Brevet FR2642474A1 — publié le 19900803

i Axe creux, en particulier pour piston de moteur à combustion interne, et son procédé de fabrication La présente invention concerne tout d'abord un axe creux, destiné en particulier à assurer la liaison entre un pied de bielle et un piston de moteur à combustion interne. Ces axes sont soumis à d'importants efforts de flexion et d'ovalisation qui, du fait de leur montage entre les deux paliers du piston, ne sont pas unifor- mément répartis. On est donc amené à conférer à ces axes une épaisseur de paroi relativement importante, et cette paroi - d'épaisseur uniforme - se trouve donc sur- dimensionnée dans les zones de l'axe qui sont soumises aux efforts les plus faibles, à savoir essentiellement les extrémités de l'axe, qui sont engagées dans les paliers du piston, et la zone centrale de l'axe, qui est engagée dans l'alésage du pied de bielle. De ce surdimensionnement localisé de l'axe, il résulte une augmentation de poids inutile, alors qu'il convient, on le sait, de rendre ces axes les plus légers possibles. Le but de l'invention est donc de faire en sorte que ces axes soient mieux adaptés que par le passé, par leur dimensionnement, à résister aux efforts particu- liers auxquels ils sont soumis, tout en obtenant un gain de poids notable par rapport aux axes connus, supposés soumis aux mêmes efforts. Pour ce faire, un axe creux conforme à l'inven- tion est caractérisé en ce qu'il est profilé inté- rieurement, de sorte à présenter au moins un renflement de révolution, au niveau-de la ou des zones susceptibles d'être soumises aux efforts les plus importants. Etant donné que l'on cherche à alléger ces axes, il est bien entendu que par le mot "renflement" on désigne une épaisseur plus forte que celle des autres parties de l'axe, mais qui en principe n'est pas plus forte que l'épaisseur de paroi des axes creux connus de mêmes dimensions extérieures et supportant les mêmes efforts. Ces renflements pourraient cependant être plus épais, en cas de besoin. Ce renflement pourra être central, les deux extrémités de l'axe, en quelque sorte maintenues par les paliers du piston, ayant alors une épaisseur de paroi notablement plus réduite que celle des axes de l'art antérieur. Toutefois, et surtout dans le cas spécifique d'un axe destiné à assurer la liaison piston-bielle, il sera encore plus avantageux de prévoir qu'un tel axe compor- tera intérieurement au moins deux renflements de révo- lution, au niveau de ses plans de cisaillement respectifs. On comprend qu'il s'agit des plans qui, après montage de l'axe, seront situés entre chaque palier du piston et la bielle. On parvient ainsi à un profil optimal. La réduction de poids obtenue peut être de l'ordre de 25%. La présente invention concerne encore un procédé de fabrication de tels axes. Il se caractérise essentiellement par une opération d'extrusion à froid de l'axe creux, pour la constitution de ses renflements internes. Etant donné qu'une telle opération ne permet d'obtenir qu'un seul renflement interne de révolution, situé sensiblement centralement, les axes devant en comporter deux seront constitués de deux tronçons à renflement unique, aboutés et solidarisés, en particu- lier par collage ou soudage. Ce procédé sera vu plus en détail dans ce qui suit. Des modes d'exécution de l'invention vont maintenant être décrits avec référence aux figures du dessin annexé dans lequel: - la figure 1 représente en coupe axiale un tronçon d'axe conforme à l'invention, à renflement interne central; - la figure 2 est une vue en coupe axiale de deux tronçons d'axe analogues à ceux de la figure 1 (mais plus courts) aboutés et reliés par une opération de soudage par frottement, ces deux tronçons constituant ainsi une ébauche d'axe - la figure 3 est une vue en coupe axiale de l'axe fini obtenu par usinage externe de l'ébauche de la figure 2; et - les figures 4 à 7 sont des vues schématiques en coupe axiale de la matrice et du poinçon d'extrusion à froid des tronçons d'axe, montrant les différentes étapes de l'extrusion. Le tronçon d'axe 1 de la figure 1, par exemple en acier cémenté, comporte intérieurement un renflement de révolution 2. On voit qu'il s'étend centralement, sur à peu près le 1/3 de la longueur du tronçon; - bien entendu, son étendue en longueur pourrait être moindre. Lorsqu'il est souhaitable d'obtenir des axes creux à deux renflements internes, séparés par une zone centrale d'épaisseur plus réduite (d'épaisseur sensi- blement égale à celle des extrémités), comme c'est le cas en particulier pour les axes de liaison bielle- piston, on peut fabriquer d'abord deux tronçon 1 analogues à celui de la figure 1, et les souder bout à bout. C'est ce qui a été représenté à la figure 2, o les tronçons ont été référencés 1 et 1', et leurs renflements internes respectifs 2 et 2'. Les bourrelets externes 3, 3' et internes 4, 4' sont consécutifs au mode de soudage par inertie (ou par frottement): les deux tronçons- sont alignés, entraînés en rotation en sens inverses et à grande vitesse puis aboutés sous pression; l'échauffement par frottement qui en résulte provoque leur soudage, moment auquel, bien entendu, leur entraînement positif est stoppé. La figure 3 montre l'axe fini, obtenu par usinage externe de l'ébauche de la figure 2. Sur cette figure, on a représenté en trait spectral les paliers 5 du piston de moteur à combustion interne, que cet axe 1-1' est supposé relier au pied 6 d'une bielle. On comprend qu'un tel axe présente des extrémités et une partie centrale amincies, par rapport aux axes connus de dimensions extérieures équivalentes et soumis aux mêmes efforts, et que l'épaisseur normale ne se retrouve qu'au niveau des renflements 2 et 2'; le gain de poids est donc appréciable. Les figures suivantes montrent le procédé de fabrication, par extrusion à froid, des tronçons tels que 1 et 1'. Sur les figures 4 à 7, le poinçon (ou aiguille de filage) a été référencé 7, et la matrice 8. La figure 4 montre une ébauche tubulaire la placée dans la matrice, et la figure 5 sa déformation lb, après engagement de la pointe 10 du poinçon dans son passage axial 11. On voit que l'extrémité arrière de l'ébauche est pressée par l'épaulement 13 du poinçon, et que son extrémité avant est extrudée, étant comprimée entre la pointe 10 du poinçon et l'orifice rétréci 14 de la matrice. Le poinçon 7 est ensuite extrait, et une nouvelle ébauche 12 est introduite dans la matrice 8, derrière l'ébauche lb. La pression étant remise sur le poinçon 7, et sa pointe 10 étant ainsi partiellement dégagée du passage 11 de la première ébauche, on conçoit que la poussée de l'ébauche suivante 12 va faire naitre le renflement 2 Juste en avant de la pointe 10. On obtient alors le tronçon de la figure 1, après avoir continué la poussée pour le faire complètement sortir de la matrice. La nouvelle ébauche 12 se trouve alors dans la position qu'occupait l'ébauche la à la figure 4, et le cycle se répète de la même manière. Il est à noter qu'au lieu de l'ébauche suivante 12 on pourrait utiliser une pièce d'outillage inter- calaire indéformable, mais que l'intérêt d'utiliser l'ébauche suivante pour pousser l'ébauche précédente est évidemment de parvenir à un gain de temps appréciable. REVENDICATIONS: 1. Axe creux, destiné en particulier à assurer la liaison entre un pied de bielle et un piston de moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il est profilé intérieurement, de sorte à présenter au moins un renfle- ment de révolution (2, 2'), au niveau de la ou des zones susceptibles d'être soumises aux efforts les plus impor- tants. 2. Axe selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte intérieurement au moins deux renfle- ments de révolution (2, 2'), au niveau de ses plans de cisaillement respectifs. 3. Axe selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est constitué de deux tronçons (1, 1') aboutés et fixés l'un & '1 autre, chacun présentant, approxima- tivement centralement, un renflement interne de révo- lution (2, 2'). 4. Axe selon la revendication 3, caractérisé en ce que la fixation des deux dits tronçons (1, 1') est réalisée par soudage, notamment par soudage par frottement. 5. Procédé de fabrication de tronçons d'axes (1, 1') conformes à 1 'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ces tronçons sont réalisés par des opérations d'extrusion à froid. 6. Procédé de fabrication selon la revendication , caractérisé en ce que lesdites opérations d'extrusion à froid comprennent l'extrusion, sur une partie de sa longueur, d'une ébauche tubulaire (la) par l'orifice rétréci (14) d'une matrice (8), la pointe (10) d'un poinçon (7) à épaulement (13) s'engageant dans un passage axial (11) de ladite ébauche tandis que celleci est poussée par ledit épaulement, puis la poussée de l'ébauche ainsi déformée (lb) par une pièce intercalaire (12) interposée entre ledit épaulement (13) et la première ébauche, la pointe (10) du poinçon (7) étant ainsi partiellement extraite du passage (11)) de ladite première ébauche (lb), ce qui produit un renflement interne (2) dans la partie de l'ébauche (lb) située en avant de ladite pointe (10) du poinçon, tandis que cette ébauche est complètement extraite de la matrice. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite pièce intercalaire (12) est constituée par l'ébauche suivante.