Brevet FR2672528A1 — publié le 19920814

L'invention se rapporte à un procédé de fabrica- tion d'une pièce de forme, présentant une ouverture de réception d'un arbre, par frittage à phase liquide d'une ébauche formée par compression d'une poudre à fritter, et qui forme une ouverture traversante. Pour pouvoir exploiter les qualités de poids relativement faible et de bonne résistance à l'usure des pièces de forme en métal fritté, par exemple dans le cas des arbres à cames de commande des soupapes des moteurs à combustion interne, il est connu (DE-A-3 500 653) de former les cames et autres éléments d'arbres munis d'une ouverture de réception de l'arbre par une opération de compression à partir d'une poudre à fritter, puis, après l'exécution d'un pré-frittage, d'emmancher ces cames ou autres pièces sur l'arbre en acier avec ajustement à ser- rage, de manière qu'il s'établisse une liaison métallur- gique entre l'arbre et la pièce de forme au cours du frittage définitif ultérieur Toutefois, un inconvénient de ce procédé de fabrication consiste en ce qu'en dépit de l'ajustement à serrage, les pièces de forme qu'il s'agit d'assembler à l'arbre peuvent difficilement être positionnées avec précision en position angulaire réci- proque pendant le processus de frittage. Pour éviter ces inconvénients, il a certes déjà été proposé (DE-A-3 209 980) d'emmancher les pièces de forme pré-frittées sur l'arbre de base avec du jeu ra- dial et, pour assurer le positionnement des pièces de forme, de prévoir dans l'arbre de base et dans les piè- ces de forme, des perçages alignés dans lesquels on em- manche des goupilles de fixation tubulaires mais, dans ce cas, on éprouve des difficultés à percer les pièces de forme pré-frittées avec suffisamment de précision dans une opération de reprise Par ailleurs, les toléran- ces de fabrication exigées ne peuvent pratiquement pas être respectées dans le cas o on laisse les pièces de forme se rétracter librement au cours du frittage. Finalement, il est déjà connu (DE-A 3 907 886) de former les cames d'un arbre à cames en une pièce exté- rieure et une pièce intérieure assemblées, auquel cas, pour limiter surtout le retrait axial de l'élément inté- rieur, cet élément présente au frittage un retrait infé- rieur à celui de l'élément extérieur, ce qui, par ail- leurs, assure l'établissement d'une bonne liaison métal- lurgique entre les deux éléments Etant donné que, pen- dant le frittage à phase liquide, on doit aussi établir la liaison avec l'arbre en acier, on se heurte inévita- blement aux difficultés de Dositionnement déjà décri- tes. L'invention se donne donc pour but de perfec- tionner à l'aide de moyens simples un procédé du genre décrit au début de telle manière qu'on puisse fabriquer sans reprise coûteuse des pièces de forme à la cote et munies d'une ouverture de réception d'arbre précise. L'invention résout le problème posé par le fait qu'on emmanche dans l'ouverture traversante de l'ébau- che, une douille faite d'une matière élaborée par la mé- tallurgie de fusion, qui reste de forme stable dans les conditions de frittage adoptées pour l'ébauche, avec un jeu qui est plus petit que le retrait libre de l'ébau- che, dans la région de l'ouverture traversante, qui se produit au cours d'un frittage à phase liquide, avant que l'ébauche ne soit frittée à phase liquide avec la douille emmanchée. En prévoyant une douille qui reste de forme sta- ble dans les conditions de frittage de l'ébauche, on op- pose au retrait libre de l'ébauche après le rattrapage du jeu, une résistance appropriée qui assure à l'ébauche une haute stabilité de forme lorsque, lorsque le jeu, rapporté au retrait libre de l'ébauche, est choisi suffi- samment grand pour éviter après le rattrapage du jeu, le creusement en selle de l'ébauche qui serait provoqué dans la région de sa surface circonférentielle par un re- trait résiduel irrégulier Etant donné que la position angulaire relative de l'ébauche par rapport à la douille n'a en général aucune importance pour le respect de la position angulaire précise de la pièce de forme par rap- port à l'arbre, le jeu entre la douille et l'ébauche n'entraîne aucune difficulté de positionnement Le posi- tionnement de la pièce de forme finie sur l'arbre s'ef- fectue certes par l'intermédiaire de l'ouverture récep- trice de la douille, qui est réalisée en acier dans le plus grand nombre des cas d'utilisation et qui, grâce à sa matière élaborée par la métallurgie de fusion, peut être usinée avec précision sans complication particuliè- re, contrairement au cas d'une matière frittée Par ail- leurs, pour l'assemblage de la pièce de forme de l'ar- bre, on peut adopter des techniques d'assemblage éprou- vées, y compris le soudage, et, en choisissant convena- blement les matières pour la douille et l'arbre, on ob- tient l'avantage additionnel de l'égalité des coeffi- cients de dilatation thermique Finalement, il convient de remarquer que la douille, faite d'un matière élaborée par la métallurgie de fusion, n'absorbe pas de phase li- quide au moment du frittage qui assemble l'ébauche et la douille, de sorte que l'ébauche ne présente pas davanta- ge de grandes proportions de pores dans la région de la jonction. Si une pièce de forme destinée à être emmanchée sur un arbre n'est pas frittée conjointement avec l'ar- bre, il faut pour éviter les écarts de forme radiaux, la fritter en appui sur une surface frontale, ce qui entral- ne des inconvénients, non seulement sous l'aspect de l'uniformité de l'apport et de l'évacuation de la cha- leur mais aussi sous l'aspect de la stabilité de forme, parce que, par exemple, les ébauches cylindriques subis- sent une déformation en cône pendant le frittage Le fait que, dans le procédé de fabrication selon l'inven- tion, l'ébauche peut être frittée suspendue avec la douille sur un support céramique horizontal exclut ces inconvénients d'une façon simple. Grâce au jeu entre douille et ébauche, l'ébau- che repose sans serrage sur la douille soutenue par le support céramique, de sorte qu'il s'établit sous l'effet de la gravité des conditions symétriques qui évitent une déformation irrégulière qui résulterait d'une réparti- tion irrégulière du poids dans le cas d'ébauches de for- me symétrique. En raison du jeu entre l'ébauche formée par com- pression la douille emmanchée, il n'est pas indispensa- ble que l'ébauche possède une solidité particulière, pourvu qu'on puisse la manipuler Pour avoir à disposi- tion dans des cas particuliers des ébauches possédant une plus grande solidité, les ébauches peuvent être pré- frittées mais il faut veiller à ce qu'on dispose encore d'une phase liquide suffisante pour le frittage de l'ébauche avec la douille emmanchée. Au moment du frittage de l'ébauche, la douille ne subit pas de retrait Pour tenir compte du retrait axial de l'ébauche, la douille peut être fabriquée avec une longueur inférieure à l'ébauche dans une mesure qui xx/ correspond au moins au retrait axial de l'ébauche. D'une part, le jeu entre l'ébauche et la douil- le doit être suffisamment grand pour que, en raison de la résistance au retrait assurée par la douille, il ne puisse pas se produire de déformation irrégulière de l'ébauche mais, d'autre part, ce jeu doit être suffisant pour l'établissement d'une liaison métallurgique solide entre l'ébauche et la douille En pratique, dans la plu- part des cas, on peut répondre avantageusement à ces exi- gences lorsque le jeu entre l'ébauche et la douille re- présente 60 à 80 % du retrait libre de l'ébauche dans la région de l'ouverture traversante. Pour obtenir des conditions qui correspondent aux spécifications de fabrication sous l'aspect de la plage de tolérance pour le jeu entre l'ébauche et la douille, il ne faut pas que le retrait libre de l'ébau- che soit trop faible, ce qui est déjà à prendre en consi- dération pour obtenir une densité de compression économi- que Ainsi qu'on l'a constaté dans des essais, pour cet- te raison, le retrait libre de l'ébauche doit être supé- rieur à 4 % et, de préférence atteindre 6 à 8 %. Le procédé selon l'invention est décrit de fa- çon plus détaillée en regard des dessins Sur ces des- sins, la figure 1 représente une came fabriquée selon l'invention par une vue en élévation de face; la figure 2 représente cette came par une coupe selon la ligne II-II de la figure 1; la figure 3 représente la came suspendue à un support pour l'opération de frittage, par une vue en élé- vation de face; et la figure 4 est une coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3. La pièce de forme 1 fabriquée par le procédé se- lon l'invention, qui constitue une came pour l'arbre à cames du moteur à combustion interne, se compose, comme on le voit sur les figures 1 et 2, de deux pièces, dont une douille 2 faite d'une matière élaborée par la métal- lurgie de fusion, de préférence d'acier, et un corps de forme fritté 3, qui a été assemblé à la douille 2 avec établissement d'une liaison métallurgique intime par un frittage à phase liquide Etant donné que la douille 2 a été réalisée avec une épaisseur de paroi qui lui confère une bonne stabilité de forme dans les conditions de frit- tage, l'ouverture 4 de réception de l'arbre peut être prédéterminée avec une haute précision dans le cas o l'on ne préfère pas exécuter un usinage de reprise ulté- rieur de la douille 2 Dans le cas de l'usinage de repri- se, on pourrait aussi éliminer entièrement la douille, par exemple par perçage. Pour la fabrication d'une telle came, on forme tout d'abord un ébauche 5, qui formera le futur corps de forme fritté 3, par compression en partant d'une coudre à fritter appropriée, plus précisément, une ébauche pos- sédant une ouverture traversante 6 pour l'emmanchement de la douille 2 Cette ouverture traversante 6 présente un diamètre qui est supérieur au diamètre extérieur de la douille 2 d'une valeur inférieure au retrait libre de l'ébauche 5, de sorte que, pendant le frittage à phase liquide, la douille constitue, du moins dans la phase terminale de l'opération de frittage, une résistance au retrait après le rattrapage du jeu 7 entre l'ébauche 6 et la douille 2, résistance qui assure un bon respect de la cote du corps de forme fritté 3. Ainsi qu'on peut le voir sur les figures 3 et 4, avant le frittage l'ébauche 6 et la douille 2 sont en- filées sur un support céramique 8, par exemple un tube, pour qu'elles soient frittées dans un état suspendu Cet- te position de frittage n'a pas seulement l'avantage d'apporter la possibilité de fritter simultanément plu- sieurs pièces de forme dans une disposition relativement serrée, sans préjudice de l'apport et de l'évacuation de la chaleur mais aussi celui de représenter une condition avantageuse pour une fabrication de forme stable parce que le processus de retrait uniforme de l'ébauche 6 pen- dant le frittage n'est pas gêné lorsqu'on fait en sorte que le Jeu 7 entre l'ébauche 6 et la douille 2 correspon- de à entre 60 et 80 % du retrait libre Le retrait libre doit être de 6 à 8 %. Pour que la douille 2 se termine dans le même plan que la pièce de forme frittée 3, ou pour qu'elle soit en retrait par rapport à la pièce de forme frittée, il faut crue la longueur axiale de la douille soit infé- rieure à la longueur axiale de l'ébauche 5 comprimée d'une valeur correspondant au moins au retrait axial du corps de forme fritté 3, comme ceci est indiqué sur les fiaures 3 et 4. Pour fabriquer une came conformément à l'exem- ple de réalisation décrit, on a formé une ébauche en pou- dre à fritter par compression sous une pression de 8 t/cm 2, en atteignant une densité de compression de 6,6 g/cm 3 Le retrait libre était d'environ 7 % La douille a été fabriquée à une épaisseur de paroi de 1,35 mm en un acier de décolletage, et on a prévu entre l'ébauche et la douille un jeu qui correspondait à 70 % du retrait li- bre de l'ébauche Le frittage a été effectué à l'état suspendu, comme représenté sur les figures 3 et 4, à une température de frittage de 1080 'C, pendant un temps de frittage de 2 heures La pièce de forme frittée possé- dait une densité de 7,65 g/cm 3 La surface périphérique s'écartait de moins de 0,05 mm de la forme théorique En raison du choix de la matière utilisée pour la douille, il n'a pas été possible d'aléser la douille sans diffi- culté. Dans le cas d'une autre pièce de forme, les con- ditions restant identiques par ailleurs, la douille a été fabriquée en St 35 pour obtenir une bonne adaptation du coefficient de dilatation thermique de la douille à celui de l'arbre. R E V E N D I C A T I O N S 1 Procédé de fabrication d'une pièce de forme présentant une ouverture de réception d'un arbre, par frittage à phase liquide d'une ébauche formée par com- pression d'une poudre à fritter et qui forme une ouvertu- re traversante, caractérisé par le fait qu'on emmanche dans l'ouverture traversante de l'ébauche, une douille faite d'une matière élaborée par la métallurgie de fu- sion, qui reste d'une forme stable dans les conditions de frittage de l'ébauche, avec un jeu qui est plus petit que le retrait libre de l'ébauche, dans la région de l'ouverture traversante, qui se produit dans un frittage à phase liquide, avant que l'ébauche ne soit frittée à phase liquide avec la douille emmanchée. 2 Procédé selon la revendication 1, caractéri- sé par le fait que l'ébauche est frittée avec la douille en position suspendue sur un support céramique horizon- tal. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé par le fait que l'ébauche a subi un pré-frittage avant l'emmanchement de la douille. 4 Procédé selon une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait crue la douille est fabriquée avec une longueur inférieure à celle de l'ébauche dans une mesure qui correspond au moins au retrait axial de l'ébauche. Procédé selon une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le jeu entre l'ébauche et la douille représente 60 à 80 % du retrait libre de l'ébau- che dans la région de l'ouverture traversante. 6 Procédé selon une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le retrait libre de l'ébau- che est supérieur à 4 %, de préférence égal à 6 à 8 %.