Brevet FR2649024A1 — publié le 19910104

L'invention est relative à un procédé de fabrication d'une pièce creuse massive en métal dont la surface interne est partiellement sphérique et comporte une etrémité ouverte. Invention concerne encore un outil pour la mise en oeuvre de ce procédé ainsi que la pièce obtenue. Une pièce creuse telle que décrite ci-dessus représente, par exemple, élément eterne des joints universels homocinétiques utilisés pour transmettre le mouvement entre deux arbres en rotation, notamment dans les véhicules automobiles. Ce type de joint comporte un élément externe dont la surface interne, partiellement sphérique est creusée de gorges dirigées axia- lement, suivant les génératrices de la sphère4 pour servir de logement à des billes en coopération avec des gorges correspondantes pratiquées dans la surface externe d'un second élément logé à l'intérieur du premier. Ces joints sont communément réalisés en acier, par forgeage à chaud. Toutefois, étant donné l'existence dune partie en contre-dépouille à l'extrémité ouverte de l'élément extérieur, la pièce ne peut pas être obtenue par la seule- opération de for- geage. L'ébauche, qui présente un évidement interne cylindrique doit store usinée pour obtenir, par enlèvement de matière, la partie sphérique en contre-dépouille. Cette phase de l'opération étant particulièrementco'jteuse on a cherché a s'en affranchir en la remplaçant par une opération de rétreint, réalisé à froid ou à mi-chaud, au moyen d'un mandrin brisé dont la traction permet de ressortir l'outil de la pièce après la mise en forme de celle-ci.De tels procédés sont connus, par exemple par les brevets français 24749 ou et 613645 et européen 122921. Une difficulté principale de ce mode de réalisation réside, justement, dans la forme brisée du mandrin. En effet, lorsque la matière est pressée autour de celui-ci4 elle a tendance à s'é- couler dans les espaces séparant les parties de lFoutil, créant à cet endroit une surépaisseur de matière. Une dernière opération doit donc être prévue pour enlever cette surépaisseur afin d'obtenir les cotes voulues de la pièce. Cet inconvénient retire au procédé beaucoup de son intXrSt de sorte que différentes solutions ont été proposes pour le réduire, notamment en multipliant le nombre d'éléments composant le mandrin de façon à répartir les surépaisseurs sur une plus grande surface.Néanmoins celles-ci subsistent et, en outre, ces outils sont complexes, chers et d'une mise mise en oeuvre di++icile. D'autres solutions proposent de situer les espaces séparant les éléments de l'outil en face des gorges des chemins de roulement ; ce procédé peut être choisi lorsque, en fonction du procédé de fabrication utilisé, ces gorges doivent entre reprises en usinage après l'opération de rétreint, pour leur donner les cotes souhaitées. En revanche, il ramène au problème précédent lorsque cette opération n'est pas nécessaire. La présente invention vise donc à supprimer cet écueil. Four ce faire, les demanderesses ont observé que, si les surépaisseurs non controlées, en induisant des frottements, étaient un obstacle au bon fonctionnement mutuel des deux éléments du joint, en revanche, l'existence de segments soigneusement délimités et légèrement en creux par rapport au reste de la surface ne gênait en rien ce fonctionnement.De sorte que le procédé consiste à fabriquer selon l'art antérieur connu, une ébauche formée d'un corps creux sensiblement cylindrique sur la paroi interne duquel sont prévues des gorges régulièrement espacées s'étendant axialement selon des génératrices du volume interne, et a procéder ensuite à un rétreint de l'extrémité ouverte de l'ébauche, en exerçant une poussée axiale a intérieur de ladite ébauche contenue dans une matrice, au moyen d'un mandrin de forme dont la tête comporte des secteurs rétractables.En outre, et selon l'invention, on fabrique le corps creux de l'ébauche avec des rainures disposées longitudînalement4 parallèlement aux gorges et centrées entre de desdites gorges consécutives, lesdites rainures étant placées, durant l'opération de rétreint en visà-vis des fentes séparant les secteurs du mandrin. Selon une caractéristique de l invention, la largeur des rainures est supérieure ou au plus égale à la largeur des fentes. Toujours selon l'invention, l'outil pour la mise en oeuvre de l'opération de rétreint est formé d'un mandrin portant une tete composée de secteurs rétractables, et d'un poinçon circulant a l'intérieur du mandrin4 lie en translation axiale a un coulisseau de presse, dont l'extrémité en forme de poussoir est engagée, en position travail, entre les secteurs de la tette du mandrin. Ledit outil est caractérisé en ce que ces secteurs sont munis de bossages, s'étendant longitudinalement et complémentaires des gorges formées sur le corps de l'ébauche et en ce qu'ils sont séparés par des fentes se trouvant, après mise en place du mandrin dans l'ébauche4 en vis-à-vis des rainures pratiquées dans la paroi interne de celle-ci. Selon une caractéristique de l'invention, la largeur des fentes est inférieure ou au pls égale à la largeur des rainures. On précisera encore que la pièce obtenue par le procédé et avec l'outil selon l'invention constitue la partie externe d'un joint homocinétique dont la surface interne est pourvue de rainures disposées longitudinalement, parallèlement à des gorges constituant les chemins de roulement des billes du joint, et centrées entre deux gorges consécutives. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaltront à la lecture de la description qui va suivre, en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une coupe axiale représentant4 à gauche en regardant la figure, une ébauche de l'élément externe d'un joint homocinétique et, à droite la pièce obtenue selon le procédé de l'invention. - la figure 2 est une coupe selon I-I de la figure 1, - la figure . est une vue de l'outillage nécessaire a l'oDération de rétreint, en position de travail, - la figure 4 est une vue analogue a la précédente avec l'outillage en position rétractée, - la figure 5 est une vue en coupe selon II-II du mandrin représenté figure r, - la figure 6 est une vue en coupe selon III-III du mandrin, tel que représenté figure 4, - la figure 7 est une vue d'une variante de réalisation de l'outillage inférieur. L'ébauche de l'élément extérieur d'un joint homocinétique représentée sur la partie gauche des figures 1 et 2 est composée d'un corps creux sensiblement cylindrique 1, ouvert a lune de ces extrémités et prolongé a l'autre extrémité par un arbre 2 s'étendant axialement. Des saillies longitudinales 40 sont prévues sur ledit arbre 2, elles servent à l'indexage de l'é- bauche dans l'outil, comme on le verra plus loin. La surface interne r du corps cylindrique est creusée de gorges 4 disposées longitudînalement, selon les génératrices du volume intérieur de la pièce, et régulièrement espacées sur son pourtour. La paroi des gorges 4 est arrondie aux dimensions nécessai- res pour recevoir, après calibrage, les billes de roulement du joint homocinétique. La paroi du corps 1 présente, au voisinage de 1 'extrémité ouverte une surépaisseur par rapport au dimensions de la pièce finie. C'est cette matière supplémentaire qui, dans l'opération de rétreint, va se déplacer vers l'intérieur de la pièce pour remplir les formes sphériques en contre-dépouille délimitées par le mandrin, comme on le verra plus loin. En outre, et selon l'invention, la surface interne r du corps 1 comporte encDre des rainures 6 disposées longitudinalement et parallèlement aux gorges 4, centrées entre deux desdites gorges consécutives. L'ébauche, telle qu'elle vient d'étire décrite, est disposée pour l'opération de rétreint suivante dans l'évidement 7 d'une matrice 8 faisant partie de l'outillage inférieur d'une presse, par e > :emple hydraulique (non représentée), sa position dans la matrice est indexée par les saillies 40 portées par son arbre 2 qui coopèrent avec des crans correspondants (non représentes) de la matrice 8. L'évidement 7 présente une surface interne correspondant à la forme externe de la pièce à réaliser surmontée d'une paroi 9 contrefraisXe pour faciliter a la fois le processus de rétreint et la sortie de la pièce en fin d'opération. Un mandrin 10 rétractable est logé dans le manchon 11 d'un porte-outil 13 supérieur de la presse, lui-m?me ferme d'un capot 12. Ces divers éléments sont liés les uns aux autres par des systèmes a vis (44, 45) ou goupilles (46) pour permettre les changements d'outillage. Une bague de liaison 14 est montée en force sur une partie tronconique 15 de la paroi externe du mandrin 1f.X. Des vis 17 rendent ladite bague 14 solidaire dune deuxième bague 16.Celle-ci est placée en appui sur une portée 18 pratiquée dans la partie supérieure du mandrin 10 et solidaire de tiges de rappel 19 traversant axialement le capot 12 pour entre reliées en translation å un vérin supérieur de la presse (non représenté). Les bagues 14 et 16 débattent librement, en translation axiale, dans le corps du manchon 11.Au voisinage de sa tette de travail4 la paroi externe du mandrin est munie d'un épaulement 20 sur lequel vient se serrer, en position travail de l'outil, une bague 21 de retenue composée de deux segments et rendue solidaire du manchon 11 au moyen de vis 22 et goupilles 2.8. L'ensemble de l'outillage dans son bolier est bloqué dans le porte-outil 13 par une bague de maintien 24 associée a vis 15. Le mandrin 10 est muni d'une tette fendue (figure 5) formée de six secteurs 25 séparés par des fentes 26. Chaque secteur est pourvu d'un bossage médian 27 disposé longitudinalement dont la forme extérieure s'ajuste à celle des gorges 4 du corps 1 de l'ébauche qui formeront les pistes de roulement de l'élément du joint. De la sorte, on conçoit que les fentes 26 qui s'étendent a::ialement entre les secteurs 25 se trouvent en vis-a-vis des rainures 6 creusées dans la paroi interne du corps 1. Comme on l'expliquera plus loin, il est nécessaire que la largeur maximale des fentes 26 soit inférieure ou, au plus, égale a celle des rainures 6 pour éviter les risques de fluage de la matière en dehors de cellesci. Un poinçon 28 est logé axialement a l'intérieur du mandrin 10, il comporte à l'une de ses extrémités un talon épaulé 29 +i > :é, par des vis o et une goupille 91, au capot 12 du bolier de l'outil. En position travail, les tiges de rappel 19 reliées au vérin d'éjection supérieur, lui-mEme en position haute, maintiennent la bague 16 et le plan supérieur de mandrin 10 au contact de la portée 2 de l'épaulement 29 du poinçon. L'autre extrémité dudit poinçon est en forme de poussoir tronconique S et se trouve en contact avec la paroi interne des secteurs 25 du mandrin pour maintenir ce-ci en position écartée. Lorsque l'outil est ainsi mis en place, la descente du coulisseau de presse pousse ensemble formé par le poinçon 28 et le mandrin 10 dans le corps 1 de l'ébauche, laquelle est alors repoussée axialement dans la matrice 8. Le corps 1 se déforme en refermant son extrémité ouverte sur la tête du mandrin. Dans cette opération, la matière supplémentaire prévue à l'extérieur de l'ébauche a tendance à refluer à l'intérieur pour épouser fermement les contours des secteurs 25 du mandrin, sauf au droit des solutions de continuité introduites par les fentes 26 ott la matière ne trouve pas en face d'elle de surface d'appui. Toutefois, le fluage ainsi- crée se trouve alors contrôlé et absorbé par les rainures 6 prévues dans le corps 1 de l'ébauche, en face des fentes 26. Afin d'éviter tout risque de débordement de la matière, il est bon, comme on l'a dit plus haut, que la largeur maximum des fentes 26 soit inférieure ou au plus égale à la largeur des rainures 6, ainsi que cela est bien visible sur la figure 5. A la fin de l'opération de rétreint, il est nécessaire de retirer le mandrin 10 de la pièce. Pour ce faire, on déclenche la remontée du coulisseau de presse et donc de l'outil qui lui est lié et, en même temps, la mise en marche du vérin déjection qui exerce alors une poussée verticale sur les tiges de rappel 19 à une vitesse identique à celle de la remontée du coulisseau et en sens inverse. La poussée verticale est appliquée sur les bagues 14 et 16 liées en translation au mandrin 10, celui-ci est donc maintenu en place dans la pièce formée tandis que remontent avec le coulisseau, le porte-outil 13 et les éléments qui lui sont liés : bottier 11, capot 12 et le poinçon 28 dont le poussoir r--. se désengage de la tette du mandrin. En fin de course du vérin, le poussoir est totalement sorti de la t?te et les secteurs 25 qui ne se trouvent plus ainsi sollicités en expansion sont en position totalement repliée (figure 6) et peuvent sortir sans encombre de la pièce rétreinte. Au meme moment, la bague inférieure 14 qui maintient le mandrin se trouve au contact du fond 34 du boiter 11, de façon à pouvoir être entrainée par celui-ci, dans la poursuite du mouvement de remontée du coulisseau, en meme temps que le mandrin dont elle est solidaire, libérant ainsi totalement l'outil de la pièce rétreinte. En réalité, étant donné les tolérances admises sur les outillages et les jeux de fonctionnement de la machine servant a la forger, l'ébauche pourra présenter un défaut d'excentricité et un "déport de gravure", c' est-a-dire un défaut d'alignement entre tout point considéré sur la partie de la pièce formée par l'une des demi-matrice et tout point correspondant formé par I 'autre demi-matrice. Il est donc nécessaire d'assureur un centrage de l'outil par rapport a l'ébauche durant opération de rétreint. A cet effet, la matrice inférieure 8 est, par exemple, rendue mobile verticalement et horizontalement par rapport au mandrin 10. La figure 7 représente un mode de réalisation d'une telle matrice dite "flottante". Celle-ci est placée dans un conteneur 5cri, en appui élastique sur une pluralité de ressorts 5S, elle est maintenue dans le sens radial et dans le sens axial par des brides épaulées 52, au nombre de quatre, en butée sur des portées de ladite matrice 8. En outre, une goupille 54 solidaire du conteneur 50 est engagée avec un jeu S dans un alésage 55 de la matrice 8 dont elle assure ainsi l'indexage.Un jeu axial maximum tx est par ailleurs maintenu entre la base inférieure 56 de la matrice 8 et l'assise 57 correspondante du conteneur 50 par l'action antagoniste des brides 52 et des ressorts Si. De mme un jeu radial 6 est réservé entre, d'une part, la matrice 8 et d'autre part, le conteneur 5 et les brides 52. Ce jeu est identique à celui qui est ménagé entre la goupille 54 et lnal6- sage 55. Si bien que, lorsque l'ensemble formé par le poinçon 28 et le mandrin 10 repousse l'ébauche dans la matrice 8, celle-ci peut se déplacer dans le sens oh ladite ébauche présente un défaut de concentricité avant de venir en appui sur l'assise 57 du conteneur 50. De ce fait, il y a auto-centrage de la matrice 8 par rapport a l'outil supérieur fié dans son porte-outil. On mentionnera que dans la pièce finie, les rainures 6 peuvent entre complètement comblées par la matière fluante ou, comme cela a été représenté ici, rester apparentes. I1 est mEme possible de leur donner des dimensions nettement supérieures à celles- qui seraient nécessaires pour absorber la matière, de façon à obtenir un allégement significatif de la pièce. REVENDICATIONS 1- Procédé de fabrication d'une pièce creuse massive en métal dont la surface interne est partiellement sphérique et comporte une extrémité ouverte, par lequel on fabrique en premier lieu une ébauche formée d'un corps creux (i) sensiblement cylin drive, sur la paroi interne duquel sont prévues des gorges (4) régulièrement espacées et s'étendant axialement selon les généra- tri ces du volume interne, et on procède ensuite à un rétreint de l'extrémité ouverte de 1 'ébauche4 en exerçant une poussée axiale à l'intérieur de ladite ébauche contenue dans une matrice (8), au moyen d'un mandrin (10) de forme dont la tette comporte des secteurs (25) rétractables, caractérisé en ce que l'on fabrique le corps creux (i) de l'ébauche avec des rainures (6) disposées longitudinalement, parallèlement au > : gorges (4) et centrées entre deux desdites gorges consécutives, lesdites rainures étant placées, durant l'opération de rétreint en vis-a-vis des fentes (26) séparant les secteurs (25) du mandrin (10). 2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur des rainures (6) est supérieure ou au plus égale a la largeur des fentes (26). 3- Outil pour la mise en oeuvre de l'opération de rétreint du procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, formé d'un mandrin (10) portant une tette composée de secteurs (25) rétracta bles et d'un poinçon (28) circulant à l'intérieur dudit mandrin, lié en translation axiale à un coulisseau de presse, dont I'e- trémité en forme de poussoir (z3) est engagée en position travail entre les secteurs (25) de la tette du mandrin4 caractérisé en ce que lesdits secteurs sont munis de bossages (27) s'étendant longitudinalement et complémentaires des gorges (4) formées sur le corps de l'ébauche et sont séparés par des fentes (26) se trouvant, après mise en place du mandrin dans l'ébauche, en vis-a-vis des rainures (6) pratiquées dans la paroi interne de celle-ci. 4- Outil selon la revendication , caractérisé en ce que la largeur des fentes (26) est inférieure ou au plus égale à la largeur des rainures (6). 5- Outil selon l'une des revendications s ou 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour appliquer sur le mandrin (1o), dans la phase de remontée du coulisseau, une force dirigée en sens inverse de ce mouvement, durant un temps suffi sant pour permettre le dégagement du poussoir (33) des des secteurs (25) du mandrin. 6- Outil selon la revendication 54 caractérisé en ce qu'il comprend deux bagues (14, 16) solidaires entre elles emmanchées sur la partie supérieure du mandrin (1C) et libres en translation axiale dans un manchon (11) du porteoutil (13) ( ainsi ainsi que des tiges de rappel (19) fiées sur la bague supérieure (16) et reliées à un vérin d'éjection pour appliquer sur ladite bague (16) une force axiale dirigée en sens inverse de la remontée du coulisseau et a une vitesse identique à celle de ladite remontée. 7- Outil selon la revendication 6, caractérisé en ce que la paroi externe du mandrin (10) est munie d'un épaulement (20) sur lequel vient se serrer, en position travail de l'outil, une bague segmentée (21) de retenue solidaire du manchon (11). 8 - Outil selon l'une des revendications r.. à 7, caractérisé en ce que la matrice (8) est placée avec un jeu radial () dans un conteneur, en appui élastique sur une pluralité de ressorts (51), et maintenue radialement avec un même jeu (o) par des brides épaulées 52 venant en butée sur des portées (53) de ladite matrice (8), de façon à maintenir un jeu axial maximum (&alpha;) entre la base inférieur (56) de celle-ci et l'assise (57) correspondante du conteneur (50). 9 - Outil selon la revendication 8, caractérisé en ce que la goupille d'indexage (54) solidaire du conteneur (50) est engagée dans un alésage (55) de la matrice (8) avec un jeu () égal au jeu radial aménagé entre dune part, la matrice (8) et d'autre part, le conteneur (50) et les brides (52). 10 - Pièce obtenue par le procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle constitue la partie externe d'un joint universel homocinétique dont la surface interne est pourvue de rainures (6) disposées longitudinalement, parallèlement à des gorges (4) constituant les chemins de roulement des billes du joint, et centrées entre deu;: gorges consécutives.