Brevet FR2679470A1 — publié le 19930129

L'invention concerne le domaine de la fabrication des articulations élastiques utilisant la liaison d'une bague en composition élastomérique à deux armatures rigides coaxiales dont l'une sera, au montage, prise en chape sur un axe fixe, autour duquel tourillonne l'autre armature. Le procédé de fabrication applique à ladite armature, destinée à être prise en chape, une mise en forme, par déformation de matière à froid, qui assure l'amélioration de sa résistance à l'écrasement axial lors du boulonnage par l'axe de cette chape. La réalisation connue des articulations élastiques cylindriques met en oeuvre deux types de procédés assurant la liaison de la bague élastique entre deux douilles tubulaires rigides coaxiales. Le premier procédé consiste en un assemblage, sous forte précontrainte, d'une bague d'épaisseur sensiblement constante, réalisée en caoutchouc vulcanisé, introduite par force entre deux éléments rigides nécessairement cylindriques, au moyen d'une presse d'emmanchement, comme décrit dans le document FR 1.119.845 de SILENTBLOC. Par ailleurs, le procédé dit d'adhérisation, assurant une liaison intime de type physicochimique aux bagues métalliques ou plastiques qui l'entourent lors de la réticulation consécutive au moulage d'une bague élastomérique - est devenu le moyen le plus répandu de réalisation de tous types d'articulations. Pour les manchons cylindriques les plus simples, destinés au débattement angulaire par exemple d'un bras de suspension de véhicule, ce procédé est évoqué dans le document FR 827.020 de METALASTIK. Il est d'usage courant d'améliorer la tenue à la fatigue alternative de l'élastomère par une précompression de la bague élastique grâce au gonflement ou dudgeonnage de la douille interne, ou bien par le rétreint de la bague externe, comme décrit par exemple dans le document FR 1.415.871 de METALASTIK qui s'applique à des bagues cylindriques ou de surface partiellement sphérique. Dans l'une et l'autre famille de procédés de réalisation, la bague élastique se trouve en état de compression multidirectionnelle importante et les seules zones où une défaillance peut se produire sont les surfaces libres, en contact avec l'atmosphère sur les bords latéraux du manchon élastique. Une forme appropriée est donnée à cette surface libre, pour résister aux déformations de rotation ainsi qu'aux débattements en translation dus à l'élasticité axiale. Les deux bagues coaxiales font l'objet des allègements recherchés dans l'automobile. Pour ce faire, la bague extérieure est parfois réalisée en matière plastique. En ce qui concerne la douille interne, restée métallique et prise en chape par serrage axial lors du boulonnage sur le chassis ou le berceau, ce qui la rend solidaire de l'axe d'articulation du bras considéré, elle ne se contente plus d'être un simple tube métallique mince le plus souvent en acier ordinaire étiré. Le constructeur d'automobiles, qui applique le serrage sur une vis en général en acier de meilleure qualité que celle de la douille, aura tendance à donner à celle-ci une section annulaire supérieure à celle de la vis qui passe dans son alésage ; ceci conduit à un rapport entre les diamètres externe et interne de cette douille métallique au moins égal à racine de deux. L'étirage par ailleurs apporte également un écrouissage de la matière de ce tube, les deux composants de la prise en chape se trouvant alors plus résistants que la chape, elle-même. Ainsi, les premières déformations lors du serrage affectent le flan de tôle qui vient se plaquer sur les plans extrêmes de la douille interne, sollicités par ailleurs par la tête de la vis et l'écrou sur la face externe de ce flan. Les sollicitations dynamiques exercées par l'articulation matent, alors au cours du temps, cette surface d'appui sur laquelle se concentrent donc les risques de desserrage. La solution la plus économique consiste à accroître la surface d'appui sur les plans extrêmes de la douille interne sans avoir à améliorer la qualité de la matière. Pour éviter d'augmenter inutilement la masse de la douille interne, mais surtout pour laisser, dans la partie utile fonctionnelle, la place pour la plus grande épaisseur possible de la composition élastomérique - qui assure la possibilité de déformation de la pièce ainsi que la fonction antivibratoire qui lui est demandée, - la douille interne devient un tube d'épaisseur variable modulée. Elle présente donc une surépaisseur sur les faces latérales d'appui et une épaisseur plus faible et constante dans la partie centrale, ou suit une loi optimisée de progression de l'épaisseur sur l'ensemble de la pièce, pour assurer la meilleure résistance au flambage, lors du serrage axial. Pour la réalisation de telles douilles, le sertissage d'une rondelle additionnelle, ou le décolletage avec enlèvement de copeaux, sont les procédés usuels. Ils présentent l'inconvénient d'un coût élevé. La déformation de matière est un moyen plus avantageux mais compliqué par l'existence de l'alésage interne. La déformation à froid, en rotation, par fluage de matière est appelée de façon générale le fluotournage. Des exemples de dispositifs de fluotournage sont donnés dans les documents FR 2.100.579 de MESSERSCHMITTBÖLKOW-BLOHM - qui décrit un porte-molettes fixe et un entraînement hydromécanique - et FR 2.389.428 de l'Etat Français, décrivant le fluotournage de pièces coniques grâce à une seule molette équilibrée par la bride servant de support au flan. Une machine utilisant une bouterolle à mouvement conique autour de la zone où se concentre la déformation de matière, est décrite dans le document US 3,768,289 de VSI CORPORATION. Elle est destinée au formage de têtes de rivets et non à celui de pièces creuses. L'objectif de l'invention est de permettre le formage, après moulage, de la douille interne d'une pièce composite, par déformations plastiques à froid du métal en développant un procédé de déformation radiale locale, à pression ponctuelle, de manière rotative et continue, appliqué aux extrémités de l'alésage, en phase de finition, de façon compatible avec les composants qui entourent ladite douille interne. L'invention est un procédé de formage après moulage des extrémités de la douille interne d'une articulation élastique dont la fonction est assurée par déformation d'un manchon élastique, cylindrique ou sensiblement cylindrique en composition élastomérique intimement liée à ladite douille interne et à une bague extérieure qui lui est coaxiale. L'invention est caractérisée en ce qu'une surépaisseur annulaire est formée aux extrémités de ladite douille interne, la zone à déformer de ladite douille interne étant enfermée dans deux demi-matrices qui lui imposent la forme extérieure, la force provoquant un fluage local étant appliquée de façon tangente par une bouterolle basculant autour d'un axe oblique de trajectoire conique de faible angle, axe qui tourne autour de l'axe de révolution de l'articulation élastique, et en ce que la réaction est exercée sur la douille interne, par sa face plate brute opposée, sans solliciter notablement la composition élastomérique constituant le manchon élastique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description accompagnant les dessins dans lesquels - la figure 1 est une coupe axiale d'une articulation élastique réalisée selon l'art antérieur - la figure 2 est une coupe axiale de l'articulation élastique finie souhaitée par le constructeur d'automobiles - la figure 3 est une coupe axiale de la même articulation élastique, telle qu'elle est issue de moulage ; - la figure 4 indique, en coupe axiale d'axe vertical, les positions relatives de l'outil et de l'articulation élastique au cours de l'opération de formage - la figure 5 expose les formes réalisables à la demande sur les parties extrêmes de douilles internes la vue 5a la forme la plus courante demandée, la vue 5b la forme avec refoulement vers l'intérieur, la vue 5c un compromis entre les extrêmes. La figure 1 est une coupe axiale d'une articulation élastique réalisée selon l'art antérieur. La douille interne (1) doit être, pour satisfaire les besoins des constructeurs, réalisée en forme de tube métallique d'épaisseur variable, coaxiale à une bague extérieure (2) métallique ou réalisée en matière plastique. Le manchon élastique (3) est intimement lié, au cours de sa vulcanisation en moule fermé sous pression et température contrôlées, à la douille interne (1) d'une part et à la bague extérieure (2) d'autre part, par leurs faces en regard. Facultativement, une armature intermédiaire (4), en tube d'acier mince qui doit bien sûr passer par dessus la douille interne (1) à l'assemblage, accroit essentiellement la rigidité radiale de l'articulation élastique sans interférer notablement sur la rigidité de torsion ni sur l'élasticité selon l'axe de l'articulation élastique. Afin d'augmenter la surface d'appui sur les faces planes (5), la douille interne (1) présente deux surépaisseurs annulaires (6) par rapport à la partie centrale (7), extérieurement cylindrique par sa face en regard du manchon élastique (3). Afin de réaliser un moulage aisé de haute productivité, ledit manchon élastique (3) voit ses parties extrêmes (8) moulées nécessairement de façon cylindrique dans le prolongement du diamètre extérieur des surépaisseurs annulaires (6), les deux parties de moule qui forment les faces latérales (9) - et par où est injectée la matière du manchon élastique (3) présentent donc, dans cette région, une dépouille minime, de forme pratiquement cylindrique, pour pouvoir être éloignées l'une de l'autre par déplacement axial lors de l'ouverture du moule et de l'extraction des pièces. L'amélioration de la tenue en fatigue alternée étant pratiquement toujours réalisée par précontrainte de la composition élastomérique (3), un rétreint par machine à chocs, ou bien souvent un simple passage en filière, assure la réduction diamétrale de la bague extérieure (2). De la même façon, lorsqu'il existe une armature intermédiaire (4), noyée au sein de la composition élastomérique et, par conséquent, sur laquelle aucune déformation ne peut être appliquée, la partie intérieure du manchon élastique (3), c'est à dire celle comprise entre la douille interne (1) et ladite armature intermédiaire (4), reçoit sa précontrainte par le passage d'une olive, ou dudgeonnage, qui augmente tous les diamètres interne et externe de la douille interne (1) et de ses surépaisseurs annulaires (6). Du fait de l'incompressibilité volumétrique du manchon élastique (3), il en résulte un léger gonflement des parties extrêmes (8) réalisées cylindriques. Lors des déformations fonctionnelles, en particulier lorsqu'il est fait usage de l'élasticité axiale pour permettre des débattements dynamiques de plusieurs millimètres selon l'axe de la pièce, la forme cylindrique, et à plus forte raison ce léger gonflement résultant s'avèrent un inconvénient majeur. La zone constituée des parties extrêmes (8) se trouve être la plus sollicitée de la composition élastomérique et le constructeur utilisant ce type de pièce demande au fabricant de réaliser un dégagement derrière les surépaisseurs annulaires (6), exempt de toute matière, pour permettre le débattement de l'armature intermédiaire (4) aussi bien sous des efforts axiaux que lors des déformations dites en conique. Un usinage de reprise, après le moulage, ou le positionnement d'une bague amovible rendant le moule et l'opération de démoulage très complexes sont les solutions jusqu'à présent utilisées ; l'invention proposée apporte une solution avantageuse pour satisfaire ce besoin. La figure 2 est une coupe axiale de l'articulation élastique finie, réalisée selon le procédé objet de l'invention et présentant la forme souhaitée par le constructeur d'automobiles. Toujours de forme de révolution autour de son axe, la pièce présente les mêmes apparences que celle selon l'art antérieur décrite en figure 1. La bague extérieure (2) est coaxiale à la douille interne (1) à laquelle elle est reliée par le manchon élastique (3), facultativement fretté par une armature intermédiaire (4) qui en accroit la rigidité radiale. Les surépaisseurs annulaires (6), de part et d'autre de la partie centrale (7), essentiellement cylindrique, permettent de satisfaire l'accroissement de surface d'appui souhaitée, grâce à l'existence des faces plates (5). Contrairement aux techniques connues, le procédé de formage objet de l'invention permet de donner aux surépaisseurs annulaires (6) un diamètre extérieur supérieur à celui de l'armature intermédiaire (4), disposition qui peut s'avérer avantageuse lorsque sont recherchés des facteurs de forme élevés. L'obtention directe de ces formes est possible par déformation de la matière de la douille interne (1) à partir de la forme d'une ébauche moulée décrite par la figure 3. La figure 3 est une coupe axiale de l'articulation élastique telle qu'elle est issue de moulage, avant les opérations de finition. Elle ne diffère des deux descriptions précédentes que par la douille interne brute (10), qui se présente de façon cylindrique sur la totalité de sa longueur, les sections droites restant approximativement aux mêmes diamètres interne et externe que ceux de la partie centrale (7). Plus précisément ces deux derniers diamètres sont légèrement accrus par l'opération de dudgeonnage, dans l'hypothèse où il existe une armature intermédiaire (4). En effet, le dudgeonnage applique une précontrainte par la réduction de l'épaisseur radiale du manchon élastique (3). En l'absence de ladite armature intermédiaire (4) qui, noyée dans la composition élastomérique, ne peut changer de cotes, le rétreint exercé sur la bague extérieure (2) suffit à appliquer la précontrainte voulue. Avec ou sans dudgeonnage ultérieur, l'articulation élastique présente, lors du moulage, des parties extrêmes (8) cylindriques qui permettent de simplifier le moule de réalisation ; celui-ci s'ouvre par déplacement axial, grâce à une dépouille pratiquement nulle, puisqu'elle ne concerne qu'une mince couche de composition élastomérique qui revêtirait éventuellement la surface cylindrique de la douille interne brute (10) sur ses parties extrêmes (8), pour la protéger contre les risques d'oxydation. La figure 4 indique, en coupe axiale d'axe vertical, les positions relatives de l'outil et de l'articulation élastique, lors du formage par fluage à froid de la matière. L'articulation élastique ayant, après moulage, subi le rétreint de la bague extérieure (2) et, facultativement le dudgeonnage qui modifie les diamètres interne et externe de la douille interne brute (10), les portant aux valeurs de la douille interne dudgeonnée (11), est enfermée entre deux demi-matrices (12). Afin d'exercer la déformation plastique du métal, lesdites demi-matrices prennent localement appui sur les parties extrêmes (8), cylindriques, de ladite douille interne dudgeonnée (11). La machine, dérivée d'une machine de rivetage, est caractérisée par l'existence d'une bouterolle (13), de révolution, et montée tournant librement autour d'un axe oblique (14). La section droite de l'outil est conçue de façon à venir tangenter, ponctuellement, la face plate brute (15) découpée sur le bout de la douille interne dudgeonnée (11). La courte ligne d'appui qui en résulte se déplace dans le plan contenant l'axe oblique (14) lorsqu'il tourne autour de l'axe vertical de la machine, la bouterolle (13), libre en rotation, roule donc sans glisser sur sa face d'appui tangent. Des pressions énormes peuvent être exercées localement, sans fourniture notable d'énergie, à la seule condition de les contrebouter par une réaction (F) en appui sur la face plate brute (15) opposée. Le formage de la seconde surépaisseur, à l'autre extrémité de la douille interne dudgeonnée (11) s'opère, après retournement, par appui sur la première face finie. Pour ce faire, les efforts importants exercés au cours de la déformation plastique du métal, ne passent donc pas à travers la grande flexibilité axiale de l'articulation élastique : les demi-matrices (12) enferment, de façon précise, chaque partie extrême (8) et imposent donc, sans exercer de réaction axiale, à la matière, en général un acier mi-dur, de la douille interne dudgeonnée (11), la forme souhaitée. Un perfectionnement propre à la machine est de présenter une inclinaison de l'axe oblique (14) variable élastiquement. Sous l'effet de la réaction, l'axe oblique (14) se redresse et la conicité résultante de la ligne d'appui ajoute ainsi une composante de force, exercée vers l'extérieur sur le métal radialement forcé de s'épanouir dans la matrice qui l'entoure. Après ce refoulement de matière, la ligne d'appui tangentiel se redresse et revient se situer dans le plan de la face plane (5) qui se substitue à la face plane brute (15) initiale, mais en retrait de quelques millimètres. La face plane (5) peut avantageusement affleurer la face supérieure (16) des demi-matrices utilisées, la réaction (F) s'exerçant sur la face plane de la douille interne et non sur le plan constituant la face des demi-matrices (12). L'opération sur la face opposée s'effectue par retournement desdites demimatrices (12), la réaction F s'exerçant alors sur la première face plate (5), finie. La figure 5 expose les formes réalisables à la demande sur les parties extrêmes de douilles internes. La vue 5a montre la forme la plus courante demandée par les constructeurs d'automobiles. La douille interne (1) présente un chanfrein (17) fort opportun pour faciliter l'introduction d'une vis d'assemblage. Sa présence a pour effet, tout en augmentant la surface d'appui sur la face plate (5), ce qui est l'objectif, de maintenir une épaisseur sensiblement constante de ladite douille interne (1). La matière est ainsi sollicitée dans les meilleures conditions pour repousser le risque de flambage, lors du serrage axial. La vue 5b montre une forme où la face plate (5) voit sa surface accrue, tant vers l'extérieur que vers l'alésage, par refoulement de matière dans la direction de l'axe. La réduction de diamètre de l'alésage ainsi créée reste maîtrisable, pour respecter le passage d'une vis dans l'alésage, grâce à la forme donnée à l'extrémité de la bouterolle engagée dans ledit alésage. La forme résultante est un moyen d'optimiser la tenue au flambage de la forme tubulaire de la douille interne dans l'hypothèse où la partie centrale (7) ne reste pas rigoureusement cylindrique, mais d'épaisseur variable modulée en vue de reculer le risque de flambage. La vue 5c montre la forme de compromis entre les deux formes extrêmes, sans doute la plus souhaitable pour satisfaire l'objectif. Rien n'empêche en effet un ordre inverse des opérations de finition, dans lequel le dudgeonnage vient s'exercer après le formage des surépaisseurs annulaires ayant les formes représentées par la vue 5b. Le passage cylindrique nécessaire à la vis d'assemblage est alors rétabli après l'opération de dudgeonnage ultérieur sur ladite surépaisseur annulaire. Le procédé de formage de la surépaisseur selon l'invention présente l'avantage spécifique de pouvoir s'exercer sur la pièce composite, déjà moulée, sans avoir à exercer de contraintes thermiques ou mécaniques sur le manchon élastique. Le procédé de formage objet de l'invention permet donc de réaliser sur ladite pièce moulée des dégagements derrière les surépaisseurs annulaires, dégagements fort utiles à une meilleure répartition des sollicitations de la composition élastomérique. Il permet également la réalisation de surépaisseurs annulaires dont le diamètre extérieur excède le diamètre de l'armature intermédiaire, pour obtenir des facteurs de forme élevés, ce que ne permettaient pas les techniques de l'art antérieur qui nécessitaient l'assemblage des armatures avant le moulage de l'articulation élastique. Le procédé peut être facilement adapté à différentes longueurs ou différents diamètres de douilles et les demimatrices sont utilisables pour réaliser toute une gamme d'articulations élastiques utilisant des douilles internes identiques. Sans sortir du cadre de l'invention, l'homme de l'art peut appliquer le procédé à différents types d'articulations élastiques, cylindriques ou non. REVENDICATIONS 1. Procédé de formage après moulage des extrémités de la douille interne d'une articulation élastique dont la fonction est assurée par déformation d'un manchon élastique (3), cylindrique, ou sensiblement cylindrique, intimement lié à ladite douille interne (1) et à une bague extérieure (2) qui lui est coaxiale, caractérisé en ce que - une surépaisseur annulaire (6) est formée à l'extrémité de ladite douille interne (1), la zone à déformer de la douille interne (1) étant enfermée dans des demi matrices (12) qui lui imposent la forme extérieure, la force provoquant un fluage local de la matière étant appliquée de façon tangente par une bouterolle (13) basculant autour d'un axe oblique (14), de trajectoire conique de faible angle, axe qui tourne autour de l'axe de révolution de ladite articulation élastique, - et en ce que la réaction est exercée sur la douille interne (1) par sa face plate brute (15) opposée sans solliciter notablement la composition élastomérique constituant le manchon élastique (3). 2. Procédé de formage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est appliqué sur une articulation élastique après le dudgeonnage de la douille interne (1) qui augmente ses diamètres interne et externe afin d'exercer une précontrainte par réduction d'épaisseur du manchon élastique (3). 3. Procédé de formage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est appliqué sur une articulation élastique dépourvue d'armature intermédiaire, la précontrainte de la composition élastomérique du manchon élastique (3) étant assurée par un rétreint de la bague extérieure (2), ledit rétreint intervenant avant ou après le formage des extrémités de la douille interne (1). 4. Procédé de formage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est appliquée sur une articulation élastique brute de démoulage, comportant une armature intermédiaire (4) noyée au sein de la composition élastomérique du manchon élastique (3), une opération de dudgeonnage de la douille interne brute (10) se faisant ultérieurement audit formage des extrémités de la douille interne (1). 5. Articulation élastique caractérisée en ce que sa douille interne (1) comporte des surépaisseurs annulaires (6) réalisées conformément au procédé objet des revendications 1 à 4. 6. Articulation élastique caractérisée en ce que sa douille interne (1) comporte des surépaisseurs annulaires (6) réalisées conformément au procédé objet des revendications 1, 2 ou 4 et en ce que le diamètre extérieur desdites surépaisseurs annulaires (6) excède le diamètre de l'armature intermédiaire (4).