Brevet FR2680847A1 — publié le 19930305

-1- La présente invention concerne une pièce métal- lique d'amortissement, servant à amortir des sollicita- tions alternant périodiquement et o le matériau essen- tiel pour l'amortissement se compose d'un alliage à mé- moire de forme, comme cela est connu par exemple d'après la Revue Zf W 84 ( 1989) 4, pages 215 à 217, Tautzenberger, "Pouvoir d'amortissement d'alliages à mémoire de forme". Dans ce document, on met en évidence, par com- paraison avec d'autres métaux, le grand pouvoir d'amor- tissement d'alliages à mémoire de forme, notamment dans une structure cristalline martensitique Le pouvoir d'a- mortissement n'est cependant pas constant et il varie en fonction de différents paramètres d'influence Comme fac- teurs influençant le pouvoir d'amortissement d'alliages à mémoire de forme, il a été indiqué dans ledocument pré- cité: la structure cristalline, notamment martensitique ou austénitique, la température de fonctionnement; au voisinage de la température de début de martensite, l'amortissement a une valeur élevée optimale; grandeur de la dilatation alternée; pour de fortes di- latations alternées, la structure martensitique exerce très efficacement un amortissement dans une large gamme de températures; -2- Charge de base statique; d'autres détails à ce sujet dans la suite; Prétraitement mécanique et thermique et également état de vieillissement. En relation avec une précontrainte statique d'une pièce d'amortissement en alliage à mémoire de forme et son influence sur le comportement d'amortissement, il est précisé que, par application d'une précontrainte sta- tique, il se produit des variantes préférentielles de mar- tensite qui diminuent la grandeur des surfaces-limites fortement mobiles dans le matériau, ce qui a pour consé- quence une diminution de l'amortissement La Demanderesse peut confirmer cette observation Par ailleurs, les fortes valeurs d'amortissement ne pourraient pas être obtenues en agençant la pièce d'amortissement sous la forme de coussinets de paliers ou d'autres supports d'amortissement de profil plan. L'invention a pour objet de perfectionner la pièce métallique d'amortissement du type précité en al- liage à mémoire de forme de telle sorte qu'un grand effet d'amortissement soit obtenu également pour une forme plane ou large de la pièce d'amortissement. Ce problème est résolu conformément à l'inven- tion par le fait qu'il est prévu à l'intérieur de la pièce d'amortissement un grand nombre de cavités étroite- ment adjacentes, petites, réparties uniformément et qui occupent ensemble au moins 5 % du volume total de la pièce d'amortissement. Cette résolution du problème à l'aide d'une pièce d'amortissement poreuse et comportant des cavités est basée sur la connaissance que la diminution d'amor- tissement observée lors d'une sollicitation en pression d'une pièce d'amortissement massive est causée au moins également par l'apparition d'états de tension poly- axiaux sous l'effet d'une entrave à la dilatation trans- -3- versale, ce qui réduit le frottement interne des surfaces- limites et par conséquent l'effet d'amortissement Grâce à la porosité ou à la répartition de cavités qu'il est proposé de créer à l'intérieur de la pièce d'amortisse- ment, l'apparition d'états de tension polyaxiaux est em- pêchée de sorte que la mobilité relative des surfaces- limites n'est pas perturbée et que celles-ci peuvent frotter l'une contre l'autre. Selon d'autres caractéristiques de l'invention concernant des formes avantageuses de création de poro- sité et de répartition de cavités: le rapport entre la partie libre du volume de la pièce d'amortissement et son volume total est compris entre environ 15 et 40 %; les cavités prévues dans la pièce d'amortissement sont formées par le fait que cette pièce est frittée à partir de grains métalliques constitués d'alliages à mémoire de forme, avec création d'une structure po- reuse, les cavités prévues dans la pièce d'amortissement sont formées par le fait qu'elle est réalisée par liai- son d'un grand nombre de couches de tôles en alliages à mémoire de forme minces, perforées et orientées perpendiculairement ou parallèlement à la direction de sollicitation de la pièce d'amortisse- ment, avec création d'une structure pourvue de cavi- tés, -les cavités prévues dans la pièce d'amortissement sont formées par le fait que cette pièce est réalisée par liaison d'un grand nombre de barrettes métalli- ques en alliages à mémoire de forme, de préférence rondes, minces et orientées parallèlement à la direc- tion de sollicitation de la pièce d'amortissement, avec création d'une structure pourvue de cavités, -4- les cavités prévues dans la pièce d'amortissement sont formées par un réseau de fentes étroites très voisines, dont la direction de profondeur est orientée à peu près parallèlement à la direction de sollicitation, les cavités prévues dans la pièce d'amortissement sont formées par un réseau de trous étroits très voisins, ces trous étant orientés de préférence parallèlement à la direction de sollicitation de la pièce d'amortissement, il est prévu, dans la voie de transmission de forces parallèlement à la direction de sollicitation de la pièce d'amortissement, un organe élastique de détensionnement, soumis à une partie statique de la sollicitation et qui isole la pièce d'amor tissement de cette partie statique de sollicitation de manière que la pièce d'amortissement soit soumise dans l'essentiel seulement à la partie alterna- tive de la sollicitation. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mis en évidence dans la suite de la des- cription, donnée à titre d'exemple non limitatif, en ré- férence aux dessins annexés dans lesquels: la Fig 1 est une vue en coupe d'une pièce d'amortissement frittée à partir d'un alliage à mémoire de forme et avec un organe de détensionnement intégré, à titre d'exemple d'un support d'amortissement pour une lame de coupe réversible, la Fig 2 représente à échelle fortement agran- die la structure cristalline frittée de la pièce d'amor- tissement de la Fig 1, la Fig 3 représente une pièce d'amortissement formée par stratification de couches de tôle en alliage à mémoire de forme, à titre d'exemple d'un socle d'amor- tissement pour une lourde machine, -5- la Fig 4 représente à échelle fortement agrandie la disposition stratifiée de la pièce d'amor- tissement de la Fig 3, et les Fig 5 à 7 représentent trois autres exemples de réalisation de pièces d'amortissement pour- vues de cavités, avec des formes différentes des cavités. Dans l'exemple de réalisation représenté sur les Figures 1 et 2 r la pièce d'amortissement, constituée d'un alliage à mémoire de forme, est utilisée comme un support d'amortissement 4 pour une lame de coupe réver- sible 2, fixée dans un outil 1 au moyen d'une vis de blocage 3 Pour éviter les états de tension polyaxiaux se produisant normalement en cas de forte sollicitation et empêchant un glissement sans entrave le long des surfaces-limites, le support d'amortissement 4 est réa- lisé par frittage de grains métalliques 7 en alliage à mémoire de forme pour créer une structure poreuse avec des pores 8 De ce fait 1 il se produit à l'intérieur de la pièce d'amortissement 4 un grand nombre de pores 8 étroitement adjacents petits et uniformément répartis, qui occupent ensemble au moins environ 5 % du volume total de la pièce d'amortissement 4, de préférence entre environ 15 et 40 % de ce volume total Sous l'effet des pores ou des autres cavités intervenant dans les autres exemples de réalisation de pièces d'amortissement, cha- cune des particules résistantes du matériau peut se dila- ter ou se contracter perpendiculairement à la direction de sollicitation 6 de sorte que des états de tension polyaxiaux à l'intérieur des différentes particules du matériau peuvent être évités ou tout au moins très forte- ment limités Pour cette raison, le fort degré d'amor- tissement obtenu pour des états de tension uniaxiaux avec le matériau à mémoire de forme peut être obtenu, également dans le cas o, pour des pièces d'amortissement massives sans cavités, une dilatation transversale per- -6- pendiculairement à la direction de sollicitation 6 se- rait empêchée à cause d'une grande dimension transver- sale de la pièce d'amortissement. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la Fig 1, il est en outre prévu un autre moyen pour conserver la propriété d'amortissement d'alliages à mé- moire de forme malgré une forte sollicitation Notamment on dispose dans le trajet des forces de sollicitation de la pièce d'amortissement 4, parallèlement à celle-ci, plusieurs organes élastiques de détensionnement, notam- ment des chevilles de détensionnement 5, qui sont sou- mises à une partie statique de la sollicitation Ces chevilles de détensionnement 5 sont intégrées dans la pièce d'amortissement 4 et peuvent être formées d'un matériau métallique conventionnel, par exemple d'acier de construction; elles agissent à la façon d'un ressort de compression rigide et isolent de la pièce d'amor- tissement 4 une partie statique de la sollicitation de sorte que cette pièce 4 est seulement soumise à la partie alternative de la sollicitation Dans le domaine martensi- tique, la grandeur de l'amortissement dépend dans l'essen- tiel seulement de l'amplitude de la tension alternative et alors il se produit un fluage pour de fortes tensions centrales Ce fluage peut être évité au moyen des che- villes de détensionnement Comme pour l'exemple de réali- sation des Figures I et 2, il est possible d'utiliser simultanément les deux moyens, notamment une structure poreuse de la pièce d'amortissement 4 et une intégration de chevilles de détensionnement 5 Les chevilles de dé- teasionnement 5, ou également d'autres organes de dé- tensionnement de fonction identique peuvent être consti- tués d'un alliage à mémoire de former auquel cas on doit obligatoirement veiller, par un choix approprié du type d'alliage, à ce que celui-ci possède, dans toute la gamme de températures de service, la structure cristalline aus- -7- ténitique et par conséquent une grande résistance et une grande élasticité. L'exemple de réalisation de la Figure 3 concerne un socle d'amortissement 10 pour soutenir une lourde ma- chine 9 et dans lequel est disposé une pièce cylindrique d'amortissement 12, protégée dans un carter emboitable télescopiquement La partie statique de sollicitation de base résultant du poids de la machine est absorbée par une série de rondelles Belleville 11, qui entourent la pièce cylindrique d'amortissement 12 Ainsi la pièce d'a- mortissement 12 est seulement encore soumise à la partie alternative de la sollicitation, qui agit dans la direc- tion 6 sur la pièce 12 Egalement dans l'exemple de réa- lisation de la Fig 3, les deux moyens pour éviter de grands états de tension polyaxiaux dans la pièce d'amor- tissement 12 sont utilisés En dehors des organes élas- tiques de détensionnement se présentant sous la forme de rondelles Belleville 11, on peut également prévoir encore de nombreuses petites cavités réparties uniformément à l'intérieur de la pièce d'amortissement 12 Ces cavités sont créées dans la pièce 12 par le fait qu'elle est constituée d'un grand nombre de couches de tôle 13 minces, perforées avec des trous 14, ces couches de tôle étant fabriquées en alliages à mémoire de forme et étant liées sous la forme d'une structure pourvue de cavités, par exemple par sondage ou par collage Dans l'exemple re- présenté, les couches de tôle sont orientées perpendicu- lairement à la direction de sollicitation 6 de la pièce d'amortissement; on pourrait aussi envisager de disposer les lamelles de tôle parallèlement à la direction de sol- licitation 6. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la Figure 5 pour une pièce cylindrique d'amortissement 15, les cavités sont créées par le fait que cette pièce 15 est formée par liaison d'un grand nombre de barrettes -8métalliques 16 rondes, minces, en alliage à mémoire de forme pour produire une structure pourvue de cavités, ce résultat pouvant être obtenu par frittage global, par brasage ou par collage Il se forme ainsi entre les barrettes métalliques rondes 16, qui sont avantageusement réunies sous forme d'un réseau hexagonal, des interstices 21 orientés respectivement parallèlement à la direction de sollicitation 6 Lors d'une forte sollicitation des barrettes métalliques 16, celles-ci peuvent se dilater transversalement en pénétrant dans les interstices 21. A la place d'un frittage global des barrettes métalliques 16, celles-ci peuvent comme précisé être également reliées entre elles par un brasage doux ou un collage, auquel cas cependant il faut veiller à ce que les in- terstices 21 ne se remplissent pas de brasure douce ou d'adhésif Le cas échéant, on pourra utiliser comme adhé- sif également une résine sous forme de mousse qui, malgré un remplissage des interstices, n'empêchera pas, grâce à sa nature de mousse, une dilatation transversale du matériau des barrettes dans les interstices On peut aussi envisager de maintenir les barrettes métalliques 16 sous forme d'une pièce cylindrique seulement au moyen d'un bandage extérieur Les barrettes métalliques 16 peuvent être réalisées par découpe à longueur d'un fil en alliage à mémoire de forme Elles sont ensuite assem- blées sous forme d'un réseau hexagonal et comprimées ensemble à l'aide d'un bandage, les surfaces frontales d'une pièce cylindrique réalisée de cette manière pou- vant être dressées à la meule. La pièce d'amortissement 17 représentée sur la Figure 6 peut être réalisée à partir d'une plaque rectan- gulaire massive en alliage à mémoire de forme Dans la plaque, on usine à partir du haut des fentes étroites 18 très rapprochées les unes des autres, orientées parallèle- ment à la direction de sollicitation 6 et s'étendant dans -9- la direction de profondeur presque jusqu'à la face plane opposée de la plaque Dans la direction longitudinale des fentes, celles-ci s'étendent perpendiculairement sur tou- te 1 ' étendue de la plaque De la même manière, des fentes 18 peuvent être usinées également dans la face plane représentée en bas sur la Fig 6, ces fentes étant orientées perpendiculairement aux fentes 18 prévues sur le côté supérieur et s'étendant dans la direction de profondeur également parallèlement à la direction de sollicitation 6 Du fait de ce réseau croisé de fentes 18 et 18 ', la plaque initialement massive est décomposée en un réseau régulier de colonnes parallélépipédiques orientées verticalement et maintenues assemblées mutuelle- ment par de petites languettes résiduelles étroites Les fentes étroites créent une cavité de dilatation transver- sale dans laquelle les différentes colonnes peuvent pé- nétrer par dilatation lors d'une sollicitation dans la direction 6 Ainsi comme cela a été précisé des états de tension polyaxiaux dans les différentes particules résistantes du matériau peuvent être évités ou tout au moins très fortement réduits. Dans la pièce d'amortissement 19 de forme pa- rallélépipédique, représentée sur la Figure 7, des cavi- tés à l'intérieur de la pièce d'amortissement sont créées par un réseau de trous étroits 20, très voisins et qui sont orientés, dans l'exemple représenté, parallèlement à la direction de sollicitation 6 Les sections verti- cales de matière subsistant entre les trous 20 adjacents agissent d'une certaine manière comme des colonnes por- teuses qui peuvent se dilater transversalement dans les trous 20 lors de sollicitations en pression Le volume des cavités peut être augmenté en formant dans la pièce d'amortissement 19, dans le cas d'une disposition corres- pondante en diamètre et en espacement des trous 20, en plus des trous 20 orientés verticalement, également des -10- trous orientés horizontalement, c'est-à-dire perpendicu- lairement à la direction de sollicitation 6, de telle sorte que les sections porteuses restantes soient coupées par les trous horizontaux 20 De cette manière, il est possible, à partir d'un bloc massif, de créer à l'inté- rieur de la pièce d'amortissement un volume creux rela- tivement important sous la forme d'un grand nombre de cavités uniformément réparties Les trous peuvent être réalisés d'une manière classique par enlèvement de co- peaux au moyen d'un foret rotatif, ou bien également à l'aide d'un rayonnement riche en énergie, par exemple un rayonnement laser Des trous ou fentes formés au laser permettent une économie de matière et d'être disposés dans des conditions de place limitée ou dans de petites pièces d'amortissement. -11- REVENDICATIONS - 1 Pièce métallique d'amortissement, pour amortir des sollicitations alternant périodiquement, o le matériau essentiel pour l'amortissement se compose d'un alliage à mémoire de forme, caractérisée en ce qu'il est prévu à l'intérieur de la pièce d'amortissement ( 4; 12; 15; 17; 19) un grand nombre de cavités ( 8; 14; 21; 18, 18 '; 20) étroitement adjacentes, petites, réparties unifor- m.ément et qui occupent ensemble au moins environ 5 % du volume total de la pièce d'amortissement ( 4; 12; 15; 17; 19). 2 Pièce d'amortissement selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que le rapport entre la partie libre du volume de la pièce d'amortissement ( 4; 12; 15; 17; 19) et son volume total est compris entre environ 15 et 40 %. 3 Pièce d'amortissement selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que les cavités prévues dans la pièce d'amortissement ( 4 > sont formées par le fait que cette pièce est frittée à partir de grains métalliques ( 7) constitués d'alliages à mémoire de forme, avec créa- tion d'une structure poreuse (pores 8) (Figures 1 et 2). 4 Pièce d'amortissement selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que les cavités prévues dans la pièce d'amortissement ( 12) sont formées par le fait qu'elle est réalisée par liaison d'un grand nombre de couches de tôle ( 13) en alliages à mémoire de forme minces, perforées (trous 14) et orientées perpendiculai- rement ou parallèlement à la direction de sollicitation ( 6) de la pièce d'amortissement ( 12), avec création d'une structure pourvue de cavités (Figures 3 et 4). Pièce d'amortissement selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que les cavités prévues dans la pièce d'amortissement ( 15) sont formées par le fait que cette pièce est réalisée par liaison d'un grand nombre de barrettes métalliques ( 16) en alliages à mémoire -12- de forme, de préférence rondes, minces et orientées pa- rallèlement à la direction de sollicitation de la pièce d'amortissement ( 15), avec création d'une structure pour- vue de cavités (interstices 21) (Figure 5). 6 Pièce d'amortissement selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que les cavités prévues dans la pièce d'amortissement ( 17) sont formées par un réseau de fentes étroites ( 18,18 ') très voisines, dont la direc- tion de profondeur est orientée à peu près parallèlement à la direction de sollicitation ( 6) (Figure 6). 7 Pièce d'amortissement selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que les cavités prévues dans la pièce d'amortissement ( 19) sont formées par un réseau de trous étroits ( 20) très voisins, ces trous ( 20) étant orientés de préférence parallèlement à la direction de sollicitation ( 6) de la pièce d'amortissement ( 19) (Fig 7). 8 Pièce d'amortissement selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce qu'il est prévu, dans la voie de transmission de forces parallèlement à la direction de sollicitation ( 6) de la pièce d'amortissement ( 4; 12), un organe élastique de détensionnement ( 5; 11), soumis à une partie statique de la sollicitation et qui isole la pièce d'amortissement ( 4; 12) de cette partie statique de sollicitation de manière que la pièce d'amortissement ( 4; 12) soit soumise dans l'essentiel seulement à la par- tie alternative de la sollicitation.