Brevet FR2510005A1 — publié le 19830128

La présente invention concerne un procédé de forgeage pour la fabrication de maillons de chaînes de roulement destinées à équiper des engins de chantier des machines agricoles, des véhicules militaires et autres Ce procédé de forgeage permet plus précisément d'obtenir des mail- Ions dont les faces d'appui et lessièges d'écrou présentent une précision dimensionnelle et géométrique et une qualité d'état de surface entrant dans les limites des tolérances très étroites exigées dans de telles fabrications et ce, sans qu'il soit nécessaire de procéder à un fraisage de ces faces d'appui et à un brochage de ces sièges d'écrou La présente invention a trait également à un maillon de chaîne de roulement obtenu par ce procédé. Dans l'état actuel de la technique, les maillons de chaînes de roulement sont forgés, à partir d'un lopin de métal, avec des surépaisseurs formées, d'une part, sur les faces d'appui, c'est-à-dire,a face destinée à venir en contact avec les galets du train de roulement et la face opposée pour le montage du patin de chaîne et, d'autre part, sur les deux sièges des écrous de fixation de ce patin Ces surépaisseurs sont ensuite enlevées par fraisage sur les faces d'appui et par brochage sur les sièges d'écrou. Il s'est avéré nécessaire de prévoir ces surépaisseurs et de les usiner ensuite pour éliminer les parties extérieures du maillon qui, au cours du chauffage initial du lopin de départ dans un four à combustion, subissent une décarburation accompagnée d'une formation de calamine Cet usinage doit être effectué avec grande précision car il vise également à conférer aux faces d'appui et aux sièges d'écrou du maillon des dimensions, une géométrie et un état de surface suffisamment précis pour garantir un bon fonctionnement de la chaîne de roulement. Comme le savent tous les fabricants de maillons, ce procédé de forgeage est porteur de nombreux inconvénients En premier lieu, il exige de préparer un lopin de départ ayant un surplus de métal correspondant aux surépaisseurs à usiner ce qui a bien entendu des conséquences sur le coût de l'opération de chauffage de ce lopin Par ailleurs, pour des impératifs techniques bien connus des métallurgistes, le fraisage des faces d'appui du maillon doit être effectué à froid et avant le traitement thermique final Il s'ensuit, que le maillon chauffé au cours des premières étapes du cycle de forgeage doit être obligatoirement refroidi à une température très basse en vue du fraisage, puis chauffé de nouveau pour le traitement thermique qui suit, avec bien évidemment une consommation d'énergie importante. Enfin, il ne faut pas oublier q Jun fraisage ou un brochage de grande précision est une opération longue et complexe, qui fait appel -10005 à des moyens techniques coûteux. En conclusion, la mise en oeuvre de ce procédé conventionnel de forgeage de maillons se trouve être contraignante et peu satisfaisante au plan de la rentabilité, du fait de la nécessité de fraiser les plans d'appui et de brocher les sièges d'écrou des maillons C'est pouquoi la présente Demanderesse s'est efforcée de rechercher un procédé de forgeage pour la fabrication de maillons de chaînes de roulement qui respecte les tolérances qu'exigent les dimensions, la géométrie et l'état de surface des faces d'appui et des sièges d'écrou des maillons finis sans toutefois nécessiter leur fraisage et leur brochage. Ces recherches ont débouché sur la mise au point du procédé de forgeage selon l'invention qui se caractérise en ce qu'il comprend les étapes suivantes: chauffage)dans un four électrique et à la température usuelle de forgeage>d'un lopin de métal ayant une masse correspondant à celle d'un maillon normalement obtenu après finition des faces d'appui et des sièges d'écrou, augmentéede celle des dépouilles et bavures usuelles de forgeage préformage à la presse du lopin ainsi chauffé à des dimensions dépassant les dimensions nominales définitives à chaud du maillon à obtenir; estampage à plat de la pièce ainsi préformée aux dimensions nominales à chaud du maillon à obtenir, calibrage horizontal et arasage de précision combinés à chaud de la pièce estampée, qui tout en éliminant ses bavures et dépouilles, consisted'une part,à conférer un parallélisme parfait et des cotes précises aux plans d'articulation du maillon et, d'autre part, des dimensions précises et leur état de surface définitif aux faces d'appui et aux sièges d'écrou de ce dernier; calibrage vertical du maillon ainsi obtenu consistant à régler avec précision le parallélisme de ses deux faces d'appui, ainsi que la cote entre celles-ci; trempe puis revenu du maillon ainsi calibré grenai llage, contrôle de finition et conditionnement; et mise à disposition en vue de l'usinage des alésages des axes d'articulation et du perçage des trous de fixation du patin de chaîne. En prévoyant le chauffage du lopin de départ dans un four élec- trique, le procédé selon l'invention évite une décarburation et une formation de calamine sur les parties extérieures du maillon Les précisions dimension- nelles et la qualité de l'état de surface des faces d'appui et des sièges d'écrou est ensuite directement obtenue par l'arasage à chaud qui est en fait un ébavurage de haute précision Le calibrage horizontal combiné assure un pa- rallélisme parfait entre les plans d'articulation du maillon,tandis que le calibrage vertical qui suit a pour but de rattraper les dispersions dûes aux dilatations thermiques, qui peuvent apparaître dans la cote entre les deux faces d'appui du maillon et de corriger les éventuels défauts de parallélisme entre ces dernières. Tout en éliminant les opérations complexes et coûteuses de fraisage des faces d'appui et de brochage des sièges d'écrou du maillon, le procédé selon l'invention permet en outre de forger ce maillon à partir d'un lopin de masse réduite etdonc d'économiser de l'énergie en vue de son chauffage Par ailleurs, la trempe du maillon peut être effectuée immédiatement après le calibrage vertical et l'on peut ainsi utiliser pour cette opération la température résiduelle de forgeage du maillon. En résumé, grâce à l'invention, on augmente dans une certaine mesure la rentabilité du forgeage en économisant à la fois de la matière et de l'énergie. Il convient d'ajouter que le procédé de forgeage de maillons selon l'invention permet d'obtenir des précisions géométriques et dimension- nelles de l'ordre du dixième de millimètre, une constance de ces précisions et une qualité d'état de surface qui sont hors de portée des procédés de forgeage traditionnels. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 illustre de façon très schématique la première étape du procédé de forgeage selon l'invention, à savoir le chauffa- ge d'un lopin de métal dans un four électrique; la figure 2 illustre la deuxième étape du procédé, à savoir le préformage du lopin ainsi chauffé; la figure 3 est une vue en plan suivant la ligne III-III de la figure 2; la figure 4 illustre la troisième étape du procédé, à savoir l'estampage à plat de la pièce préformée; la figure 5 est une vue en plan suivant la ligne V-V de la figure 4; les figures 6 et 7 illustrentsous deux angles différentsla quatrième étape du procédé, à savoir le calibrage horizontal et l'arasage combinés de la pièce estampée la figure 8 montre la pièce obtenue à la suite de cette opération i la figure 9 montre les bavures qui en résultent la figure 10 illustre la cinquième étape du procédé, à savoir le calibrage vertical du maillon, la figure 11 est une vue en plan suivant la ligne XI-XI de la figure 10, la figure 12 illustre l'étape éventuelle de stabilisation thermique du maillon avant son calibrage vertical, la figure 13 illustre une partie de la sixième étape du procédé, à savoir la trempe par immersion de la pièce; la figure 14 représente de manière plus détaillée le disposi- tif de la figure 7, en position de repos sur la moitié gauche et en position de travail sur la moitié droite, la figure 15 est une vue en élévation du maillon de chaîne de roulement obtenu par le procédé de forgeage conforme à l'invention; et la figure 16 est une vue en coupe suivant la ligne XVI-XVI de la figure 15. Ainsi que le montrent les figures 15 et 16, le maillon de chaîne de roulement obtenu par le procédé de forgeage selon l'invention est constitué d'un corps en acier 1, de forme oblongue, présentant deux faces d'appui supérieure 10 et inférieure 11 La face d'appui supérieure 10 sert plus précisément au montage du patin de chaîne, tandis que la face d'appui inférieure est destinée à rouler sur les galets du train de roulement Le corps 1 est en outre percé de deux alésages 20 et 21 pour les axes d'articu- lation du maillon,ainsi que de deux lumières 30 t 31 dans lesquelles sont réalisés des sièges 32 et 33 destinés à servir d'appui pour les écrous de fixation du patin de chaîne Autour des alésages 20 et 21, s'étendent les. plans d'articulation 101, 103, 104, 105 du maillon. Les faces d'appui 10 et 11 ainsi que les sièges d'écrou 32 et 33 du maillon doivent présenter une géométrie, des dimensions et un état de surface très précis respectant des tolérances très étroites et doivent être parfaitement parallèlesauplan O contenant les axes des deux alésages 20 et 21 Par ailleurs, les plans d'articulation du maillon doivent présenter un parallélisme parfait Ces conditions très strictes sont nécessaires, pourgarantir d'une part, une fixation sûre et durable du patin de chaîne sur le maillon et, d'autre part, un bon fonctionnement, Dar exemple sur un engin de chantier, de la chaîne de roulement formée de maillons articulés bout à à bout. Selon les procédés traditionnels, on arrivait à ces résultats par des usinages de précision complexes, longs et coûteux complétant les opérations classiques de forgeage. Le procédé de forgeage selon l'invention procure les mêmes résultats et les améliore même par la mise en oeuvre de la succession d'étapes décrite ci-dessous en référence aux figures I à 14. On part tout d'abord d'un lopin de métal 1 ' ayant une masse correspondant à celle d'un maillon normalement obtenu après la finition des faces 10, 11 et des sièges 32, 33, augmenté du pourcentage habituel pour les bavures et dépouilles On place ce lopin 1 ' dans un four électrique 4 pour le chauffer à la température usuelle de forgeage, comme représenté sur la figure 1 Le four électrique 4 est de préférence un four à induction. Le lopin 1 ' ainsi chauffé électriquement conserve ses propriétés métallur- giques de départ et, notamment, n'est pas sujet à une décarburation ni à une formation de calamine. A l'étape suivante illustrée par les figures 2 et 3, le lopin chauffé 1 ' est préformé à la presse Cette opération donne au lopin la forme extérieure générale du maillon à obtenir, à des dimensions dépassant les dimensions nominales définitives à chaud de celui-ci. Vient ensuite l'étape représentée sur les figures 4 et 5 qui consiste en un estampage à plat de la pièce ainsi préformée entre deux demi-matrices 41-41 ' reproduisant aux dépouilles et bavures près, la forme définitive du maillon à obtenir, qui inclut notamment les alésages 20 et 21 et les lumières 30 et 31 Les demi-matrices 41-41 ' ont des empreintes réalisées avec précision pour que la pièce estampée ait les dimensions nominales à chaud précises du maillon à obtenir avec des surépaisseurs réduites à l'importance des dépouilleset des bavures 1 " localiséesau plan de joint. L'étape qui suit, illustrée par les figures 6 à 9 consiste en un calibrage horizontal combiné à un arasage de précision à chaud de la pièce estampée Cette double opération est effectuée à l'aide d'un outillage spécial représenté sur la figure 14 Dans un premier temps, on fait reposer à plat la pièce estampée dans une demi-empreinte inférieure 42 et on la comprime, sous une pression prédéterminée, à l'aide d'une demi-empreinte supérieure 42 ' Les faces de contact des demi-empreintes 42-42 ' sont calibrées avec précision pour que les faces latérales du maillon reçoivertleur géométrie définitive et, notamment, pour qu'un parallélisme parfait et des cotes précises soient conférés aux plans d'articulation 101, 103, 104, 105 du maillon. Ce calibrage horizontal étant réalisé et le maillon étant maintenu bloqué entre les demi-empreintesdes couteaux 143 et 143 ', qui font partie du même outillage, sont descendus verticalement le long des faces à araser pour les cisailler Cet opération d'arasage a non seulement pour but d'éliminer les bavures et dépouilles résultant de l'estampagemais surtout de conférer leurs dimensions précises à chaud et un état de surface de bonne qualité aux faces d'appui 10, 11 et aux sièges d'écrou 32, 33 du maillon A cette fin, les couteaux 143 et 143 ' sont conçus avec précision en aciers spéciaux et leur position est réglée de manière très précise L'arasage des faces d'appui et des sièges d'écrou remplacent en fait les opérations de fraisage et de brochage des procédés traditionnels en offrant des résul- tats comparables Il va de soi qu'en vue de cet arasage, les dépouilles de la pièce estampée doivent être prévues suffisamment épaisses. Cette opération de calibrage horizontal et d'arasage combinés produit le maillon 1 représenté sur la figure 8, qui se présente sous ses dimensions nominales à chaud. La figure 9 illustre quant à elle les bavures 1 " résultant de cette même opération. Toutefois, à ce stade du procédé, les maillons sont à des températures qui peuvent varier d'un maillon à l'autre L'expérience montre que ces températures varient entre 8000 C et 9000 C Les dilatations thermiques qui en résultent engendrent inévitablement des dispersions dans la c Qte C entre les faces d'appui 10 et 11, qui peut dès lors sortir des tolérances requises. C'est pourquoi, le procédé de forgeage selon l'invention comprend une étape essentielle de calibrage vertical du maillon, illustrée sur les figures 10 et 11 Ce calibrage vertical vise à rattraper les dispersions apparaissant dans la cote C, à régler avec précision le paralîélisme entre les deux faces d'appui 10 et 11 et à affiner leur état de surface. Plus précisément, cette opération de calibrage vertical consiste à dresser le maillon 1 sur l'une de ses faces d'appui, entre deux plans de référence 44-44 ' calibrés avec précision et reliés par des entretoises 144 de hauteur réglable, puis à ajuster avec précision cette hauteur à la cote C que l'on souhaite avoir entre les deux faces d'appui 10 et 11 du maillon. -En vue d'affiner cette précision, on effectue le calibrage ver- tical du maillon après stabilisation de la température de ce dernier à une valeur constante prédéterminée Les essais de la Demanderesse ont montré que le calibrage vertical procure ses meilleurs résultats lorsque cette tempéra- ture est stabilisée à environ 830 c C Cette stabilisation de la température du maillon est plus précisément obtenue par refroidissement du maillon issu de l'étape précédente à une température constante inférieure à la température prédéterminée de stabilisation,puis par réchauffage jusqu'à cette température prédéterminée Avantageusement, on laisse refroidir le maillon à l'air jusqu'à 800 %C de manière à couvrir tout l'intervalle dans lequel est comprise la température du maillon en sortie de l'opération d'arasage On réchauffe ensuite le maillon a 830 c Cen le faisant avancer à travers un tunnel à induction 45 (voir figure 12) à la sortie duquel il possède une température constante rigoureusement contrôlée Le maillon est alors immé- diatement calibré verticalement. L'opération de trempe qui suit peut avantageusement avoir lieu immédiatement après le calibrage vertical Dans ce cas, on réalise une économie d'énergie en ce sens que l'on utilise pour cette trempe la tempéra- ture résiduelle de forgeage du maillon La trempe est effectuée par immersion dans un liquidecomme représenté sur la figure 13 Suit alors l'opération classique de revenu Le procédé de forgeage selon l'invention se termine par le grenaillage, le contrôle de finition et le conditionnement du maillon. Celui-ci est alors prêt à être soumis aux opérations d'usinage des alésages des axes d'articulation et de perçage des trous de fixation du patin de chaîne. En rappelant que le procédé de forgeage selon l'invention pro- duit des maillons finis, dans le respect des tolérances exigées et sans néces- sitné d'usiner les faces d'appui et les sièges d'écrou, qu'il permet des écono- mies substantielles de matière première et d'énergie et qu'il peut être exécuté en continu, on doit encore mentionner que les précisions géométriques et dimensionneles ainsi que la qualité d'état de surface obtenues sont très nettement améliorées et ne peuvent pas être atteintes par les procédés traditionnels En particulier, dans l'opération de calibrage vertical, la précision du réglage et la rigueur du contrôle de température du maillon garantissent une précision de la cote entre les faces d'appui, qu'aucun autre moyen industriel applicable économiquement à de telles fabrications ne peut approcher. REVENDICATIONS 1 Procédé de forgeage pour la fabrication de maillons de chaînes de roulement, notamment pour engins de chantier, dans le respect des tolérances qu'exigent les dimensions et l'état de surface des faces d'appui et des sièges d'écrou des maillons finis, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes sui- vantes: chauffage, dans un four électrique ( 4) et à la température usuelle de forgeaged'un lopin de métal ( 1 ') ayant une masse correspondant à celle d'un maillon normalement obtenu après finition des faces d'appui ( 10, 11) et des sièges d'écrou ( 32, 33 j, augmente de celle des dépouilles et bavures usuelles de forgeage ( 1 "); préformage à la presse du lopin ainsi chauffé à des dimensions dépas- sant les dimensions nominales définitives à chaud du maillon à obtenir; estampage à plat de la pièce ainsi préformée aux dimensions nomina- les à chaud du maillon à obtenir; calibrage horizontal et arasage de précision combinés à chaud de la pièce estampée, qui tout en éliminant ses bavures et dépouilles, consiste d'une part à conférer un parallélisme parfait et des cotes précises aux plans d'arti- culation ( 101, 103, 104, 105) du maillon et, d'autre part, des dimensions préci- ses et leur état de surface définitif aux faces d'appui ( 10, 11) et aux sièges d'écrou ( 32, 33) de ce dernier; calibrage vertical du maillon ainsi obtenu consistant à régler avec précision le parallélisme de ses deux faces d'appui, ainsi que la cote entre celles-ci, trempe puis revenu du maillon ainsi calibré grenaillage, contrôle de finition et conditionnement; et mise à disposition en vue de l'usinage des alésages ( 20, 21) des axes d'articulation et du perçage des trous de fixation du patin de chaîne. 2 Procédé de forgeage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération de trempe est effectuée immédiatement à la suite du calibrage verti- cal du maillon. 3 Procédé de forgeage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'opération d'estampage à plat de la pièce préformée consiste à comprimer celle-ci entre deux demi-matrices ( 41, 41 ') qui reproduisent, aux dépouilles et bavures près, les formes et dimensions nominales à chaud du maillon à obtenir. 4 Procédé de forgeage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'opération de calibrage horizontal et d'arasage de préci- sion de la pièce estampée consiste à comprimer cette dernière, sous une pression prédéterminée, entre deux demi-empreintes ( 42, 42 '),et à faire descendre verti- 11 0005 calement, le long des faces à araser, des couteaux ( 143, 143 ') dont la position a été préalablement réglée. Procédé de forgeage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'opération de calibrage vertical du maillon consiste à le dresser sur l'une de ses faces d'appui, entre deux plans de référence ( 44-44 ') reliés par des entretoises ( 144) de hauteur réglable et à ajuster avec précision cette hauteur à la cote (C) que l'on souhaite avoir entre les deux faces d'appui du maillon. 6 Procédé de forgeage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'opération de calibrage vertical du maillon ( 1) est effectuée après stabilisation de sa température à une valeur constante prédéter- minée. 7 Procédé de forgeage selon la revendication 6, caractérisé en ce que la température du maillon est stabilisée à environ 8300 C. 8 Procédé de forgeage selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la stabilisation de la température du maillon ( 1) en vue de son calibrage vertical est obtenue par refroidissement du maillon arasé à une température constante inférieure à ladite température prédéterminéepuis réchauffage jusqu'à cette dernière. 9 Procédé de forgeage selon la revendication 8, caractérisé en ce que la température à laquelle le maillon arasé est refroidi est d'environ 800 C. Procédé de forgeage, selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le réchauffage du maillon a lieu à travers un tunnel à induction ( 45). 11 Maillon de chaînes de roulement, notamment pour engins de chantier, obtenu par le procédé de forgeage selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisé en ce qu'il comporte des faces d'appui ( 10, 11) finies, après forgeage, présentant des dimensions comprises dans les limites des tolérances d'après-fraisage. 12 Maillon de chaines selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte des sièges d'écrou de fixation ( 32, 33) dont-les emplacements et les dimensions sont comprises, après forgeage, dans les limites des tolérances d'après-brochage.