Brevet FR2480149A1 — publié le 19811016

Z480149 L'invention concerne un procédé et un ap- pareil pour le calibrage d'objets tubulaires formés d'une matière métallique pulvérulente qui a subi une compression isostatique et ensuite une opération de frittage. Il faut-noter que, bien que l'invention soit considérée comme spécialement utile au calibra- ge de chemises destinées aux cylindres des moteurs à combustion interne, son domaine général d'applica- tion est beaucoup plus large et s'étend à tous les objets tubulaires fabriqués de la façon que l'on vient d'indiquer. Il est connu de calibrer un objet tubu- laire du type défini ci-dessus, y compris des chemi- ses de cylindre, en plaçant la chemise autour d'un mandrin cylindrique. Pour des raisons évidentes il est alors nécessaire que le diamètre intérieur de la chemise soit supérieur au diamètre du mandrin dans une mesure suffisante pour permettre de monter com- modément la chemise sur le mandrin. Le processus de calibrage consiste à soumettre la chemise à des for- ces agissant radialement vers l'intérieur, tendant à amener la surface intérieure de la chemise en contact intime et exact avec la surface cylindrique du man- drin. Ainsi qu'on le comprend: cela signifie qu'il faut réduire le diamètre intérieur de la chemise dans une mesure correspondant au jeu initial entre le man- drin et la chemise. Cette déformation forcée de la chemise engendre au sein de sa matière des forces de réaction sous la forme de tensions qui tendent à con- trarier la déformation. Le résultat tangible de la présence de ces tensions internes dans la matière peut se manifester sous deux formes différentes qui peuvent être présentes séparément ou en combinaison. Une chemise de cylindre qui nst pas encore calibrée présente généralement des irrégularités no- tables en ce qui concerne l'épaisseur de paroi, le diamètre et la forme circulaire. Si le diamètre inté- rieur dépasse notablement le diamètre du mandrin, la chemise ne peut pas se déformer pour entrer en con- tact intime avec le mandrin sur toute sa circonfé- rence. Au lieu de cela, dans un secteur plus ou moins grand, la chemise bombe en s'écartant du mandrin ou, en d'autres termes, il se forme un "pli".-Si en ou- tre il existe l'une des deux autres irrégularités que l'on vient de mentionner, ou les deux à la fois, cette déformation indésirable s'accentue. Si l'épais- seur de paroi de la chemise est petite à un endroit dans la direction circonférentielle, cela indique la formation d'un pli dans cette région. De façon cor- respondante, si la chemise brute s'écarte d'une forme vraiment circulaire lorsqu'on l'introduit dans la presse de calibrage, cet écart s'amplifie lorsque le Jeu entre le mandrin et la chemise est trop grand comme on vient de l'indiquer. Il faut observer aussi que la chemise brute peut aussi présenter, dans la direction de son axe longitudinal, des variations de ce genre qui peuvent provoquer la formation locale de plis à différents niveaux ou encore, que ces plis ont une grandeur différente à différents niveaux. On a trouvé que même dans les cas o les irrégularités de la chemise brute ne sont pas suffi- samment grandes pour causer la formation de plis lorsque la chemise entoure encore le mandrins elles peuvent 9tre assez grandes pour maintenir au sein de la matière des contraintes qui apparaissent par la suite, quand la chemise a été déchargée des forces de compression agissant à l'intérieur de la presse et qu'elle a été retirée du mandrin. Dans l'un comme dans l'autre des cas décrits ci-dessus, il est appa- remment nécessaire de soumettre aussi la chemise ca- librée à une opération d'usinage pour assurer que les dimensions finales rentrent dans les limites de tolé- ranceo Un but principal de l'invention est de fours- 248 0 1 4 9 nir un procédé et un appareil permettant de calibrer des objets tubulaires, spécialement des chemises pour cylindres de moteurs à combustion interne, de façon telle que le risque de la création ou de la persistance d'irrégularités du type ici décrit soit fortement réduit. Pour être complet et pour éviter tout malentendus il faut ajouter que le mot "pli", employé ici, ne doit pas Otre interprété littérale- ment. Dans le contexte de l'invention, ce mot indi- que seulement que, dans une certaine partie de la circonférence de la chemise, il y a absence de con- tact complet entre les surfaces de la chemise et du mandrin. L'invention est basée sur cette idée que si l'on ajoute, au procédé classique de calibrage consistant à soumettre seulement la pièce tubulaire à des forces de compression agissant radialement vers l'intérieur, des forces agissant dans la direc- tion de l'axe longitudinal du mandrin, la précision du calibrage est fortement accrue de sorte qu'en gé- néral, il est superflu d'exécuter aussi un usinage, par exemple une rectification ou un rodage ou les deux, pour remplir la condition de tolérance. On décrira maintenant un mode d'exécution de l'invention à propos des dessins sur lesquels: la figure 1 est une coupe verticale d'un appareil selon l'invention; la figure 2 une coupe suivant la ligne II-II de la figure 1 et la figure 3 correspond à la figure 2 mais concerne la technique antérieure, c'est-à-dire un procédé de calibrage dans lequel la pièce tubulaire est soumise seulement à des pressions radiales mais non à une pression axiale. L'appareil représenté par les figures 1 et 2 est destiné au calibrage de chemises de cylindres de moteurs à combustion interne. Une chemise de cy- lindre 1 à calibrer est montée de telle sorte qu'elle entoure un mandrin de calibrage massif 2 formé d'acier et dont la surface extérieure a été po- lie de façon spéculaire. La paroi extérieure de la chemise 1 est entourée d'un manchon de caoutchouc 3 monté à l'intérieur d'une enveloppe de presse à pa- roi épaisse 4 dont la chambre de presse a une forme telle qu'entre sa paroi intérieure et le manchon de caoutchouc 5 est défini un espacement à section annul- laire logeant le fluide hydraulique de pression 5. Le fluide de pression est amené à la chambre de presse par une perforation 6 traversant la paroi de l'enveloppe et il est fourni par une source de pres- sion appropriée (non représentée). Quand le fluide hydraulique est mis sous pression, la pression correspondante, par l'intermé- diaire du manchon de caoutchouc, pousse la chemise de cylindre 1 en contact intime avec le mandrin 2. Les composants de l'appareil décrit jusqu'ici appartien- nent à la technique antérieure. La différence nota- ble entre la technique antérieure et le principe de l'invention est la suivante. Dans l'appareil de la technique antérieure, le mandrin fait généralement corps avec l'enveloppe de presse à son extrémité in- férieure. D'autre part, quand la chemise de cylindre a été montée à l'intérieur de la presse de calibrage, l'ouverture située au-dessus de l'extrémité supé- rieure du mandrin est fermée par un bouchon relié rigidement à la chemise. Par contre, selon le mode d'exécution de l'invention qui est ici décrit aux fins d'illustration, des pistons respectifs 7 et 8 pénètrent l'enveloppe 4 aux deux extrémités du man- drin. Le piston inférieur 8 est supporté par une ma- trice 9 tandis que la surface supérieure du piston supérieur 7 touche le bas d'un plongeur 10 qui peut 8tre déplacé axialement, de préférence au moyen d'un vérin hydraulique. A son extrémité intérieure en di- rection axiale, chacun des pistons 7 et 8 présente un rebord annulaire respectif 7a, 8a, les diamètres intérieurs et extérieurs des rebords correspondant pratiquement aux mesures correspondantes de la che- mise 1. Entre le piston 8 et le mandrin 2 est monté un ressort de compression 15. La surface extérieure des rebords 7a et 8a est entourée d'anneaux d'étan- chéité 117 12 montés dans des gorges correspondantes du manchon de caoutchouc 3. L'enveloppe de presse 4 est entourée, de manière en ellemême connue, d'une ceinture 14 de fils d'acier précontraints en trac- tion, On décrira ci-après le mode de fonctionne- ment de l'appareil décrit ci-dessus tout en expli- quant comment peut se pratiquer le procédé selon l'invention, Tout d'abord, on maintient le plongeur 10 et le piston 7 dans des positions telles qu'elles permettent d'introduire dans l'appareil une chemise 1 à calibrer. La bordure inférieure de la chemise repose alors contre la surface supérieure du rebord 8a. On abaisse alors le plongeur 10 et le piston 7 de sorte que la bordure inférieure du rebord 7a tou- che la bordure supérieure de la chemise 1. Comme on le voit par la figure 1, les surfaces terminales horizontales des rebords 7a et 8a sont situées à une distance notable vers l'intérieur, relativement aux surfaces terminales correspondantes du mandrin 2e Ensuite, on met le fluide 5 sous pression dans la chambre de presse de l'appareil. Il en ré- sulte une pression agissant radialement vers l'inté- rieur qui pousse la chemise 1 en contact intime avec la surface cylindrique polie du mandrin 2. Ensuite, on met sous pression le vérin d'actionnement du plongeur 10, ce qui engendre une force tendant à dé- placer le piston 7 vers le bas. De façon connue, cela signifie que la chemise 1 se déplace axialement 2480 1 49 relativement au mandrin 2, le mouvement correspondant du piston 8 étant permis par le ressort 13. Il faut observer spécialement que l'amorçage du mouvement axial que l'on vient de mentionner peut s'effectuer avant ou après l'achèvement de létape de compres- sion radiale que l'on vient de décrire. Troisièmement, on porte la pression ra- diale à une plus grande valeur ou on la réapplique, mais à cette valeur plus grande. L'explication théorique probable des ré- sultats de calibrage avantageux obtenus dans la mise en oeuvre de l'invention est la suivante. Si pendant le stade initial de l'opération de compression ra- diale il reste ou il apparaît, dans une partie de la circonférence, un petit interstice entre le mandrin et la chemise, le déplacement axial relgche le ser- rage entre le mandrin et le reste de la chemise, après quoi la pression radiale accrue, appliquée pen- dant le deuxième stade de la compression radiale, pousse la chemise uniformément en contact avec le mandrin sur toute la circonférence, de sorte que l'on obtient une grande précision quant à la forme circu- laire. La différence entre la technique anté- rieure et le principe selon l'invention appara t à la comparaison entre la figure 3 et la figure 2. Sur la figure 3 - qui représente donc la technique an- térieure - on a représenté, très exagéré pour plus de clarté, un pli ou bombement dont l'extension an- gulaire est indiquée par "v". Typiquement, v peut représenter par exemple 20 à 301. Etant donné que pendant l'étape initiale de l'opération de compres- sion radiale le reste de la chemise 1, c'est-à-dire la partie située hors du secteur que l'on vient de mentionner, est arrivée d'abord en contact avec le mandrin, elle tend à compenser l'accroissement de diamètre en se dilatant dans d'autres directions, y 24801 i9 compris la direction circonférentielle. De cette ma- nière, au sein du secteur v est engendrée une force orientée tangentiellement et qui, par suite de la présence du bombement, comprend aussi une composante dirigée radialement vers l'extérieur. Le résultat en est que les forces de compression agissant radiale- ment vers l'intérieur ne déforment pas le bombement, du moins de façon permanente, en l'amenant en con- tact avec le mandrin. Par contre, lorsque, selon l'invention, on cesse d'appliquer la force de com- pression radiale ou bien on y ajoute la force axiale et si l'on n'applique la force de compression totale que lorsqu'un mouvement relatif axial s'est effectué, le résultat final est celui que montre la figure 2. La grandeur des pressions appliquées varie selon les dimensions et la composition de matière des objets traités. Etant donné que ces variations peu- vent porter sur une large gamme, le chiffre de 5 kbar mentionné maintenant signifie seulement l'ordre de grandeur de la pression radiale utilisée. Egalement en ce qui concerne les composants structuraux de l'appareil, on peut apporter de nombreuses variations dans le cadre de l'invention. ib REVENDICATIONS 1. Procédé de calibrage d'un objet tubu- laire, particulièrement d'une chemise de cylindre, formé de matière métallique pulvérulente ayant subi une compression statique et ensuite une opération de frittage, caractérisé par le fait que l'on place l'objet autour d'un mandrin central dans une presse isostatique, que l'on soumet l'objet d'abord à une force de compression dirigée radialement vers l'in- térieur, puis à une force orientée axialement pour déplacer l'objet axialement relativement au mandrin et finalement, à nouveau, à une force dirigée radia- lement vers l'intérieur et supérieure à la force ap- pliquée initialement. 2. Appareil pour la mise en oeuvre du pro- cédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend une presse isostatique comportant un mandrin central (2), des moyens (3, 4) permettant d'engendrer une force de compression agissant radia- lement vers l'intérieur en direction du mandrin, et des pistons (?, 8) disposés de manière à causer, pen- dant une opération de calibrage, un mouvement relatif orienté axialement entre l'objet (1) et le mandrin(2). 3. Appareil selon la revendication 2, ca- ractérisé par le fait qu'au moins un des pistons (7, 8) présente un rebord annulaire (7a, 8a) partant axialement de l'extrémité intérieure du piston cor- respondant et conçu pour entrer en contact par sa paroi intérieure avec le mandrin (2) et exécuter un mouvement orienté axialement relativement au mandrino 4. Appareil selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par des moyens élastiques (13) agissant entre le mandrin (2) et au moins un des pistons (7,8). 5. Appareil selon La revendication 2, ca- ractérisé par le fait que le fluide de pression de la presse est contenu dans une chambre dont la paroi ex- térieure est sous la forme d'une enveloppe tubulaire (4) entourée, de manière en elle-même connue, d'une ceinture de fils d'acier précontraint en traction.