Brevet FR2416082A1 — publié le 19790831

La présente invention concerne les procédés de fabrication d'éléments élastiques pliés d'une seule pièce (monobloc) et a notamment pour objet un procédé de fabrication d'organes d'expansion tangentiels pour les segments racleurs plats des pistons. Pour plus de simplicité, l'organe en question sera désigné dans ce qui suit par "expandeur tangentiel". On connais un procédé de fabrication d'expandeurs tangentiels pliés monobloc pour les segments racleurs plats (brevet français n01 529 788), qui comprend les opérations suivantes - façonnage d'une ébauche en forme de serpentin en fil rond - aplatissement du serpentin en fil rond pour le transformer en serpentin en fil rectangulaire - formation, par refoulement, de butees et de nervures de rigidité dans le serpentin en fil rectangulaire - calibrage en largeur du serpentin avec les butées et les nervures de rigidité refoulées - pliage du serpentin calibré pour lui donner un profil en U. Les inconvénients de ce procédé connu de fabrication d'expandeurs tangentiels pliés monobloc consistent avant tout en ce que l'aplatissement du serpentin en fil rond est une opération exigeant beaucoup de travail, car il faut procéder à un recuit préliminaire du serpentin pour supprimer les contraintes internes après le pliage du fil rond en serpentin, ainsi qu'à des recuits intermédiaires après chaque passe d'aplatissement, dont le nombre est d'au moins deux. Dans le cas contraire, des fissures peuvent apparaître dans le serpentin, car le taux de déformation est assez élevé.Du point de vue de ses propriétés mécaniques, le fil est anisotrope, aussi sa déformation pendant l'aplatissement doit-elle être rigoureusement dirigée, avec maintien du serpentin au pas d'écartement de ses plis, la réalisation de cette condition étant tout à fait problematique. Dans le cas contraire il peut se produire des renflements locaux et des faussages du serpentin par suite de l'irrégularité de I'écrouisage. Tout le processus d'aplatissement, y compris les recuits intermédiaires, doit se dérouler sur le serpentin maintenu, ce qui est difficile à réaliser. En outre, la formation des butées par refoulement, suivie du calibrage du serpentin en largeur, exige elle aussi beaucoup de travail, et ce, pour les mimes raisons que l'aplatissement. Il faut tenir compte ici que la hauteur des butées doit être réalisée avec une grande précision (dans une marge de 0,05 mm). Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients des procédés connus de fabrication des expandeurs tangentiels pour les segments racleurs des pistons par déformation plastique et de créer un procédé perfectionné pour la fabrication desdits expandeurs. On s'est proposé, pour cela, de modifier la méthode de formage du serpentin élastique initial à profil en U de façon à obtenir un expandeur tangentiel de précision accrue sans augmentation des dépenses de main-d'oeuvre. La solution consiste en un procédé de fabrication d'expandeurs tangentiels pour segments racleurs de pistons, suivant lequel on réalise à partir d'un fil aplati une ébauche initiale plate en forme de serpentin, on forme sur celui-ci des rebords de butée, on calibre lesdits rebords, on plie le serpentin pour lui donner un profil de section droite en U, on enroule ce serpentin en hélice sur un mandrin, puis on le coupe en tronçons de longueur prédéterminée, qui constituent chacun un expandeur tangentiel sous la forme d'un anneau élastique plié monobloc, ledit procédé étant caractérisé, suivant l'invention, en ce que ltaplatis- sement du fil rond est exécuté avant son pliage en serpentin élastique, lesdits rebords de butée sont formés avec les parties segmentaires du serpentin élastique, les rebords de butée obtenus par rabattement étant ensuite calibrés en hauteur, et après ledit enroulement du serpentin en hélice sur le mandrin, on le fixe en diamètre et on lui fait subir un traitement thermique durcissant en position maintenue. Une telle séquence opératoire permet d'obtenir une précision accrue aussi bien au cours de la mise en forme du serpentin élastique lui-meme que lors des opérations suivantes de rabattement et de calibrage des rebords de butée, le processus décrit permettant d'obtenir un serpentin élastique sans modifications indésirables de la structure du ruban métallique qui seraient susceptibles d'avoir une influence nuisible sur les caractéristiques de résistance et d'élasticité du produit final. D'après un mode de réalisation de l'invention, le procédé de fabrication d'expandeurs tangentiels est caractérisé en ce que les opérations précitées de formage et de calibrage des rebords de butée sont exécutées avec maintien du serpentin élastique au pas d'écartement de ses ondulations. Un tel maintien du serpentin élastique à façonner permet de respecter les prescriptions de précision relatives aux cotes de l'expandeur tangentiel à fabriquer, sans accroissement des dépenses de main-d'oeuvre. Dans ce qui suit, l'invention est expliquée avec plus de détails à laide d'un exemple de réalisation non limitatif illustré par les dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 représente un serpentin élastique plat de départ - la figure 2 représente le serpentin de la figure 1, pourvu de rebords de butée obtenus par rabattement - la figure 3 est une vue en coupe suivant III-III de la figure 2 - la figure 4 représente le serpentin élastique profilé en U - la figure 5 est une vue en coupe suivant V-V de la figure 4 - la figure 6 représente le serpentin élastique sur le mandrin - la figure 7 représente une vue en coupe suivant VII-VII de la figure 6 - la figure 8 représente une vue de face d'une tête profileuse - la figure 9 représente une vue en coupe suivant IX-IX de la figure 8 - la figure 10 représente un dispositif de pliage pour l'obtention du profil en U - la figure Il est une vue en coupe suivant XI-XI de la figure 10 - la figure 12 représente l'outil pour le calibrage du profil en U - la figure 13 représente une vue en coupe suivant XIII-XIII de la figure 12 - la figure 14 est une vue éclatée d'un segment racleur comportant un expandeur tangentiel conforme à l'invention. L'ébauche en forme de serpentin initial est donc fabriquée à partir d'un ruban ou d'une bande aplatie à section rectangulaire, puis les rebords de butée sont formés par rabattement et calibrés en hauteur, le serpentin est plié de manière à obtenir un profil en U,pds le serpentin à profil en U est enroulé en hélice sur un mandrin, sur lequel ladite hélice est hétir=e est trempée et ée thermiquement, après Toutes les opérations de profilage sont exécutées avec fixation du pas d'écartement des ondulations du serpentin au moyen d'ergots et de dents prévus sur l'coutil de profilage. Exemple. Les expandeurs tangentiels pliés monobloc sont fabriqués suivant la séquence suivante 1. On façonne une ébauche en forme de serpentin élastique 1 constituée dgun ruban ou d'une bande d'acier aplati à section rectangulaire (b x s), avec maintien du pas d'écartement na" des plis du serpentin (figure 1). 2. On forme par rabattement les rebords de butée 2, avec maintien du serpentin au pas d'écartement "a" (figure 2). 3. En calibre les rebords de butée en hauteur à la cote "h", avec maintien du serpentin au pas d'écartement "a" (figures 2, 3). 4. On plie le serpentin pour obtenir un profil en U, avec maintien au pas d'écartement "a" (figures 4, 5). 5. On calibre le profil en U à la cote "H" et à l'angle ni n, avec maintien au pas d'écartement "a" (figure 5). 6. On enroule en hélice sur un mandrin 3 le serpentin à profilée U (figures 6, 7). 7. On soumet à une trempe l'hélice profilée se trouvant sur le mandrin 3. 8. On fait subir un revenu à l'hélice profilée se trouvant sur le mandrin 3. 9o On enlève l'hélice profilée du mandrin 3 et on la cisaille en expandeurs distincts. 10. On affranchit les faces du joint de 19expandeur suivant son rayon. Le procédé de fabrication d'expandeurs tangentiels faisant l'objet de l'invention diffère du procédé connu en ce que l'ébauche en forme de serpentin élastique 1 (figure 1) est fabriquée à partir d'un ruban ou d'une bande aplatie à section rectangulaire (b x s), et non à partir d'un fil rond. Les butées sont réalisées par pliage suivi d'un calibrage en hauteur à la cote "h", et non par refoulement suivi d'un calibrage en largeur du serpentin. Le procédé de fabrication dtexpandeurs tangentiels conforme à l'invention permet de supprimer les opérations exigeant beaucoup de travail, telles que les recuits intermédiaires répétés et le refoulement, qui doivent entre exécutés sur le serpentin en position maIntenue. Il faut aussi noter que la précision en hauteur "h" des rebords de butée 2, quand ils sont réalisés par pliage suivi d'un calibrage, est bien plus élevée que celle des butées réalisées par refoulement. Le maintien du serpentin, dans le procédé conforme à l'invention, ne s'effectue que pour conserver le pas ta" d'écartement de ses plis pendant le profilage de ltexpandeur tangentiel. Ce maintien peut entre assuré par des ergots et des dents prévus sur l'outil de profilage. Dans oecisuit, on va examiner un peu plus en détail les opérations constitutives du procédé et ltéquipement utilisé pour les réaliser. Pliage et calibrage en hauteur des rebords de butée de l'expandeur tangentiel La formation par rabattement des rebords de butée 2 du serpentin s'effectue par profilage à laide de galets, avec maintien du pas "a" par des ergots disposés radialement, en quinconce, suivant la périphérie de lVun des galets, le second galet comportant des logements dans lesquels viennent se placer les têtes desdits ergots Le rabattement des bords pour la formation des rebords de butée s'effectue en quatre passes (quatre paires de galets). Le calibrage à la hauteur "h" des rebords de butée s'effectue par laminage à l'aide de galets, en quatre passes (deux calibrages préliminaires, deux calibrages d'achèvement), avec maintien du pas "a" par des ergots disposés radialement, en quinconce, sur l'un des galets de chaque paire. Le rabattement et le calibrage des rebords de butée à la hauteur "h" s'effectuent dans des tettes profileuses. Considérant par exemple le calibrage des rebords de butée à la hauteur "h", la tête profileuse utilisée est constituée et fonctionne comme suit. La figure 8 représente la tette profileuse en projection frontale ; la figure 9 est une vue en coupe suivant IX-IX de la figure 8. La tette profileuse comprend un bAti 4 (figure 8), un galet supérieur 5 pourvu d'ergots (non représentés) disposés en quinconce suivant sa circonférence, un galet inférieur 6 comportant des logements dans lesquels viennent se placer les ergots. Le galet supérieur 5 peut être réglé en position en étant déplacé en montée et en descente à l'aide d'une vis de règlage 7, ce qui facilite le remplacement des galets 5 et 6. Le galet inférieur 6 est entraîné en rotation par un moteur électrique (non représenté), le couple moteur étant transmis au galet supérieur 5 par des pignons 8 et 9 (figure 9).Sur les bouts arrière de l'arbre supérieur 10 et de l'arbre inférieur Il sont fixés des disques d'appt 12 et 13etZs galets 5 et 6 s'encastrent l'un dans l'autre à la périphérie de la surface inactive. Quand l'arbre supérieur 10 est abaissé à fond, l'écartement de travail nécessaire s'établit entre les galets 5 et 6 dans la zone de formage. Pour accrot- tre la rigidité de la teste et, par conséquent, la précision du calibrage des rebords de butée à la hauteur "h", les bouts avant des arbres 10 et 11 portent des disques d'appui 14 et 15 qui coopèrent avec des disques 16 (figure 8) montés sur des supports 17 dans le bâti 4 de la teste. Les disques d'appui 14 et 15 sont clavetés sur les arbres 10 et 11.Le couple des arbres 10 et Il est transmis aux disques 14 et 15, et ensuite, par des griffes frontales 18 (figure 9) à section triangulaire, aux galets 5 et 6. La tête profileuse fonctionne de la façon suivante. Le serpentin, sur lequel ont été préalablement formés par rabattement aes rebords de butée 2 et qui est maintenu au pas "an par les ergots disposés sur le galet supérieur 5, défile dans l'écartement entre les galets 5 et 6 (qui tournent à la rencontre l'un de l9autre), ce qui assure la déformation plastique desdits rebords de butée qui après cette opération de laminage, acquièrent une dimension en hauteur "h" stable. Pliage suivant un profil en U Le pliage pour l'obtention du profil en U s'effectue dans un outil de pliage, en une seule passe, avec maintien des plis du serpentin au pas "a" par des ergots uniformément répartie sur la circonférence du poinçon de lloutil. Le dispositif de pliage est représenté sur la figure 10 en projection frontale, et sur la figure 11, en coupe suivant XI-XI de la figure 10 (position avant le pliage du serpentin; Le dispositif de pliage comprend un bâti 19 dans lequel sont montés un arbre portant des pignons coniques, un arbre portant à un bout un plateau et un doigt de mécanisme à croix de Malte (non représenté), et à son autre bout, un plateau 20 et un manteau 21 de manivelle, un arbre portant à un bout la croix de Malte (non représenté), et à l'autre bout, le poinçon 22 de l'outil de pliage, suivant la circonférence duquel sont disposés des ergots 22a (figure 11) pour le maintien du serpentin au pas plat, Sur le b ti 19 (figure 10) est fixé un support 23 avec un axe 24 sur lequel oscille un levier du second genre 25, actionné par l'arbre à l'aide d'une bielle 26 dont la longueur est réglable au moyen de l'écrou 27. Le bout libre du levier 25 est relié par une tige 28 à la matrice 29 de l'coutil de pliage, qui est animée d'un mouvement rectiligne alternatif. A,1Pinté- rieur de la matrice 29 est placé un organe de serrage 30 (figure 11) comportant des encoches 30a dans lesquelles viennent se placer les ergots 22a du poinçon 22. L'organe de serrage 30 est serré contre la matrice 29 par un ressort 31. Le dispositif de pliage qui vient contre décrit fonctionne de la façon suivante. L'arbre étant entraîné en rotation par un moteur électrique (non représenté sur les figures), les pignons coniques transmettent la rotation à l'arbre intermédiaire, lequel imprime à l'arbre de la croix de Malte une rotation intermittente. Le même arbre intermédiaire anime la matrice 29 d'un mouvement-rectiligne alternatif à l'aide de la manivelle (pièces 20, 21), de la bielle 26, du levier 25 et de la tige 28. A chaque rotation du poinçon 22, une partie du serpentin se présente dans la zone de pliage, et quand la matrice 29 exécute son mouvement de descente, le serpentin est d'abord serré contre le poinçon 22 par l'organe de serrage 30 sous l'action du ressort 31, puis, la descentre de la matrice 29-continuant, celle-ci plie le serpentin. Cela fait, la matrice 29 revient à sa position haute, le poinçon 22 tourne d'un angle déterminé en présentant dans la zone de pliage (sous la matrice 29) la partie suivante du serpentin, et le cycle de pliage se répète. Calibrage du Profil en U à la cote nH" (figure 5) et à l'angle Le calibrage du profil en U s1 effectue dans l'outil en une seule passe, avec maintien des plis du serpentin au pas na" par des ergots répartis uniformément sur la circonférence du poinçon 32. Le dispositif de calibrage est représenté sur la figure 12 en projection frontale, et sur la figure 13, en coupe suivant XIII-XIII de la figure 12. En ce qui concerne la transmission des mouvements à partir du moteur électrique, le dispositif de calibrage est analogue au dispositif de pliage suivant un profil en U, mais l'outil de calibrage diffère de ltoutil de pliage. Il comprend un poinçon 32 (figures 12, 13) avec des ergots 32a disposés sur sa circonférence, une tige 33 solidaire d'une chape 34 dans laquelle est fixé un axe 35. Sur l'axe 35 est monté un cadre 36, dont les biseaux 36a coopèrent avec des taquets 37 fixés à des leviers 38 oscillant autour d'un axe 39 fixé dans l'organe de serrage 40. Sur les leviers 38 sont rigidement fixés des mors 41 qui assurent le calibrage du serpentin directement sur le poinçon 32 à la cote "H" et à l'angle "c4" (figure 5).Le cadre 36 (figures 13, 12) peut se déplacer par rapport à l'organe de serrage 40, en comprimant alors l'élément élastique 42 réalisé sous la forme d'un ressort ou d'un tampon de caoutchouc. L'outillage fonctionne de la façon suivante. Quand le poinçon 32 tourne dBun angle déterminé, une partie du serpentin se présente dans la zone de l'outil. La tige 33 descend en cainnuti, le cadre e 36 en entraînant avec elle l'organe de serrage 40 et l pièces 37, 38 et 41 qui lui sont liées. L'organe de serrage 40 serre le serpentin contre le poinçon 32 ets'arrzete (les pièces 37, 38, et 41 qui lui sont liées s'arrêtent alors elles aussi), tandis que la tige 33 et le cadre 36 continuent de descendre en comprimant l'élément élastique 42.Les biseaux 36a du cadre 36 pressent sur les taquets 37, les leviers 38 basculent autour de l'axe 39 et les mors 41 serrent le serpentin des deux côtés du poinçon 32, en assurant ainsi le calibrage du profil en U à la cote "H" et à l'angle t' ". Quand le cadre 36 remonte, les saillies 36b agissent sur les taquets 38a des leviers 38 ; ceux-ci, en commun avec les mors 41, s'écartent du poinçon 32. Ensuite toute la partie mobile de l'outil retourne à sa position haute et le poinçon 32 tourne d'un angle déterminé autour de son axe, en présentant ainsi la partie suivante du serpentin, Le cycle de calibrage se répète On va maintenant décrire le segment racleur composite fini, fabriqué à partir d'un ruban (bande) d'acier et comportant un expandeur tangentiel plié monobloc, fabriqué par le procédé conforme à l'invention. Le segment racleur composite comprend deux anneaux plats chromés 42 (figure 14) destinés à distribuer uniformément un film d'huile optimal sur la surface du cylindre du moteur, et à chasser les excès dthuile vers le carter du moteur. Les anneaux plats 42 ont un diamètre proche de celui du cylindre du moteur. Ils sont réalisés chacun à partir d'un ruban ou bande d'acier à ressort aplati,ix-etcritr sur champ suivant une circonférence exacte (régulière), et présentant entre ses extrémités un jeu de dilatation 43 assurant la compensation de l'augmentation de sa longueur développée lors de son exploitation à des températures allant jusqu'à 1500C. La surface active 44 des anneaux est chromée ou molybdénée afin d1en accrottre la tenue à l'usure. Les anneaux sont doués d'élasticité et leur forme initiale ne se modifie pas csarils sont montés sur le piston et qu'ils s'élargissent (s'étirent) de 8 à 10 % en diamètre. L'expandeur tangentiel 45 plié monobloc est destiné à assurer l'application parfaite des anneaux plats chromés sur la paroi du cylindre du moteur et sur les flancs de la gorge du piston pendant le mouvement rectiligne alternatif de ce dernier, ainsi qu'à chasser les excès d'huile vers le carter du moteur, à travers les trous percés dans le piston. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'organes dtexpansion tangentiels pour segments racleurs de pistons, du type consistant à réaliser, à partir d'un fil rond, un serpentin élastique plat initial, à aplatir le fil dudit serpentin, à former sur ledit serpentin des rebords de butée, à calibrer ces rebords, à plier le serpentin pour lui donner un profil de section droite en U, à enrouler en hélice sur un mandrin le serpentin ainsi plié, puis à couper l'hélice en tronçons de longueur prédéterminée constituant chacun un organe d'expan- sion tangentiel sous la forme d'un anneau élastique plié monobloc, caractérisé en ce que l'aplatissement du fil rond est exécuté avant son pliage en serpentin élastique, que les rebords de butée sont formés avec les parties segmentaires du serpentin élastique, les rebords de butée obtenus par rabattement étant ensuite calibrés en hauteur, et qu'après enroulement en hélice du serpentin sur un mandrin, on le fixe en diamètre et on lui fait subir un traitement thermique durcissant en position maintenue. 2. Procédé de fabrication d'organes doexpansion tangentiels selon la revendication 1, caractérisé en ce que les opérations précitées de formage et de calibrage des rebords de butée sont exécutées avec maintien du serpentin élastique suivant le pas d'écartement de'ses ondulations. 3. Organe d'expansion tangentiel pour segment racleur de piston, caractérisé en ce qu'il est fabriqué par le procédé faisant l'objet de l'une des revendications 1 et 2. 4. Segment racleur de piston, caractérisé en ce qu'il comporte un organe d'expansion obtenu par le procédé faisant l'obået de l'une des revendications 1 et 2.