Brevet FR2491375A1 — publié le 19820409

L'invention concerne un procédé de laminage de consolida- tion pour vilebrequins, notamment dans la courbe de raccordement des tourillons. Un certain nombre de dispositifs pour la mise en oeuvre de ce procédé ont fait l'objet des brevets allemands 1 070 955 et 21 46 994. Ces mêmes brevets ont en même temps défini des outils appropriés facilitant la mise en oeuvre du procédé. Une évolution de tels outils fait l'objet du brevet allemand 26 09 787. Dans la pratique, les dispositifs et les outils cités ci-dessus et utilisés pour la mise en oeuvre du procédé ont donné de bons résultats. Il arrive toutefois que, compte tenu du type de vilebrequin, il se forme sous l'effet du laminage de consolidation des courbures du flasque qui se traduisent par une ouverture de l'angle formé par les surfaces reliées au rayon de la courbe de raccordement, ouverture qui dépasse fréquemment et à certains endroits les li- mites de tolérances. Il incombe à l'invention de proposer un procédé de laminage de consolidation des vilebrequins qui permette de réduire l'ouver- ture angulaire autant que possible et de maintenir cette ouverture à une valeur constante dans le sens circonférentiel, afin qu'au stade des travaux de préparation il puisse être tenu compte de l'ouverture susceptible de se produire ultérieurement. Le problème ainsi posé est résolu par le fait que le laminage de consolidation couvre la période d'un angle de rotation If de 5600 de la pièce à usiner avec les forces de laminage F2 (If) qui diffèrent dans chacune des positions de l'angle de rotation et provoquent ainsi une ouverture constante de 1'angle " formé par les surfaces reliées au rayon correspondant de la courbe de rac- cordement et qui au moins dans la zone If" de l'angle de rdation, dans laquelle la résistance limite de fatigue joue un rôle déter- minant, atteignent au moins la valeur FDmin nécessaire à l'amélio- ration recherchée de cette résistance limite de fatigue. Ainsi le laminage de consolidation est réalisé avec des forces de laminage variables compte tenu de l'angle de rotation. Ces forces de lami- nage sont proportionnelles à la résistance à la déformation, op- posée à l'ouverture angulaire citée, dans chacune des zones à laminer. On réalise ainsi une ouverture angulaire homogène. Il y a lieu de veiller toutefois à ce que, dans les zones o la résis- tance limite de fatigue joue un r8le déterminant, la force de 2 2491375 laminage atteigne la valeur exigée par l'amélioration recherchée de cette résistance. Ces mesures font que l'amélioration de la résistance limite de fatigue atteint un degré connu au niveau actuel de la technique et que, vu dans le sens circonférentiel, l'ouverture angulaire reste constante et se trouve réduite au mi- nimum, compte tenu des forces de laminage appliquées. Selon une seconde forme de mise en oeuvre, il est proposé que les forces de laminage F2 ( Y) soient pulsées à une fréquence de 30 à 300 Hz et une amplitude qui atteint 5 à 50% de leur valeur D nominale momentanée, à la suite de quoi les zones les plus pro- fondes des empreintes provoquées sous l'effet des valeurs maxima- les des outils de laminage et qui pourraient être provoquées par une charge statique, se succèdent à un intervalle qui est au plus égal au double de la largeur d'une empreinte. La superposition de la force de laminage de base à une force de laminage pulsée de la fréquence et de l'amplitude données provoque, par rapport à l'effet de cette force de laminage de base, un accroissement de la profon- deur de consolidation et de la microdureté et, a fortiori, une amélioration de la résistance limite de fatigue. Par contre et D dans le cas o le degré d'amélioration de la résistance limite de fatigue est atteint-, le laminage peut être effectué avec des forces réduites et, a fortiori, avec des ouvertures angulaires plus fai- bles. Selon une troisième forme de mise en oeuvre de l'invention, il est proposé que la valeur minimale F2 des forces de laminage FS ('Y) corresponde à la valeur nécessaire à l'obtention d'un lissage de qualité voulue. Cette mesure permet d'associer l'amé- lioration de la résistance limite de fatigue à un lissage appro- prié, c'est-à-dire à une rugosité déterminée de la surface exté- D rieure de la pièce traitée. Selon encore une autre forme de réalisation de l'invention, il est proposé d'effectuer d'abord le laminage de consolidation selon le procédé défini plus haut (revendication 1) puis selon le procédé conforme à la seconde ou à la troisième forme de mise en oeuvre (revendications 2 ou 3). Ceci revient à dire que le procédé défini par l'invention est décomposé dans ses deux parties cons- titutives qui peuvent être appliquées indépendamment l'une de l'autre. Il est possible ainsi de contrôler le résultat des diffé- rents processus et de faire appel à des outils différents, ample- ment simplifiés et travaillant séparément. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés qui en illustrent divers exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur ces dessins: - la figure 1 représente un dispositif de laminage de consoli- dation selon la coupe par la ligne I-I de la figure 3, ainsi que le schéma du circuit de commande hydraulique; - la figure 2 représente un dispositif de laminage de consoli- dation selon la coupe par la ligne I-I de la figure 3, ainsi que le schéma du circuit de commande hydraulique; - la figure 3 représente la vue de dessus du dispositif de laminage, et - la figure 4 représente l'allure des courbes des forces de laminage F en fonction de l'angle de rotation f'de la pièce à usiner. Un bâti 1 porte deux villebrequins identiques, sous forme d'arbres de commande 2 et 3 maintenus dans les points d'appui 4, 4' et 5, 5'. Ces deux arbres de commande 2 et 3 portent, sur leur extrémité entraînée, les roues dentées 6 et 7 d'égales dimensions, qui engrènent dans une même roue dentée 8 maintenue sur le bâti. La roue dentée 7 est entraînée par le pignon 9 fixé sur l'axe d'un moteur 10. Sur chacun des tourillons Il et 12 des arbres de commande 2 et 3 pivote un levier à effet bilatéral 13, dont l'une des extrémités porte les rouleaux d'appui 19 et 20, alors que l'extrémité opposée loge le cylindre hydraulique 16. Le pivot 17 de chacun des leviers à effet bilatéral 13 porte un levier à effet bilatéral 18 qui, sur l'une des extrémités, porte les rouleaux de laminage 14 et 15 affectés aux congés, alors que, sur l'extrémité opposée, l'articulation 21 porte la tige 22 ainsi que le piston 23 qui coulisse dans le cylindre 16. L'axe de rotation de chacun des rouleaux de laminage 14 et forme, avec l'axe de la pièce à usiner, un angle de 450 par exemple. Ces m8mes rouleaux de laminage 14 et 15 s'appuient chacun, d'une part, contre les congés du tourillon 24 et, d'autre part, contre la gorge de roulement d'une bague de roulement 25 maintenue par un axe 27 et par l'intermédiaire d!un palier à roulement sur le levier à effet bilatéral 18. Sur le mode d'exécution selon la figure 1, le cylindre 16 est relié aux conduites 55 et 56, lesquelles, par l'intermédiaire d'une valve de distribution 28, aboutissent, d'une part, au réser- voir 43 par l'intermédiaire d'une conduite 33 et, d'autre part, à la pompe 53 entraînée par un moteur 54, par l'intermédiaire d'une conduite 45 et d'un régulateur de pression 34 intercalé dans celle-ci. Ce circuit hydraulique est protégé contre la surpression par une conduite 50 reliée à un limiteur de pression 35 et par une conduite 52 reliant le limiteur de pression 35 au réservoir 43. L'aimant de commutation 58 de la soupape de distribution 28 est relié au centre de commande 40 de la machine par l'intermé- diaire d'une ligne de commande 57. Le réglage de la pression dans le régulateur 34 s'effectue par l'intermédiaire d'un ressort 60 qui sur son extrémité porte un coulisseau 38 s'appuyant contre une came 36. Cette came 36 est portée et entraînée par un axe 39, lui-même entraîné par l'arbre de commande 3, notamment par son extrémité logée dans le point d'appui 5. Le mode d'exécution de la figure 2z.est également équipé d'un axe 39 portant une came 36 dans les mêmes conditions que l'exemple de réalisation schématisé sur la figure 1. Sur le mode d'exécution selon la figure 2, le cylindre 16 est relié, par l'intermédiaire des conduites 41 et 42, à une 803- pape de distribution 30 qui assure, au choix, le raccordement de ces conduites 41, 42, soit au réservoir 43, soit à une deuxième soupape de distribution 29, par l'intermédiaire d'une conduite 47. Les deux entrées de cette soupape de distribution 29 sont reliées l'une au régulateur de pression 31 par l'intermédiaire de la conduite 48 et l'autre au régulateur de pression 32, par l'in- termédiaire de la conduite 46. Ces deux régulateurs de pression 51 et 32 sont reliés à la pompe 53, entraînée par le moteur 54, par l'intermédiaire de la conduite collectrice 49. La pompe 53, de son côté, est reliée au réservoir 43 par l'intermédiaire de la conduite 50, du limiteur 35 et de la conduite 52. Sur ce même exemple d'exécution selon la figure 2, la sou- pape de distribution 29 est actionnée par un coulisseau 37 relié à la came 56 entraînée par l'axe 39. L'aimant de commutation 59 de la soupape de distribution 30 est relié au centre de commande 40 de la machine, par l'intermé- diaire de la ligne de commande 57. Par mesure de simplification, la description et les commen- 2491375 taires ont été limités à la commande d'un seul cylindre hydrau- lique 16. Bien entendu, une commande identique doit obligatoire- ment exister pour tout cylindre 16 équipant la machine, obliga- tion matérialisée sur la figure 3 par les deux cames 36 coordon- nées chacune à un coulisseau 38. L'installation fonctionne comme suit Le vilebrequin 26 est posé librement sur les deux rouleaux 19 et , logés dans le levier 13 de manière que chacun des tourillons du vilebrequin 26 soit parallèle aux tourillons des arbres de commande 2 et 3. A l'issue de cette mise en place, la face infé- rieure des pistons est exposée à la pression de l'huile. En effet, sur le mode d'exécution de la figure 1, le centre de commande 40 provoque, en position de marche de la pompe 53 et par l'intermé- diaire de la conduite de commande 57, la chute de l'aimant de commutation 58, ce qui a pour effet de placer la soupape de dis- tribution 28 dans la position de commutation "a". Dans cette posi- tion "a", l'huile sous pression partant de la pompe 53 passe suc- cessivement par la conduite 5T., le régulateur de pression 34, la conduite 45, la soupape de distribution 28 et la conduite 55, pour agir sur la face inférieure du piston 23. Le compartiment au-dessus du piston 23 à l'intérieur du cylindre 16 est relié au réservoir 43 par l'intermédiaire de la conduite 56, la soupape de distribution 28 et la conduite 44. Les rouleaux de laminage 14 et se déplacent ainsi en direction du tourillon à usiner 24 et sont maintenus en position de travail par une force qui est fonc- tion de la pression hydraulique agissant sur la face inférieure du piston 23 coulissant dans le cylindre 16. Cette pression hy- draulique est réglM par le régulateur de pression 34 dont la posi- tion est modifiée sous l'effet de la came 36 agissant sur le cou- lisseau 38 porté par le ressort 60. Il apparaît ainsi que la force d'appui qui applique les rouleaux de laminage 14 et 15 contre le tourillon à usiner 24 est déterminée en fonction de la position de la came 36. La position angulaire de la came 36 par rapport aux arbres de commande 2 et 3 reste invariable pendant la durée du processus. Il en est de même pour ce qui concerne le vilebre- quin à usiner 26 dont la position ne varie pas par rapport aux arbres de commande 2 et 3 lors de son mouvement de rotation. Il est ainsi établi qu'à chaque position du vilebrequin 26 corres- pond une pression hydraulique déterminée, commandée par la came 36. 6 2491375 Pour assurer le bon fonctionnement de l'installation, il importe que la pression maximale alimentant le cylindre hydrau- lique 16 soit toujours inférieure à la pression d'appui maximale réglée sur le régulateur de pression 55. Pour faire parvenir l'huile sous pression à la surface infé- rieure du piston 23 du mode d'exécution de la figure 2, le centre de commande 40 provoque, par l'intermédiaire de la conduite de commande 57, la chute de l'aimant de commutation 59, ce qui a pour effet de placer la soupape de distribution 30 dans la position de commutation "a". Ainsi la conduite 42 se trouve reliée au réser- voir 43, alors que la conduite 41 est reliée à la soupape de dis- tribution 29, par l'intermédiaire de la soupape de distribution 30 et de la conduite 47. Dans cette position de départ, la came 36 fixée sur l'axe 39 doit être positionnée de manière que le coulis- j seau 37 de la soupape de distribution 29, appuyé contre la came 36, place cette soupape 29 en position de commutation "a". Ainsi la pompe 53 entraînée par le moteur 54 est en mesure de diriger l'huile sous pression dans la conduite 41 reliée au cylindre 16 en passant successivement par la conduite 49, le régulateur de ) pression 52, la conduite 46 et la soupape de distribution 29. A ce moment, les rouleaux de laminage 14 et 15-s'appliquent contre le tourillon à usiner 24 avec une force qui correspond à la pres- sion hydraulique à l'intérieur du cylindre 16. Cette pression hydraulique est déterminée dans la position de commutation dé- crite ci-dessus, par le régulateur de pression 52. Dès que les rouleaux de laminage 14 et 15 sont appliqués contre le tourillon 24 à usiner, le moteur 10 est mis en marche. La force d'entraînement de ce moteur 10 est transmise par l'in- termédiaire du pignon 9 et des roues dentées 7, 6, 8, sur les D deux arbres de commande 2 et 3, qui impriment aux leviers à effet bilatéral 13 et 18 un mouvement circulaire et entraînent simulta- nément l'axe 39 portant les cames 36 à une même vitesse angulaire. Sur l'exemple de réalisation schématisé sur la figure 1, le mouvement de rotation des arbres de commande 2 et 5 provoque l'en- trainement de la came 36 qui agit sur le coulisseau 38 et le res- sort 60 et modifie ainsi la position de réglage du régulateur de pression 34. De cette manière particulièrement simple, il est possible, à partir de la position de l'angle de rotation du vile- brequin 26, de modifier la force de laminage des rouleaux 14 et 7 2491375 , de manière que la valeur de la modification soit déterminée par la forme géométrique de la came. Dans les cas particulièrement simples, il suffit de choisir entre deux forces de laminage différentes, dans un angle de rota- tion de 3600 du vilebrequin 26. Ce choix peut également se faire à l'aide d'un circuit de commutation équipant le mode d'exécution de la figure 2. Dans ce cas, le mouvement de rotation de la came 36 provoque, par l'intermédiaire du coulisseau 37, la modifica- tion de la position de la soupape de distribution 29 qui, de la position de commutation initiale "a", prend la position "b" et dirige ainsi sur la surface inférieure du piston 23 une pression hydraulique qui correspond au réglage de la pression sur le régu- lateur 31. A l'issue du processus de laminage de consolidation, le mo- teur 10 est arrêté. Puis, on dégage les rouleaux de laminage 14 -et 15 du vilebrequin 26 qui peut ainsi être déposé de la machine. Le dégagement des rouleaux de laminage 14 et 15 s'effectue, sur le mode d'exécution schématisé sur la figure 1, par le fait que le centre de commande 40 actionne l'aimant de commutation 58, par l'intermédiaire de la conduite de commande 57, ce qui a pour effet de placer la soupape de distribution 28 dans la position "b" et, a fortiori, de relier, d'une part, la conduite 55 au réservoir 43 et, d'autre part, la conduite 56 à la conduite hydraulique 45. Le piston 23 s'engage dans le cylindre 16 et provoque, par l'inter- médiaire du levier à effet bilatéral 18, le mouvement approprié des rouleaux de laminage 14 et 15. Il en est de même sur l'exemple de réalisation schématisé sur la figure 2, o le centre de commande 40 agit sur l'aimant de commutation 59 par l'intermédiaire de la conduite de commande 57 et place la soupape de distribution 30 dans la position t'b" ce qui a pour effet de relier, d'une part, la conduite 42 à la con- duite hydraulique 47 et, d'autre part, la conduite 41 au réser- voir 43. Le piston 23 s'engage dans le cylindre 16 et provoque, par l'intermédiaire du levier à effet bilatéral 18, le mouvement approprié des rouleaux de laminage 14 et 15. Dans le cas o l'on ignore l'allure de la courbe F (If) de la force de laminage, celle-ci peut être déterminée comme suit. Un vilebrequin prélevé sur une série à laminer est placé dans la machine à laminer, selon le procédé décrit ci-dessus et 8 2491375 soumis au laminage sous l'effet d'une force constante F0 qui correspond approximativement au 1/3 de FD min' c'est-à-dire au 1/3 de la force minimale nécessaire pour l'obtention de la résis- tance limite de fatigue. Puis l'on dépose le vilebrequin et l'on détermine l'allure et l'on mesure la grandeur de l'ouverture an- gulaire décrite ci-dessus. Finalement l'on règle sur la machine (par l'intermédiaire de la came et des régulateurs de pression) la force F1 ( l) qui, étalée sur l'ensemble de l'angle de rota- tion Y, est approximativement proportionnelle au rapport de l'ou- verture angulaire la plus grande à l'ouverture angulaire locale. Etant donné que dans la zone de l'ouverture angulaire la plus faible se trouve également la zone FD, dans laquelle une rupture de fatigue risque de se produire, il est indispensable que dans cette zone le laminage s'effectue avec la force FD min nécessaire pour l'amélioration voulue de la résistance limite de fatigue. Pour répondre à cette exigence, on modifie la position de base des régulateurs de pression 34 ou 31 et 32 en provoquant ainsi le décalage parallèle de la force F1 (Y) (figure 4) jusqu'à ce que la force FD min s'installe au point d'origine de l'angle If,). 0 Le vilebrequin est donc laminé avec la force F2 ( '),grâce à cette disposition il est possible de laminer tous les vilebrequins de cette série. Au cours d'un processus de laminage couvrant 3600 avec une force de laminage constante, l'angle formé par le flasque 33 et ?5 le tourillon 24 subit des ouvertures différentes dans les diffé- rentes positions de sa rotation. Par contre, les mesures préco- nisées ci-dessus permettent non seulement de maintenir une ouver- ture angulaire constante pendant tout le cycle de rotation, mais aussi de réduire cette ouverture à des dimensions relativement réduites. Etant donné que l'ouverture angulaire ainsi obtenue est régulière et constante, il est possible d'en tenir déjà compte sur les vilebrequins au stade des travaux préparatoires. 9 2 2491375 NOIIRRIIVC&[ ILVDZflIILXD bIOLLIfl&[ IIV3IaIú'H gúIIIiiflQ[ &DIcatI&AXHD NIO I&LNIANI.LI, IHA5tXI9 SIUVd 31131.LSflRNI 3131ldOUd VI Ia 1VNOILVN. LfLIJ.SNI 3SIV:NVU: 3nOl1Snfld3U 9Zú 16P Z REVENDICATIONS 1.- Procédé de laminage de consolidation pour vilebrequins, notamment dans la courbe de raccordement des tourillons, caracté- risé en ce que le laminage de consolidation couvre la période d'un angle de rotation ( courbe de raccordement et qui, au moins dans la zone (rD) de l'an- gle de rotation dans laquelle la résistance limite de fatigue joue un rôle déterminant, atteignent au moins la valeur (FD min) nécessaire à l'amélioration recherchée de cette résistance limite de fatigue. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les forces de laminage [F2 (Y)] sont pulsées à une fréquence de à 300 Hz et une amplitude qui se situe entre 5 et 5î/" de leur valeur nominale, alors que les zones les plus profondes des em- preintes provoquées sous l'effort maximal des outils de laminage et qui pourraient être provoquées par une charge statique se suc- ctdent à un intervalle qui est au plus égal au double de la largeur d'une empreinte. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractéri- sé en ce que la valeur minimale (F2) des forces de laminage IF2 (r)] correspond à la valeur nécessaire à l'obtention d'un lissage de qualité souhaitée. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le laminage de consolidation est effectué en application du procédé défini dans la revendication 1 d'abord et en application du procédé défini dans l'une des revendications 2 ou 3 ensuite.