Brevet FR2647040A1 — publié le 19901123

La présente invention concerne un procédé de mise en forme d'une extrémité d'un élément allongé, par forgeage à froid. On peut citer, comme élément allongé ayant une configuration particulière à une extrémité, l'arbre d'induit d'un démarreur du moteur à combustion interne d'une automobile. L'arbre d'induit utilisé en général est un arbre allongé portant, A une première extrémité, un pignon ou un crénelage permettant un entraînement, formé coaxialement à l'arbre et en une seule pièce avec lui. Un tel arbre est avantageusement fabriqué par forgeage à froid étant donné la grande précision des dimensions et l'excel- lente résistance mécanique obtenue. La figure 4 représente un exemple d'arbre qui porte la référence générale 1. L'arbre 1 a un corps 2 et a un pignon 3 à son extrémité. Jusqu'à présent, lors de la fabrication de cet arbre i par forgeage à froid, une partie 5 de grand diamètre est initialement formée à une première extrémité du matériau 4 comme indiqué sur la figure 5. Ensuite, comme l'indique la figure 6, le pignon 3 est forgé à froid à l'extrémité du matériau 4 par application d'une force sur une face en gradin formée entre la partie de grand diamètre 5 et une partie 6 de petit diamètre. Dans une variante, on a pensé à un procédé de positionnement d'un matériau métallique dans une matrice dont l'espace interne correspond à la configu- ration de l'arbre 1 et à l'introduction à force du maté- riau, avec une pression élevée appliquée par un poinçon, de manière que le matériau remplisse l'espace interne de la matrice et soit forgé à la configuration voulue. Le maté- riau ainsi mis en forme est ensuite poussé en dehors de la matrice par une broche d'extraction qui pénètre dans la matrice du côté opposé au poinçon. Dans le premier des procédés précités cependant, une opération supplémentaire est nécessaire pour la formation de la partie 5 de grand diamètre. En outre, cette partie de grand diamètre reste sur l'arbre terminé. Dans le cas du second procédé, une grande résistance de frottement existe entre le matériau et la surface interne de la matrice, étant donné que, comme le matériau est placé à l'intérieur de la matrice, la charge de for- geage devient obligatoirement élevée afin qu'elle dépasse la résistance opposée et introduise le poinçon. Ceci intro- duit une possibilité d'apparition de défauts de forgeage tels que des entailles ou analogues formées dans le maté- riau,. ou la rupture du poinçon. En conséquence, on a pris la précaution d'appliquer un lubrifiant à la périphérie du matériau lors de l'intro- duction à force du poinçon. Cependant, l'application du lubrifiant présente un inconvénient car le lubrifiant sort entre le matériau et la surface interne de la matrice et réduit la précision sur les dimensions. En outre, la course de déplacement de la broche d'extraction qui chasse le produit forgé hors de la matrice doit être égale au moins à la longueur nécessaire à la sortie du corps 2 de l'arbre de la matrice, c'est-à-dire à la longueur du corps 2 lui-même. En outre, lors de la poussée du produit par la broche d'extraction, toute la surface périphérique du corps 2 vient glisser contre la surface interne de la matrice et crée une grande résistance de frottement si bien que la force destinée à repousser la broche d'extraction doit aussi être grande et nécessite une augmentation de la dimension de l'appareil utilisé à cet effet. Le procédé ne peut donc pas être efficace. En outre, la broche d'extrac- tion doit avoir une forme correspondant aux dents du pignon ou doit avoir un diamètre inférieur au cercle primitif du pignon. Cependant, la formation de dents sur la broche d'extraction sur toute sa longueur correspondant à sa course de déplacement d'une manière qui correspond aux dents du pignon est coûteuse. D'autre part, si la broche d'extraction est formée avec un petit diamètre, la pression appliquée à la broche risque d'augmenter et de provoquer une rupture de la broche. L'invention a pour objet un procédé permettant la mise à la configuration voulue de l'extrémité d'un élément allongé par forgeage à froid, sans que les problèmes pré- cités ne se posent. L'invention a aussi pour objet un procédé de for- geage à froid selon lequel l'extrémité d'un élément allongé peut être mise en forme avec précision avec une faible résistance de frottement. L'invention concerne un procédé de mise en forme de l'extrémité d'un élément allongé, comprenant les étapes suivantes: la disposition d'un matériau à l'intérieur d'une matrice qui a un tronçon destiné à former la configu- ration voulue et un tronçon destiné à former un corps d'un élément allongé, le tronçon formant la configuration voulue se trouvant à une extrémité avant de la matrice, dans le sens d'introduction à force du matériau, le tronçon formant le corps de l'élément allongé ayant un diamètre interne qui augmente progressivement du tronçon formant la configura- tion voulue à une partie arrière d'extrémité de la matrice, l'introduction sous pression d'un poinçon dans la matrice afin que le matériau soit forgé, puis la poussée du maté- riau forgé hors de la matrice à l'aide d'une broche d'extraction placée dans la partie d'extrémité avant de la matrice. Dans le procédé précité de mise en forme d'une extrémité d'un élément allongé selon l'invention, le diamètre interne de la matrice utilisée augmente progressi- vement de la partie d'extrémité avant de la matrice à sa partie d'extrémité arrière, par rapport au sens d'introduc- tion à force du matériau. En conséquence, la résistance de frottement au moment de la mise en forme du matériau par introduction à force dans la matrice à l'aide du poinçon est remarquablement réduite. De cette manière, l'apparition de défauts au cours du forgeage diminue, la force d'intro- duction du poinçon n'a pas à être très élevée et il n'est pas nécessaire d'utiliser un lubrifiant si bien que la précision sur la dimension peut être accrue. En outre, cqmme la longueur de contact par glis- sement contre la surface périphérique du corps de l'élément allongé et la surface interne de la matrice, lors de la poussée du matériau forgé par la broche d'extraction, est réduite, la course de la broche d'extraction qui chasse le matériau de la matrice peut être raccourcie. En consé- quence, la force qui doit être appliquée sur la broche d'extraction n'a pas à avoir une grande valeur, comme dans le cas du poinçon, et la broche ne risque pas de se casser. En outre, comme les forces appliquées pendant le fonctionnement au poinçon et à la broche doivent être limitées et comme la course de cette dernière peut être raccourcie, la dimension de l'appareil de forgeage à froid peut être réduite. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique en coupe de l'ensemble d'un appareil de forgeage à froid permettant la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention; la figure 2 est une vue agrandie de la partie repérée par la référence II sur la figure i; la figure 3 est une vue en élévation latérale du matériau mis en forme dans l'appareil; la figure 4 est une vue en élévation latérale repré- sentant le produit sous forme d'un arbre totalement mis en forme; et les figures 5 et 6 sont des vues en élévation laté- rale utilisées pour l'explication d'un procédé classique de fabrication d'un arbre. On décrit maintenant, en référence aux figures 1 à 3, le procédé de fabrication de l'arbre d'induit d'un moteur de démarrage selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 1 représente un appareil de forgeage à froid qui convient pour la mise en oeuvre du procédé. L'appareil comporte des chassis supérieur et infé- rieur qui portent les références 10 et 11 respectivement. Un support 12 de poinçon et un support 13 de matrice sont fixés respectivement au chassis supérieur et au chassis inférieur afin qu'ils soient l'un en face de l'autre. Un poinçon 14 est fixé au support 12 et une matrice 15 est fixée au support 13. Le support 13 de matrice comprend une moitié externe 13a et une moitié interne 13b. La moitié interne 13b a un trou débouchant formé axialement en son centre. Une broche d'extraction peut coulisser dans le trou de la moitié interne 13b afin que l'extrémité supérieure de la broche puisse pénétrer dans la matrice 15. Dans l'appareil, les chassis supérieur et inférieur sont destinés à se déplacer afin qu'ils se rapprochent ou s'écartent. Un matériau sous forme d'une barre métallique de section circulaire de diamètre uniforme est placé dans la matrice lorsque les chassis supérieur et inférieur ont une position de réglage dans laquelle ils sont écartés l'un de l'autre. Après que le matériau a été placé dans la matrice, le poinçon 14 est introduit dans la matrice 15 avec application d'une pression élevée permettant le for- geage du matériau, par déplacement des chassis supérieur et inférieur avec une pression élevée, dans les sens qui les rapprochent. Lorsque les chassis 10 et 11 sont ramenés en position réglée, le poinçon 14 quitte la matrice et la broche 16 d'extraction pénètre dans la matrice et chasse le matériau forgé. Au cours de cette opération, le matériau forgé peut être réalisé avec une configuration qui corres- pond à l'espace interne de la matrice. La matrice est réalisée avec une forme de colonne creuse. Dans cette matrice telle que représentée sur la figure 2, un tronçon de mise en forme voulue ou un tronçon 17 de mise en forme du pignon est placé à une extrémité avant de la matrice, dans le sens d'introduction à force du matériau comme indiqué par la flèche A. Le tronçon 17 de mise en forme du pignon a plusieurs dents qui sont formées à la périphérie interne de la matrice et destinées & être côte & côte en direction circonférentielle, et elles sont disposées dans la direction d'introduction à force du matériau, avec un diamètre inférieur à celui du matériau. En outre, un gradin au moins, bien que deux gradins 18a et 18b soient représentés dans ce mode de réalisation, est formé dans la matrice afin que son diamètre interne aug- mente progressivement. La partie de matrice dans laquelle les gradins sont formés constitue un tronçon de mise en forme d'un corps allongé d'élément, ou un tronçon 18 de mise en forme du corps d'arbre. Le diamètre interne de la matrice, entre le tronçon 17 de mise en forme du pignon et le gradin 18a qui en est adjacent est légèrement supérieur au diamètre du matériau, et les diamètresde la matrice, entre le gradin 18a et une partie arrière d'extrémité de la matrice, sont supérieurs aux diamètres de la matrice entre le tronçon 18 et le gradin 18a. Ainsi, dans un état initial, au moment o il est placé dans la matrice, le matériau peut être introduit dans la partie de matrice comprise entre le tronçon 17 et le gradin 18a. D'autre part, la broche 16 d'extraction a un diamètre inférieur au cercle délimité par les dents du tronçon 17 de mise en forme du pignon. Le matériau est placé dans la matrice 15 ayant la structure précédente, et il est extrudé au cours de l'opé- ration précitée. Le matériau 21 ainsi mis en forme, au cours de cette extrusion, a un corps 19 d'arbre muni de gradins 19a et 19b, et d'un pignon 20 constituant la confi- guration réalisée à l'extrémité du corps d'arbre comme indiqué sur la figure 3. Ensuite, le corps d'arbre 19 formé du matériau 21 convenablement mis en forme subit une nouvelle mise en forme au diamètre uniforme par découpepolissage, pressage ou analogue. L'arbre obtenu 23 a un corps 22 de diamètre uniforme et un pignon 23 formé à l'extrémité avant du corps. Dans le procédé précédent, grâce à la présence des gradins 18a et 18b, le tronçon 18 de formation du corps d'arbre a un diamètre interne qui augmente progressivement dans le sens dans lequel le matériau est repoussé. En conséquence, la résistance de frottement du matériau contre la surface interne de la matrice 15 au moment de la mise en forme ou au moment de l'extrusion du matériau dans la matrice 15 avec le poinçon 14, est remarquablement réduite. En conséquence, l'apparition de défauts dans la pièce forgée diminue, la force nécessaire à l'introduction du poinçon 14 n'a pas à être importante et il n'est donc nécessaire d'utiliser un lubrifiant si bien que la préci- sion sur les dimensions peut être accrue. En outre, comme la longueur sur laquelle la surface périphérique du corps 19 de l'arbre et la surface interne de la matrice 15 sont en contact coulissant, lors de la poussée du matériau formé ou mis en forme 21 par la broche d'extraction 16, diminue, la course de la broche d'extrac- tion 16 qui chasse le matériau de la matrice 15 peut être raccourcie. En outre, la force appliquée à la broche d'ex- traction n'a pas à être importante, comme dans le cas du poinçon 14, et la broche 16 d'extraction ne risque pas de se casser même si elle a un petit diamètre. Par ailleurs, bien que le procédé ait décrit un procédé de formation d'un pignon à l'extrémité d'un arbre, la forme donnée à l'extrémité n'est pas obligatoirement un pignon, et un crénelage ou une forme angulaire ou cylin- drique peut aussi être réalisé. En outre, la surface interne de la matrice peut avoir une forme tronconique au lieu d'avoir une forme à gradin. Bien entendu, l'élément allongé n'est pas obligatoi- rement l'arbre d'induit d'un moteur de démarrage, et le procédé de l'invention s'applique aux organes d'autres dispositifs. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux procédés qui viennent d'être décrits à titres d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de mise en forme d'une configuration particulière à une extrémité d'un élément allonge, caracté- risé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: (a) la disposition d'un matériau à l'intérieur d'une matrice (15) qui a un tronçon (17) de mise en forme d'une configuration particulière et un tronçon (18) de mise en forme d'un corps d'élément allongé, le tronçon de mise en forme d'une configuration particulière se trouvant à l'ex- trémité avant de la matrice dans le sens d'introduction à force du matériau, le tronçon de formation du corps allongé de l'élément ayant un diamètre interne qui augmente pro- gressivement du tronçon de mise en forme de la configura- tion particulière vers une partie d'extrémité arrière de la matrice, (b) l'introduction sous pression d'un poinçon (14) dans la matrice afin que le matériau soit forgé, et (c) la poussée ultérieure du matériau forgé hors de la matrice par une broche d'extraction (16) placée à l'ex- trémité avant de la matrice. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte la finition de la partie du matériau forgé autre que celle qui a été mise en forme dans le tronçon (17) de mise en forme à une configuration particu- lière, de manière que l'autre partie du matériau forgé ait un diamètre uniforme. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre interne du tronçon (18) de mise en forme du corps allongé d'élément augmente progressivement par formation d'au moins un gradin (18a, 18b). 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre interne du tronçon (18) de mise en forme du corps allongé de l'élément augmente progressivement par mise en forme du tronçon de mise en forme de l'élément allongé avec une configuration tronconique. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau forgé est chassé de la matrice par une broche d'extraction (16) qui pénètre dans la matrice (15) en sens opposé au sens d'extrusion du matériau. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le diamètre du matériau est supérieur à celui du tronçon (17) de mise à la configuration particulière, et le matériau est introduit dans la matrice de manière que l'extrémité avant du matériau soit au contact de la matrice de mise en forme (15) dans l'étape (a). 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le matériau est extrudé dans la matrice (15) pendant- l'étape (b). 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément allongé est un arbre d'induit d'un moteur de démarrage d'une automobile, et la configuration particu- lière est un pignon destiné & être formé à l'extrémité de l'arbre d'induit. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément allongé est une barre métallique allongée ayant un diamètre sensiblement uniforme sur toute sa longueur.