Brevet FR2568506A1 — publié le 19860207

La présente invention concerne un procédé de fabri- cation d'un pignon conique à denture interne, ainsi qu'un appareil utile à cet effet. On rencontre actuellement certaines difficultés, parfois insurmontables, lors de la fabrication de tels pignons coniques à denture interne par les procédés normaux d'usinage mettant en oeuvre une force mécanique, par exemple par une opération classique de fraisage et/ou de rectifica- tion des dentures, et en conséquence, on a pu réaliser certains de ces pignons uniquement à partir d'un métal peu résistant ou d'une matière plastique, dans un moule de forme convenable. Ainsi, les pignons coniques à denture interne réalisés de cette manière ne conviennent pas aux appareillages t-.] que les réducteurs d'aéronefs dans lesquels les pignons doivent être soumis à des vitesses de rotation très élevées et/ou à des forces très importantes appliquées à la denture. L'invention remédie aux inconvénients précités et résout le problème posé de la fabrication d'un pignon conique à denture interne à partir d'un matériau conducteur de l'électricité ayant une résistance mécanique élevée, sans difficulté pratique importante autre que celles qui existent dans les opérations normales de taille des pignons mettant en oeuvre une force mécanique, et à l'aide des machines classiques de fraisage et/ou de rectification. Selon l'invention, un procédé de fabrication d'un pignon conique à denture interne comprend les opérations suivantes: (a) la fabrication d'une ébauche ayant la forme conique interne nécessaire et constituée d'un matériau conducteur de l'électricité, formant une première électrode, (b) la formation d'une seconde électrode ayant une denture conique externe, la denture formée ayant une configuration telle que, lors de la mise en oeuvre du procédé, elle puisse former sur la première électrode une denture conique interne destinée à être en prise, au moins approximativement, avec un pignon conique à denture externe destiné à coopérer avec elle, (c) le montage de la première et de la seconde électrode sur une machine capable d'assurer une érosion contrôlée de la première électrode sans application à celle- ci d'une force mécanique, (d) l'avance de la seconde élec- trode très près de la première, (e) la transmission d'un courant électrique entre les électrodes de manière qu'une érosion de la première électrode soit provoquée, et (f) le maintien d'un espace ou entrefer constant entre les électrodes pendant la transmission continue du courant entre elles, jusqu'à ce que l'érosion de la première élec- trode soit telle qu'elle possède une denture interne ayant une forme qui est symétrique ou pratiquement symétrique de celle de la denture externe de la seconde électrode. Ce procédé peut aussi comprendre (a) la formation d'une troisième électrode analogue à la seconde mais ayant une denture conique externe telle que, lors de la mise en oeuvre du procédé, elle puisse donner à la première électrode une denture conique interne permettant un engrène- ment très précis avec un pignon conique à denture externe, (b) l'enlèvement de la seconde électrode de la machine et son remplacement par la troisième électrode, (c) l'avance de la troisième électrode très près de la première, et (d) la transmission d'un courant électrique entre la première et la troisième électrode afin qu'une érosion supplémentaire de la première électrode donne une denture interne de confi- guration symétrique ou pratiquement symétrique de celle de la denture externe de la troisième électrode. De cette manière, la seconde électrode est une électrode "grossière", et la troisième électrode est une électrode "fine" qui peut assurer, le cas échéant, une finition très précise du pignon conique à denture interne. L'érosion de la première électrode à l'aide de la seconde électrode peut être réalisée par usinage par électroérosion ou, dans une variante, par usinage électro- chimique, et l'érosion finale de la première électrode à l'aide de la troisième peut être réalisée par usinage par électroérosion. En outre, l'invention concerne un appareil conve- nant à la fabrication d'un pignon conique à denture interne, par le procédé précédent, comprenant une machine destinée à assurer un usinage par électroérosion ou électrochimique, ayant une table de support de la première électrode, un support sur lequel la seconde et la troisième électrode peuvent être montées, et un mécanisme destiné à faire avancer la seconde électrode ou la troisième très près de la première et à maintenir un espace constant entre les électrodes pendant la transmission continu du courant entre les élec- trodes. De préférence, l'ébauche ou la première électrode est formée d'un acier possédant une résistance élevée à la traction, formé par cémentation ou nitruration, et la seconde et/ou la troisième électrode sont constituées de cuivre. Les avantages présentés par l'invention sont essen- tiellement la possibilité de la fabrication de pignons coniques à denture interne dans un matériau de qualité élevée, permettant l'utilisation du pignon dans des appli- cations telles que les réducteurs pour aéronefs dans les- quels la fiabilité et une longue durée de service sont primordiales. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel la figure unique est une élévation schématique en coupe partielle d'un appareil selon un mode de réalisation de l'invention. Comme l'indique schématiquement le dessin, l'appareil de fabrication d'un pignon conique à denture-interne comporte une machine 1 à vérin destinée à assurer un usinage par électroérosion. Cette machine a une table 2 et un support 3 mobile vers la table sous la commande d'un vérin hydrau- lique 4. Ce vérin fait partie d'un mécanisme 5 d'asservisse- ment électro-hydraulique. Une ébauche 6 de pignon qui a une configuration conique interne convenable et à partir de laquelle un pignon terminé doit être réalisé, est formée préalablement en acier à résistance élevée à la traction, permettant une cémentation, avant montage sur la table 2. Cette ébauche qui est conductrice de l'électricité forme une première électrode lorsqu'elle est montée sur la table de travail. Une seconde électrode 7 et une troisième électrode 8, toutes formées de cuivre, sont alors préparées de manière convenable afin qu'elles puissent être montées séparément dans le support 3. Ces électrodes ont chacune une denture conique externe dont la configuration est telle que, après mise en oeuvre du procédé selon l'invention, la première électrode 6 possède une denture interne conique destinée à être en prise avec un pignon conique à denture externe (non représenté) qui doit ensuite coopérer avec le pignon à denture interne lors de l'utilisation. La configuration de denture formée par l'électrode 7 a aussi des dimensions telles qu'elle puisse être en prise approximativement avec le pignon alors que la denture formée par l'électrode 8 a des dimensions telles qu'elle permet en engrènement précis avec le pignon conique. Ainsi, l'électrode 7 constitue une électrode "grossière" et l'électrode 8 forme une élec- trode "fine", et comme indiqué d'une manière un peu exagérée sur la figure en trait interrompu, les profils des dents de l'électrode 8 sont légèrement plus grands que ceux de l'électrode 7. La machine 1 comporte un réservoir 9 d'un fluide diélectrique 10. Le support 3 et le vérin hydraulique 4 sont supportés au-dessus du réservoir et de la table par un organe 11 qui est lui-même solidaire de la paroi du réservoir. Une pompe 12 est placée à l'extérieur du réser- voir près de sa base et le fluide diélectrique pompé dans le réservoir est transmis par un filtre 13 puis par une tuyauterie 14 au réservoir. Un conducteur 15, partant du c8té positif d'une source d'un courant électrique, est raccordé à la table 2 et un conducteur 16 partant de la partie 17 du support 3, isolé électriquement en-18 par rapport au vérin 4, est relié au côté négatif. Lorsque l'ébauche 6 est montée sur la table 2, elle forme une première électrode pour la machine 1. Après montage de la seconde électrode 7 dans le support 3, les deux électrodes sont placées coaxialement. Avant que l'usinage par électroérosion de l'ébauche 6, c'est-à-dire de la première électrode, puisse commencer, le mécanisme 5 d'asservissement est mis en fonctionnement. Ainsi, le distributeur électro-hydraulique d'asservissement 19 qui fait partie d'un mécanisme 5 d'asservissement, est commandé de manière que du liquide sou pression provenant d'une source convenable (non représentée) soit dirigé par la tuyauterie 20 vers la face supérieure du vérin 4 alors que la face inférieure du vérin communique avec un réservoir (non représenté non plus) par une tuyauterie 21. Le vérin 4 abaisse ainsi le support 3 ainsi que la seconde électrode 7 placée près de la première 6, tout en en étant séparée par un petit espace prédéterminé 22 qui, dans le mode de réalisation considéré, est égal à 0,15 mm. Cet espace est représenté sous forme très exagérée sur le dessin. Un courant électrique circule alors dans le conduc- teur 15 vers la table 2 et ainsi vers l'électrode 6 qui est convenablement serrée sur la table, par l'intermédiaire de blocs de montage 23, 24. Ce courant passe dans l'espace 22 séparant les électrodes 6 et 7 puis dans le support 3 et le conducteur 6 vers le pôle négatif. Lorsque le courant circule dans l'espace 22, l'acier de l'ébauche 6 subit une érosion par étincelage si bien que les profils des dents internes du pignon sont mis en forme. Pendant que cette mise en forme s'effectue progressivement, le mécanisme 5 d'asservissement peut fonctionner automatiquement de manière convenable afin qu'il maintienne l'espace 22 à une valeur sensiblement constante. Simultanément, du fluide diélectrique 10 remplit l'espace en provenance de la tuyau- terie 14 et il joue le rôle à la fois d'un fluide de refroi- dissement et d'un conducteur des décharges disruptives ou étincelles. Il constitue aussi un véhicule destiné à entraîner des petites particules ou petits morceaux d'acier retirés de l'ébauche lors de la formation du pignon conique à denture interne. Simultanément, la pompe 12 transmet le fluide diélectrique contenant les particules hors du réservoir 9 et dans le filtre 13, et le fluide propre revient alors par la tuyauterie 14 dans le réservoir afin qu'il remplisse l'espace 22. Des fluides diélectriques qui convien- nent sont les huiles de silicone, l'eau désionisée et les huiles d'hydrocarburesde viscosité convenable. Lorsque l'opération d'usinage par électroérosion à suffisamment avancé pour que l'ébauche 6 possède une denture interne qui est une image spéculaire de la seconde électrode "grossière" 7, l'opération est interrompue et le vérin 4 est manoeuvré afin qu'il écarte l'électrode 7 de l'ébauche 6 et permette son retrait du support 3. L'électrode 7 est remplacée dans le support 3 par la troi- sième électrode "fine" 8 indiquée en trait interrompu sur le dessin. Le mécanisme 5 d'asservissement est manoeuvré à nouveau afin qu'il abaisse la troisième électrode très près de l'ébauche 6, avec un espace intermédiaire de 0,040 mm. Un courant électrique circule alors dans le conduc- teur 15 vers la table 2 et entre les électrodes 6, 8 afin qu'une érosion supplémentaire de l'ébauche assure la mise en forme finale de la denture conique interne du pignon. Au cours de cette mise en forme progressive, le mécanisme d'asservissement 5 maintient encore l'espace 22 à une valeur sensiblement constante. En outre, du fluide diélectrique est transmis simultanément dans l'espace par la tuyauterie 14, et la pompe 12 transmet encore du fluide du réservoir 9 dans le filtre 13. Lorsque cette seconde étape de l'opération d'usinage par électroérosion a suffisamment progressé pour que l'ébau- che 6 ait une denture interne qui est symétrique de la troisième électrode "fine" 8, l'opération est interrompue et le pignon conique à denture interne est retiré de la machine. Dans cette seconde étape d'usinage, 0,3 mm seule- ment peuvent avoir été retirés de l'ébauche, pour la forma- tion du pignon. En outre, pendant l'une ou l'autre des opérations d'usinage par électroérosion ou pendant les deux, la seconde et/ou la troisième électrode peut subir un petit déplacement orbital commandé par un appareil convenable. Ilfaut noter qu'un traitement thermique convenable du pignon peut être réalisé à tout moment voulu pendant les opérations précédentes de fabrication. Dans ce mode de réalisation, la première étape (grossière) du procédé dure environ 1,75 heure, alors que la seconde étape (fine) dure environ une demie-heure. Ensuite, le pignon conique à denture interne est rodé par coopération avec un pignon conique spéciale à denture externe par engrènement mutuel. Ce pignon est pratiquement identique au pignon utilisé en production qui doit être ensuite en prise avec le-pignon conique et il est revêtu de nitrure de bore cubique sur une profondeur de 0,1 mm, jouant le rôle d'un abrasif. Au cours du procédé de rodage, les deux pignons sont montés avec un jeu convenable d'assemblage et tournent en sens opposés, un couple prédéterminé leur étant appliqué afin que la finition de surface soit la meilleure possible. Pendant le rodage, 25 xm environ du matériau (la couche "refondue" associée à l'usinage par électroérosion) sont retirés des flancs des dents du pignon conique à denture interne. Le pignon conique à denture interne ainsi formé peut alors être monté dans un réducteur et mis en prise avec un pignon conique correspondant. Dans une variante de l'invention, l'étape "grossière" de la mise en forme du pignon n'est pas réalisée par un usinage par électroérosion mais par un usinage électrochimique dans lequel le métal est retiré par dissolution anodique dans une cellule d'électrolyse dans laquelle la pièce consti- tue l'anode et l'outil constitue la cathode. Dans ce cas, un électrolyte, par exemple une solution aqueuse de sels minéraux tels que le chlorure de sodium, le chlorure de potassium, le nitrate de sodium ou le chlorate de sodium, 8506 ou une solution d'hydroxyde de sodium ou d'acide sulfurique, est pompé dans un espace convenable délimité entre la pièce et l'outil. L'invention permet la fabrication de pignons coniques à denture interne très précis en un matériau de haute qualité, sans que les difficultés pratiques présentées par l'usinage mécanique normal soient rencontrées, si bien que les pignons peuvent être réalisés d'une manière très rentable, surtout ceux qui doivent être en prise avec des pignons coniques à denture externe dont les arbres forment un angle obtus (par exemple de l'ordre de 160 ) avec le plan de rotation du pignon conique associé à denture interne, de tels pignons coniques ayant un diamètre de denture externe nettement inférieur à ceux de la seconde et de la troisième électrode. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux procédés et appareils qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un pignon conique à denture interne, caractérisé en ce qu'il comprend (a) la fabrication d'une ébauche (6) de pignon ayant une forme conique interne nécessaire et constitué d'un matériau con- ducteur de l'électricité, formant une première électrode, (b) la formation d'une seconde électrode (7) ayant une denture conique externe de configuration telle que, après mise en oeuvre du procédé, elle permette la formation d'une première électrode dont la denture conique interne est destinée à être en prise, au moins approximativement, avec un pignon conique à denture externe qui doit ensuite coo- pérer avec elle, (c) le montage de la première et de la seconde électrode sur une machine (1) qui permet une érosion réglée de la première électrode sans application à celle-ci d'une force mécanique, (d) l'avance de la seconde électrode très près de la première, (e) la transmission d'un courant électrique entre les électrodes afin que la première élec- trode subisse une érosion, et (f) le maintien d'un espace constant (22) entre les électrodes pendant la transmission continue du courant entre les électrodes jusqu'à ce que l'érosion de la première électrode soit telle que la denture interne de celle-ci soit une image spéculaire pratiquement de la denture externe de la seconde électrode. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre (a) la formation d'une troi- sième électrode (8) analogue à la seconde (7) mais ayant une denture conique externe dont la configuration est telle que, lors de la mise en oeuvre du procédé, la première électrode (6) puisse prendre une configuration de denture conique interne capable d'un engrènement précis avec le pignon conique à denture externe, (b) l'enlèvement de la seconde électrode de la machine (1) et son remplacement par la troisième électrode, (c) l'avance de la troisième électrode très près de la première, et (d) la transmission d'un courant électrique entre la première et la troisième électrode afin que la première électrode subisse une érosion supplémentaire qui lui donne une configuration de denture interne qui est pratiquement l'image spéculaire de la con- figuration de la denture externe de la troisième électrode. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'érosion de la première électrode (6) -à l'aide de la seconde électrode (7) est réalisée par usinage par électroérosion. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'érosion de la première électrode (6) par la seconde (7) est réalisée par usinage électro- chimique. 5. Procédé selon la revendication 2, considérée seule ou en combinaison avec l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que l'érosion finale de la première électrode (6) a l'aide de la troisième électrode (8) est réalisée par usinage par électroérosion. 6. Appareil destiné à la fabrication d'un pignon conique à denture interne par un procédé selon l'une quel- conque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une machine (1) destinée à assurer un usinage par électroérosion ou-un usinage chimique ayant une table (2) de support de la première électrode (6), un support (3) sur lequel peut être montée la seconde électrode (7) ou la troisième électrode (8), et un mécanisme (5) destiné à faire avancer la seconde ou la troisième électrode très près de la première électrode et à maintenir un-espace constant (22) entre les électrodes pendant la transmission continue du courant entre les électrodes. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'ébauche ou première électrode (6) est formée d'un acier de résistance élevée à la traction, convenant à une carburation ou à une nitruration. 8. Appareil selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que la seconde électrode (7) ou la troisième électrode (8) au moins est formée de cuivre.