Brevet FR2585521A1 — publié le 19870130

La présente invention concerne le domaine de la métallurgie des poudres et a notamment pour objet un procédé pouvant être utilisé en particulier pour la fabrication de collecteurs de machines électriques, ainsi que les collecteurs obtenus par ledit procédé. L'invention peut être utilisée notamment pour la fabrication de collecteurs de machines électriques, de moteurs de démarrage de véhicules automobiles et d'appareils ménagérs, dans l'électrotechnique, dans la construction des appareils et instruments de mesure, dans l'industrie automobile ainsi que dans d'autres branches de l'industrie. On connaît bien un procédé de fabrication de collecteurs de machines électriques (cf., par exemple, certificat d'auteur URSS nO 729710, Cl. Int. HO1 R43/06) qui consiste à découper des lames de collecteur en un matériau compacté, qui sont assemblées ensuite pour former le collecteur. Le procédé connu comprend le découpage des lames avec rabattage simultané d'une bride, le frappage, le polissage au tonneau, l'assemblage des lames en collecteur, et le sertissage du collecteur. Le rabattage définitif de la bride se fait pendant le sertissage du collecteur assemblé. Toutefois, le procédé connu est caractérisé par un faible rendement, la grande quantité de matériau perdue en déchets lors du découpage des lames assemblées en collecteur, il nécessite une main d'oeuvre importante pour l'assemblage des lames et ne peut pas être automatisé. On connaît aussi un procédé de fabrication de collecteurs de machines électriques (cf., par exemple, brevet Etats-Unis d'Amérique nO 3958326. Cl. Int. HO1 R 43/08, 1976), selon lequel on produit, à partir d'une bande de cuivre soigneusement calibrée, une ébauche annulaire qui est ensuite placée dans un outil de formage où est formée une bague avec des segments et une bride par déformation plastique, en particulier par filage. Cette bage est enrobée d'un matériau isolant par pressage, puis les parties reliant les différents segments sont enlevées. Cependant, la déformation plastique de la bague à segments par filage de matériaux compactés nécessite, par comparaison avec la déformation plastique de matériaux en poudre frittée, une pression de déformation sensiblement supérieure, en particulier de 20 à 25 %. Il s'ensuit que l'utilisation du procédé connu pour la fabrication de collecteurs de machines électriques à partir d'une bande de cuivre compacté nécessite un équipement plus puissant pour le pressage et aboutit à une usure rapide des outils de filage. De plus, les collecteurs de chaque dimension exigent une bande de cuivre spéciale soigneusement calibrée, ce qui diminue les possibilités technologiques du procédé. On connaît aussi un procédé de fabrication de collecteurs de machines électriques (cf., par exemple, le recueil "Industrie électrotechnique", série nO 3, 1961, "Technologie de production des collecteurs métallocéramiques pour micromachines" par V.A. Chernikov) qui consiste à obtenir par pressage d'une poudre de cuivre une ébauche annulaire à l'intérieur de laquelle sont formées des encoches parallèles à la génératrice de l'ébauche annulaire, à fritter l'ébauche annulaire dans un moule à une température de 1 000 + 200C, à calibrer l'ébauche annulaire dans le même moule. Les extrémités intérieures des segments sont mandrinées, l'ébauche annulaire est enrobée (sous pression) d'une matière plastique, puis elle est usinée suivant sa circonférence extérieure par tournage pour enlever les parties reliant les segments. Toutefois, ce procédé connu ne permet pas de produire des collecteurs à hautes propriétés mécaniques. La dureté des ébauches annulaires soumises à un cycle de pressage et de frittage est basse. L'opération de calibrage d'une ébauche annulaire se fait dans le même moule que le pressage de l'ébauche annulaire et a pour but de corriger les distorsions de forme de l'ébauche annulaire après son frittage, d'élever la précision des dimensions de l'ébauche annulaire. Le calibrage de l'ébauche annulaire modifie sa densité dans une mesure insignifiante. La porosité résiduelle de l'ébauche annulaire est de 4 à 5 %. Les caractéristiques mécaniques des collecteurs se trouvent dans les limites suivantes : la charge de rupture à la traction est de 1.862 à 2.254 kPa, la dureté Brunell est de 5.370 à 6.076 kPa. De ce fait, ces collecteurs ne peuvent être utilisés que pour les machines électriques de faibles puissances.Pour la production de collecteurs de grande hauteur par ce procédé connu, une quantité importante de métal non ferreux est perdue en copeaux du fait que l'épaisseur de la partie reliant les segments de l'ébauche annulaire de collecteur fabriquée ne doit pas dépasser 1/3 à 1/5 de la hauteur de l'ébauche annulaire. Quand ces rapports entre l'épaisseur de la partie entre les différents segments et la hauteur de l'ébauche annulaire ne sont pas respectés, les segments se désagrègent après l'extraction de l'ébauche annulaire du moule par suite de la densité basse et irrégulière des parties entre les segments. Pour le pressage des collecteurs de grande hauteur, réalisé par ce procédé, il est nécessaire de verser la poudre de cuivre dans le moule à la main, ce qui diminue sensiblement le rendement du procédé.L'opération d'enlèvement des parties reliant les segments de l'ébauche annulaire se fait elle aussi avec un faible rendement. Le procédé connu ne prévoit pas la formation d'une bride pour y réaliser les bornes auxquelles sera connecté l'enroulement de l'induit. On s'est donc proposé de mettre au point un procédé de fabrication de collecteurs de machines électriques, qui permettrait d'effectuer le pressage et la déformation de l'ébauche annulaire de manière à améliorer les propriétés mécaniques des collecteurs de machines électriques obtenues, à augmenter le rendement du procédé de fabrication de collecteurs de machines électriques, et à réduire la consommation du matériau conducteur utilisé pour la fabrication des collecteurs. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un procédé de fabrication de collecteurs de machines électriques, consistant à obtenir, par pressage d'une poudre à base de cuivre, des ébauches annulaires avec des encoches intérieures parallèles à la génératrice de l'ébauche annulaire, à fritter ladite ébauche annulaire, à mandriner les extrémités intérieures des segments de l'ébauche annulaire formés par lesdites encoches intérieures, à enrober ladite ébauche, sous pression, d'une matière plastique, et à enlever les parties métalliques reliant les segments, caractérisé, selon l'invention, en ce que le pressage de l'ébauche annulaire s'effectue avec formation d'un gradin sur la surface intérieure de l'ébauche, au moins d'un côté de celle-ci, l'ébauche annulaire, après ledit frittage, est placée dans un outil de filage et est déformée par filage à travers un jeu annulaire formé entre une matrice et un mandrin profilé, avec un taux de déformation de 40 à 85 %, de façon à former une bride, et des encoches radiales coincidant avec les encoches de la surface intérieure de l'ébauche annulaire sont exécutées sur la bride de celle-ci. Dans le but d'élever la productivité, il est avantageux que les encoches radiales de la bride de l'ébauche annulaire soient formées par impression. Il est avantageux qu'avant d'obtenir par impression les rainures radiales sur la bride de l'ébauche annulaire, au moins la bride de l'ébauche annulaire soit soumise à un recuit à une température de 300 à 4000C. Le procédé revendiqué de production de collecteurs de machines électriques permet d'obtenir des collecteurs d'une forme compliquée, pourvus de bornes pour la connexion de l'enroulement d'induit de la machine électrique. L'emploi du procédé conforme à l'invention assure également une amélioration des propriétés mécaniques des collecteurs et une réduction notable de la consommation de matériau conducteur d'électricité. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 représente, en coupe longitudinale, une ébauche annulaire obtenue par pressage et frittage conformément à l'invention - la figure 2 représente une vue en plan de l'ébauche annulaire après pressage et frittage conformément à l'invention - la figure 3 représente, en coupe longitudinale, l'ébauche annulaire après sa déformation - la figure 4 représente, en coupe longitudinale, l'ébauche annulaire après l'impression d'encoches radiales sur la bride - la figure 5 représente l'ébauche annulaire après l'exécution, sur sa bride, de rainures radiales (vue de dessous) - la figure 6 est une vue de dessous de l'ébauche annulaire après le mandrinage des extrémités intérieures des segments - la figure 7 représente l'ébauche annulaire après son enrobage, sous pression, d'une matière plastique (vue en coupe longitudinale). Le procédé de fabrication de collecteurs de machine électriques consiste en ce qui suit. On obtient, par pressage.d'une poudre à base de cuivre, une ébauche annulaire 1 (figures 1, 2) possédant des encoches intérieures 2 parallèles à la génératrice de ladite ébauche, avec formation de segments 3. Pour la fabrication de l'ébauche annulaire 1, on peut utiliser aussi bien une poudre uniquement de cuivre, que des compositions à base de cuivre. Des gradins 4 sont formés par pressage sur la surface intérieure de l'ébauche annulaire. Il est possible de former un gradin 4 dans une seule face de l'ébauche annulaire. Ensuite l'ébauche annulaire obtenue par pressage est frittée sous atmosphère protectrice à une température de 1 0200 9 îO0C. L'ébauche annulaire 1 frittée est placée dans un outil de filage (non représenté sur les dessins), et est filée à travers un jeu annulaire (non représenté) formé entre une matrice et un mandrin profilé (non représenté) avec un taux de déformation de 40 à 85 %, de manière à former une bride 5 (figure 3). Une gorge 6 est formée, au cours de la déformation, dans la face de l'ébauche annulaire 1.Le filage réalisé avec un taux de déformation inférieur à 40 % ne permet pas d'obtenir des propriétés mécaniques suffisamment élevées (dureté, résistance à la flexion), et le filage réalisé avec un taux de déformation supérieur à 85 % exige des efforts élevés de déformation et abaisse la tenue de l'outillage de filage. Ensuite la bride 5 est soumise à un recuit à une température de 300 à 4000C, par exemple au moyen de courants de haute fréquence, et on réalise dans celle-ci des encoches radiales 7 (figures 4, 5) qui coïncident avec les encoches 2 de la surface intérieure de l'ébauche annulaire 1. Le recuit de la bride 5 effectuée à une température inférieure à 3000C nécessite des efforts importants pour l'impression des rainures radiales dans la bride 5, alors que le recuit de la bride 5 effectuée à une température supérieure à 4000C n'est pas rationnel, vu que le recuit de la bride 5 réalisé à cette température crée une plasticité suffisante pour la déformation de la bride 5. Ensuite, on procède à l'opération de mandrinage des extrémités intérieures 8 (figure 6) des segments 3 de l'ébauche annulaire 1. Après le mandrinage des extrémités intérieures 8 des segments 3, l'ébauche annulaire 1 est enrobée, sous pression, d'une matière plastique 9 (figure 7) et les parties 10 entre les segments 3 de l'ébauche annulaire 1 sont éliminées par usinage au tour. Le gradin 4 prévu sur la surface intérieure de l'ébauche annularie 1 assure l'obtention d'une face frontale régulière opposée à la bride 5. L'absence d'un gradin 4 nécessite un usinage de cette face frontale, ce qui augmente la consommation de métal. Les gradins 4 ménagés dans les deux faces de l'ébauche annulaire 1 facilitent son orientation lors de son avance automatique dans l'enceinte de l'outil de filage (non représenté). Exemple de fabrication d'un collecteur de démarreur. Une poudre à base du cuivre a été soumise à une pression de 350 MPa pour former une ébauche annulaire d'un diamètre de 60 mm avec des encoches intérieures parallèles à la génératrice de l'ébauche, et un gradin d'une hauteur de 3,5 mm sur la surface intérieure de l'ébauche, d'un côté de celle-ci. L'ébauche annulaire obtenue par pressage a été frittée dans un milieu de gaz endogène à une température de 1 0200C + 100C pendant une heure et demie. L'ébauche annulaire frittée a été placée dans un outil de filage et puis déformée par filage à travers un jeu entre une matrice et un mandrin profilé, de manière à former une bride de 7 mm de hauteur. Le taux de déformation de l'ébauche annulaire était de 70 % et l'épaisseur de la partie reliant les segments de l'ébauche annulaire était de 0,5 mm. La bride de l'ébauche annulaire a été soumise à un recuit à la température de 350OC à l'aide d'une installation de chauffage à courants de haute fréquence et on a réalisé dans cette bride, par impression, des encoches- radiales coïncidant avec les encoches de la surface intérieure de l'ébauche annulaire. Après cela, on a mandriné les extrémités des segments de l'ébauche annulaire et on a enrobé sous pression l'ébauche annulaire d'une matière plastique. Après cette opération, les parties reliant les segments de l'ébauche annulaire ont été enlevées par usinage au tour. Le procédé revendiqué de production de collecteurs de machines électriques est d'un rendement plus élevé que les procédés connus, peut être facilement automatisé et appliqué dans des chaînes de fabrication automatiques réglables. REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication de collecteurs de machines électriques, du type consistant à obtenir, par pressage d'une poudre à base de cuivre, une ébauche annulaire (1) pourvue d'encoches intérieures (2) parallèles à la génératrice de l'ébauche (1), à fritter l'ébauche annulaire (1), à mandriner les extrémités intérieures (8) des segments (3) formées par les rainures intérieures (2) de l'ébauche annulaire (1), à enrober sous pression ladite ébauche d'une matière plastique (9) et à éliminer les parties (10) reliant les segments (3) de l'ébauche annulaire (1), caractérisé en ce que le pressage de l'ébauche annulaire (1) est effectué de façon à former, dans au moins une face de ladite ébauche, un gradin (4) sur la surface intérieure de celle-ci, l'ébauche annulaire (1), après avoir été frittée, est placée dans un outil de filage et y est déformée, par filage à travers un jeu entre une matrice et un mandrin profilé, avec un taux de déformation de 40 et 85 % de façon à former une bride (5) sur laquelle on réalise des encoches radiales (7) coïncidant avec les encoches (2) de la surface intérieure de l'ébauche annulaire (1). 2. - Procédé de fabrication de collecteurs de machines électriques, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les encoches radiales (7) de la bride (5) de l'ébauche annulaire (1) sont réalisées par impression. 3.- Procédé de fabrication de collecteurs de machines électriques, selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'avant d'effectuer par impression des encoches radiales (7) sur la bride t5) de l'ébauche annulaire (1), on soumet au moins la bride (5) de l'ébauche annulaire (1) à un recuit à une température de 300 à 4000C. 4.- Collecteurs de machines électriques, caractérisés en ce qu'ils sont obtenus par le procédé suivant l'une des revendications 1, 2 et 3.