Brevet FR2703606A1 — publié le 19941014

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un arbre creux comportant des tronçons d'extrémité et un tronçon central de dimensions plus importantes que ceux-ci dans la direction radiale par rapport à l'axe d'arbre, par formage à froid d'un tube de diamètre constant, disposé à cet effet dans une matrice, qui comporte une cavité de formage à profil longitudinal intérieur, présentant des zones de maintien pour les tronçons d'extrémité et une zone d'évasement pour le tronçon central de l'arbre creux, située entre les zones de maintien, le tube étant ensuite soumis, à l'intérieur, au moins sur le tronçon prévu pour le tronçon central de l'arbre creux, à une pression hydraulique, jusqu'à ce que la surface extérieure du tube vienne s'appliquer sur la surface intérieure de la cavité de formage de la matrice. Des arbres à tronçon central agrandi et tronçons d'extrémité de diamètre plus réduit en conséquence et présentant notamment une épaisseur de paroi plus importante, sont fabriqués en grande série par emboutissage et/ou forgeage. Il a également déjà être proposé de réaliser des arbres de ce type par formage de leur tronçon central dans une matrice de forme complémentaire, par évasement radial au moyen d'une pression intérieure hydraulique. Cela constitue un procédé indépendant des restrictions de l'emboutissage ou du forgeage, permettant de fabriquer de manière relativement économique, des arbres améliorés quant à leur résistance et à leur comportement vibratoire. Au formage sont toutefois imposées des limites déterminées par le comportement au formage à froid du matériau utilisé. D'une part, lorsque la totalité de la capacité de formage à froid du tronçon central a été exploitée, les rapports de diamètres entre ce tronçon central et les tronçons d'extrémité, sont limités à des valeurs qui ne satisfont pas à tous les cas exigés. Les diamètres des tronçons d'extrémité sont à considérer ici, comme conditions limites imposées à l'avance par les éléments de raccordement correspondants. D'autre part, des détériorations peuvent apparaître lors du formage, notamment dans des zones de transition entre le tronçon central évasé et des tronçons d'extrémité non évasés, ou bien le formage total est impossible avec les pressions intérieures susceptibles d'être maîtrisées lors de la fabrication en série. A partir de là, le but de l'invention consiste à proposer des procédés de formage améliorés, permettant de remédier à ces inconvénients, en augmentant les rapports de diamètres évoqués, sans dépasser la capacité de formage à froid et en réduisant le risque de formation de fissures. Un premier procédé conforme à l'invention réside dans le fait que pour son évasement, le tube est sollicité, dans la matrice, par une pression hydraulique, au moins sur la longueur correspondant au tronçon central à évaser, et en ce que les tronçons du tube prévus pour les tronçons d'extrémité de l'arbre, sont réduits mécaniquement par rapport à leur section transversale initiale, au cours d'une opération à effectuer en-dehors de la matrice. Grâce à la réduction sensible prévue, des tronçons d'extrémité, la capacité de formage à froid du corps tubulaire initial est également totalement exploitée dans la région des tronçons d'extrémité, de sorte qu'il en résulte un rapport élevé entre les diamètres du tronçon central et des tronçons d'extrémité, sans qu'il soit nécessaire de solliciter le matériau jusqu'à proximité de l'allongement de rupture. Le formage des tronçons d'extrémité peut être effectué à l'aide de moyens mécaniques, en combinaison avec la réalisation d'un profil de denture pour une utilisation en guise de bout d'arbre. Le formage radial du tronçon central est effectué, de manière connue en soi, dans une matrice correspondante. Si l'ensemble du corps tubulaire est soumis à la pression intérieure, les bouts d'arbre ou tronçons d'extrémité doivent être serrés de manière appropriée, par la matrice. Cela est préférable en ce qui concerne l'alignement axial des tronçons de l'arbre creux. Mais il est toutefois également possible, lors de l'évasement par formage du tronçon central, d'isoler les tronçons d'extrémité, ou au moins une partie de ceux-ci, de la pression intérieure, par l'intermédiaire de moyens d'étanchéité appropriés. Un autre procédé conforme à l'invention, réside dans le fait qu'avant l'évasement radial, on réalise un affaiblissement de résistance dans une zone axialement centrale, du tronçon du tube, prévu pour le tronçon central de l'arbre creux, de sorte que l'évasement radial par la pression hydraulique intérieure, se propage à partir de là, en direction des extrémités axiales du tronçon central. Ainsi, l'on obtient de manière bien déterminée, une application du tronçon central à évaser, sur la surface intérieure de la matrice, s'effectuant en premier lieu au niveau du centre axial du tronçon central, les zones s'y raccordant étant tout d'abord déformées de manière moindre dans la direction radiale. Il est ainsi possible qu'il se produise un fluage axial du matériau, la déformation radiale totale de l'ensemble du tronçon central s'effectuant ensuite en se propageant axialement vers l'extérieur. Grâce à la possibilité de fluage axial, il est possible de respecter des états de contraintes tri-axiales favorables, se situant sous l'allongement de rupture. L'affaiblissement de résistance conforme à l'invention, peut être effectué en influençant la qualité du matériau, notamment par un traitement thermique approprié, axialement au centre, ou bien par réduction de l'épaisseur de paroi, cette réduction de l'épaisseur de paroi pouvant de préférence s'effectuer par une opération de tournage sur l'extérieur du corps tubulaire. Dans le cas des deux procédés évoqués, il est avantageux d'assister l'opération de formage radial, en exerçant une poussée axiale sur les tronçons d'extrémité, de sorte que le formage radial est lié à un raccourcissement axial du corps tubulaire. Les tronçons d'extrémité restant tout d'abord inchangés, peuvent ensuite être pourvus d'un profil de denture, par un procédé sans enlèvement de copeaux. Cela peut se faire par roulage ou par forgeage, une réduction de section transversale, et ainsi une augmentation de l'épaisseur de paroi des tronçons d'extrémité pouvant être réalisée simultanément. Le formage radial du tronçon central s'effectue dans une matrice à cavité de formage appropriée. Si l'ensemble du corps tubulaire est soumis à la pression intérieure, les tronçons d'extrémité doivent être serrés de manière adéquate par la matrice. Cela est préférable quant à l'alignement des axes des différents tronçons de l'arbre creux achevé. Mais il est toutefois également possible, lors de l'évasement, d'isoler les tronçons d'extrémité, ou au moins une partie de ceux-ci, de la pression intérieure, par l'intermédiaire de moyens d'étanchéité appropriés. Une configuration préféréé du second procédé réside dans le fait que, conformément au premier procédé, après le formage radial du tronçon central par la pression intérieure, les tronçons d'extrémité sont réduits mécaniquement par rapport à leur diamètre initial. Cette réduction sensible des tronçons d'extrémité, telle que prévue, permet d'exploiter totalement la capacité de formage à froid du corps tubulaire initial, également dans la zone des tronçons d'extrémité, de sorte qu'il en résulte en définitive un rapport élevé entre les diamètres du tronçon central et des tronçons d'extrémité, sans qu'il soit nécessaire de solliciter le matériau jusqu'à proximité de l'allongement de rupture. Le formage des tronçons d'extrémité par l'intermédiaire de moyens mécaniques, peut, ici également, être combiné à la réalisation d'un profil de denture. Les étapes de procédé citées, peuvent également être mises en oeuvre selon un ordre inverse. L'invention va être explicitée plus en détail dans la suite, au regard d'exemples de réalisation préférés pour la mise en oeuvre du procédé, et représentés sur le dessin annexé, qui montre: Fig. 1 une demi-coupe longitudinale d'une matrice dans laquelle est inséré un tube, avant et après le formage, permettant de représenter dans son principe, une première étape du procédé conforme à l'invention; Fig. 2 une coupe longitudinale d'un tube ayant subi le formage selon la figure 1, avant et après une autre opération de formage, permettant de représenter dans son principe, une seconde étape du procédé conforme à l'invention. Sur la figure 1, est représentée en demi-coupe et de manière partielle, une matrice 5 dans laquelle est engagé un corps tubulaire 1. Celui-ci est représenté dans son état initial en étant hachuré de manière simple. Ses tronçons d'extrémité 21, 22 présentant les longueurs E1, E2 sont soutenus par la matrice, tandis que son tronçon central 3 présentant la longueur M se situe à distance de la surface intérieure de la cavité de formage 6, de la matrice 5. La cavité de formage 6 comprend des zones de maintien 71 72 associées aux tronçons d'extrémité 21, 22, et une zone d'évasement 8 associée au tronçon central. Entre les tronçons d'extrémité 21, 22 et une zone du tronçon central 3 de longueur MmaX et de diamètre le plus grand, sont prévues des zones de transition coniques 91 92 dans la cavité de formage 6 de la matrice 5. Le tronçon central 3 du corps tubulaire 1 présente, selon une configuration avantageuse, en direction de son centre axial 11, une réduction d'épaisseur de paroi. Le repère Snin indique l'épaisseur de paroi la plus faible. Dans cette configuration, le comportement au formage du corps tubulaire 1, lors de la sollicitation par une pression intérieure hydraulique, est visible par un état intermédiaire, représenté par le contour du corps tubulaire 1 en trait interrompu et sans hachures. A cette occasion, le centre axial 11 du tronçon central 3 du corps tubulaire 1 s'applique pratiquement déjà sur la surface intérieure de la zone d'évasement 8 de la cavité de formage 6 de la matrice 5, tandis qu'il se forme des transitions continues en direction des tronçons d'extrémité 21, 22 non déformés. Le corps tubulaire 1 est hachuré par des hachures croisées pour représenter son état après la première étape du procédé conforme à l'invention, après laquelle l'ensemble du tronçon central 3 est appliqué sur la paroi intérieure de la matrice 5, de sorte que le tronçon central 3 présente un diamètre agrandi par rapport aux tronçons d'extrémité 21, 22 qui sont appliqués dans les zones de maintien 71 72 de la cavité de formage 6, en ayant conservé leur diamètre initial. Des flèches axiales indiquent une poussée axiale exercée sur les extrémités de l'arbre tubulaire, lors de l'opération de formage. Sur la figure 2 est représenté, en demi-coupe et de manière partielle, un corps tubulaire 1' déformé. Celui-ci est représenté en étant hachuré de manière croisée, dans un état après formage selon la première étape de procédé précédente, conduisant à un produit intermédiaire dont la forme correspond à celle représentée en hachures croisées, de la figure 1. Sur la figure 2, est représenté le résultat final, après la seconde étape de procédé conforme à l'invention, le corps tubulaire final présentant des hachures croisées plus resserrées. Ici, les tronçons d'extrémité 21', 22' de longueurs E1', E2,, sont sensiblement réduits par rapport à la forme initiale du corps tubulaire 1', ce qui a provoqué une augmentation de leur épaisseur. Des flèches radiales symbolisent cette opération de formage. Dans ce cas, sont à nouveau prévues des zones de transition coniques ou similaires, continues, entre le tronçon central 3' de longueur M' et de diamètre le plus grand, et les tronçons d'extrémité 21', 22' de longueurs E1,, E2'. Ainsi, l'on obtient, en exploitant en totalité la capacité de formage à froid, un rapport extrême entre les diamètres du tronçon central et des tronçons d'extrémité, pour réaliser, en définitive, un arbre extrêmement résistant et léger. REVENDICATIONS. 1. Procédé de fabrication d'un arbre creux comportant des tronçons d'extrémité (21, 22) et un tronçon central (3) de dimensions plus importantes que ceux-ci dans la direction radiale par rapport à l'axe d'arbre (4), par formage à froid d'un tube (1) de diamètre constant, disposé à cet effet dans une matrice (5), qui comporte une cavité de formage (6) à profil longitudinal intérieur, présentant des zones de maintien (71r 72) pour les tronçons d'extrémité (21, 22) et une zone d'évasement (8) pour le tronçon central (3) de l'arbre creux, située entre les zones de maintien (71 72) le le tube étant ensuite soumis, à l'intérieur, au moins sur le tronçon prévu pour le tronçon central (3) de l'arbre creux, à une pression hydraulique, jusqu'à ce que la surface extérieure du tube vienne s'appliquer sur la surface intérieure de la cavité de formage de la matrice, caractérisé en ce que pour son évasement, le tube (1) est sollicité, dans la matrice (5), par une pression hydraulique, au moins sur la longueur correspondant au tronçon central (3) à évaser, et en ce que les tronçons du tube (1) prévus pour les tronçons d'extrémité (21, 22) de l'arbre, sont réduits mécaniquement par rapport à leur section transversale initiale, au cours d'une opération à effectuer en-dehors de la matrice. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tronçons d'extrémité (21, 22) sont serrés par la matrice, au cours du formage du tronçon central (3). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lors du formage radial du tronçon central (3), les tronçons d'extrémité (21, 22) sont isolés de la pression intérieure, par l'intermédiaire de moyens d'étanchéité. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le formage du tronçon central (3) par la pression hydraulique intérieure, est assisté par une poussée axiale exercée sur les tronçons d'extrémité (21, 22), induisant un raccourcissement du corps tubulaire. 5. Procédé de fabrication d'un arbre creux comportant des tronçons d'extrémité (21, 22) et un tronçon central (3) de dimensions plus importantes que ceux-ci dans la direction radiale par rapport à l'axe d'arbre (4), par formage à froid d'un tube (1) de diamètre constant, disposé à cet effet dans une matrice (5), qui comporte une cavité de formage (6) à profil longitudinal intérieur, présentant des zones de maintien (71 72) pour les tronçons d'extrémité (21, 22) et une zone d'évasement (8) pour le tronçon central (3) de l'arbre creux, située entre les zones de maintien (71 le le le tube étant ensuite soumis, à l'intérieur, au moins sur le tronçon prévu pour le tronçon central (3) de l'arbre creux, à une pression hydraulique, jusqu'à ce que la surface extérieure du tube vienne s'appliquer sur la surface intérieure de la cavité de formage de la matrice, notamment selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'avant l'évasement radial, on réalise un affaiblissement de résistance dans une zone (11) axialement centrale, du tronçon du tube (1), prévu pour le tronçon central (3) de l'arbre creux. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'affaiblissement de résistance est effectué en influençant la qualité du matériau, notamment par traitement thermique. 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'affaiblissement de résistance est effectué par réduction de l'épaisseur de paroi, notamment par une opération de tournage extérieur. 8. Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que l'évasement radial du tube (1) au moyen d'une pression hydraulique, est assisté par une poussée axiale sur les extrémités axiales du tube (1), pour réduire la longueur de celui-ci. 9. Procédé selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les tronçons du tubes (1) prévus pour les tronçons d'extrémité (21, 22) de l'arbre creux, sont pourvus d'un profil de denture. 10. Procédé selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que les tronçons d'extrémité (21, 22) sont réduits par forgeage, un profil de denture étant notamment formé, sans enlèvement de copeaux.