme la surface de base 2 de l'outil et qui présente des rainures axiales 3 orientées radialement vers l'intérieur, servant de logement aux outils amovibles de brochage 4 qui se présentent sous la forme de broches creuses.Ces broches 4, étroitement adaptées aux rainures 3, y sont bloquées par des vis de serrage 5 logées dans des alésages radiales 6 pratiqués dans le corps tubulaire 1 et dans la garniture 2. Pour brocher par l'extérieur la roue planétaire représentée à la fig. 5, cette dernière est servee par son axe un support de blocage à mouvement hydraulique pour obtenir un guidage précis pendant le brochage, puis poussée à travers le tube de brochage par un piston non représenté, selon les errements usuels, en injectant en marne temns des quantités relativement importantes de lubrifiant. Quant à la fabrication du tube de brochage selon l'invention, il est décrit ci-après à l'aide des fig. 1 à 4. Sur une machine-outil ordinaire, on creuse des rainures axia les 7 sur une broche pleine 8. La réalisation de telles rainures sur la broche pleine, par exemple sur une fraiseuse et raboteuse à rbre aannelé, ne présente pas-de difficultés, même en observant des tolérances minimes, car la pièce, rigide nar nature, peut etre fixée sur une surface d'appui importante sans aucune limitation due à l'encombrement. La broche pleine 8 munie de ses rainures 7 est ensuite enduite d'un lubrifiant de moule et centrée dans le tube 1 en laissant subsister un interstiee radial. Pour effectuer le centrage, des épaulements annulaires 9 et 10 sont ménagés aux deux bouts du tube 1, de façon à pouvoir y introduire une bague de centrage 11 ou un disque de centrage supérieur 13 laissant libres des orifices d'injection 12.Les ouvertures axiales des deux organes de centrage 11 et 13 reçoivent des fusées de centrage 14, 15 dui font-partie de la broche pleine 8. Après avoir centré la broche pleine 8 à l'intérieur du tube 1, on introduit une matière de garnissage 16 dans l'interstice libre subsistant entre la broche 8 et le tube 1 pour censtituer la garniture porte-outil 2. Dans l'exemple d'exécution représenté, la matière de garnissage 16 se compose d'une matière plastique injectable, renforcée par certains éléments additionnels, céramiques ou métalliques. Pendant le durcissement de la matière plastique ainsi injectée, une liaison solide s'éta- blit entre la paroi intérieure du corps tubulaire 1 et la matière de garnissage 16 qui forme la garniture porte-outil 2. Un collage de la broche pleine 8 à la garniture est évité grâce au lubrifiant dont ladite broche a été préalablement enduite. Après le durcissement de la matière plastique, on enlève les bagues de centrage 11 et 13 et on peut extraire la broche pleine 8 du tube à l'aide d'un disnositif approprié. or terminer la fabrication du tube à brocher, on perce les alésages radiaux 6 pour y loger les vis de blocage 5. Ainsi que le montrent les fig. 1 et 3, il peut y avoir intérêt, dans certains cas, à pratiquer ces alésages radiaux/avanr. a InJecter la matière de garnissage pour y introduire des douilles 18 dont les extrémites intérieures vont jusqu'à la paroi externe de la broche pleine.Ces extrémités, qui font saillie dans l'interstice subsistant, sont ensuite complètement noyées dans la matière de garnissage injectée. La fig. 3 montre une variante du tube à brocher selon la fig. 1. L'une des rainures y est bordée par un prof en U i9, qui peut être par exemple en acier ou en un autre métal approprié et qui est encastré dans la garniture. Pour confectionner un tel tube, on presse simplement ces profilés 19 sur les dents 20 de la broche pleine 8, préalablement enduite de lubrifiant, qui est ensuite centrée dans le tube 1. Après avoir extrait la broche pleine du tube, on y insère les outils à brocher amovibles 4 représentés Fig. 5 dans les rainures 3 ou 7 et on les bloque dans le sens axial à l'aide de plaques en bout, non renrésentées, de façon que les vis de blocage nh'aient pas à absorber d'efforts dus au processus de brochage. L'invention n'est pas limitée au mode d'exécution illustré et décrit ci-dessus. Bien au contraire, il est possible, en principe, de fixer dans une garniture d'autres outils amovibles utilisés pour des travaux d'ablation de matière, en ménageant dans ladite garniture, selon le procédé visé ci-dessus, des évidements ou des rainures, pour peu que les surfaces d'appui des outils considérés soient de dimensions suffisantes pour transmettre les efforts de cisaillement aux organes de support formés par la matière de garnissage consolidée. R E V E N D I C A T I O N S . 1. Tube à brocher destiné au brochage extérieur de formes à contour fermé, ledit tube comportant un logement cylindrique creux porte-outils dont la paroi intérieure est pourvue de rainures axiales ainsi que d'organes de fixation desserrables, capables de maintenir des outils de brochage dans une position bien déterminée quoiqu'amovible, et étant caractérisé en ce que le logement de l'outil de brochage se compose d'un tube extérieur monobloc en acier (1) et d'une garniture radiale intérieure (2, 16) portant sur toute la longueur dudit tube, fermement liée à la paroi intérieure du tube d'acier et présentant, sur sa face interne, des rainures axiales (3, 7) destinées à recevoir les outils de brochage creux (4). 2. Tube à brocher selon la revendication 1, caractérisé en ce que des douilles radiales (18) sont disposées dans le corps tubulaire en acier e+ dans la garniture porte-outil pour recevoir les organes de fixation (5). 3. Tube à brocher selon les revendications 1 ou 2, caractérisé on ce que les rainures axiales sont bordées, à leur surface de séparation d'avec la garniture, par des profilés en U (19) solidement encastrés dans la matière très résistante de garnissage. 4. Tube à brocher selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi intérieure du cores tubulaire en acier est rugueuse ou qu'elle comporte des protubérances 9.our obtenir un ancrage solide de la matière de garnissage. 5. Tube è brocher selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matière de garnissage qui forme le logement de l'outil est une matière plastique. 6. Tube à brocher selon la revendication 5, caractérisé en ce que la matière plastique est une résine époxy additionnée d'éléments de remplissage. 7. Procédé de fabrication d'un tube à brocher selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que des rainures axiales sont creusées dans une broche pleine servant de noyau , cette dernière étant centrée à l'intérieur du corps tubulaire en acier en laissant subsister un interstice radial, et qu'une matière de garnissage est injectée dans ledit interstice subsistant ontre le corps tubulaire et le noyau prof lé, ladite matière étant solidifiée avant d'extraire le noyau du tube à brocher ainsi formé. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'après l'extraction de la broche pleine qui forme le noyau du moule, des alésages radiaux sont forés dans le tube à brocher ainsi confectionné, pour servir de logements aux vis de blocage destinées à immobiliser les outils amovibles lorsque ceux-ci sont introduits dans l-s rainures. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'avant l'injection de la matière plastique à mouler, des douilles sont fixées dans des alésages radiaux du corps tubulaire, les extrémités intérieures desdites douilles étant noyées dans la matière de garnissage. 10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'après le creusement des rainures sur la surface de la broche pleine-servant de noyau, cette dernière est enduite d'un agent de séparation. 11. Procédé selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que l'interstice subsistant entre le corps tubulaire en acier et la broche pleine servant de noyau est garni d'une matière plastique fluide.