Brevet FR2725646A1 — publié le 19960419

PROCEDE DE FABRICATION D'UN PIVOT A GORGE, OUTILLAGE POUR SA FABRICATION ET PIVOT AINSI OBTENU. La présente invention s'applique aux liaisons mécaniques à rotules comprenant un élément femelle et un élément mâle communément appelé pivot. Le pivot comprend une tête sphérique ou torique et une queue, en partie filetée ou moletée, avec une gorge au pied de la tête et/ou une partie conique sur la queue. De tels pivots sont couramment utilisés dans la direction et dans la suspension des véhicules automobiles. On connaît par les brevets nO 2 186 306 et nO 2 187 457 un procédé de fabrication d'un pivot à tête sphérique creuse comprenant un forgeage à froid d'un lopin dans une pressetransfert à quatre postes. Le diamètre de départ du lopin est choisi plus grand ou égal au plus grand diamètre du pivot sous tête, afin que celui-ci soit toujours filé et ne comporte pas de partie refoulée. Mais étant donné que les filages cylindriques sont exécutés en matrice fermée, il n'est pas possible de réaliser une gorge sur la queue du pivot, car le pivot ne pourrait pas être éjecté de la matrice.C'est pourquoi, on est contraint, selon ce procédé, de réaliser le pivot en deux opérations successives : un forgeage à froid dans la presse-transfert mais sans formation de gorge, puis après avoir retiré le pivot de la matrice, un usinage de la gorge sous tête par reprise et enlèvement de copeaux ou par refoulage. Mais un tel procédé est long, fastidieux et son prix de revient est élevé. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients et propose un procédé de fabrication d'un pivot à gorge, exclusivement sur une presse-transfert et sans opération de reprise. L'invention concerne donc tout d'abord un procédé de fabrication d'un pivot à gorge, caractérisé en ce qu'il consiste à partir d'un lopin de diamètre légèrement inférieur à celui de la gorge, à effectuer un filage du lopin afin d'obtenir le diamètre de queue avant filetage et éventuellement le diamètre sous tête, à former ou préformer la tête sphérique par refoulage, à ébaucher la forme de la collerette à une cote inférieure au diamètre de la gorge, dans le cas d'une collerette non cylindrique, par exemple à deux plats ou à six pans, et à finir la tête sphérique, à refouler la collerette à une forme définitive avec une cote sur plat supérieure au diamètre de la gorge, pendant que la queue et la portion de tête adjacente à la queue sont maintenues entre un poinçon et plusieurs mors de serrage périphériques ouvrables, et à entraîner l'ouverture des mors de serrage pour libérer la tête et permettre l'éjection du pivot. L'invention concerne également un outillage de pressetransfert pour la mise en oeuvre du procédé susmentionné, ledit outillage comprenant de premiers moyens pour le filage d'un lopin afin d'obtenir le diamètre de queue avant filetage et éventuellement le diamètre sous tête, de seconds moyens pour le refoulage ou le prérefoulage de la tête sphérique, de troisièmes moyens pour l'ébauchage de la collerette à une cote inférieure au diamètre de la gorge, dans le cas où la collerette n'est pas circulaire, et éventuellement pour la finition de la sphère, et de quatrièmes moyens où la collerette est refoulée à sa cote définitive, plus grande que le diamètre la gorge, lesdits quatrièmes moyens comprenant un poinçon hémisphérique et plusieurs mors de serrage périphériques ouvrables, susceptibles de se refermer sur tête sphérique et sur la portion de queue située au pied de la tête pendant l'opération de refoulage de la collerette. En fin de fabrication, lors du recul du coulisseau de la presse-transfert, les mors sont entraînés dans le sens où ils s'ouvrent et le pivot terminé peut être éjecté de la presse-transfert. Il va de soi que dans le cas où la collerette est cylindrique, le procédé de fabrication ne comprendra pas l'étape de l'ébauchage de la collerette, celle-ci pouvant être refoulée directement à sa forme définitive en une seule fois. Dans ce cas, l'outillage ne comprendra que trois postes. L'invention sera décrite à présent en détail en regard des dessins annexés dans lesquels les figures 1 à 5 illustrent les étapes successives de transformation d'un lopin de fil jusqu'à l'obtention d'un pivot à gorge dont la collerette est en forme de six pans; la figure 6 est une vue en coupe d'un outillage de presse-transfert à quatre postes pour la fabrication dudit pivot la figure 7 est une vue à plus grande échelle du poste IV de la figure 6 la figure 8 est une vue en perspective des mors de serrage en position serrée la figure 9 est une vue en perspective d'un mors de serrage la figure 10 est un pivot à gorge dont la collerette est pourvue de deux plats les figures 11 à 14 montrent les étapes successives de transformation d'une ébauche jusqu'à l'obtention d'un pivot conique. Le pivot 10 de la figure 5 comporte une tête sphérique 12, une collerette 14 à six pans, une gorge 16 située entre la tête et la collerette et, à la suite de celle-ci, une queue cylindrique 18 sur laquelle peut éventuellement être formé un filetage. Pour fabriquer ce pivot, on part d'un lopin 20 (figure 1) découpé dans une couronne de fil d'acier phosphaté, de diamètre légèrement inférieur à celui de la gorge 16. Pour avoir une idée des déformations subies par le lopin, on donnera ci-après un exemple de réalisation. Le fil de départ 20 a un diamètre de 14,8 mm. On file le lopin sur une portion 22 de sa longueur à un diamètre de 8,90 mm (figure 2). Ensuite, on refoule la tête sphérique 12 à l'extrémité de la portion restante 24 du lopin en laissant une portion cylindrique intermédiaire 26 qui est légèrement gonflée à un diamètre de 14,95 mm (figure 3). On file ensuite sur une partie de la portion intermédiaire 26 une ébauche de six pans 28 à une cote d sur angle, inférieure au diamètre sous tête D (figure 4), de telle sorte que ce diamètre sur angle subisse un écrouissage de 25 % environ. Dans l'exemple choisi, d = 13 mm. Cet écrouissage permet d'obtenir d'une part, un échauffement de la matière et d'autre part, une bonne régularité géométrique du six pans à l'étape suivante. Enfin, la collerette à six pans 14 est refoulée à une cote sur plat supérieure au diamètre de la gorge. Dans l'exemple choisi, la cote sur plat est de 16 mm. On décrira à présent en regard des figures 6 à 9, l'outillage de presse-transfert utilisé pour la fabrication du pivot 10. La presse-transfert comprend quatre postes référencés I à IV. Au poste I, l'outillage comprend du côté poinçon, un corps de poinçon creux 30 muni d'une cale de pression 32 sur laquelle prend appui une aiguille de filage 34. Du côté matrice, le poste I comprend deux matrices de filage 36,38 pourvues de noyaux en carbure 40,42 et une cale de pression 44 que traverse un éjecteur 46. Le lopin 20 est représenté déjà ébauché par filage, sous la forme qu'il a dans la figure 2. Au poste II, le poinçon 48 a la forme de la demi-sphère extérieure de la tête et la matrice de filage comprend un noyau 50 en acier rapide ayant la forme de la demi-sphère côté queue de la tête. Le noyau est logé dans une frette 52. La matrice comprend en outre des cales de pression 54 traversées par un éjecteur 56. Au poste III, on ébauche la forme du six pans à une cote sur angle inférieure au diamètre sous tête de la queue. Au poste IV, l'outillage comprend un corps de poinçon tubulaire 60 fermé à une extrémité par une cale de pression 62 et sur lequel s'appuie une pièce tubulaire 63. Celle-ci est solidaire d'un coulisseau 57 animé d'un mouvement de va et vient par des moyens moteurs. La pièce tubulaire 63 présente une embouchure tronconique 64, qui s'évase en direction de la matrice. Dans l'embouchure 64 sont montés plusieurs mors de serrage, par exemple quatre mors 65 à 68 disposés concentriquement à l'axe de la pièce tubulaire. Comme le montrent les figures 8 et 9, chaque mors a une paroi extérieure en forme de portion de tronc de cône, de manière que lorsque les quatre mors sont assemblés, leurs parois extérieures se complètent pour former une surface tronconique complète de même conicité que l'embouchure 64. Les mors ont des bords terminaux épaissis. L'un desdits bords présente une encoche 69 ayant la forme d'une portion de la demi-sphère intérieure de la tête du pivot, et une encoche 71 en forme de quart de cylindre. Ces encoches sont susceptibles de s'appliquer respectivement sur la demisphère intérieure et sur la queue du pivot. L'autre bord présente une encoche 58 en forme de quart de cylindre. Les mors chevauchent un poinçon 70 ayant la forme de la demisphère extérieure du pivot. Chaque mors présente sur ses deux bords longitudinaux extérieurs deux rainures longitudinales 75, 77 (figure 9) définies chacune par deux surfaces 79, 81 perpendiculaires entre elles, dont l'une, 79, est parallèle à l'axe x-y du mors et l'autre surface 81 est inclinée d'un faible angle prédéterminé B par rapport à la direction de l'axe. Il en résulte que lorsque les mors sont accolés, les rainures de chacun d'eux se complètent avec celles des mors contigus pour former des canaux 83, 85, 87, 89 de forme pyramidale à section carrée. Il va de soi que les canaux peuvent avoir d'autres formes, à condition que leur section décroisse de l'extrémité la plus large des mors à leur extrémité la plus étroite. Comme représenté sur la figure 6 et plus clairement sur la figure 8, à travers la pièce tubulaire 63 sont fixées radialement quatre vis ou broches réglables 91, 93, 95, 97 décalées angulairement de 900 l'une par rapport à l'autre autour de la pièce tubulaire. Les extrémités des vis font légèrement saillie à l'intérieur de la paroi tronconique 64 de la pièce tubulaire et s'engagent respectivement dans les canaux 83, 85, 87, 89. A l'intérieur du corps de poinçon 60 et de la pièce tubulaire 63 sont montées coulissantes deux bagues 74, 76 respectivement. Un ressort 78 attaqué par la cale de pression 62 sollicite l'ensemble des deux bagues vers la droite sur la figure 7, et repousse donc les mors en butée contre le corps de matrice 92. Le ressort 78 maintient ainsi les mors 65 à 68 et le poinçon 70 en position avancée indépendamment du mouvement de l'équipage mobile formé par le coulisseau 57, le corps de poinçon 60 et la pièce tubulaire 63. Du côté matrice, le poste IV comprend un noyau 90 présentant une cavité 80 à six pans ayant la forme de la collerette à forger. Le noyau 90 est logé dans un corps 92 traversé par un éjecteur 94. A travers les bagues 74, 76, les mors 65 à 68 et le poinçon 70 passe une aiguille 82 qui est sollicitée vers la droite sur la figure 7 par un ressort 86 prenant appui sur la cale de pression 62 et sur une tête renflée 84 de l'aiguille. Lors de la course du coulisseau 57 vers le point mort arrière, (voir partie supérieure de la figure 7), les vis 91, 93, 95, 97 glissent dans les canaux 83, 85, 87, 89 dans le sens où la section de ces derniers décroît et obligent de ce fait les mors 65 à 68 à s'écarter radialement tout en restant plaqués, au début, contre la matrice 92 par le ressort 78. La tête du pivot est alors libérée. Le coulisseau continuant à reculer, il entraîne avec lui les mors par l'intermédiaire des vis, mais pas le pivot qui se trouve être de ce fait éjecté par l'éjecteur 94. Des goupilles 72 sont prévues pour empêcher les mors de se désolidariser du poinçon. Inversement, lorsque le coulisseau 57 avance, il entraîne avec lui le corps de poinçon 60 et la pièce tubulaire 63. Dans ce mouvement, les vis 91, 93, 95, 97 avancent dans les canaux 83, 85, 87, 89 dans le sens où la section de ces derniers croît et n'ont donc aucune action sur les mors. Par contre, la paroi tronconique 64 de l'élément tubulaire 63 contraint les mors à se refermer sur le poinçon 70 et sur le pivot 10, comme représenté à la partie inférieure de la figure 7. La collerette 14 est alors forgée à sa forme définitive. La figure 10 représente une variante de réalisation du pivot, dans laquelle la collerette 96 comporte deux plats 98 au lieu de six pans. L'outillage utilisé pour réaliser ce pivot est pratiquement identique à celui de la figure 6 et il n'en diffère que par le fait que les noyaux de matrice aux postes III et IV comportent deux plats. Il va de soi que l'on peut également réaliser de la même façon une collerette ronde, mais dans ce cas, il n'est pas indispensable de former une ébauche au poste III. Les figures 11 à 14 illustrent les étapes successives de fabrication d'un pivot 100 comportant une portion conique 104 sur la queue. Ce pivot est fabriqué sur la pressetransfert de la figure 6, moyennant une légère transformation de l'outillage. On part d'un lopin ayant un diamètre tel que la tête sphérique 112 puisse être réalisée en deux forgeages au maximum. Au poste I, on file une partie du lopin au diamètre avant filetage de la queue (figure 11). Au poste II, on file le diamètre de fond de gorge sous tête, et, si nécessaire, on effectue une préforme 111 pour le refoulement de la tête (figure 12). On notera que si l'on part d'un fil prétraité, cette opération est extrêmement intéressante, car elle permet d'améliorer la tenue en fatigue du pivot, du fait que la gorge est écrouie. Au poste III, on finit la tête sphérique 112, et enfin au poste IV, on refoule la partie conique 104 de la même façon que l'on a refoulé la collerette dans le mode de réalisation de la figure 5. On notera que - si l'on veut obtenir une forme creuse côté queue, il ne faudra pas utiliser de fil prétraité, - en ce qui concerne les pivots de barre stabilisatrice, l'amélioration de la tenue en fatigue ne s'impose pas, étant donné que le pivot travaille beaucoup moins que le pivot conique côté roue, - dans le cas de pivots de barre stabilisatrice du type des figures 5 ou 10, la forme de la gorge doit en général être reprise par usinage. Il est vrai que cela supprime l'écrouissage et l'effet de l'amélioration de la tenue en fatigue, mais cela n'est pas grave parce que le pivot travaille peu. On peut s'affranchir de cette contrainte en réalisant le pivot dans une presse-transfert à cinq postes si la collerette comporte des plats et quatre postes si la collerette est cylindrique. En ce qui concerne les pivots côté roue (type de la figure 14), il est impératif que le fond de gorge ou le sommet du cône soient écrouis (selon que le pivot a tendance à casser en fond de gorge ou en encastrement). Il faut alors utiliser le procédé des figures 11 à 14, ce qui peut nécessiter l'utilisation de cinq postes. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un pivot comprenant une tête sphérique (12) et une queue cylindrique (18) éventuellement filetée sur laquelle sont formées au moins une gorge cylindrique (16) et une collerette (14) de diamètre supérieur à celui de la gorge, la collerette pouvant être cylindrique, en forme de six pans ou comporter deux plats, ledit procédé consistant à partir d'un lopin (20) de diamètre légèrement inférieur à celui de la gorge (16), à effectuer un filage du lopin afin d'obtenir le diamètre de queue avant filetage et le diamètre sous tête, et à former ou à préformer la tête sphérique (12) par refoulage, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste en outre à ébaucher la collerette (14) à une cote inférieure au diamètre de la gorge, dans le cas d'une collerette non cylindrique et à finir la tête sphérique, à refouler la collerette à la forme définitive de la gorge, pendant que la queue et la portion de tête adjacente à la queue sont maintenues entre un poinçon hémisphérique (70) et plusieurs mors de serrage périphériques ouvrables (65 à 68), et à entraîner l'ouverture des mors de serrage pour libérer la tête et permettre l'éjection du pivot. 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1 appliqué à un pivot (100) comprenant une portion conique (104) sur la queue, caractérisé en qu'il consiste à partir d'un lopin ayant un diamètre tel que la tête sphérique puisse être réalisée en deux forgeages au plus, à filer le diamètre avant filetage de la queue, à filer le diamètre sous tête, et à effectuer une préforme (111) pour le refoulement de la tête si nécessaire, à finir la tête sphérique (112), et à refouler la partie conique (104). 3. Outillage de la presse-transfert pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 et 2, du type comprenant de premiers moyens (34, 40) pour le filage d'un lopin (20) afin d'obtenir le diamètre de queue avant filetage et le diamètre sous tête, de seconds moyens (48, 50) pour le refoulage ou le prérefoulage de la tête sphérique (12), caractérisé en ce qu'il comprend en outre de troisièmes moyens pour l'ébauchage de la collerette (14) à une cote inférieure au diamètre de la gorge (16), dans le cas où la collerette n'est pas cylindrique, et éventuellement pour la finition de la tête sphérique, et de quatrièmes moyens pour le refoulage de la collerette à sa cote définitive, plus grande que le diamètre de la gorge, lesdits quatrièmes moyens comprenant un poinçon hémisphérique (70) ayant la forme de la demisphère extérieure du pivot, plusieurs mors de serrage périphériques ouvrables (65 à 68) susceptibles de se refermer sur la tête sphérique et sur la portion de queue située au pied de la tête pour former la gorge (16), et une matrice munie d'un noyau (90) ayant la forme de la collerette (14) à former. 4. Outillage de presse-transfert selon la revendication 3, caractérisée en ce que lesdits quatrièmes moyens comprennent également un corps de poinçon tubulaire (60, 63) qui présente une embouchure tronconique (64), dans laquelle sont montés les mors de serrage (65 à 68) disposés concentriquement à l'axe du corps de poinçon, lesdits mors étant normalement sollicités en appui contre la matrice (90) par un ressort (78), par l'intermédiaire de bagues (74, 76), lesdits mors chevauchant le poinçon tubulaire (70) et comprenant chacun une paroi extérieure en forme de portion de tronc de cône, de manière que lorsque les quatre mors sont assemblés, leurs parois extérieures se complètent pour former une surface tronconique complète de même conicité ( ) que l'embouchure (64), les mors présentant à une extrémité une cavité (69) ayant la forme d'une portion de la demisphère intérieure de la tête du pivot, suivie d'une cavité (71) en forme de portion de cylindre, de sorte que lorsque le corps de poinçon (60,63) se déplace vers la matrice, les mors sont contraints de se déplacer radialement, sous l'action de l'embouchure tronconique (64) depuis une position écartée pour laquelle la tête (12) du pivot est libre, jusqu'à une position rapprochée où les mors enserrent la tête sphérique par leurs cavités sphériques (69) et la queue (26) par leurs cavités cylindriques (71). 5. Outillage de presse-transfert selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque mors présente sur ses deux bords longitudinaux extérieurs deux rainures longitudinales (75, 77) de forme telle que, lorsque les mors (65 à 68) sont accolés, les rainures de chacun d'eux se complètent avec celles des mors voisins pour former des canaux (83, 85, 87, 89) dont la section décroît depuis l'extrémité large du mors à son extrémité étroite, et en ce qu'à travers le corps de poinçon sont fixés des éléments réglables (91, 93, 95, 97), tels que vis ou broches, dont les extrémités font saillie dans les canaux (83, 85, 87, 89) de manière que lorsque le corps de poinçon recule, les vis (91, 93, 95, 97) obligent les mors à s'écarter radialement, tout en restant plaqués, au début, contre la matrice (90) par le ressort (78), la tête du pivot étant de ce fait libérée, et lorsque le corps de poinçon continue à reculer, il entraîne avec lui les mors mais pas le pivot, celui-ci étant ensuite éjecté. 6. Pivot obtenu par le procédé selon l'une des revendications 1 et 2.