Brevet FR2618709A1 — publié le 19890203

Mécanisme de soudage par friction La présente invention concerne un mécanisme de soudage par friction, et plus particulièrement un mécanisme pour transformer le mouvement de rotation d'un arbre d'entraîne- ment en un mouvement de va-et-vient d'une bielle, avec la possibilité de faire varier la course ou amplitude d'une valeur maximale jusqu'à zéro. Le soudage par friction est une méthode de soudage bien connue, qui est basée sur la création de chaleur en faisant frotter deux pièces l'une contre l'autre de façon qu'elles puissent être liées l'une à l'autre d'une manière permanente lorsqu'on- fait cesser le frottement. Ce frotte- ment est habituellement obtenu en faisant tourner une pièce par rapport à une autre pièce fixe autour d'un axe fixe, ou autour d'un axe décrivant une orbite. Dans certaines applications de soudage, il n'est pas souhaitable, ou il est impossible, de faire tourner une pièce par rapport à une autre. A la place, il vaut mieux faire frotter les pièces le long d'un parcours droit ou courbe, selon un mouvement de va-et-vient. Ce mode de soudage est fréquemment appelé "soudage par friction linéaire". La présente invention a pour but de fournir un méca- nisme de soudage par friction linéaire. Selon l'invention, le mécanisme de soudage par friction comprend: un arbre d'entraînement monté dans des paliers en rotation autour d'un premier axe longitudinal, et muni d'un moyen de positionnement excentrique présentant une surface réceptrice qui est circulaire autour d'un deuxième axe longitudinal qui est parallèle au premier axe longitudinal mais latéralement décalé de ce dernier d'une distance d; un premier élément de came présentant une première surface circulaire correspondant à la surface réceptrice circulaire du moyen de positionnement de l'arbre d'entraînement, l'é- lément de came étant positionné sur l'arbre d'entraînement et étant rotatif par rapport à ce dernier autour du deu- xième axe longitudinal, et l'élément de came comprenant en outre une surface périphérique qui est circulaire autour d'un troisième axe longitudinal qui est parallèle aux pre- mier et deuxième axes longitudinaux et est latéralement décalé du deuxième axe longitudinal de la distance d; une bielle positionnée par l'intermédiaire d'un palier de tête de bielle sur la surface périphérique circulaire de l'élément de came et comprenant un dispositif porte-pièce pour maintenir une pièce à souder et pour la pousser en contact de friction avec une pièce fixe à souder; des moyens pour faire tourner l'arbre d'entraînement et l'élément de came; et des moyens pour faire tourner l'élément de came par rapport à l'arbre d'entraînement. Le mécanisme de soudage par friction selon l'inven- tion fournit un système de manivelle avec une amplitude réglable en continu entre zéro et quatre fois la distance d. Le réglage est effectué en faisant tourner l'élément de came autour du deuxième axe longitudinal. L'amplitude est nulle lorsque les premier et troisième axes coincident et maximale lorsque le troisième axe se trouve à une dis- tance 2d du premier axe. L'invention va être maintenant décrite en détail,à titre d'exemple, en référence au dessin annexé, dans lequel: Figures 1 et 2 représentent un type de mécanisme selon l'invention; Figures 3 et 4 représentent un autre exemple de réa- lisation de l'invention; Figure 5 représente une configuration améliorée du mécanisme représenté aux figures 1 et 2; et Figure 6 représente un exemple d'une partie d'un mécanisme à utiliser avec l'invention. Selon les figures 1 et 2, un arbre d'entraînement peut tourner autour d'un axe longitudinal 12, et il est positionné dans l'espace par des paliers 14. Une partie excentrique 10A de l'arbre d'entraînement 10 possède une surface réceptrice périphérique circulaire autour d'un deuxième axe longitudinal 16 qui est espacé latéralement d'une distance d de l'axe de rotation 12. Sur la partie excentrique 10 A est positionné un élément de came annu- laire 18 qui possède une surface profilée extérieure cir- culaire autour d'un troisième axe longitudinal 20 espacé d'une distance d du deuxième axe 16. Un palier de tête de bielle 26 positionne une bielle 24 sur la came annulaire 18, et des paliers linéaires 28 empêchent le déplacement laté- ral d'une coulisse 29. Des moyens de fixation (non représentés) sont prévus sur la coulisse 29, de sorte qu'une pièce à souder peut être fixée sur la coulisse et peut être déplacée en va-et- vient selon un parcours prédéterminé sensiblement linéaire, la pièce en question étant poussée en contact avec une deu- xième pièce fixe avec laquelle la première pièce doit être soudée. La corrélation entre la partie excentrique 10A de l'arbre et la came annulaire 18 est telle qu'elles peuvent être mises en rotation conjointement à la même vitesse (l'arbre d'entraînement 10 entraînant la came annulaire), et qu'en outre la came annulaire 18 peut être mise en rota- tion par rapport à la partie excentrique 10A tandis que l'arbre d'entraînement tourne à vitesse constante. Les mé- canismes permettant d'obtenir cette corrélation sont décrits ci-après. Lors de l'utilisation, une pièce à souder est fixée sur la bielle 24. L'arbre d'entraînement 10 est alors mis en ro- tation à une vitesse constante, avec la came annulaire 18 positionnée par rapport à la partie excentrique 10 A comme représenté aux figures 1 et 2. L'effet d'ensemble de la partie excentrique 10A et de la came annulaire est d'engen- drer le mouvement de va-et-vient de la bielle 24, avec une amplitude ou encore une course égale à quatre fois la dis- tance d. Ce mouvement a pour conséquence que la pièce fixée sur la bielle est frottée en va-et-vient contre la pièce fixe, afin de fournir un chauffage par friction préalable -4 au soudage. Lorsque la région à souder est à la température requise, la came annulaire 18 est tournée de 180 -ou moins, selon la position initiale- par rapport à l'arbre d'entraînement 10(qui continue à tourner à une vitesse constante). la came 18 tourne autour de l'axe 16 jusqu'à ce que les axes 20 et 12 soient coïncidents: la bielle 24 ne se déplace alors plus, attendu que toutes les ex- centricités disparaissent, et la pièce est immobilisée, et elle est soudée en la poussant en contact avec la pièce fixe avec la force nécessaire. Les figures 3 et 4 présentent une version similaire, mais inversée, du mécanisme décrit ci-dessus. Dans ce cas, un arbre d'entraînement 32 possède un axe longitudinal 34 autour duquel il est rotatif, tout en étant fixé dans l'espace par des paliers 36. L'arbre d'entraînement 32 possède un moyen de positionnement sous la forme d'un alésage excentrique 38 qui est circulaire autour d'un deuxième axe longitudinal 40. Les axes 34 et 40 sont latéralement décalés l'un de l'autre de la distance d. Un élément de came en forme de tourillon 42 s'adapte dans l'alésage excentrique 38. L'élément de came possède une partie excentrique 42A de section circulaire autour d'un troisième axe longitudinal 46, décalé d'une distance latérale d par rapport à l'axe 40. Une bielle 44 et un palier associé 48 sont positionnés sur la partie excen- trique 42A. Un palier linéaire 50 empêche le déplacement latéral d'une coulisse 51, et des moyens de fixation (non représentés) sont prévus pour fixer par serrage une pièce à souder sur la coulisse 51. Comme précédemment, la corrélation entre l'arbre d'entraînement 32 et la came 42 est telle qu'ils peuvent être mis conjointement en rotation à la même vitesse (l'arbre d'entraînement 32 entraînant la came 42), et que la came 42 peut être mise en rotation par rapport à l'arbre d'entraînement 32 alors que les deux éléments sont en rota- tion. Lors de l'utilisation, une pièce à souder est fixée par serrage sur la bielle 44 et poussée en contact de fric- tion avec une pièce fixe, et l'arbre d'entrainement est alors mis en rotation à une vitesse constante, avec la came 42 positionnée par rapport à l'arbre d'entraînement comme représenté aux figures 3 et 4. La rotation de l'arbre d'en- traînement 32 engendre le mouvement de va-et-vient de la bielle 44, suite aux effets combinés de l'alésage excentri- que 38 et de la partie excentrique de la came 42. La course ou amplitude est de quatre fois d. Ce mouvement permet à la pièce d'être frottée contre la pièce fixe afin de produire de la chaleur par friction. Lorsque les conditions de sou- dage sont correctes, la came 42 est tournée de 180 -au moins, selon la position initiale- par rapport à l'arbre d'entraînement 32 (qui continue à tourner à vitesse cons- tante). Cela a pour effet de rendre l'axe 46 coincident avec l'axe 34, annulant ainsi l'effet de l'alésage excen- trique 38 et de la partie excentrique de la came 42, de sorte que le mouvement de va-et-vient de la bielle 44 est stoppé, et que la pièce à souder est poussée vers la pièce fixe pour réaliser le soudage. La figure 5 représente une des nombreuses manières selon lesquelles l'arbre d'entraînement et la came peuvent être conjointement entraînés tout en assurant une possibi- lité de rotation relative. Le mécanisme est pour l'essen- tiel le même que celui représenté aux figures 1 et 2, avec les modifications suivantes. La came annulaire 52 Possède une partie en porte à faux 52A munie d'une configuration interne de cannelures angulaires 54. La partie excentrique de l'arbre d'entraînement 56 comprend deux portions de sec- tion identique mais de rayon différent autour d'un axe central. La plus grande portion 56A reçoit la came annu- laire 52 avec un palier lisse 58. La plus petite portion 56B possède une configuration de cannelures externes droites 62. Un engrenage annulaire 65 est situé entre la partie en porte à faux 52A de la came annulaire et la plus petite portion 56B de la partie excentrique de l'arbre d'entraînement. L'engrenage annulaire possède des canne- lures internes et externes qui s'engrènent avec celles prévues sur les éléments radialement intérieur et extérieur. Comme précédemment. une bielle 64 est positionnée sur la came annulaire 52 par l'intermédiaire d'un palier de tête de bielle 66. Lorsque l'arbre d'entraînement 56 est mis en rotation autour de son axe longitudinal 60. l'engrenage annulaire est entraîné par l'intermédiaire des cannelures 62 prévues sur la partie excentrique 56B. et il entraîne lui-même la came annulaire 52, tous les éléments tournant conjoin- tement à la même vitesse. Pour stopper le mouvement de va-et-vient de la bielle 64, une bride 70 prévue sur l'engrenage annulaire est déplacée dans une direction pa- rallèle à l'axe longitudinal 60. Le fait que des cannelures inclinées soient présentes sur un élément et des cannelures droites sur l'autre engendre la mise en rotation de la came annulaire 52 par rapport à l'arbre d'entraînement 56 (qui est lui-même toujours entraîné à une vitesse constante). La figure 6 représente un entraînement par courroie, dans lequel une poulie 72 est reliée à l'arbre d'entraîne- ment 32 du mécanisme représenté aux figures 3 et 4. Une poulie 74 est reliée à la came 42, tandis que des poulies 76 sont simplement des poulies folles. Le ressort 78 est un moyen de tension sur lequel est fixée une poulie 75. et l'axe 80 est un élément d'arrêt. Une poulie 82 est fixée sur un moyen d'actionnement à piston 84 qui peut être déplacé en va-et-vient par pression d'air. Lors de l'utilisation. lorsque l'arbre d'entraine- ment 32 est mis en rotation la poulie 72 tourne également et entraîne la courroie 86. Les poulies 72 et 74 sont de même taille, et elles tournent conjointement à la même vitesse. Mais si le piston d'actionnement 84 est déplacé. il accélère une poulie et ralentit l'autre, fournissant ainsi les 180 nécessaires de rotation relative, ce qui supprime les excentricités. 2 618 70 9 - REVENDICATIONS - 1. Mécanisme de soudage par friction, caractérisé en ce qu'il comprend: un arbre d'entraînement (10,32,56) monté dans des paliers (14,34) en rotation autour d'un premier axe longitudinal (12,34,60), et muni d'un moyen de positionnement excentri- que (10A,38,56A) présentant une surface réceptrice qui est circulaire autour d'un deuxième axe longitudinal (16, ) qui est parallèle au premier axe longitudinal (12,34, 60) mais latéralement décalé de ce dernier d'une distance d; un premier élément de came (18,42,52) présentant une pre- mière surface circulaire correspondant à la surface récep- trice circulaire du moyen de positionnement (10A) de l'ar- bre d'entrainement, l'élément de came (18,42,52) étant positionné sur l'arbre d'entrainement (10,32,56) et étant rotatif par rapport à ce dernier autour du deuxième axe longitudinal (16,40), et l'élément de came (18,42,52) comprenant en outre une surface périphérique qui est cir- culaire autour d'un troisième axe longitudinal (20,46) qui est parallèle aux premier et deuxième axes longitudinaux (12,16,34,40) et est latéralement décalé du deuxième axe longitudinal (16,40) de la distance d; une bielle (24,44,64) positionnée par l'intermédiaire d'un palier de tête de bielle (22,48) sur la surface périphé- rique circulaire de l'élément de came (18,42,52) et com- prenant un dispositif porte-pièce pour maintenir une pièce à souder et pour la pousser en contact de friction avec une pièce fixe à souder; des moyens pour faire tourner l'arbre d'entraînement (10, 32,56) et l'élément de came (18,42,52); et des moyens pour faire tourner l'élément de came (18, 42,52) par rapport à l'arbre d'entraînement (10,32,56). 2. Mécanisme de soudage par friction selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de posi- tionnement excentrique (iOA) prévu sur l'arbre d'entraîne- ment (10,32,56) comprend une partie de came excentrique (10A). 3. Mécanisme de soudage par friction selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que le moyen de positionnement excentrique (10A) prévu sur l'arbre d'entraînement comprend un orifice excentrique (38) percé dans l'arbre d'entraîne- ment (10,32,56). 4. Mécanisme de soudage par friction selon la revendi- cation 2, caractérisé en ce que le premier élément de came (18,42,52) est un manchon annulaire qui est dimensionné de manière à être monté coulissant sur la partie de came ex- centrique prévue sur l'arbre d'entraînement (10). 5.Mécanisme de soudage par friction selon la revendica- tion 3, caractérisé en ce que l'élément de came (42) com- prend un tourillon (42) prévu pour se positionner dans l'ori- fice excentrique (38) percé dans l'arbre d'entraînement (10), et une partie de came fixée sur ce tourillon, sur la- quelle est formée la surface périphérique circulaire. 6. Mécanisme de soudage par friction selon l'une quel- conque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bielle (44) est empêchée de se déplacer latéralement par un palier linéaire (50). 7. Mécanisme de soudage par friction selon l'une quel- conque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen pour faire tourner l'élément de came (52) par rapport à l'arbre d'entraînement (56) comprend un engrenage annulaire (65) positionné radialement entre le moyen de po- sitionnement excentrique (56A) de l'arbre d'entrâînement (10) et l'élément de came (52), l'engrenage (65) possédant une première rangée de cannelures droites et une deuxième rangée de cannelures inclinées (54), chaque rangée de can- nelures (54) étant disposée de manière à s'engrener avec des cannelures correspondantes prévues sur l'élément de came (52) et le moyen de positionnement excentrique (56A) de sorte que la rotation de l'arbre d'entraînement (56) engendre la rotation de l'élément de came (52) en transmettant l'entraînement par l'intermédiaire de l'engrenage annu- laire (65), et le déplacement longitudinal de l'engrenage annulaire (65) engendre la rotation de l'élément de came (52) par rapport à l'arbre d'entraînement (56). 8. Mécanisme de soudage par friction selon l'une quel- conque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le moyen pour faire tourner l'élément de came (52) par rapport à l'arbre d'entraînement (56) comprend une première poulie (74) fixée sur l'élément de came (42), une troisième pou- lie (75) fixée sur un moyen de tension (78) et une qua- trième poulie (82) fixée sur un moyen d'actionnement (84) de sorte que la courroie ou chaîne d'entraînement (86) engendre la rotation de l'élément de came (42) lorsque l'arbre d'entraînement (32) est mis en rotation, et le dé- placement de la quatrième poulie (82) par le moyen d'action- nement (84) engendre la rotation-relative de l'élément de came (42) par rapport à l'arbre d'entraînement (32). 9. Procédé d'utilisation d'un mécanisme de soudage par friction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: fixation d'une pièce à souder dans le dispositif porte-pièce, mise en rotation de l'arbre d'entraînement (10,32,56) avec l'élément de came (18, 42,52) positionné par rapport à l'arbre d'entraînement (10,32,56) de telle sorte que le troisième axe longitudinal (20,46) est décalé du premier axe longitudinal d'une distance égale à 2d, de sorte que la bielle accomplit un mouvement de va-et-vient d'amplitude maximale, et mise en rotation de l'élément de came (18,42,52) par rapport à l'arbre d'entraînement (10,32,56) de 180 , ou moins, pour rendre les premier (16, 40) et troisième (12,34,60) axes longitudinaux respectivement coïncidents stoppant ainsi le mouvement de la bielle (24,44,64).