Brevet FR2541605A1 — publié le 19840831

i - "Procédé pour la fabrication de tourillons à tête sphérique " L'invention concerne un procédé pour la fabrication de barres et tourillons à tête sphérique com- prenant une tige et une sphère disposée sur une extré- mité de cette tige, en partant d'une ébauche essentielle- ment cylindrique à section transversale massive, sur la- quelle la tête sphérique est formée par pressage de flua- ge, de préférence à plusieurs étapes, à l'aide d'un man- chon ou boitier de pressage et d'un poinçon de pressage de fluage du métal. Des tourillons ou axes à-tgte sphérique sont utilisés, par exemple, pour des barres de direction de vé- hicules automobiles Il est nécessaire, dans ce cas, que la tête sphérique conserve des dimensions extrêmement pré- cises et présente, en conséquence, une surface extérieure de rugosité très faible En partant d'une ébauche essen- tiellement cylindrique, à section transversale massive, on a procédé jusqu'à maintenant à un pré-formage de la sphère, par une opération de pressage de fluage à plusieurs étapes dans un manchon de passage ou boîtier ouvert Par ce pressage de fluage en bottier de pressage ouvert, une sphère brute a été obtenue qui présentait, dans sa zone médiane, une arête ou bavure saillante circulaire Dans une opération de travail suivante, cette nervure a été éliminée Dans une autre opération de travail, la sphère 2.- a été amenée, par usinage à enlèvement de copeaux, à sa dimension imposée, et, finalement, dans une dernière opé- ration de travail, la sarface extérieure a été polie au moyen de rouleaux lisses. Le brevet DE-21 07 459 décrit un procédé pour la fabrication de sphères creuses en acier servant d'éléments de noeuds dans des structures cloisonnées Dans ce cas, on procède en formant tout d'abord dans une matri- ce deux demi-coquilles ayant chacune un bord de forme si- nusoldale, après quoi ces demi-coquilles sont assemblées avec leurs bords convergents et sont soudées ensuite en- tre elles le long de leur joint de séparation circulaire. D'autre manière, les sphères creuses sont forgées en une seule pièce dans une matrice, auquel cas on part tout d'abord d'un cylindre creux comme ébauche, ce cylindre étant préalablement formé avec des extrémités coniques, après quoi le semi-produit creux ainsi obtenu est trans- formé dans une matrice en sa forme finale sphérique La matrice se compose de deux moitiés, qui, dans l'état fi- nal de formage des pièces, forment une matrice fermée, qui résulte de l'application des moitiés l'une sur l'autre. Il en résulte que, dans tous les cas, la forme d'une sphè- re creuse ne peut être qu'imparfaite. Pour ces sphères creuses en acier connues, qui servent d'éléments de noeuds pour structures cloison- nées, il s'agit de pièces de construction auxquelles au- cune exigence de précision n'est imposée pour leur dimen- sions Elles ne sont comparables qu'approximativement à des pièces mécaniques dites de précision, telles que cel- le représentée par un tourillon à tête sphérique utilisé comme barre de direction dans une automobile. Pour un article de fabrication en série de haute qualité, les mesures mentionnées ci-dessus consti- tuent un procédé de formage très coûteux La présente in- vention a pour but de simplifier le procédé de formage 3.- pour de tels tourillons à tête sphérique, tout en permet- tant, avec ce procédé simplifié, la production d'un arti- cle de haute qualité. Conformément à l'invention, ce but est at- teint avec un procédé caractérisé en ce que, au moins dans la dernière étape de pressage de fluage pour le formage de la sphère, on utilise un bottier de pressage fermé, et, ensuite, la surface extérieure de la sphère ainsi obtenue est amenée à sa dimension imposée et est rendue lisse par "roulage à galets " Grâce au procédé revendiqué, la fabrication est extraordinairement simplifiée et rendue moins coû- teuse En outre, par l'opération de travail, prévue à la suite, de la surface extérieure (par roulage à galets), on obtient un produit de plus haute qualité que ceux réali- sés jusqu'à ce jour Il est évident pour l'homme de l'art que le procédé connu pour la fabrication de sphères creu- ses en acier comme éléments de noeuds de structures ajou- rées, ne constitue aucune antériorité pour les caracté- ristiques de la présente invention. L'invention est expliquée ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation avec référence aux dessins an- nexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'une pièce ébauche cylindrique à section transversale pleine massive, la figure 2 est une vue en coupe longitu- dinale du moule de formage par pressage de fluage dans la dernière étape du procédé appliqué jusqu'à ce jour, la figure 3 est une vue en coupe longitu- dinale du moule de pressage conforme à l'invention, la figure 4 est une représentation schéma- tique d'un dispositif de formage par galets de roulage, la figure 5 représente le tourillon à tête sphérique fini. 4.- A partir d'une ébauche cylindrique à sec- tion transversale pleine, telle que celle représentée en figure 1, il est formé, tout d'abord, à une extrémité, une sphère, par un procédé de pressage-de fluage en plu- sieurs étapes, dont la dernière étape est représentée en coupe longitudinale en figure 2 Le bottier de pressage 1 utilisé ici, est constitué par deux parties 2 et 3 et il est utilisé à l'état ouvert, c'est-à-dire que, au cours de l'action du poinçon de pressage 4, les deux parties 2 et 3 du boîtier de presse 1 sont espacées l'une de l'autre, de telle manière que 2 sous l'action du poinçon, le matériau de la pièce ébauche puisse s'écouler dans la fente 5 subsistant entre les deux parties 2 et 3 du boi- tier Il se forme ainsi, sur la sphère à former 6, une bavure 7 en forme de nervure circulaire Le boîtier de pressage est, dans ce cas, dimensionné de telle sorte que la sphère 6 obtenue par le formage et qui possède une nervure médiane 7, soit surdimensionnée par rapport à sa dimension imposée Dans une opération de travail sui- vante, cette nervure 7 est éliminée et la sphère 6 est usinées par enlèvement de matière, jusqu'à sa dimension imposée La surface extérieure de la sphère est ensuite polie par roulage à galets et la tige 8 du tourillon est réalisée par usinage à enlèvement de matière du cylindre ébauche. Conformément à la proposition de linven- tion, il est utilisé un boitier de formage par fluage de matière 1 ' qui est fermé et se compose des deux parties 2 ' et 3 ' Ce bo tier est alors dimensionné de telle maniè- re qu'il présente la dimension imposée de la sphère 6 ' à confectionner avec un excès de dimension correspondant à la réduction de diamètre causée par l'opération de rou- lage à galets ultérieure La rugosité de surface extérieu- re de la sphère préalablement formée 6 ' correspond alors à une surépaisseur d'environ 6 à 12 microns. 5.- Les deux parties 2 ' et 3 ' forment le bot- tier de pressage 1 t Dans une partie 21, est monté cou- lissant le poinçon de presse 4 ' Dans le cas du procédé conforme à l'invention, les deux pièces 2 ', 3 ' constituant le bottier de pressage 1 ' qui reçoivent la pièce ébauche éventuellement pré-formée présentant une section trans- versale massive, sont tout d'abord réunies en un moule de presse fermé Après cela, le poinçon de presse 4 ' est actionné pour agir directement sur le matériau de l'ébauche constituant la sphère 6 Pendant cette action du poinçon, les deux parties 2 ' et 3 ' du moule de pressage sont rac- cordées directement et sans joint l'une avec l'autre pour former le bottier de pressage fermé. Ensuite, la sphère 6 ' est arrondie par rou- lage à galets jusqu'à ce que la rugosité de surface cor- responde à une épaisseur inférieure à 3 microns Par cet- te opération de roulage, d'une part, la qualité de la surface extérieure de la sphère 6 ' est améliorée, et, d'autre parts la sphère est amenée à sa dimension préci- se imposée La tige du tourillon est alors formée, de la manière habituelle, par usinage à enlèvement de copeaux. Cependant, il pourrait également être amené à sa forme définitive par roulage à galets Le tourillon à tête sphé- rique terminé est représenté en figure 5. La figure 4 représente schématiquement un dispositif de roulage par galets Il comprend un arbre porte-marteaux sur lequel sont montés à coulissement ra- dial, les glissières creuses de marteaux 12 et les têtes de marteaux 13 Des galets d'application de pression 14 sont montés à rotation libre dans une cage à galets 15 qui est elle-m 8 me entourée par une bague extérieure de taintien 16 Lors d'une rotation de l'arbre à marteaux 10, les glissières 12 ainsi que les t Utes de marteaux 13 sont poussées radialement vers l'extérieur par la force centri- fuge les têtes de marteaux 13 circulent ainsi au-dessous 6,- des galets de pression individuels 140 Les marteaux re- çoivent chacun son impulsion de pression vers leintérieur qui se transmet comme force de conformation sur la glis- sière 12 et ainsi sur la pièce à travailler, non représen- tée La bague extérieure 16 de maintien des galets de pression 14 est montée à rotation libre dans un carter de machine et elle est entrainée dans la rotation relative désirée par l'arbre à marteaux rotatif 10, à la manière d'un mécanisme différentiel Sur leur parcours, entre une paire de galets de pression et la suivante, les têtes de marteaux et la course d'ouverture qui en résulte don- nent à la pièce à travailler la possibilité à la fois de tourner ou de se déplacer latéralement De tels dis- positifs sont connus en soi Cependant, leur emploi pour le formage de sphères n'est pas évident car, jusqu'à ce jour, le procédé de roulage a été appliqué exclusivement au traitement de pièces cylindriques ou coniques, L'opération de formage décrite ci-dessus de la pièce peut être exécutée à la température ambiante (pressage de fluage à froid) ou également à une tempéra- ture de travail accrue par rapport à la pièce (pressage à chaud) La préférence est donnée cependant au pressage à froid, car, non seulement, il est moins coûteux (en re- nonçant à l'opération d'échauffement), mais il permet de plus hautes précisions de fabrication. Le tourillon proprement dit 8 ' peut Otre réalisé par un usinage à enlèvement de copeaux Mais il est également possible d'amener le tourillon à sa forme dé- finitive par roulage à galets. Grâce à l'invention, il est possible de con- fectionner des tourillons à tête sphérique du genre men- tionné, d'une manière considérablement plus économique que jusqu'à ce jour et cependant d'obtenir un produit de haute qualité. 7.- R E V E ND I C A T I O N S 1. Procédé pour la fabrication de touril- lons à t 9 te sphérique comprenant une tige et une sphère sur l'extrémité de celle-ci, procédé par lequel la sphère est réalisée par formage par pressage de fluage de ma- tière, de préférence en plusieurs étapes, à l'aide d'un bottier de pressage et d'un poinçon de pression, procédé caractérisé en ce que, au moins dans la dernière étape du pressage de fluage, on utilise pour le formage de la sphère ( 6 '), un bottier de pressage ( 1 ') fermé et on amène ensuite la surface extérieure de la sphère ( 6 ') ainsi Ob- tenue à sa dimension imposée et au degré de polissage désiré par une opération de roulage à galetso 2. Procédé suivant la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le bottier de pressage ( 11) utilisé dans la dernière étape du pressage de fluage pour le for- mage de la sphère présente une dimension intérieure cor- respondant à la dimension imposée de la sphère. 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, dans l'une des deux parties ( 2 ', 3 ') qui forment le bottier de pres- sage ( 1 ') est monté coulissant un poinçon de pressage ( 4 ') qui agit directement sur la matériau constitutif de la sphère. 4 Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, au moins dans la dernière étape de l'opération de pressage de fluage, les deux parties ( 2, 3 ') formant le bottier de pressage ( 1 ') sont assemblées entre elles, sans joint ouvert, en un moule fermé et ensuite le poinçon ( 4 ') est actionné.