Brevet FR2504427A1 — publié le 19821029

L'invention concerne un mandrin de serrage avec douille de serrage dilatable hydrauliquement agencée sur un corps de ce mandrin, cette douille et ce corps formant entre eux une chambre de pression pour un fluide hydraulique dilatant ladite douille de serrage. De tels mandrins de serrage sont connus et servent, sur des machines tournantes (telles que, par exemple, des tours) à serrer des pièces creuses par l'intérieur de celles- ci Dans les mandrins connus, la douille de serrage est une douille en acier, à paroi mince, qui,à ses deux extrémités, est soudée, le long de ses bords, au corps du mandrin qui est également en acier, cette soudure étant étanche Il est également connu de renoncer à de telles soudures de liaison du corps à la douille, et de ne réaliser l'étanchéité entre douille et corps qu'au moyen de bagues d'étanchéité élastiques, afin de pouvoir la remplacer plus facilement Dans tous les cas, les douilles de serrage en acier n'autorisent que des mouvements de dilatation radiaux relativement faibles, de sorte que la surface intérieure des pièces, par laquelle ces dernières sont serrées, doit être usinée avec une précision correspondante, afin d'assurer des conditions de serrage constantes d'une pièce à l'autre En outre, la plage des diamètres de serrage possibles est relativement petite. Si lton renonce à des soudures entre la douille de serrage et le corps du mandrin, l'étanchéité entre douille et corps est alors difficile à réaliser La liaison des bords de la douille de serrage au corps du mandrin est d'autant plus sollicitée, et le risque d'endommagement et de/erte d'étanchéité de cette liaison sous l'effet des sollicitations alternées répétées est d'autant plus grand, que la dilatabilité de la douille de serrage est plus grande. L'invetion a pour but de réaliser un mandrin de serrage du genre mentionné au début, de façon que la douille de-serrage soit dilatable dans une plage de diamètres de serrage plus étendue et puisse néammoins être étanchée à ses extrémités, contre le corps du mandrin, à la fois simplement et fiablement. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que la douille de serrage est en matière plastique renforcée par des fibres orientées en direction périmétrique et présente, sur ses deux bords, c 8 té extérieur, une feuillure annulaire, par le fait que des anneaux frontaux sont agencés sur le corps du mandrin, cela des deux c 8 tés de la douille de serrage, ces anneaux frontaux étant chacun plus rigides que la douille et étant conjugués, avec étanchéité, au corps du mandrin, et par le fait que chacun de ces anneaux frontaux présente un col qui s'engage, avec conjugaison de formes, dans la feuillure annulaire et empiète par conséquent sur les abcisses axiales de l'extrémité de la douille de serrage qu'il recouvre donc et à laquelle il est collé par au moins une collure située à l'endroit de la surface de recouvrement. Le renforcement de la matière plastique par des fibres confère à la douille de serrage à la fois une très grande solidité et une très grande dilatabilité élastique, de sorte que la plage des diamètres possibles pour le serrage de pièces se trouve accrue et que les pièces recevables sur le mandrin peuvent avoir des tolérances plus larges. Aux extrémités de la douille de serrage, les foricês radiales apparaissant lors du serrage sont supportées fiablement par les cols des anneaux frontaux, ces cols venant se placer, par l'extérieur, chacun par dessus un bord de la douille, de sorte que les collures "douille-anneau frontal" se présentent très favorablement aux efforts Les anneaux frontaux ne participent pratiquement pas à la dilatation radiale de la douille de serrage, de sorte qu'ils peuvent être étanchés sans problème contre le corps du mandrin Il suffit de fabriquer ces anneaux frontaux en acier Le corps du mandrin peut être en un alliage métallique léger La douille de serrage en matière plastique renforcée pardes fibres offre par ailleurs cet avantage que sa surface extérieure peut être munie d'un revêtement, par exemple par chromage ou application de céramique, de sorte qu'elle peut être adaptée à des applications particulières si l'on recourt à un revêtement 2 %r 4427 approprié Pour ce qui est de la nature des fibres, les fibres renforçatrices en carbone se sont notamment avérées adéquates Toutefois, on peut aussi utiliser sans problème d'autres fibres renforçatrices, par exemple en verre, pour constituer la douille de serrage en matière plastique renforcée par fibres. Dans une forme de réalisation préférée, la surface de recouvrement entre douille et col d'anneau frontal est légèrement conique, son diamètre décroissant vers le bord du col Ainsi, les anneaux frontaux peuvent être très facilement pressés contre la douille de serrage, aux endroits des surfaces de recouvrement, ce qui facilite la réalisation de collures parfaites sur ces surfaces de recouvrement. Si la dilatation radiale de la douille de serrage est assez importante, la distance entre les bords de cette douille varie Afin d'éviter les contraintes de tension qui pourraient en résulter pour les collures entre douilles et anneaux frontaux, l'invention prévoit que l'un de ces anneaux' frontaux est mobile axialement sur le corps du mandrin Cette mobilité ne doit pas rendre plus difficile l'obtention d'une étanchéité entre l'anneau frontal et le corps du mandrin Cette étanchéification est possible de façon particulièrement simple en prévoyant que ctest en leur surface intérieure au contact du corps du mandrin que les anneaux frontaux sont étanchés par contact contre des bagues d'étanchéité qui sont placées chacune dans une gorge annulaire du corps du mandrin. En détail, il est recommandé que l'anneau frontal mobile axialement soit situé à l'extrémité libre du mandrin de serrage et qu'en cet endroit un flasque annulaire soit fixé au corps du mandrin, cela en prévoyant entre ce flasque et l'anneau frontal un interstice axial et annulaire autorisant un jeu de débattement axial de l'anneau frontal. Lorsque la douille n'est pas en condition de serrage, l'anneau frontal mobile peut alors s'appuyer axialement contre le flasque annulaire Il est opportun que ce flasque annulaire possède un col se plaçant par dessus l'anneau 2 04 r 427 frontal, dans une feuillure annulaire externe. La description qui va suivre, en regard du dessin annexé à tiare d'exemple non limitatif, permettra de bien comprendre comment la présente invention peut 8 tre mise en pratique. La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un mandrin de serrage selon l'invention. La figure 2 est une vue agrandie du détail II de la figure 1. Sur lesdessins, la référence 1 désigne le corps du mandrin A l'extrémité située à gauche sur le dessin, il porte une bride de fixation à la tête d'une broche creuse (non représentée) à une machine tournante(par exemple un tour) Dans un alésage central 3 du corps 1 du mandrin est insérée une douille-cylindre 4 qui est maintenue axialement par une tête de cylindre creuse 5 qui, par son extrémité située à gauche sur le dessin, couvre le bord de la douille et qui est boulonnée sur le corps 1 du mandrin Dans la douille-cylindre 4 est placé à coulissement un piston 6 qui présente un tube 7 qui traverse la tête de cylindre 5 et qui est muni d'une fente longitudinale 8 dans laquelle s tengage un doigt 9 monté radialement dans la tête de cylindre 5, de sorte que le piston 6 se trouve empoché de tourner Le piston 6 est déplacé par une tige de traction 10 dotée d'un prolongement ou prolongateur approprié passant dans la broche creuse de la machine et actionné par un vérin de serrage connu pour de tel 2 s utilisations De la configuration décrite, il résulte, entre tête de cylindre 5 et piston 6, une chambre ll dans la douille-cylindre 4, cette chambre étant remplie de fluide hydraulique et diminuant de volume lorsque la tige de traction 10 tire le piston 6 vers la gauche en considérant le dessin Sur le corps 1 du mandrin est agencée une douille de serrage 12, hydrauliquement dilatable Ces deux éléments déterminent, entre eux, une-chambre de pression 13 pour le fluide hydraulique dilatant la douille de serrage 12. A cette fin, la chambre de pression 13 communique, via des O 4427 canaux 14 avec la chambre 11 du cylindre de sorte que, s'il y a un déplacement du piston 6 vers la gauche en considérant le dessin, du fluide de pression est chassé de la chambre 11 du cylindre et forcé à pénétrer dans la chambre de pression 13, ce qui a pour effet de dilater la douille de serrage 12 Cette douille de serrage 12 est en matière plastique renforcée par des fibres,notamment des fibres de carbone, qui sont orientées dans la direction périmétrique de la douille de serrage, La douille de serrage 12 possède, sur chacun de ses deux bords, du c'té des grandes abcisses radiales, une feuillure annulaire 15. De chaque c 8 té de la douille de serrage 12, il y a, sur le corps 1 du mandrin, un anneau frontal 16,17 qui, comparative- ment à la douille de serrage 12, est quasiment rigide, et qui est conjugué avec étanchéité au corps 1 du mandrin. Chaque anneau frontal 16,17 possède un bord en forme de col 18 qui s'engage, avec conjugaison de formes, dans la feuillure annulaire 15 de la douille de serrage 12 et qui, ainsi, recouvre extérieurement l'extrémité de la douille de serrage, par empiètement sur les abcisses axiales de celle-ci, les surfaces périphériques extérieures de la douille de serrage 12 et de l'anneau frontal 16,17, se terminant en affleurement mutuel La douille de serrage 12 est collée à chacun des anneaux frontaux 16,17, cela à chaque fois dans la surface de recouvrement 19 Cette surface de recouvrement 19 est légèrement conique, le petit diamètre étant situé au bord du col 20, de sorte qu'il y a toujours,à l'endroit de la surface de recouvrement 19, une conjugaison de formes entre la douille de serrage Do 12 et les anneaux d'étanchéité 16,17 ce qui permet d'assurer une parfaite liaison collée. L'anneau frontal se trouvant à droite sur le dessin, c'est à dire à l'extrémité libre du mandrin de serrage, est mobile axialement sur le corps 1 du mandrin sur lequel il peut coulisser Le corps 1 du mandrin porte, à l'extrémité libre, un flasque annulaire 21 entre lequel et l'anneau frontal 17 est prévu ui interstice annulaire 2 e 04427 et axial 22 qui autorise le jeu de débattement axial de l'anneau frontal 17 lorsque la douille de serrage 12 se dilate et que la distance axiale entre les anneaux frontaux 16, 17 diminue de ce fait La dilatation de la douille de serrage 12 n'engendre donc pas de sollicitation inutile de la collure Par ailleurs, le flasque annulaire 21 possède un col ou rebord 23 recouvrant l'anneau frontal 17, cela par empiètement sur les abcisses axiales de celui-ci et par engagement dans une feuillure annulaire externe. Les anneaux frontaux 16,17 ne participent pas à la dilatation radiale de la douille de serrage 12 et reçoivent donc, pratiquement sans déformation, les efforts radiaux engendrés lors de la dilatation A cette fin, ils sont par exemple en acier et peuvent, puisqu'ils n'ont pas de dilatation propre, être très simplement conjugués au corps du mandrin avec une étanchéité réalisée par le fait que leur surface intérieure 24 conjuguée au corps 1 du mandrin s'applique contre des bagues d'étanchéité 24 qui sont disposées chacune dans une gorge annulaire 26 aménagée dans le corps 1 du mandrin En outre, ce mode d'étanchéifi- cation ne compromet pas la mobilité axiale de l'anneau frontal 17 se trouvant à droite en considérant le dessin. REVENDICATIONS 1. Mandrin de serrage comportant une douille de serrage dilatable hydrauliquement agencée sur un corps de ce mandrin, cette douille et ce corps formant entre eux une chambre de pression pour un fluide hydraulique dilatant ladite douille de serrage, ce mandrin étant caractérisé par le fait que la douille de serrage ( 12) est en matière plastique renforcée par des fibres (orientées en direction périmétrique) et présente sur ses deux bords, coté extérieur, une feuillure annulaire ( 15), par le fait que des anneaux frontaux ( 16,17) sont agencés sur le corps ( 1) du mandrin, cela des deux c 8 tés de la douille de serrage ( 12), ces anneaux frontaux ( 16,17) étant chacun plus rigide que la douille, et étant conjugués, avec étanchéité, au corps ( 1) du mandrin, et par le fait que chacun des anneaux frontaux ( 16,17) présente un col ( 18) qui s'engage, avec conjugaison de formes, dans la feuillure annulaire et empiète par conséquent sur les abcisses axiales de l'extrémité de la douille de serrage ( 12) qu'il recouvre donc et à laquelle il est collé par au moins une collure située à l'endroit de la surface de recouvrement ( 19). 2. Mandrin selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la surface de recouvrement ( 19) est légèrement coniqueson diamètre décroissant en direction du bord du col. 3. Mandrin selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé par le fait que l'un des anneaux frontaux ( 17) est mobile axialement sur le corps ( 1) du mandrin. 4. Mandrin selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que c'est la surface intérieure ( 24) des anneaux frontaux q# est conjuguée avec étanchéité au corps du mandrin, cette surface s'appliquant contre les bagues d'étanchéité insérées chacune dans une gorge annulaire ( 26) du corps ( 1) du mandrin. 5 Mandrin selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'anneau frontal ( 17) mobile axialement se trouve à l'extrémité libre du mandrin, et par le fait qu'en cet endroit un flasque annulaire ( 21) est fixé 2 J O 0427 au corps ( 1) du mandrin, cela de façon à établir, entre ce flasque annulaire ( 21) et l'anneau frontal, un interstice annulaire et axial autorisant un jeu de débattement axial de l'anneau frontal ( 17). 6 Mandrin selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le flasque annulaire ( 21) présente un col ( 23) qui, par empiètement sur les abcisses axiales de l'anneau frontal ( 17), recouvre celui-ci par engagement dans une feuillure annulaire externe.