Brevet FR2721541A1 — publié le 19951229

1,Procédé et dispositif pour former le fond de plusieurs rainures à génératrice circulaire et directrice courbe réparties régulièrement autour de l'axe d'une pièce mécanique" La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour former le fond de plusieurs rainures à génératrice circulaire et directrice courbe réparties régulièrement autour de l'axe d'une pièce mécanique. On connaît, d'après la demande de brevet français 93 09974 du présent inventeur, un procédé du type précité dans lequel on introduit de force au moyen d'une presse, dans chacune des rainures de la pièce mécanique qui est fixée à un premier plateau de la presse, une bille solidaire du second plateau de la presse, et on communique à chaque bille un déplacement radial au fur et à mesure que ladite bille pénètre au fond de la rainure sous l'action de la presse. On connaît également, d'après la même demande de brevet, un dispositif du type précité comportant, fixée sur un premier plateau de la presse, une matrice adaptée à tenir la pièce mécanique et présentant une fente pour chaque rainure de la pièce mécanique, pour chaque fente de la matrice, des moyens solidaires du second plateau de la presse pour soutenir la bille, et des moyens pour communiquer à chaque bille un déplacement radial au fur et à mesure que ladite bille pénètre au fond de la rainure sous l'action de la presse. Ce procédé et ce dispositif antérieurs permettent de former des rainures dans d'excellentes conditions de précision, de qualité de surface, de productivité et de fiabilité. Cependant, ce procédé et ce dispositif ne permettent pas de former dans d'aussi bonnes conditions le fond desdites rainures, du fait de l'importance de la composante radiale du déplacement de la bille par rapport à la composante axiale de ce déplacement. La présente invention a donc pour but de remédier aux inconvénients des procédé et dispositif connus, et de proposer un procédé et un dispositif du type précité permettant de former le fond desdites rainures dans les mêmes conditions de précision, de qualité de surface, de productivité et fiabilité. Suivant un premier aspect de la présente invention, le procédé du type précité est caractérisé en ce qu'on pousse chaque bille dans une direction sensiblement tangente à la directrice courbe décrite par le centre de ladite bille en guidant cette dernière le long de sa trajectoire. On arrive ainsi à former au fond des rainures de la pièce mécanique des empreintes sphériques qui se raccordent parfaitement avec les surfaces des extrémités des pistes toriques ménagées sur les faces en regard l'une de l'autre de chaque rainure. Ce procédé permet en outre de s'adapter facilement à la géométrie de chacune des pièces mécaniques à usiner. Suivant un second aspect de l'invention, le dispositif du type précité est caractérisé en ce qu'il comprend pour chaque rainure un poussoir monté de manière pivotante sur le second plateau de la presse et adapté à pousser la bille dans une direction sensiblement tangente à la directrice courbe décrite par le centre de la bille, et des moyens pour guider ladite bille le long de sa trajectoire. Le procédé et le dispositif suivant l'invention sont particulièrement adaptés à l'usinage de la pièce maîtresse extérieure d'un joint homocinétique, notamment dun joint homocinétique à tripode. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la description détaillée ci-après. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs - la figure 1 est une vue en élévation d'une pièce mécanique à usiner par le procédé de la présente invention - la figure 2 est une vue en coupe suivant II-II à la figure 1 - la figure 3 est une vue représentant en partie gauche une demi-vue de dessus et en partie droite une demi-vue de dessous de la pièce représentée aux figures 1 et 2 - la figure 4 est une vue semblable à la figure 1 de la pièce mécanique après mise en oeuvre du procédé suivant la présente invention - la figure 5 est une vue semblable à la figure 2 de la pièce mécanique représentée à la figure 4 - la figure 6 est une vue semblable à la figure 3 de la pièce mécanique représentée aux figures 4 et 5 - la figure 7 est une vue en élévation avec arrachement d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, représenté avant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention - la figure 8 est une vue partielle de dessus du dispositif de la figure 7, le couvercle étant représenté uniquement dans un petit secteur et les poussoirs étant enlevés, pour la clarté de la figure - la figure 9 est une vue partielle en coupe suivant IX-IX à la figure 7 - la figure 10 est une vue partielle en coupe suivant X-X à la figure 7 - la figure 11 est une vue de dessous de la matrice du dispositif de la figure 7 - la figure 12 est une vue de côté de la matrice du dispositif de la figure 7 - la figure 13 est une vue en coupe suivant XIII-XIII à la figure 8. - la figure 14 est une vue éclatée partielle d'un détail de la figure 7 représentant l'assise d'un tourillon sur son socle - la figure 15 est une vue partielle d'un autre détail de la figure 7 représentant la matrice et le support central - la figure 16 est une vue partielle d'un autre détail de la figure 7 représentant l'extrémité d'un poussoir auxiliaire. On a représenté aux figures 1, 2 et 3 une ébauche de pièce mécanique à usiner constituée par la pièce maîtresse extérieure 1 d'un joint homocinétique à tripode. Des pistes toriques 2 ont déjà été exécutées sur les faces en regard 2 de chacune des rainures 3 de cette pièce au moyen d'une bille 4, le centre 5 de la bille décrivant une directrice 6 courbe, par exemple circulaire. Les billes 4 sont restées coincées près du fond 7 de chaque rainure 3 au cours de l'opération précédente de formage des faces 2. De façon connue, chaque paire de rainures 3 adjacentes définit, dans la paroi périphérique 8 de la pièce 1 qui entoure l'intérieur creux 9 de ladite pièce, une partie périphérique extérieurement convexe et intérieurement concave 10 appelée aussi pétale. Les rainures 3 et les pétales 10 sont évidemment répartis régulièrement autour de l'axe 11 de la pièce 1. On a représenté de la même façon, aux figures 4, 5 et 6, la pièce 1 après mise en oeuvre du procédé de la présente invention. On voit que les billes 4 se sont rapprochées de l'axe 11 et ont pénétré plus profondément dans le fond 9 de la pièce en formant une empreinte sphérique 12 dans le fond 7 de chaque rainure 3. On voit également que la pièce 1 porte des renflements 13 en saillie vers l'extérieur sur sa paroi périphérique 8 ces renflements 13 sont adaptés à servir de renfort à la base de chaque pétale 10. Une empreinte d'encliquetage 14 est ménagée à l'extrémité libre de chacun des pétales 10. Ces empreintes sont, de façon connue, adaptées à l'encliquetage d'un organe de retenue axiale en traction de la pièce 1 dans le joint homocinétique une fois assemblé. Enfin, une empreinte sphérique 15 a été ménagée au fond de la paroi intérieure de la pièce 1. Dans le mode de réalisation représenté aux figures 7 à 16, le dispositif selon l'invention comporte - fixée sur un premier plateau, schématisé en 16, ici le plateau supérieur d'une presse non représentée, une matrice 17 adaptée à tenir la pièce mécanique 1 et présentant une fente 18 devant chaque rainure 3 de la pièce ; - pour chaque fente 18 de la matrice 17, des moyens solidaires du second plateau 19 de la presse pour soutenir la bille 4 - des moyens pour communiquer à chaque bille 4 un déplacement radial au fur et à mesure que ladite bille 4 pénètre au fond de la rainure 3 sous l'action des plateaux 16 et 19 de la presse. On a choisi pour des raisons de commodité de représenter le dispositif dans le cas d'une presse verticale dont le plateau supérieur 16, solidaire du piston (non représenté) de la presse, se déplace verticalement vers le bas en direction du plateau inférieur 19. Suivant l'invention, ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend pour chaque rainure 3 de la pièce 1 et chaque fente 18 de la matrice 17 un poussoir 20 monté de manière pivotante sur le second plateau 19 de la presse et adapté à pousser la bille 4 dans une direction sensiblement tangente à la directrice courbe 6 décrite par le centre 5 de la bille 4, et des moyens pour guider la bille 4 le long de sa trajectoire. Comme représenté aux figures 7 et 13, chaque poussoir 20 est monté de manière pivotante autour d'un tourillon 21 porté par un socle 22 fixé sur le second plateau 19 de la presse. Comme schématisé à la figure 14, chaque tourillon 21 présente sur sa périphérie deux découpes planes 23, 24 par des plans parallèles à son axe 25 et sensiblement perpendiculaires l'un à l'autre, ces deux découpes 23 et 24 formant un dièdre saillant vers l'extérieur et vers le bas. De même, chaque socle 22 présente deux découpes planes 26, 27 formant un dièdre rentrant complémentaire adapté à servir d'assise au dièdre saillant du tourillon 21. Comme représenté en détail à la figure 10, chaque poussoir 20 est fixé au tourillon 21 correspondant par deux bras 28, 29 pivotant autour du tourillon 21 de part et d'autre du socle 22. Chaque tourillon 21 est fixé sur le socle 22 correspondant par deux tirants 30, 31 fixés aux extrémités du tourillon 21 de part et d'autre du socle 22. Chaque tirant 30, 31 est muni d'une chappe filetée 60 et exerce un effort de traction entre l'extrémité correspondante 61 du tourillon 21 et l'extrémité, percée radialement et située du même côté, d'un axe 62 traversant le socle 22 de part en part. On voit à la figure 10 que chaque poussoir 20 est réalisé en au moins deux parties et comporte une base 31 fixée par les bras 28 et 29 au tourillon 21 correspondant, et un embout 32 fixé à la base 31, par exemple par une vis 33, et présentant à son extrémité libre une assise 34 sensiblement sphérique pour recevoir la bille 4 correspondante. Une cale de réglage 35 d'épaisseur appropriée est intercalée entre l'embout 32 et la base 31 du poussoir 20. On voit à la figure 7 que la matrice 17 comporte sur sa face intérieure, entre chaque paire de fentes 18 adjacentes, et donc à l'opposé de la troisième fente 18, un évidement 36 ayant une forme complémentaire de celle des renflements 13 en saillie que l'on veut obtenir à la base de chaque pétale 10 de la pièce mécanique 1. Comme indiqué à la figure 15, les moyens pour guider la bille 4 le long de sa trajectoire comprennent pour chaque rainure 3 de la pièce 1 et chaque fente 18 de la matrice 17, une piste de guidage supérieure 37 ménagée sur la face intérieure de la matrice 17, et une seconde piste de guidage 38 ménagée sur un support central 39 fixé sur le second plateau 19 de la presse. Le support central 39 est monté sur le second plateau 19 de la presse de manière à pouvoir coulisser axialement par rapport à celui-ci lorsque le premier plateau 16 se rapproche du second plateau 19, contre l'action de moyens élastiques ou hydrauliques antagonistes. Ce coulissement se fait bien entendu dans la direction de l'axe 40 du dispositif, qui est la direction de déplacement relatif des plateaux 16 et 19 de la presse l'un par rapport à l'autre. Dans l'exemple représenté, le support central 39 est fixé, par exemple par une vis 41, sur un fût 42 coulissant verticalement dans un guide tubulaire 43 solidaire du second plateau 19 de la presse. Les moyens de rappel élastiques ou hydrauliques antagonistes, non représentés, qui maintiennent le fût 42 dans sa position haute sont installés au-dessous du second plateau 19 de la presse. Des cales de réglage d'épaisseurs variables, 44, 45 sont intercalées respectivement entre le support central 39 et le fût 42, d'une part, et entre le fût 42 et le guide tubulaire 43, d'autre part. Le support central 39 présente à son extrémité libre une surface sphérique 46 adaptée à former l'empreinte sphérique 15 sur le fond de la pièce 1. Les cales 35 prévues entre l'embout 32 et la base 31 de chaque poussoir 20, et les cales 44 et 45 prévues entre le socle central 39 et le guide tubulaire 43 permettent d'adapter les poussoirs 20 et le socle central 39 à chaque type de pièce mécanique 1 à réaliser. Comme on le voit à la figure 8, le dispositif comporte en outre, entre chaque paire de poussoirs 20 adjacents, des moyens pour former l'empreinte d'encliquetage 14 à l'extrémité libre de chacun des pétales 10 de la pièce 1. Dans le mode de réalisation représenté, les moyens pour former l'empreinte 14 comprennent un poussoir auxiliaire 47 qui est réalisé et monté sensiblement comme les poussoirs 20 précités. De façon plus précise, chaque poussoir auxiliaire 47 est réalisé, comme les poussoirs 20, en deux parties, une base 49 identique à la base 31 des poussoirs 20, et un embout 48 formant porte-poinçon, qui porte à son extrémité libre un poinçon 51 qui est conformé et profilé de manière à former les empreintes d'encliquetage 14 ayant la forme et la profondeur souhaitées (voir figures 4, 5 et 6) et connues en elles-mêmes. Comme on le voit aux figures 7, 8 et 13, chaque base 49 d'un poussoir auxiliaire 47 est montée de manière pivotante sur un socle 22 par l'intermédiaire d'un tourillon 21. La base 49 est fixée au tourillon 21 par des bras 28 et 29, et le tourillon 21 est fixé au socle 22 par des tirants 30. On peut ainsi utiliser les mêmes accessoires, socle 22, tourillon 21, bras 28 et 29, tirants 30, pour les poussoirs 20 et pour les poussoirs auxiliaires 47. Comme représenté aux figures 7, 13 et 16, l'embout 48 de chaque poussoir auxiliaire 47 comporte des portées supérieure 52 et inférieure 53 adaptées à glisser sur des portées complémentaires 54 du fût et 55 de la face transversale inférieure de la matrice 17, qui sont horizontales sur ces figures, pour guider l'embout 48 dudit poussoir auxiliaire 47. Un couvercle 56 fixé par des vis 57 aux socles 22 par l'intermédiaire d'entretoises 58 guide par son alésage 59 la matrice 17 dans son déplacement parallèle à l'axe 40. La mise en oeuvre du procédé de formage selon l'invention s'effectue de la manière suivante, que l'on va préciser dans le cas décrit ci-dessus de la pièce maîtresse d'un joint homocinétique à tripode à pistes toriques. Le dispositif de formage proprement dit est installé sur le plateau inférieur 19 de la presse, avec les trois poussoirs 20 installés à 120C l'un de l'autre et les trois poussoirs auxiliaires 47 installés à 1200 l'un de l'autre entre les poussoirs principaux. Le support central 39 et le fût 42 sont en place sur le guide tubulaire 43. La matrice 17 est fixée au premier plateau 16 de la presse. On place la pièce mécanique 1 à usiner, représentée aux figures 1 à 3, sur le support central 39. Les trois billes de formage 4, qui sont en place dans les rainures 3 de la pièce 1, viennent reposer sur les portées sphériques concaves 34 des poussoirs 20. Les poinçons 51 des poussoirs auxiliaires 47 sont en contact respectivement avec les extrémités des pétales 10. Lorsque le premier plateau 16 de la presse descend vers le second plateau 19, chacune des billes 4 est propulsée par l'ensemble formé par le poussoir 20 et le socle 22 correspondants, sous un effort de l'ordre de 20 à 60 tonnes dirigé sensiblement tangentiellement à l'axe médian 6 constituant la directrice des pistes toriques ménagées sur les faces 2 de la rainure 3 correspondante. Les billes 4, propulsées par les poussoirs 20 forment au fond de chaque rainure 3 une empreinte sphérique 12. Ces empreintes 12 se raccordent parfaitement avec les extrémités des pistes toriques ménagées sur les faces 2. La composante radiale du déplacement des billes 4 résulte du déplacement angulaire, en direction du second plateau 19 de la presse, des poussoirs 20 du fait du déplacement du plateau supérieur 16 vers le second plateau 19.Pendant ce travail, les billes 4 sont guidées verticalement par les pistes de guidage 37 de la matrice 17 et 38 du support central 39. La très forte pression hydrostatique créée par la poussée des billes à la base des trois pétales 10 excède localement la pression d'écoulement plastique du métal de la pièce 1. Ce métal vient remplir les évidements 36 de la matrice 17 en faisant apparaître les renflements 13 à la base des pétales 10, qui avait initialement une forme de révolution. Simultanément, les poinçons 51, guidés par les portées 52 et 53, viennent former les empreintes d'encliquetage 14. Enfin l'empreinte sphérique 15 est formée sur le fond de la pièce 1 par la surface sphérique 46 à l'extrémité libre du support central 39. Lorsque le premier plateau 16 de la presse remonte, la pièce mécanique 1 est libérée de la matrice. Elle contient les trois billes 4 qui seront éjectées dans une opération ultérieure. La pièce mécanique 1, en acier recuit, reçoit ensuite un traitement thermique de durcissement et se trouve prête pour l'assemblage sans nécessiter aucune autre opération de finition. Le dispositif et le procédé selon l'invention permettent donc de réaliser des empreintes de formes et de positions extrêmement précises au fond des rainures 3 et au fond de la pièce mécanique 1, ainsi que les renflements 13 et les empreintes d'encliquetage 14, c'est-à-dire trois opérations différentes en une seule course du plateau supérieur 16 de la presse, et donc d'une façon rapide, économique et fiable. Le montage décrit ci-dessus des poussoirs 20 et 47 sur les socles 22 par l'intermédiaire des découpes 23 et 24 des tourillons 21 et 26 et 27 des socles 22 permet un accès très facile aux poussoirs et aux tourillons malgré le peu de place disponible sur le plateau 19. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation que l'on vient de décrire, et on peut apporter à ces derniers de nombreux changements et modifications sans sortir du domaine de l'invention. On peut notamment modifier, dans un sens ou dans l'autre, le nombre des rainures de la pièce mécanique, et donc le nombre des socles, poussoirs et poinçons. On peut également modifier la disposition des plateaux de la presse et celle des constituants du dispositif de l'invention sur ces plateaux. REVENDICATIONS 1. Procédé pour former le fond (7) de plusieurs rainures (3) à génératrice circulaire et directrice (6) courbe réparties régulièrement autour de l'axe (11) d'une pièce mécanique (1), dans lequel on introduit de force au moyen d'une presse, dans chacune des rainures (3) de la pièce mécanique (1) qui est maintenue par une matrice (17) fixée à un premier plateau (16) de la presse, une bille (4) solidaire du second plateau (19) de la presse, et on communique à chaque bille (4) un déplacement radial au fur et à mesure que ladite bille (4) pénètre au fond de la rainure (3) sous l'action de la presse, caractérisé en ce qu'on pousse chaque bille (4) dans une direction sensiblement tangente à la directrice courbe (6) décrite par le centre (5) de ladite bille (4) en guidant cette dernière le long de sa trajectoire. 2. Procédé selon la revendication 1, la pièce mécanique (1) étant la pièce maîtresse extérieure d'un joint homocinétique, notamment d'un joint homocinétique à tripode, caractérisé en ce qu'on forme en même temps a) par refoulement plastique du métal de la pièce mécanique (1) dans un évidement (36) correspondant de la matrice (17) entre deux rainures (3) adjacentes, un renflement (13) en saillie vers l'extérieur servant de renfort à la base de la partie périphérique concave (10) comprise entre lesdites rainures (3) b) par matriçage de l'extrémité libre de chacune des parties périphériques concaves (10), une empreinte d'encliquetage (14) c) par appui d'un support central (39) sur le fond intérieur de la pièce mécanique (1), une calotte sphérique concave (15). 3. Dispositif pour former le fond (7) de plusieurs rainures (3) à génératrice circulaire et directrice (6) courbe réparties régulièrement autour de l'axe d'une pièce mécanique (1), par mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, ce dispositif comportant - fixée sur un premier plateau (16) de la presse, une matrice (17) adaptée à tenir la pièce mécanique (1) et présentant une fente (18) pour chaque rainure (3) de la pièce mécanique (1) ; - pour chaque fente (18) de la matrice (17), des moyens solidaires du second plateau (19) de la presse pour soutenir la bille (4) ; - des moyens pour communiquer à chaque bille (4) un déplacement radial au fur et à mesure que ladite bille (4) pénètre au fond de la rainure (3) sous l'action de la presse ;; caractérisé en ce qu'il comprend pour chaque rainure (3) un poussoir (20) monté de manière pivotante sur le second plateau (19) de la presse et adapté à pousser la bille (4) dans une direction sensiblement tangente à la directrice courbe (6) décrite par le centre (5) de la bille (4), et des moyens pour guider ladite bille (4) le long de sa trajectoire. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque poussoir (20) est monté de manière pivotante autour d'un tourillon (21) porté par un socle (22) fixé sur le second plateau (19) de la presse. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque tourillon (21) présente sur sa périphérie deux découpes planes (23, 24) par des plans parallèles à son axe (25) et sensiblement perpendiculaires l'un à l'autre, ces deux découpes (23, 24) formant un dièdre saillant, et en ce que chaque socle (22) présente deux découpes (26, 27) formant un dièdre rentrant complémentaire adapté à servir d'assise au dièdre saillant du tourillon (21). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque poussoir (20) est fixé au tourillon (21) correspondant par deux bras (28, 29) pivotant autour du tourillon (21) de part et d'autre du socle (22). 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que chaque tourillon (21) est fixé sur le socle (22) correspondant par des tirants (30) fixés aux extrémités du tourillon (21) de part et d'autre du socle (22). 8. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que chaque poussoir (20) est en au moins deux parties et comporte une base (31) fixée au tourillon (21) correspondant, et un embout (32) fixé à la base (31) et présentant à son extrémité libre une assise (34) sensiblement sphérique pour recevoir la bille (4) correspondante. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que la matrice (17) comporte sur sa face intérieure, entre chaque paire de fentes (18) adjacentes, un évidement (17) ayant une forme complémentaire de celle des renflements en saillie (13) que l'on veut obtenir à la base de la partie périphérique (10) de la pièce mécanique (1) comprise entre les rainures (3) correspondantes de ladite pièce (1). 10. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que les moyens pour guider la bille (4) le long de sa trajectoire comprennent pour chaque rainure (3) une piste de guidage (37) ménagée sur la face intérieure de la matrice (17), et une seconde piste de guidage (38) ménagée sur un support central (39) fixé sur le second plateau (19) de la presse. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le support central (39) est monté sur le second plateau (19) de la presse de manière à pouvoir coulisser axialement par rapport à celui-ci lorsque le premier plateau (16) se rapproche du second plateau (19), contre l'action de moyens élastiques ou hydrauliques antagonistes. 12. Dispositif selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que le support central (39) présente à son extrémité libre une surface sphérique (46) adaptée à former une empreinte sphérique (15) sur le fond de la pièce mécanique (1). 13. Dispositif selon la revendication 12 et la revendication 8, caractérisé en ce que des cales (35, 44, 45) sont prévues entre l'embout (32) et la base (31) de chaque poussoir (20), d'une part, et entre le support central (39) et le second plateau (19) de la presse, d'autre part, pour adapter les poussoirs (20) et le support central (39) à chaque type de pièce mécanique (1) à réaliser. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte, entre chaque paire de poussoirs (20) adjacents, des moyens pour former une empreinte d'encliquetage (14) à l'extrémité libre de chacune des parties périphériques (10) de la pièce mécanique (1). 15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que les moyens pour former chaque empreinte d'encliquetage (14) comprennent un poussoir auxiliaire (47) de structure semblable à celle des poussoirs (20). 16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que chaque poussoir auxiliaire (47) comporte des portées (52, 53) adaptées à glisser sur des portées complémentaires (54, 55) de la matrice et du support central pour guider ledit poussoir auxiliaire (47).