Brevet FR2589374A1 — publié le 19870507

PROCEDE POUR LA REALISATION DE FILETAGES ET OUTIL POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE L'invention concerne un procédé pour la réalisation de filetages par usinage de la rainure des filets par enlèvement de copeaux, suivi d'un lissage par pression de la surface des filets, ainsi qu'un outil pour la mise en oeuvre de ce procédé. Un tel procédé est déjà connu par la demande de brevet DE 854 291. Les surfaces des filets sont lissées par pression et calibrées de façon exacte. D'autres particularités, concernant la manière suivant laquelle le lissage par pression est effectué et les outils avec lesquels cette opération est exécutée, ne sont pas décrits dans le document cité. On peut supposer que, pour ce faire, comme également pour le lissage d'autres surfaces, on utilise des outils à molettes. L'utilisation de tels outils le plus souvent encombrants est la source de difficultés particulièrement dans le cas de petits filetages. Comme le lissage de ces petits filetages demande de mobiliser des forces aussi grandes que pour des pièces à usiner plus importantes, la construction compliquée des dispositifs à molettes -2- ne permet pas d'obtenir la plupart du temps la qualité désirée pour la surface. Un filetage de dimensions précises et de haute qualité de surface est particulièrement nécessaire pour des mécanismes transformant un mouvement de rotation en un mouvement linéaire ou réciproquement. Pour de tels filetages, on exige un fonctionnement à frottement réduit, même dans des conditions plus dures, par exemple sous charge radiale élevée, ou sous l'effet d'efforts de renversement. Dans ces deux cas, il ne doit pas se produire un frottement par adhérence accru ni un frottement irrégulier. Le but de l'invention est de créer un procédé pour réaliser un filetage du type défini ci-dessus, par lequel on peut réaliser moyennant une faible dépense une surface de filetage lisse et précise. Le but est atteint par la production d'une structure superficielle rugueuse par usinage de la rainure des filets par enlèvement de copeaux, avec une surépaisseur de façonnage ultérieur pour la mise à la cote des filets, et par le lissage par pression de la structure superficielle dans le domaine de la déformation plastique, de manière que la surface résultant des pointes lissées de la structure représente entre 30 et 80 % de la surface totale façonnée par pression. Tout d'abord, en taillant les filets selon une méthode connue, avec un taraud, une filière ou un outil analogue, on produit sciemment une structure superficielle grossière, c'est-à-dire rugueuse. Ceci, entre autres moyens, peut être obtenu par le fait _ --que- les arêtes de coupe de l'outil de taillage sont taillées avec un angle plus grand par rapport au modèle -3- normalement à angle aigu. Une autre possibilité consiste à donner à la pièce à usiner une dureté préalable déterminée, pour obtenir une structure un peu plus cassante, ou à employer un matériau allié de façon à présenter une structure grossière. Dans toutes les solutions alternatives, il en résulte, après le taillage du filetage, une surface avec une microstructure à pointes qui, du fait du mouvement de taillage, peut présenter aussi un aspect rayé. La structure forme des pointes de structure en relief, avec des zones voisines en creux. Dans l'étape suivante, on entreprend un lissage par pression dans le domaine de la déformation plastique. Il est essentiel à ce sujet de ne pas procéder à une compression de surface (densification) dans le sens habituel, et de ne déformer au maximum qu'une proportion en volume de matière des pointes de structure correspondant à celle que les zones en creux peuvent recevoir. Pour assurer dans chaque cas une déformation exclusivement plastique de la matière sans densification notable de la structure, on exécute, selon l'invention, un lissage par pression seulement partiel de la surface, c'est-à-dire que la surface présente après le lissage encore une certaine proportion de zones en creux. Les surfaces partielles lissées par pression de toutes les pointes de structure représentent par exemple au total 80% de la surface totale traitée par pression, tandis que les zones restantes en creux en représentent %. Les différentes surfaces partielles forment ainsi la surface portante de glissement du filetage, qui présente une qualité de surface exceptionnelle, et qui a une grande précision dimensionnelle, grâce à la déformation uniquement plastique. Si, par contre, un traitement ultérieur par pression plus intensif -4- était effectué, il se produirait ensuite inévitablement une densification de la matière, quand les zones en creux ne sont plus en mesure d'absorber de la matière, c'est-à-dire quand la limite de 100 % est dépassée. Les forces de pression exercées par l'outil sur la surface du filetage doivent alors être accrues considérablement. Selon la matière de la pièce à usiner, ces forces augmentent jusqu'à devenir un multiple de la force de pression qui, selon l'invention, est nécessaire pour la déformation plastique sans compression. L'étape du procédé décrite "lissage par pression" peut par exemple être réalisée au moyen d'un outil à molette, lequel, du fait de forces relativement faibles nécessaires pour la déformation dans le domaine plastique, doit seulement satisfaire à de faibles exigences de stabilité, et par conséquent peut être réalisé simple et petit. Selon une autre caractéristique de l'invention, les flancs des filets sont lissés par pression jusqu'aux zones de raccordement à la surface de sommet des filets. Ainsi les surfaces de raccordement qui, dans le cas de filetages spéciaux, par exemple un filetage trapèzoidal, n'ont pas de fonction de support de charge, ne sont pas lissées par pression. Sur le profil complet du filet se forment de ce fait trois zones séparées et lissées par pression, à savoir les surfaces des deux flancs et la surface de sommet du filet. Cette division améliore la résultat du lissage par pression, car aux zones de raccordement souvent auguleuses pour des causes géométriques, le processus de déformation passe plus tôt dans la phase de compression que sur les faces planes ou presque planes des flancs. De --5- plus, la force de pression nécessaire est réduite et est limitée aux surfaces porteuses. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le lissage par pression est effectué par frottement de glissement, avec une pression essentiellement inclinée par rapport à la surface, les pointes de structure étant déformées partiellement par flexion et partiellement par fluage. Ainsi, le lissage par pression, contrairement au procédé avec l'outil à molette, est produit par un élément de glissement qui, au départ, est appliqué sous pression sur la surface du filetage. Par le mouvement relatif de cet élément de glissement sur la surface du filetage, il se crée une force agissant en biais par rapport à cette surface, ce qui provoque partiellement une flexion des pointes de structure dans la direction du mouvement, et partiellement une déformation par fluage, perpendiculairement à la direction du mouvement. Ce processus se produit de préférence dans la zone de début de cet élément de glissement. La zone suivante de glissement participe à l'amélioration de la surface lissée. Les résultats du lissage par pression sont améliorés si cette opération est faite avec adjonction de lubrifiant. Le mode d'action décrit du procédé selon l'invention apporte en particulier des avantages du point de vue de la configuration de l'outil de lissage par pression. On peut désormais utiliser un outil très simple et économique, analogue à l'outil usuel de taillage des filets. Cet avantage permet également par la suite le traitement ultérieur de très petits filetages, -6- de l'ordre de quelques mm. Ainsi, d'emblée et sans difficulté, il est possible de procéder sur un filetage intérieur, par exemple de 5 mm de diamètre, à un lissage par pression selon l'invention, sans le risque de voir détruit l'outil relativement mince. Si un lissage par pression venait à dépasser la limite de 100 % décrite plus haut, pour passer dans la phase de compression, il se produirait inévitablement un grippage de l'outil. Le procédé selon l'invention écarte complètement ce danger, et apporte cependant une amélioration essentielle de la qualité du filetage, la précision dimensionnelle et la qualité de surface conduisant à un frottement réduit par adhérence et à des propriétés constantes sur toute la longueur du filetage. Selon ce procédé, on peut, naturellement, réaliser des filetages aussi bien intérieurs qu'extérieurs. Un outil utilisable pour la phase de lissage par pression du procédé sera expliqué en détail dans la description d'un exemple. Les dessins montrent: Figure 1: la coupe longitudinale d'un filetage de section trapézoidale dans la zone d'un filet après le taillage du filet, Figure 2: le filet selon la figure 1, après lissage par pression, Figure 3: le détail à plus grande échelle d'une section de surface, avec la représentation du déplacement de la matière pendant le lissage par pression, Figure 4: la coupe transversale d'un outil pour le lissage par pression d'un filetage intérieur, et -7- Figure 5: le détail A à plus grande échelle de la zone de début de façonnage selon la figure 4. La figure 1 représente la rainure d'un filet de section trapézoïdale après taillage du filet. Il se produit ainsi une structure de surface relativement rugueuse 1, avec des pointes de structure 2 faisant saillie par rapport à la surface, et des zones en creux 3 disposées entre les pointes. Dans la coupe longitudinale représentée ici, la courbe de la structure oscille autour d'une ligne moyenne arithmétique 4, dessinée en trait fin sur la figure 1. De faibles différences de structure de la matière, l'état du tranchant de l'outil de taillage des filets et son angle de coupe produisent la structure tout à fait irrégulière représentée sur la figure, dont la profondeur de rugosité va jusqu' à environ 10 m, et dont la représentation a été fortement agrandie, pour une meilleure compréhension. En figure 2 est représenté un filet de section trapézoïdale selon la figure 1, après avoir subi un lissage par pression dans l'étape suivante de façonnageo Dans ce but, on utilise un outil 5, semblable à un taraud, selon les figures 4 et 5, qui sera décrit plus loin. Toute la surface du filetage est lissées exceptées les zones de transition 6 entre la surface des flancs 7 et la surface du sommet 8 du filet, l'outil présentant les dimensions qui correspondent aux lignes moyennes 4 précédemment dessinées de la courbe de la structure, selon la figure 1. Les dimensions initiales 9 du filet seulement taillé, selon la figure 1, sont également reportées sur la figure 2, sous forme d'une ligne en trait mixte, à titre de comparaison. Par l'action de lissage par pression, -8- les pointes de structure sont déformées, une partie de leur matière allant dans les zones en creux 3. De ce fait, on obtient une surface portante 18, lissée, constituée par la somme de surfaces partielles représentant environ 80 % de la surface totale, avec environ 20 % de surfaces partielles de zones 3 restant en creux. Aux zones de transition avec la surface de perçage 10 du filet il se produit de petits excès de matière 11, en forme de bourrelet. On va décrire ci-après le processus de lissage par pression sur une section de surface, représentée à plus grande échelle en figure 3. Cette section de surface a été façonnée avec un outil 5 selon les figures 4 et 5. Pour mieux faire comprendre le processus, on décrit d'abord l'outil. Il est constitué d'un corps 12 semblable à un taraud, avec plusieurs filets, et deux rainures de séparation 13, diamétralement opposées et s'étendant axialement. Par ces rainures, tous les filets sont séparés en deux sections de forme essentiellement semi-circulaire 14, qui présentent chacune une zone de début de façonnage 15 et une zone de fin de façonnage 16. La zone de début de façonnage de chaque section semicirculaire 14 commence avec un diamètre plus petit dans la rainure de séparation correspondante 13, s'élève en forme de rampe jusqu'au diamètre nominal désiré du filetage, et continue ici sur une ligne circulaire 17, en tant que zone de fin de façonnage 16. Ceci est particulièrement clair en figure 5, qui montre à plus grande échelle le détail A de la figure 4. Par les rainures de séparation 13, on transporte un lubrifiant dans le filetage. L'outil décrit est utilisé, comme mentionné ci-dessus, pour le lissage par pression des filets taillés -9- auparavant, selon la figure 1. La structure de surface à façonner, après le taillage, correspond à la représentation à plus grande échelle sur la partie droite de la figure 3. La surface est rugueuse et présente des pointes de structure saillantes 2 et, entre elles, des zones en creux 3. Lors du vissage de l'outil 5, les pointes de structure 2 viennent en contact avec la zone de début de façonnage 15, tout d'abord de la première section 14 en forme de demicercle. Une force de pression F, inclinée en direction radiale par rapport à la direction circonférentielle, agit sur les pointes de structure 2, du fait de l'inclinaison de cette zone 15. Ceci provoque un déplacement des pointes de structure 2, partiellement par flexion, et partiellement par déformation par fluage de la matière dans les zones en creux 3, comme indiqué par des flèches sur la figure 3. En atteignant la zone de fin de façonnage 16, la section 14 en forme de demi-cercle voit son action terminée, et on se trouve en présence de la disposition de matière représentée sur la partie gauche de la figure 3, avec une surface portante 18 lissée, dont les parties de surface sont maintenant plus grandes, puisque les zones en creux 3, qui étaient auparavant très largement ouvertes, sont devenues plus étroites. La déformation se produit dans la zone de déformation plastique de la matière. Par la rotation ultérieure de l'outil 5, les sections 14 suivantes en forme de demi-cercle agissent et optimisent le résultat du lissage. L'outil représenté sur les figures est seulement un exemple. Dans une solution alternative, on peut donner aux sections en forme de demi-cercle des premiers filets également un diamètre plus petit, alors que -10- les suivantes ont des diamètres qui augmentent constamment. De ce fait, le travail de lissage par pression est réparti sur des sections plus importantes de l'outil. -11- REVENDICATIONS I. Procédé pour la réalisation de filetages par usinage de la rainure des filets par enlèvement de copeaux, suivi d'un lissage par pression de la surface des filets, caractérisé par le fait que l'on produit une structure superficielle rugueuse par usinage de la rainure par enlèvement de copeaux, avec une surépaisseur de façonnage ultérieur pour la mise à la cote des filets, et qu'on effectue un lissage par pression de la structure superficielle dans le domaine de la déformation plastique, de manière que la surface résultant des pointes lissées de la structure représente entre 30 et 80 % de la surface totale façonnée par pression. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les flancs des filets sont lissés par pression jusqu'aux zones de raccordement à la surface de sommet des filets. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le lissage par pression est effectué par frottement de glissement, avec une pression essentiellement inclinée par rapport à la surface. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les pointes de structure sont déformées partiellement par flexion et partiellement par fluage. -12- 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications i à 4, caractérisé par le fait que le lissage par pression est effectué avec adjonction de lubrifiant. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il comprend un outil (5) correspondant à l'homologue du filetage à façonner, avec au moins une rainure de séparation (13), s'étendant essentiellement transversalement à la rainure des filets, et subdivisant l'outil (5) en zones de fin de façonnage (16) et de début de façonnage (15), que les zones de début de façonnage (15) présentent les dimensions de la rainure des filets, telle qu'usinée par enlèvement de copeaux, et les zones de fin de façonnage (16) les dimensions à obtenir du filetage, et qu'une transition continue est prévue entre lesdites zones. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les rainures de séparation (14) sont formées pour servir de canal de lubrifiant.