Brevet FR2728816A1 — publié le 19960705

La présente invention concerne en général des assemblages d'arbres de direction de véhicule et en particulier un procédé de fabrication d'un élément d'arbre de direction monobloc. Virtuellement, dans tous les véhicules utilisés aujourd'hui, un système de direction est prévu pour permettre à un conducteur de contrôler la direction de déplacement. Un système de direction typique comprend un volant de direction, un assemblage d'arbre de direction, et un dispositif de direction. Le volant de direction est supporté rotatif dans un compartiment conducteur du véhicule pour déplacement par un conducteur. L'assemblage d'arbre de direction est connecté à une extrémité au volant de direction pour rotation avec celui-ci. L'autre extrémité de l'assemblage d'arbre de direction est connecté au dispositif de direction pour tourner les roues du véhicule en réponse a la rotation du volant de direction.Dans sa forme la plus simple, l'assemblage d'arbre de direction est réalisé comme un arbre ou tube unique ayant une paire de fourchettes montées sur les extrémités de celui-ci. Les fourchettes sont habituellement connectées par des joints universels respectifs au volant de direction et au dispositif de direction. Dans de nombreux véhicules, l'assemblage d'arbre de direction est destiné non seulement à réaliser une connexion de commande rotative entre le volant de direction et le dispositif de direction, mais aussi à permettre un mouvement axial relatif entre eux. Un tel mouvement axial relatif permet au conducteur du véhicule de positionner de manière réglable le volant de direction en un emplacement confortable désiré pendant usage. A cet effet, il est connu de construire l'assemblage d'arbre de direction à partir d'éléments d'arbre de direction mâle et femelle coopérants. Les éléments d'arbre de direction mâle et femelle coopèrent au moyen de cannelures externe et interne respectives. La connexion cannelée télescopique réalise une connexion de commande rotative entre le volant de direction et le dispositif de direction, tout en permettant un mouvement axial relatif. Dans le passé, l'élément d'arbre de direction mâle (souvent désigné comme arbre de fourchette) était formé d'un arbre cannelé extérieurement en acier ayant une fourchette en acier soudée à l'extrémité externe de celui-ci. De manière similaire, l'élément d'arbre de direction femelle (souvent désigné comme fourchette glissante) était formé d'un tube en acier creux ayant une fourchette en acier soudée à extrémité externe de celui-ci. La fabrication de ces éléments d'arbre de direction mâle et femelle bien connus nécessitait donc une ou plus opérations de soudage et, par conséquent, était relativement coûteuse. Aussi, des procédures d'inspection et des contrôles de procédé relativement étendus étaient souvent requis pour assurer l'intégrité des composants soudés.Ainsi, il serait souhaitable de prévoir un procédé amélioré pour fabriquer un arbre de fourchette et une fourchette glissante pour un assemblage d'arbre de direction de véhicule qui soit relativement simple et peu coûteux. A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé amélioré pour former un élément d'arbre de direction monobloc, tel qu'un élément d'arbre de direction mâle cannelé extérieurement (ou arbre de fourchette) ou un élément d'arbre de direction femelle cannelé intérieurement (ou fourchette glissante). Un tube cylindrique creux est initialement prévu et formé de préférence à partir d'un flan en matériau métallique, tel qu'aluminium, avec un facteur d'élongation d'au moins quinze pour-cent. Il est souhaitable que le tube ait une épaisseur de paroi uniforme et définisse un diamètre externe qui est sensiblement uniforme le long de sa longueur. Le diamètre externe d'une extrémité du tube est réduit par rapport à son diamètre d'origine. Une surface cannelée est formée dans la portion d'extrémité de diamètre réduit du tube. La surface cannelée est formée sur la surface externe de l'arbre de fourchette et sur la surface interne de la fourchette glissante. L'autre extrémité du tube est alors déformée pour réaliser une forme creuse généralement rectangulaire en coupe transversale. Ceci peut être fait d'une manière telle à réaliser une épaisseur de paroi uniforme pour tous les quatre côtés de l'extrémité rectangulaire creuse du tube.En variante, une première paire de côtés opposés de ltextrémité rectangulaire creuse du tube peut être formée avec une première épaisseur de paroi, alors qu'une seconde paire de côtés opposés peut être formée avec une seconde épaisseur de paroi différente de la première épaisseur de paroi. Des portions de matériau en forme de U sont ensuite retirées de deux des côtés opposés de l'extrémité rectangulaire creuse du tube. Enfin, un alésage est formé à travers chacune des oreilles de fourchette, et les coins carrés des oreilles de fourchette sont arrondis. L'élément d'arbre de direction fini peut être traité thermiquement d'une manière classique si nécessaire. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre, de plusieurs modes de réalisation particuliers actuellement préférés, donnés uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels:: - les figures 1 à 4, 7 et 8 sont des vues en élévation latérale montrant diverses étapes dans un procédé pour former un arbre de fourchette conformément au procédé de la présente invention; - la figure 5 est une vue en élévation agrandie et en coupe d'une portion du tube, prise suivant la ligne 5-5 de la figure 4; - la figure 6 est une vue en élévation agrandie et en coupe similaire à la figure D, montrant une variante de structure pour le tube; - les figures 9 à 11, 14 et 15 sont des vues en élévation latérale montrant diverses étapes dans un procédé pour former une fourchette glissante conformément a,u procédé de la présente invention; - la figure 12 est une vue en élévation agrandie et en coupe d'une portion du tube, prise suivant la ligne 12-12 de la figure li;; - la figure 13 est une vue en élévation agrandie et en coupe similaire à la figure 12, montrant une variante de structure pour le tube. En se référant maintenant aux dessins, est illustré un procédé pour former un élément d'arbre de direction monobloc conformément à l'invention. Les figures 1 à 8 illustrent le procédé dans le contexte de la formation d'un élément d'arbre de direction mâle cannelé extérieurement (ou arbre de fourchette), alors que les figures 9 à 15 illustrent le procédé dans le contexte de la formation d'un élément d'arbre de direction femelle cannelé intérieurement (ou fourchette de glissement) Chacun de ces éléments d'arbre de direction comprend deux extrémités, à savoir une extrémité cannelée et une extrémité de fourchette. L'extrémité cannelée de l'arbre de fourchette a des cannelures externes, alors que l'extrémité cannelée de la fourchette glissante a des cannelures internes.Les extrémités de fourchette à la fois de l'arbre de fourchette et de la fourchette glissante sont adaptées pour être connectées à des joints universels respectifs pour faciliter la connexion au volant de direction ou au dispositif de direction du véhicule, comme indiqué plus haut. Bien que le procédé illustré et décrit ici permette la formation initiale de l'extrémité cannelée de l'élément d'arbre de direction, suivie par la formation subséquente de l'extrémité de fourchette de l'élément d'arbre de direction, on appréciera que cette séquence peut être inversée si souhaité. En se référant maintenant aux figures I à 8, le procédé pour fabriquer un arbre de fourchette monobloc conformément à la présente invention est illustré. Comme illustré sur la figure 1, un tube cylindrique creux, indiqué généralement en 10, est initialement prévu. Le tube 10 est formé de préférence à partir d'un flan en matériau métallique ayant un facteur d'élongation d'au moins quinze pour-cent. Par exemple, le tube 10 peut être formé en aluminium 6061-T4. Il est souhaitable que le tube 10 ait une épaisseur de paroi uniforme et définisse un diamètre externe qui est sensiblement uniforme le long de sa longueur. Dans le but d'illustrer les étapes dans le procédé de la presente invention, le tube 10 peut être vu comme étant divisé en une première portion 11, une seconde portion 12, et une troisième portion 13, comme illustré par les lignes interrompues sur les figures 1 à 8. La seconde étape dans le procédé de la présente invention consiste à réduire le diamètre externe à la fois de la seconde portion 12 et de la troisième portion 13 du tube 10, comme montré sur la figure 2. Cette réduction de diamètre peut s'accomplir par toute opération de formage de métal connue, de préférence matriçage de refoulement. La première portion 11 du tube 10 est toutefois maintenue de préférence à son premier diamètre externe initial. Le diamètre externe réduit de la seconde portion 12 et de la troisième portion 13 du tube 10 est de préférence uniforme et environ égal au diamètre externe mineur désiré de la portion d'extrémité cannelée de l'arbre de fourchette fini, comme cela sera expliqué plus loin. Une section conique de transition lla est ainsi produite entre la première portion 1l et la seconde portion 12 du tube 10. Ensuite, la seconde portion 12 du tube 10 est soumise à un processus ultérieur de réduction de diamètre externe, comme illustré sur la figure 3. Cette réduction supplémentaire du diamètre peut également être accomplie par toute opération de formage du métal connue, de préférence le matriçage en creux. A nouveau, la première portion ll du tube 10 est maintenue de préférence à son premier diamètre externe initial. De préférence, l'épaisseur de paroi de la seconde portion 12 du tube 10 reste essentiellement inchangée par rapport à l'épaisseur de paroi de la troisième portion 13 du tube. En résultat, le diamètre externe de la seconde portion 12 est inférieur au diamètre externe de la troisième portion 13, et le diamètre externe de la troisième portion 13 est inférieur au diamètre externe de la première portion 11.La seconde portion 12 du tube 10 a un diamètre externe uniforme et une surface externe lisse pour réaliser une surface d'étanchéité convenable pour un joint élastomère (non montré) , comme cela est typiquement prévu sur une fourchette correspondante de glissement, comme cela sera expliqué plus en détail ci-dessous. Une section conique de transition 12a est alors prévue entre la seconde portion 12 et la troisième portion 13 du tube 10. Après cette étape, une surface cannelée 13a est formée sur la surface externe de la troisième portion 13 du tube 10, comme montré sur la figure 4. De préférence, une telle surface cannelée 13a est formée en déformant la troisième portion 13 du tube 10 avec une opération classique de pointage par poussée. En variante, la surface cannelée 13a peut être formée sur la troisième portion 13 du tube 10 par une machine à rouler les cannelures classique. On a trouvé que la surface cannelée 13a peut être formée plus facilement si la première portion il du tube 10 est maintenue dans sa forme cylindrique creuse originelle qui facilite l'insertion du tube 10 dans la machine à rouler les cannelures ou à rétreindre. La surface externe de l'extrémité axiale de la troisième portion 13 du tube 10 peut alors être chanfreinée, comme montré en 13b. La première portion du tube 10 est alors déformée pour réaliser une forme creuse généralement rectangulaire en coupe transversale. Ceci peut être fait de manière à réaliser une épaisseur uniforme de paroi pour tous les quatre côtés de la première portion rectangulaire creuse 11 du tube 10, comme montré en figure 5. Toutefois, comme montré en figure 6, une première paire llb de côtés opposés de la première portion rectangulaire creuse 11 du tube 10 peut être formée avec une première épaisseur de paroi, alors qu'une seconde paire lic de côtés opposés de la première portion rectangulaire creuse 11 du tube 10 peut être formée avec une seconde épaisseur de paroi différente de la première épaisseur de paroi. La formation de la première portion 11 du tube 10 de cette manière peut être accomplie par un procédé à deux étapes. D'abord, la première portion Il du tube 10 est matricée initialement avec des matrices circulaires sur un mandrin ayant une forme rectangulaire en section transversale de sorte que l'intérieur de la première portion 11 est déformé pour avoir une forme rectangulaire en section transversale, alors que l'extérieur de la première portion 11 garde la forme généralement circulaire en section transversale. Puis, la première portion 11 du tube 10 est matricée avec des matrices rectangulaires sur le même mandrin de sorte que l'extérieur de la première portion est déforme pour avoir une forme rectangulaire en section transversale. Comme illustré sur la figure 7, une portion de matériau est ensuite retirée de deux des côtés opposés de la première portion 11 du tube 10. Les portions de matériau qui sont retirées sont de préférence en forme générale de U ou de V, laissant des creux respectifs opposés 14 formés dans les côtés opposés de la première portion 11 du tube 10. Les portions de matériau peuvent être retirées par tout moyen adapté, tel que estampage ou meulage. Si les épaisseurs de paroi des deux paires de côtés opposés llb et llc sont différentes, tel que montré sur la figure 6, il est préférable que les portions de matériau soient retirées de la paire de côtés opposés îlb ayant l'épaisseur de paroi plus petite. Dans tous les cas, la paire restante de côtés opposés définit ainsi des oreilles opposées 15 de fourchette.Enfin, comme montré sur la figure 8, un alésage 16 est formé à travers chacune des oreilles de fourchette 15, et les angles carrés des oreilles de fourchette 15 sont arrondis. Les alésages 16 sont coaxialement alignés et peuvent être formés par tout moyen adapté, tel que par forage ou poinçonnage. L'arbre de fourchette fini peut être traité thermiquement à'une manière classique si nécessaire. En se référant aux figures 9 à 15, le procédé pour fabriquer une fourchette de glissement monobloc conformément à la présente invention est illustré. Comme illustré sur la figure 9, un tube cylindrique creux, indiqué généralement en 20, est initialement prévu. Le tube 20 est formé de préférence à partir d'un flan en matériau métallique ayant un facteur d'élongation d'au moins quinze pour-cent. Par exemple, le tube 20 peut être formé en aluminium 6061-T4. Il est souhaitable que le tube 20 ait une épaisseur de paroi uniforme et définisse un diamètre externe qui est sensiblement uniforme le long de sa longueur. Dans le but d'illustrer les étapes dans le procédé de la présente invention, le tube 20 peut être vu comme étant divisé en une première portion 21 et une seconde portion 22, comme illustré par les lignes interrompues sur les figures 9 à 15. La seconde étape dans le procédé de la présente invention consiste à réduire le diamètre externe de la seconde portion 22 du tube 20, comme montré sur la figure 10. Cette réduction de diamètre peut s'accomplir par toute opération de formage de métal connue, de préférence matriçage de refoulement. La première portion 21 du tube 20 est toutefois maintenue de préférence à son premier diamètre externe initial. De préférence, l'épaisseur de paroi de la seconde portion 22 du tube 20 reste sensiblement la même que son épaisseur de paroi initiale. Le diamètre externe réduit de la seconde portion 22 du tube 20 est de préférence uniforme et environ égal au diamètre externe désiré de la portion d'extrémité cannelée de la fourchette de glissement finie, comme cela sera expliqué plus loin. Une section conique de transition 21a est ainsi produite entre la première portion 21 et la seconde portion 22 du tube 20. Ensuite, une pluralité de cannelures, montrées en traits interrompus en 22a, sont formées dans la surface interne de la seconde portion 22 du tube 20, comme montré sur la figure 11. De préférence, de telles cannelures 22a sont formées en déformant la seconde portion 22 du tube 20 autour d'un mandrin cannelé. Ceci peut s'effectuer en même temps que la seconde portion 22 du tube 20 est réduite en diamètre, comme décrit plus haut. La surface interne de l'extrémité axiale de la seconde portion 22 du tube 20 peut alors être chanfreinée, comme montré en 22b, en même temps. La première portion 21 du tube 20 est alors déformée pour réaliser une forme creuse généralement rectangulaire en coupe transversale. Ceci peut être fait de manière à réaliser une épaisseur uniforme de paroi pour tous les quatre côtés de la première portion rectangulaire creuse 21 du tube 20, comme montré en figure 12. Toutefois, comme montré en figure 13, une première paire 21b de côtés opposés de la première portion rectangulaire creuse 21 du tube 20 peut être formée avec une première épaisseur de paroi, alors qu'une seconde paire 21c de côtés opposés de la première portion rectangulaire creuse 21 du tube 20 peut être formée avec une seconde épaisseur de paroi différente de la première épaisseur de paroi.La formation de la première portion 21 du tube 20 de cette manière peut être accomplie de la même manière que décrit ci-dessus pour la première portion 11 du tube 10 de l'arbre de fourchette. Comme illustré sur la figure 14, une portion de matériau est ensuite retirée de deux des côtés opposés de la première portion 21 du tube 20. Les portions de matériau qui sont retirées sont de préférence en forme générale de U ou de V, laissant des creux respectifs opposés 24 formés dans les côtés opposés de la première portion 21 du tube 20. Les portions de matériau peuvent être retirées par tout moyen adapté, tel que estampage ou meulage. Si les épaisseurs de paroi des deux paires de côtés opposés 21b et 21c sont différentes, tel que montré sur la figure 14, il est préférable que les portions de matériau soient retirées de la paire de côtés opposés 21b ayant l'épaisseur de paroi la plus petite. Dans tous les cas, la paire restante de côtes opposés définit ainsi des oreilles opposées 25 de fourchette. Enfin, comme montré sur la figure 15, un alésage 26 est formé à travers chacune des oreilles de fourchette 25, et les angles carrés des oreilles de fourchette 25 sont arrondis. Les alesages 26 sont coaxialement alignés et peuvent être formés par tout moyen adapté, tel que par forage ou poinçonnage. La fourchette de glissement finie peut être traitée thermiquement d'une manière classique si nécessaire. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des modes de réalisation particuliers, elle n'y est nullement limitée et elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Procédé pour former un élément d'arbre et de fourchette monobloc à partir d'un flan de tubage (10, 20) ayant une section transversale généralement circulaire, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: (a) former une première portion d'extrémité (11, 21) du tubage avec une section transversale non-circulaire; et (b) retirer une paire de portions opposées (llb, 21b) de la première portion d'extrémité pour former une paire d'oreilles de fourchette (15, 25) dans la première portion d'extrémité. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape (a) est réalisée en formant la section transversale non-circulaire de la première portion d'extrémité avec une paire de côtés opposés (llb, 21b), chacun des côtés opposés ayant une épaisseur de paroi qui est inférieure à une épaisseur de paroi du reste (llc, 21c) de la première portion d'extrémité. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite étape (b) est réalisée en retirant la paire de portions opposées (llb, 21b) des côtés opposés de la première portion d'extrémité. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite étape (a) est réalisée par matriçage et ladite étape (b) est réalisée par estampage. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite etape (a) est réalisée en formant la première portion d'extrémité avec une section transversale généralement rectangulaire 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape supplémentaire consistant à réduire ie diamètre externe d'une portion (12, 13; 22) du flan de tubage distincte de la première portion d'extrémité de celui-ci après ladite étape (a) et avant ladite étape (b). 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape supplémentaire consistant à former un alésage (16, 26) dans chacune des oreilles de fourchette. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape supplémentaire consistant à former au moins une cannelure externe (13a) dans la surface externe d'une seconde portion d'extrémité (13) du tubage.