Brevet FR2638114A1 — publié le 19900427

La présente invention concerne des arbres à cames destinés à des moteurs à combustion interne et analogue. Plus précisément, elle concerne des arbres à cames et un procédé de fabrication d'un arbre à cames dans lequel des cames et des éléments de tourillonnement réalisés indivi- duellement sont fixés à un tube par déformation de celui-ci vers l'extérieur avec un mandrin perdu ou bouchon qui est laissé en position fixe afin qu'il forme un Joint dans le tube. Etant donné la demande croissante de meilleures performances, d'un moindre entretien et d'une meilleure rentabilité du carburant, il est souhaitable que les arbres à cames d'autombiles soient plus légers et plus durables. Ainsi, on a mis au point des arbres à cames qui ont des cames réalisées séparément, afin qu'elles possèdent une meilleure résistance à l'usure, et un tube d'acier afin que le poids soit réduit. Ces types d'arbres à cames sont fabriqués par mon- tage des éléments individuels, tels que des cames et des des tourillons, sur un tube séparé, puis par fixation des éléments montés les uns aux autres. Cependant, ces arbres à cames formés par montage et leurs procédés de fabrication présentent de nombreux inconvénients qui sont dus aux longues étapes de montage, à la grande force de montage qui est nécessaire et au respect nécessaire de tolérances très serrées. Tous ces résultats conduisent à une fabrication coOteuse. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique ne 4 597 367 de Madaffer décrit un arbre à cames formé par montage à l'aide d'un tube dilatable d'acier et d'éléments trempés séparés formant des cames et des tourillons. Les différents élé- ments sont fixes les uns aux autres par dilatation méca- nique du tube. Un mandrin de mise en forme de configuration circulaire est repoussé dans le tube afin qu'il provoque une dilatation de la paroi du tube vers l'extérieur et la coopération par emmanchement à force avec les ouvertures hexagonales des cames et tourillons. Le procédé décrit dans ce brevet nécessite une force très importante puisque le tube subit une dilatation importante à sa périphérie interne et à sa périphérie externe. En outre, après que le mandrin de mise en forme a été introduit à force dans le tube, il doit être retiré lentement du tube afin que le contact métal-sur-métal soit minimal. Le procédé de fabri- cation nécessite donc une force très importante et beaucoup de temps. En outre, si l'on veut boucher ou sceller le tube formant l'arbre à cames, il faut des étapes séparées de fabrication et de montage. L'organe de fermeture doit être fabriqué avec des tolérances serrées de manière qu'il soit fixé en toute sécurité dans le tube déformé de l'arbre à cames et qu'il ferme ce tube de manière étanche. Par ail- leurs, une opération séparée de fermeture, par exemple par brasage, doit être exécutée. Ainsi, un arbre à cames ayant un tube bouché nécessite des étapes supplémentaires de fabrication et un respect coûteux des tolérances. La présente invention concerne un nouvel arbre à cames étanche formé d'éléments fabriqués séparément, ainsi - qu'un nouveau procédé de fabrication de tels arbres à cames. L'invention concerne une construction perfectionnée d'arbre à cames étanches. En outre, le nouveau procédé de fabrication des arbres à cames simplifie et élimine des étapes de fabrication des procédés connus. Ainsi, l'invention concerne un procédé de verrouil- lage d'éléments individuels constituant des cames et des tourillons sur le tube par déformation localisée du tube. Elle concerne aussi un mandrin de mise en forme de type perdu qui peut être utilisé pour la déformation du tube et pour le verrouillage des éléments sur le tube, le mandrin restant dans le tube sous forme d'un bouchon soli- daire d'étanchéité. L'invention concerne un arbre à cames de faible coût et de caractéristiques élevées, et son procédé de fabrica- tion qui met en oeuvre des matériaux couramment disponibles et qui peut être facilement réalisé. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence au dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une perspective d'une partie d'un arbre à cames réalisé selon l'invention; la figure 2 est une coupe longitudinale d'une partie d'un arbre à cames; la figure 3 est une coupe transversale d'une partie d'un arbre à cames, suivant la ligne 3-3 de la figure 2; la figure 4 est une élévation frontale du mandrin de mise en forme; et la figure 5 est une élévation latérale du mandrin de mise en forme. On se réfère à la figure I sur laquelle la référence désigne de façon générale un arbre à cames terminé réalisé selon l'invention. L'arbre à cames 10 a un arbre creux ou tube de support 12 de préférence formé d'acier ordinaire à faible teneur en carbone, ayant subi une dila- tation locale de la manière décrite dans la suite. Plusieurs éléments 14 formant des cames et plusieurs élé- ments 16 formant des tourillons sont fixés à demeure sur le tube. Ces éléments sont espacés axialement le long de l'arbre. Les éléments 14 de cames sont orientés angulaire- ment avec un déphasage prédéterminé afin qu'ils commandent les soupapes d'un moteur à combustion interne. Les éléments de cames et de tourillons sont fabriqués séparément afin qu'ils possèdent les meilleures propriétés de résistance à l'usure. Ils peuvent être fabriqués par usinage ou par des techniques de la métallurgie des poudres par exemple. L'arbre à cames constitue un élément léger et de grande résistance mécanique étant donné le support tubu- laire et les éléments de résistance mécanique élevée qui sont fabriqués séparément. L'arbre à cames selon l'invention est réalisé par mise en oeuvre des étapes suivantes. Les différents éléments de l'arbre à cames qui doivent avoir une résistance élevée à l'usure tels que les cames et les éléments de tourillonnement, sont formés avec des tolérances finales relativement serrées, au cours d'opérations individuelles. Il reste un petit excès de matériau pour la rectification après le montage. Comme représenté sur la figure 3, chaque élément a une ouverture axiale 18 qui a de préférence la configuration générale d'un cercle festonné. Un certain nombre de gorges axiales 19, régulièrement réparties, forment la périphérie feston- née autour de l'ouverture de forme générale circulaire. Un nombre quelconque peut être utilisé, par exemple quatre à douze gorges. Une ouverture à huit gorges est représentée sur la figure. L'arbre ou tube central 12 est formé d'un tube d'acier à faible teneur en carbone ayant des diamètres externe et interne convenables. Le tube est découpé à la longueur voulue pour l'arbre à cames. Le diamètre externe du tube est de préférence tel qu'il s'ajuste étroitement mais facilement dans les ouvertures 19 préalablement for- mées dans les éléments 14 et 16. Le diamètre interne du tube est choisi afin qu'il donne une résistance mécanique convenable de paroi permettant la fabrication tout en limi- tant la déformation par dilatation mécanique, de la manière décrite dans la suite. Les éléments individuels formant les cames et les bagues de paliers sont introduits dans un dispositif de montage qui les positionne préalablement avec l'orientation voulue. Les ouvertures 18 sont alignées axialement afin qu'elles permettent l'introduction du tube. Le tube 12 est introduit dans les éléments alignés jusqu'à une position longitudinale prédéterminée. Un bouchon 20 formant un mandrin perdu est utilisé comme extrémité d'outil ou comme organe mécanique de dila- tation du tube. Les figures 4 et 5 représentent le mandrin de mise en forme selon l'invention. Ce bouchon ou mandrin a une forme générale circulaire. Sa périphérie externe a un certain nombre de saillies également réparties 22. Les 2e38114 saillies 22 ont une forme complémentaire de celle des gorges 19, dans les ouvertures axiales des éléments. Le diamètre moyen ou efficace du mandrin est légèrement supé- rieur au diamètre du tube original. Le bord antérieur du mandrin cylindrique a une partie légèrement chanfreinée 27 qui est calculée afin qu'elle permette un ajustement a la périphérie interne du tube qui doit être déformé ou un faible emmanchement à force dans ce tube. Les saillies 22 déforment en réalité la périphérie interne du tube au point que des bombements locaux ou saillies 30 sont formés à l'extérieur du tube. Etant donné leur montage dans un dispositif de montage, les gorges correspondantes formées dans les ouvertures axiales des cames et des tourillons sont alignées sur ces saillies et parties bombées. Ces parties bombées remplissent les gorges 19 et débordent en avant et en arrière des cames et des tourillons. La défor- mation localisée du métal du tube provoque le verrouillage des cames et des tourillons axialement et radialement sur le tube. Lorsque le bouchon formant le mandrin perdu a été poussé dans le tube Jusqu'à une position axiale prédéter- minée, au-delà de tous les éléments qui doivent être fixés à l'arbre, le mandrin perdu est séparé de l'organe de poussée. Ce dernier peut alors être tiré facilement et rapidement hors du tube avec un contact minimal métal-sur- métal. Le mandrin reste dans le tube sous forme d'un bou- chon ou tampon d'étanchéité. Aucune étape supplémentaire de fabrication ou de montage n'est nécessaire pour la ferme- ture de ce c6té du tube. Ceci réduit de moitié les étapes de fermeture étanche du tube. L'arbre à cames monté et non terminé peut être retiré du dispositif de montage et les surfaces d'usure des cames et des tourillons peuvent être rectifiées aux dimen- sions finales, de toute manière classique. L'arbre à cames et le procédé selon l'invention présentent les avantages de donner un faible poids avec une fabrication relativement simple et un faible coût. En outre, lors de la formation d'un arbre à cames ayant un bouchon, les étapes de fabrication sont réduites et les tolérances d'outillages destinés à la formation d'un Joint étanche sont moins sévères puisque le mandrin de mise en forme est aussi utilisé comme bouchon d'étanchéité. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux arbres à cames et pro- cédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'in- vention. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un arbre à cames, carac- térisé en ce qu'il comprend: la réalisation de plusieurs éléments de cames et de tourillonnement, ayant chacun une ouverture axiale de forme générale circulaire avec des gorges axiales, le positionnement des éléments (14) avec un dépha- sage prédéterminé et un espacement axial prédéterminé, les ouvertures étant alignées sur un axe commun, l'introduction d'un tube (12) dans les éléments afin qu'il soit ajusté dans les ouvertures, la disposition d'un mandrin (20) de mise en forme ayant une configuration complémentaire de celle des ouver- tures et un diamètre moyen supérieur au diamètre interne du tube, l'introduction à force du mandrin de mise en forme (20) dans le tube jusqu'à une position prédéterminée afin que la paroi du tube soit déformée vers l'extérieur, la dilatation du tube (12) afin qu'il interagisse mécaniquement avec toutes les ouvertures des éléments et fixe de manière permanente les éléments sur le tube avec une orientation prédéterminée, et le bouchage du tube (12) par abandon du mandrin de mise en forme qui interagit mécaniquement intimement avec la périphérie interne du tube dans la position prédé- terminée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'introduction à force est provoquée par un organe d'une machine de montage qui peut être facilement retirée après que le mandrin de mise en forme a atteint la position prédéterminée. 3. Arbre à cames, caractérisé en ce qu'il comporte: plusieurs éléments (14) formant des cames et des tourillons, ayant chacun une ouverture axiale de forme générale circulaire avec des gorges axiales, un tube (12) disposé axialement dans les ouvertures et interagissant mécaniquement avec les éléments, 26381 14 des saillies axiales (30) formées dans la paroi externe du tube et interagissant mécaniquement avec les gorges des ouvertures, et un mandrin ayant une configuration complémentaire de celle des ouvertures formées dans l'élément et interagis- sant mécaniquement avec la périphérie interne du tube.