Brevet FR2681267A1 — publié le 19930319

Procédé de fabrication d'un axe à extrémités de passage axial profilées, machine pour la mise en oeuvre du procédé et axe ainsi obtenu. La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un axe à extrémités de passage axial profilées, une machine pour la mise en oeuvre du procédé, ainsi que les axes ainsi obtenus On comprend qu'il s'agit d'axes dont le passage axial de révolution présente à ses extrémités un élargissement à profil particulier, ces axes étant obtenus en partant d'une ébauche se présentant sous la forme d'un tube dont ledit passage axial est cylindrique. De tels axes sont utilisés notamment pour assurer la liaison entre un pied de bielle et un piston de moteur à combustion interne, ces axes étant soumis à d'importants efforts de flexion et d'ovalisation qui, du fait de leur montage entre les bossages du piston, ne sont pas uniformément répartis Les zones entre les parties extrêmes du passage axial sont soumises aux efforts de flexion et d'ovalisation les plus importants et doivent être relativement épaisses Par suite, l'élargissement conique (ou de toute autre forme profilée) des extrémités du passage axial permet d'éviter qu'il y ait un excès de matière dans les zones les moins sollicitées, c'est-à-dire au niveau des bossages du piston. Pour fabriquer de tels axes, on connaît déjà le procédé d'usinage avec des outils coupants, par suite de quoi les traces de ces outils subsistent sur les extré- mités élargies du passage axial ainsi élaborées, ces traces constituant des zones d'amorce de ruptures par suite de la fatigue de la pièce Il s'agit là par conséquent d'un inconvénient majeur de ce procédé. Le but de l'invention est d'y remédier, et à cet effet un procédé du type général défini au début sera caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à maintenir ledit axe dans une matrice coulissante, à engager l'une des extrémités dudit passage axial de l'axe sur un contrepoinçon, à engager un poinçon mobile dans l'autre extrémité dudit passage axial, et à exercer sur ce poinçon mobile, l'axe étant alors en appui sur le contre-poinçon, un effort propre à conférer par estampa- ge, aux deux extrémités dudit passage axial, la déforma- tion profilée voulue. Grâce à la matrice coulissante, on conçoit que l'axe ou ébauche d'axe ne sera pas rigidement maintenu par elle autrement que latéralement, et qu'il ne sera axialement bloqué que par le contre-poinçon Les efforts que les deux poinçons exerceront sur les extrémités respectives de l'axe seront donc exactement égaux, ce qui permettra d'obtenir précisément, par cet estampage, la déformation intérieure profilée souhaitée, sans privilégier une extrémité de l'axe par rapport à l'autre. En outre, on voit que l'opération s'effectue en une seule fois sur les deux extrémités, ce qui n'est pas le cas du procédé par usinage, puisque l'on ne peut usiner une extrémité de l'axe qu'en le maintenant par l'autre extrémité, alors que selon l'invention il n'est maintenu que latéralement, par la matrice coulissante, laquelle laisse donc accessibles les deux extrémités de l'axe. Aucun usinage subséquent, et aucune reprise de la pièce ne sont nécessaires. Il en résulte aussi une diminution du coût de fabrication et une amélioration des caractéristiques mécaniques de l'axe obtenu, dans la mesure o le fibrage de la pièce reste continu, d'une extrémité à l'autre, ce qui n'est pas le cas lorsque l'on procède par usinage. Il est à noter que si l'ébauche initiale était une pièce pleine, la première opération pourrait avantageusement 3 2681267 consister à réaliser un tube par forgeage. L'invention concerne également une machine pour la mise en oeuvre d'un tel procédé, et les axes ainsi obtenus. Un mode de réalisation d'une telle machine va être décrit ci-dessous à titre d'exemple nullement limitatif avec référence aux figures du dessin annexé dans lequel: la figure 1 représente en coupe axiale un tronçon d'axe creux à épaisseur constante constituant une ébauche utilisable pour la mise en oeuvre de l'invention; la figure 2 est une vue en coupe axiale de l'axe creux à élargissements coniques internes fabriqué à partir de l'ébauche de la figure 1, par l'opération d'estampage conforme à l'invention; la figure 3 est une vue en coupe axiale de l'axe fini, monté entre un piston et un pied de bielle, obtenu par usinage externe de l'axe de la figure 2; les figures 4 à 7 sont des vues schématiques en coupe axiale d'une machine conforme à l'invention, montrant les différentes étapes du procédé qu'elle met en oeuvre; et la figure 8 montre un autre exemple de profil pour un élargissement en bout d'un passage axial d'axe. Le tronçon d'ébauche d'axe 1 de la figure 1, par exemple en acier cémenté, est un cylindre creux de révolution à épaisseur de paroi constante. L'axe 2 que l'invention vise à obtenir est représenté à la figure 2; le passage axial 3 de l'ébauche 1 a été élargi à ses extrémités par estampage, en 2 a et 2 b, selon des surfaces coniques (sur la figure 8, il s'agit d'une surface arrondie 2 c) Le passage axial ne subsiste tel quel que dans la partie centrale. Après usinage de sa surface extérieure, l'axe 2 peut être monté de façon à assurer la liaison entre un pied de bielle 6 et les bossages 5 d'un piston 4, de façon connue On voit que l'on a une réduction d'épaisseur de l'axe 2 seulement dans les parties les moins travaillantes, au niveau des bossages 5 du piston, et une épaisseur normale au centre. L'axe qui vient d'être décrit peut être réalisé avec la machine des figures 4 à 7. Sur ces figures, le contre-poinçon a été réfé- rencé 7 b Il comporte à sa base une tête 12 b reposant normalement sur une table 14, laquelle comporte un alésage 15 dans lequel peut coulisser un éjecteur 16 Le poinçon mobile a été représenté en 7 a, dans l'axe du précédent Ces poinçons comportent chacun une pointe, respectivement l Ob et 10 a, et un épaulement profilé, en l'occurrence conique (partie travaillante), respective- ment 13 b et 13 a La machine comporte encore un support fixe 17 reposant sur une embase 18 fixée sur la table 14, et dans lequel support est montée une matrice coulissante 8 constituée de deux parties coaxiales 8 a et 8 b solidarisées par emmanchement conique Cette matrice repose sur des plots 19 rappelés élastiquement vers le haut par des ressorts hélicoïdaux 20 maintenus dans des logements cylindriques 21 de l'embase 18 Le coulisse- ment de la matrice 8 vers le haut est limité par des épaulements 22. La partie centrale 8 b de la matrice est inter- changeable, de sorte que l'on peut bloquer dans son alé- sage central 23, axé dans la direction du coulissement, des ébauches 1 de différents diamètres (L'extrémité du30 contre-poinçon 7 b est engagée dans l'alésage 23). Quand l'ébauche d'axe 1 est en place dans la matrice coulissante 8, on fait descendre le poinçon mobile 7 a par un vérin hydraulique ou analogue pour que sa pointe i Qa s'engage en bout dans le passage axial 335 de l'ébauche 1, la pointe l Ob du contre-poinçon 7 b étant alors engagée dans l'autre extrémité de ce passage (voir 2681267 figures 4 et 5) La mise en pression du vérin provoque les déformations souhaitées 2 a et 2 b avec un équilibrage parfait des efforts exercés par les épaulements coniques 13 b et 13 a sur l'ébauche, puisque la matrice 8 peut coulisser légèrement vers le bas en comprimant les ressorts 20 (figure 6) En effet, la pression exercée par les épaulements coniques des poinçons sur l'ébauche 1 provoque le blocage de celle-ci dans l'alésage 23 de la matrice, et ce sont donc les forces de frottement qui font descendre cette dernière. Après exécution des élargissements voulus 2 a et 2 b par cet estampage, le poinçon mobile est remonté, et l'actionnement de l'éjecteur 16 (figure 7) permet de faire remonter le contre-poinçon 7 b et d'éjecter l'axe 2, suite à quoi les mêmes opérations peuvent se répéter pour la pièce suivante. 6 2681267 REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication d'un axe à extrémités de passage axial profilées, à savoir dont le passage axial de révolution présente à ses extrémités un élargissement à profil particulier, en partant d'une ébauche se présentant sous la forme d'un tube dont ledit passage axial est cylindrique, caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à maintenir ledit axe ( 1) dans une matrice coulissante ( 8), à engager l'une des extrémités dudit passage axial ( 3) de l'axe sur un contre-poinçon ( 7 b), à engager un poinçon mobile ( 7 a) dans l'autre extrémité dudit passage axial, et à exercer sur ce poinçon mobile ( 7 a), l'axe ( 1) étant alors en appui sur le contre-poinçon ( 7 b), un effort propre à conférer par estampage, aux deux extrémités dudit passage axial ( 3), la déformation profilée voulue. 2 Machine pour la mise en oeuvre du procédé de la revendication 1, pour la fabrication d'un axe à extrémités de passage axial profilées, à savoir dont le passage axial de révolution présente à ses extrémités un élargissement à profil particulier, en partant d'une ébauche se présentant sous la forme d'un tube dont ledit passage axial est cylindrique, caractérisée en ce qu'elle comporte: une matrice ( 8) montée coulissante dans un support fixe ( 17) et comportant, selon la direction de ce coulissement, un alésage ( 23) propre à recevoir et à maintenir par coincement une ébauche d'axe ( 1); un contre- poinçon ( 7 b) à épaulement profilé ( 13 b), engagé par sa pointe dans une extrémité dudit alésage ( 23); un poinçon mobile ( 7 a) à épaulement profilé ( 13 a), propre à s'engager par sa pointe dans l'autre extrémité dudit alésage ( 23); et des moyens de pression propres à exercer une force sur ledit poinçon mobile ( 7 a) de sorte que les extrémités du passage axial ( 3) de ladite ébauche d'axe ( 1) soient comprimées et déformées par estampage entre lesdits épaulements profilés ( 13 a, 13 b) des poinçons. 3 Machine selon la revendication 2, caractéri- sée en ce que ladite matrice coulissante ( 8) repose sur des plots ( 19) rappelés élastiquement par des ressorts ( 20) logés dans une embase ( 18) portant ledit support ( 17). 4 Machine selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que ladite matrice coulissante ( 8) comporte des épaulements d'arrêt ( 22) l'empêchant de sortir dudit support ( 17). 5 Machine selon l'une quelconque des revendi- cations 2 à 4, caractérisée en ce que ladite matrice coulissante ( 8) est constituée de deux parties coaxiales ( 8 a, 8 b) solidarisées par emmanchement conique et dont la partie centrale, comportant ledit alésage ( 23), est interchangeable. 6 Machine selon l'une quelconque des revendi- cations 2 à 5, caractérisée en ce que qu'elle comporte un éjecteur ( 16) propre à éjecter l'axe ( 2) de l'alésage ( 23) de la matrice coulissante ( 8), par l'intermédiaire dudit contre-poinçon ( 7 b). 7 Machine selon l'une quelconque des revendi- cations 2 à 6, caractérisée en ce que lesdits épaule- ments ( 13 a, 13 b) des poinçons sont coniques. 8 Axe à extrémités de passage axial profilées, en particulier à élargissement conique, caractérisé en ce qu'il est obtenu par le procédé de la revendication 1. 9 Axe à extrémités de passage axial profilées, en particulier à élargissement conique, caractérisé en ce qu'il est obtenu sur une machine conforme à l'une quelconque des revendications 2 à 7.