Brevet FR2510919A1 — publié le 19830211

Perfectionnements aux procédés et dispositifs de fa- brication des armatures annulaires pour joints d'étan- chéité et aux armatures et joints correspondants. L'invention concerne les armatures annulaires métalliques équipant les joints annulaires destinés à assurer l'étanchéité entre un arbre rotatif et son logement ainsi que les procédés et dispositifs de fa- brication de ces armatures. Elle vise plus particulièrement, mais non ex- clusivement, parmi lesdites armatures, celles équipant les joints à lèvre et constituées par des bagues pré- sentant en demi-section axiale la forme d'un L ou d'une équerre. Dans les modes de réalisation actuellement connus de ces armatures annulaires, celles-ci sont constituées par découpage de rondelles planes dans une tôle et par emboutissage de ces rondelles. Ce procédé conduit à la création de plisse- ments ou autres irrégularités dans les flancs emboutis et surtout à la création de chutes très importantes, le volume de ces chutes étant en général plus important que celui du métal constitutif des armatures. L'invention a pour objet, surtout, de remédier à ces inconvénients en supprimant les plissements ou autres irrégularités des armatures considérées et sur- tout en éliminant les chutes. A cet effet, les procédés de fabrication des armatures métalliques annulaires du genre en question sont essentiellement caractérisés selon l'invention par la suite des opérations suivantes: on découpe en tron- çons une bande métallique, on enroule circulairement chacun de ces tronçons jusqu'à juxtaposition de ses deux extrémités de façon à former une bague cylindrique, puis on repousse axialement cette bague entre des sur- faces de guidage parallèles propres à encadrer celle- ci jointivement de façon à lui donner le profil incur- vé désiré. Dans des modes de réalisation préférés, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des disposi- tions suivantes: la demi-coupe axiale de chaque armature annulaire à fabriquer présente la forme générale d'un L à sommet arrondi dont une branche est parallèle à l'axe de cet- te armature et dont l'autre branche est perpendiculai- re à cet axe et s'étend radialement vers celui-ci à partir du sommet du L, l'épaisseur de la bande métallique est comprise entre 0,3 et 1,5 nm, étant de préférence de l'ordre de 0,6 à 0,8 mm, chaque découpe de tronçon de la bande métallique est exécutée selon un trait brisé en queue d'aronde de façon à permettre un agrafage mutuel du type tenon- mortaise entre les deux extrémités juxtaposées de cha- que tronçon en fin d'enroulement, le dispositif permettant de repousser axialement chaque bague comprend un pot extérieur, un mandrin central propre à être posé sur le fond du pot, à l'in- térieur de celui-ci, et agencé de façon telle que sa surface extérieure délimite avec la surface intérieu- re du pot le volume de réception et de guidage jointif de la bague au cours de sa déformation, et un poinçon en forme de cloche à jupe cylindrique dont la jupe est agencée et montée de façon à coulisser axialement dans une partie dudit volume, la section transversale de cette jupe présentant la forme d'un anneau dont les dimensions sont identiques à celles de la tranche de la bague à repousser, des moyens élastiques de compression sont inter- posés axialement entre le mandrin et la voûte du poin- çon en forme de cloche de façon à appliquer fermement le mandrin contre le fond du pot au cours du formage de l'armature par repoussage de la bague tout en per- mettant de dégager facilement hors du pot non seulement le poinçon, mais aussi le mandrin, après formage de chaque armature, afin de permettre l'évacuation de cet- te armature hors de ce pot. L'invention comprend, mises à part ces dispo- sitions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il se- ra plus explicitement question ci-après. Dans ce qui suit, l'on va décrire un mode de réalisation préféré de l'invention en se référant au dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non limi- tative. La figure 1, de ce dessin, montre en demi- coupe axiale un joint d'étanchéité à lèvre équipé d'une armature métallique annulaire établie selon l'invention. La figure 2 montre en plan une bande métalli- que à partir de laquelle sont fabriquées de telles ar- matures conformément à l'invention. La figure 3 montre en coupe axiale une bague cylindrique représentant la phase intermédiaire d'une telle fabrication. La figure 4 montre en coupe axiale une arma- *ture ainsi fabriquée. Les figures 5 et 6 montrent en coupes axiales schématiques en deux stades opératoires successifs une machine de formage établie selon l'invention permettant de former une armature selon la figure 4 à partir d'une bague selon la figure 3. Dans le mode de réalisation ici considéré, on se propose de fabriquer l'armature annulaire 1 équi- pant un joint à lèvre 2 destiné à être monté dans un palier cylindrique 3 et à assurer l'étanchéité au droit d'un arbre rotatif 4 traversant ce palier. L'armature annulaire 1, ici apparente, est montée à force dans le palier 3 et présente en demi- coupe axiale la forme d'un L ou d'une équerre dont une branche 11 s'étend parallèlement à l'axe de l'ar- mature et dont l'autre branche 12 s'étend radialement vers ledit axe à partir de la première branche. Pour fabriquer une telle armature, on part ici d'une bande-métallique 5 (figure 2) dont la natu- re et les dimensions sont choisies en fonction de la destination de ladite armature. L'épaisseur de cette bande 5 est généralement comprise entre 0,3 et 1,5 rm, étant de préférence de l'ordre de 0,6 à 0,8 mm. La largeur de ladite bande est généralement comprise entre 5 et 30 mm, étant-de préférence de l'or- dre de 10 à 20 mm. Quant au matériau constitutif de cette bande, il s'agit en général d'acier, éventuellement inoxyda- ble ou de laiton. On découpe dans cette bande 5 des tronçons de longueurs identiques selon des-traits perpendicu- laires à la longueur de ladite bande ou de préférence selon des traits 6 brisés en queue d'aronde. Puis on enroule chacun de ces tronçons ainsi découpés jusqu'à juxtaposition de ses deux extrémités de façon à former une bague cylindrique de révolution 7 (figure 3). Bien que ce ne soit pas indispensable, on assure le maintien de cette forme cylindrique par as- semblage mutuel des extrémités contiguës du tronçon, notam- ment par soudure -collage, ou par agrafage de ces extrémités, alors découpées selon les traits brisés 6 ci-dessus, en introduisant le tenon 8 formant saillie sur l'une de ces extrémités dans la mortaise 9 de profil complémen- taire évidée dans l'autre extrémité, ainsi que bien visible sur la figure 3. Pour transformer ensuite cette bague cylindri- que 7 en l'armature annulaire désirée 1 (figures 1 et 4), on procède par repoussage axial de cette bague en- tre des surfaces de guidage appropriées. La demanderesse a constaté en effet que, si ces surfaces sont dessinées de façon à guider la bague le long de ses deux faces, au cours de sa déformation, d'une manière jointive, c'est-à-dire à la fois sans coincement et sans flottement, la déformation désirée peut être obtenue très simplement et dans d'excellen- tes conditions par un tel repoussage, même à froid. Pour matérialiser ces surfaces de guidage, on a de préférence recours à un dispositif comportant v un pot 10 dont la cavité intérieure est délimitée par une surface S composée inférieurement par un fond horizontal plat et latéralement par une face cylindrique de révolution d'axe vertical, ce fond et cette face cylindrique étant raccordés mutuellement par un congé annulaire de section arrondie, un mandrin cylindrique de révolution 11 propre à reposer sur le fond du pot 10 par l'intermédiaire d'une galette circulaire 12 formant de préférence un seul bloc avec ce mandrin, la surface extérieure S' de ce mandrin s'étendant, lorsque celui-ci repose sur le fond du pot, à l'intérieur de la surface intérieure S dudit pot, parallèlement à celle-ci et à une petite distance d de cette dernière très légèrement supérieu- re à l'épaisseur e de la bague 7 à déformer, et un poinçon 13 en forme de cloche coiffant le mandrin 11, la partie active annulaire de ce poinçon constituant une jupe cylindrique 13 î logée jointive- ment entre les plages cylindriques supérieures en re- gard des surfaces S et S' et étant terminée inférieu- rement par une surface annulaire ayant les mêmes dimen- sions que la tranche de la bague 7 à repousser. Des moyens élastiques 14 sont interposés en- tre la voûte 132 du poinçon-cloche et le mandrin il de façon à appliquer suffisamment ce mandrin contre le fond du pot 10, lors du repoussage de la bague 7, pour que le contact mutuel entre ces deux éléments soit maintenu malgré les efforts de séparation exercés entre ceux-ci par le repoussage lui-même. Ces moyens élastiques 14 peuvent être consti- tués par des ressorts, par exemple du type hélicoïdal comme schématisé sur les figures 5 et 6 ou de toute autre manière désirable, par exemple par des organes pneuma- tiques ou hydrauliques. Des moyens non représentés sont avantageuse- ment prévus en outre pour relier entre eux le mandrin il et le poinçon 13 en limitant leur écartement axial mutuel: on peut ainsi très facilement dégager le man- drin il en même temps que le poinçon 13 en dehors du pot après la fabrication de chaque armature i pour per- mettre l'évacuation de cette armature hors du pot. Pour assurer la mise en forme d'une telle armature, on procède comme suit. L'ensemble mandrin il-poinçon 13 étant enle- vé du pot 10, on met en place dans sa cavité, alors ouverte vers le haut, une bague 7 dont la surface ex- térieure vient s'appliquer jointivement contre la face intérieure S de ladite cavité. Puis on introduit dans le pot ainsi garni le mandrin il et le poinçon 13, introduction qui peut être facilitée par des moyens de guidage appropriés tels que des surfaces chanfreinées, jusqu'à mise en contact verticale d'une part du mandrin contre le fond du pot et d'autre part du poinçon contre la tranche supérieure de la bague 7 (voir figure 5). On appuie alors sur le poinçon 13, selon la flèche F de la figure 6, de façon à enfoncer sa jupe 131, constituant sa portion active, dans l'intervalle annulaire compris entre le pot et le mandrin. Cet enfoncement a pour effet de comprimer les ressorts 14 ce qui applique fermement le mandrin 11 contre le fond du pot 10 et surtout de repousser la bague 7 vers le bas en faisant refluer le métal consti- tutif de la base de cette bague dans le seul volume dis- ponible pour elle, savoir dans l'espace annulaire compris verticalement entre la périphérie du dessous du mandrin et la périphérie du fond du pot, ledit métal étant ainsi obligé de fluer radialement dans cet espace en direction de l'axe de l'ensemble jusqu'à remplissage de cet espace, ainsi que visible sur la figure 6. L'opération de formage est alors terminée. On dégage ensuite verticalement hors du pot 10 l'ensemble du mandrin 11 et du poinçon 13, ce pour quoi il suffit de relever le poinçon 13, opération qui se traduit successivement par un écartement relatif entre ce poinçon 13 et le mandrin 11, accompagné d'une détente des ressorts 14, puis par -le dégagement du mandrin lui- mume en dehors du pot. L'armature 1 mise en forme et localisée au fond de ce pot peut alors être dégagée dudit pot à son tour. La surface de l'armature ainsi obtenue est rigoureusement complémentaire des plages des surfaces de guidage S et S' entre lesquelles cette armature est emprisonnée à la fin de son formage. En particulier, ladite surface présente en tous points un état parfaitement lisse et exempt de plissements ou autres irrégularités si les plages en question répondent à ces conditions, ce qui permet en particulier d'assurer une bonne étanchéité entre l'ar- mature et un logement à surface lisse complémentaire par son simple emmanchement à force dans ce logement, comme c'est le cas dans le mode de réalisation de la i O figure 1. Il est à noter que, du fait même de l'emman- chement à force décrit ci-dessus de l'armature 1, celle- ci travaille en compression radiale, ce qui applique fermement l'une contre l'autre les deux extrémités "raboutées" l'une sur l'autre du tronçon de bande cons- titutif de cette armature: cette ferme application assure par elle-même une bonne étanchéité au niveau de la discontinuité de la bague. Mais en général il n'est même pas nécessaire 2 o que l'application des deux extrémités raboutées soit assurée de façon étanche, puisque l'armature est dans -la grande majorité des cas entièrement noyée dans une masse en caoutchouc ou élastomère: c'est pourquoi il suffit le plus souvent que les deux extrémités consi- dérées soient simplement "juxtaposées" et non "agrafées" l'une sur l'autre. Il est à noter par ailleurs et c'est là l'avantage capital de l'invention que la fabrication des armatures 1 est effectuée sans aucune chute autre que certaines extrémités des bandes 5 de départ: l'économie résultant de cette absence de chutes est très importante dans la pratique. On notera également que le repoussage axial décrit ci-dessus a pour effet de densifier, voire d'épaissir légèrement, la portion cylindrique de l'ar- mature correspondant à la branche 11 de sa demi-section axiale, ce qui renforce la résistance mécanique de cette armature. Chacune des armatures mises en forme selon l'invention est identifiable par le fait que l'on peut voir sur elle la trace du Iraboutagelr mutuel des deux extrémités du tronçon de bande enroulé qui la constitue. En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on dispose finalement d'un procédé pour fabriquer des armatures annulaires de joints d'étan- chéité à lèvre ou analogues dont les caractéristiques, la mise en oeuvre et les avantages résultent suffisam- ment de ce qui précède. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, notamment: celles o le repoussage axial de la bague serait assuré non pas à froid, mais à une température supé- rieure à la température ambiante, celles o la demi-section axiale de l'armature fabriquée aurait une forme autre que celle d'un L, par exemple celle d'un V, ou encore celle d'un J, ou même celle d'un Z, * -celles o les tronçons de bande de départ seraient obtenus non pas par découpage transversal d'une bande étroite, les découpes correspondant alors aux petits cotés des tronçons obtenus,comme illustré sur la figure 1, mais par découpage transversal d'une bande large, les découpes correspondant alors aux grands c 5 tés des tronçons obtenus. REVENDICATIONS 1 Procédé pour fabriquer une armature métal- lique annulaire de joint d'étanchéité, notamment de joint à lèvre, caractérisé par la suite des opérations suivantes: on découpe en tronçons une bande métalli- que ( 5), on enroule circulairement chacun de ces tron- çons jusqu'à juxtaposition de ses deux extrémités de façon à former une bague cylindrique ( 7), puis on re- pousse axialement cette bague entre des surfaces de guidage parallèles (S S') propres à encadrer celle-ci jointivement de façon à lui donner le profil incurvé désiré. 2 Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que chaque découpe de tronçon de la bande métallique ( 5) est exécutée selon un trait brisé en queue d'aronde ( 16) de façon à permettre un agrafage mutuel du type tenon-mortaise entre les deux extrémités juxtaposées de chaque tronçon en fin d'enroulement. 3 Armature métallique annulaire de joint d'étanchéité présentant en demisection axiale une forme brisée ou incurvée et fabriquée par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, ca- ractérisée en ce qu'elle présente une trace du raccor- dement par juxtaposition des deux extrémités du tron- çon de bande enroulé qui la constitue. 4 Armature selon la revendication 3, carac- térisée en ce que sa demi-section axiale présente la forme générale d'un L à sommet arrondi dont une bran- che ( 11) est parallèle à l'axe de cette armature et dont l'autre branche ( 12) est perpendiculaire à cet axe et s'étend radialement vers celui-ci à partir du sommet du L. Armature selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que l'épaisseur de la bande métallique ( 5) est comprise entre 0,3 et 1,5 mn, de préférence de l'ordre de 0,6 à 0,8 mm. 6 Dispositif pour fabriquer une armature mé- tallique annulaire de joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un pot extérieur ( 10), un mandrin central ( 11) propre à être posé sur le fond du pot, à l'intérieur de celui-ci, et agencé de façon telle que sa surface extérieure (S') délimite avec la surface intérieure (S) du pot le volume de réception et de guidage jointif de la bague au cours de sa déformation, et un poinçon ( 13) en forme de cloche à jupe cylindri- que dont la jupe est agencée et montée de façon à cou- lisser axialement et jointivement dans *une partie du- dit volume, la section transversale de cette jupe pré- sentant la forme d'un anneau dont les dimensions sont identiques à celle de la tranche-de la bague ( 7) à repousser. 7 Dispositif selon la revendication 6, ca- ractérisé en ce qu'il comprend des moyens élastiques de compression ( 14) interposés axialement entre le mandrin ( 11) et la voûte du poinçon en forme de cloche ( 13) de façon à appliquer fermement le mandrin contre le fond du pot ( 10) au cours du formage de l'armature ( 1) par repoussage de la bague ( 7) tout en permettant de dégager facilement hors du pot non seulement le poinçon, mais aussi le mandrin, après formage de cha- que armature, afin de permettre l'évacuation de cette armature hors de ce pot.