Brevet FR2734196A1 — publié le 19961122

MANDRIN A COURONNE SPIRALE PROTEGBE HT A ROTATICIL AMBLIOREX, BAGIW D'xTANCEXITS HT MORS La présente invention a pour objet un mandrin à couronne spiralée, comprenant un corps de mandrin, une pluralité de mors coulissant dans des rainures radiales du corps de mandrin et une couronne spiralée montée à rotation dans le corps de mandrin et dont la spirale est en prise avec les mors. L'invention concerne les mandrins à couronne spiralée, tels que par exemple décrits dans le document FR-A-2 699 444 auquel on se reportera pour plus de détails sur la structure et le fonctionnement de tels mandrins. L'invention n'est toutefois pas limitée aux mandrins décrits dans ce document, mais s'adapte aussi à tout type de mandrin à couronne spiralée. Les mandrins connus à couronne spiralée présentent des inconvénients. Des problèmes se présentent pour le montage de la couronne spiralée sur le corps de mandrin. En effet, il est nécessaire de prévoir un certain jeu radial entre la couronne spiralée et le corps de mandrin, pour permettre la rotation de la couronne par rapport au corps de mandrins. Toutefois, ce jeu radial nuit à la concentricité du serrage des mors, et peut conduire à diminuer la répétabilité du serrage. En outre, malgré ce jeu axial, il persiste un certain frottement de glissement entre la couronne spiralée et le corps de mandrin. On rencontre donc des problèmes de frottement et d'efficacité du serrage et au desserrage du mandrin, lors de la rotation de la couronne spiralée. Des problèmes se présentent aussi de ce point de vue, lors de l'usinage de pièces de grande taille. Dans un tel cas, on déplace radialement les mors dans leurs rainures vers l'extérieur du mandrin, ce qui peut conduire à dégager partiellement la spirale. Des particules d'usinage (copeaux) peuvent venir se déposer dans la gorge de la spirale; ceci augmente l'énergie nécessaire pour assurer la rotation de la couronne spiralée, et peut même conduire à un blocage de la couronne spiralée. L'invention a pour objet de pallier ces inconvénients rencontrés dans la rotation des couronnes spiralées des mandrins de l'art antérieur. Elle a pour objet un mandrin à couronne spiralée, comprenant un corps de mandrin, une pluralité de mors coulissant dans des rainures radiales du corps de mandrin et une couronne spiralée montée à rotation dans le corps de mandrin et dont la spirale est en prise avec les mors, caractérisé en ce qu'il comprend des aiguilles implantées entre la couronne spiralée et le corps de mandrin pour assurer l'assemblage de la couronne spiralée et du corps de mandrin. Avantageusement, les dites aiguilles sont implantées à force. Le mandrin peut comprendre en outre une cage maintenant les dites aiguilles. Les aiguilles peuvent être implantées entre un alésage de la couronne spiralée et un moyeu du corps de mandrin, le chemin de roulement des dites aiguilles sur le dit moyeu ou le dit alésage présentant une dureté Vickers supérieure à 650 HV. Le chemin de roulement des dites aiguilles sur le dit moyeu ou le dit alésage peut présenter un bombé axial d'un diamètre compris entre 0,009 et 0,018 mm, et de préférence de l'ordre de 0,009 mm. Selon l'invention, un mandrin peut comprendre une bague d'étanchéité, et au moins un clinquant coulissant dans une des dites rainures, et dont une extrémité est fixé à un des dits mors, l'autre extrémité pouvant coulisser dans un logement de la dite bague d'étanchéité. L'invention a aussi pour objet une bague d'étanchéité pour mandrin à couronne spiralée, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un logement pouvant recevoir un clinquant. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dit logement est ménagé par usinage d'un méplat sur la surface extérieure de la dite bague, et par usinage d'une entaille sur la surface intérieure de la dite bague, la dite entaille s'étendant radialement et axialement de sorte à déboucher dans le logement en ménageant une fente. L'invention a enfin pour objet un mors pour mandrin à couronne spiralée, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens tels une gorge pour la fixation d'un clinquant. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaStront à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés, qui montrent: - figure 1, une vue de face d'un mandrin à couronne spiralée; - figure 2, une vue en coupe axiale d'un mandrin à couronne spiralée sans mors; - figure 3, une vue à grande échelle en coupe radiale de l'assemblage de la couronne spiralée sur le corps de mandrin; - figure 4, une vue à grande échelle en coupe axiale de l'assemblage de la couronne spiralée sur le corps de mandrin; - figure 5, une vue en coupe axiale d'un mandrin à couronne spiralée, avec un mors; - figure 6, une vue à plus grande échelle d'une partie de la figure 5; - figure 7, une vue en perspective d'un mode de réalisation d'une bague d'étanchéité selon l'invention. La figure 1 montre une vue de face d'un mandrin à couronne spiralée. Le mandrin comprend un corps de mandrin 1, présentant des rainures axiales 2, 2' et 2", dans lesquelles peuvent coulisser des mors non représentés sur la figure. Trois rainures sont prévues sur le mandrin de la figure 1, mais il est possible de munir le mandrin d'un nombre de rainures de mors différent. On voit aussi sur la figure 1 la spirale 3 de la couronne spiralée, qui est destinée à entrer en prise avec la denture des mors, pour maintenir les mors. La figure 2 montre une vue en coupe axiale d'un mandrin à couronne spiralée suivant le plan A-A de la figure 1. On reconnaît sur la figure 1 le corps de mandrin 1, les rainures 2 et 2", ainsi que la spirale 3 de la couronne spiralée 4. Le corps de mandrin 1 présente un moyeu cylindrique 5, tandis que la couronne spiralée 4 présente un alésage cylindrique 6 destiné à être assemblé sur le moyeu cylindrique 5. Selon l'invention, cet assemblage est assuré par implantation d'aiguilles calibrées entre le moyeu 5 et l'alésage 6, comme le montre le détail 7 agrandi à la figure 3. La figure 3 montre une vue à grande échelle en coupe radiale de l'assemblage de la couronne spiralée sur le corps de mandrin. On voit sur la figure 3 le moyeu 5 du corps de mandrin, l'alésage 6 de la couronne spiralée et des aiguilles 81 à 83. Les aiguilles sont implantées à force entre le moyeu 5 et l'alésage de la couronne spiralée. A titre d'exemple, dans un mandrin classique de diamètre extérieur total de 250 mm, l'alésage 6 et le moyeu 5 présentent un diamètre nominal de 110 mm, la couronne présentant une largeur de l'ordre de 20 mm. On prévoit classiquement un jeu radial maxi de 0,045 mm, soit par exemple des tolérances de 110 F6/m6 Selon l'invention, on augmente le diamètre de l'alésage 6, pour atteindre un diamètre de 116 mm par exemple. Ce diamètre permet d'implanter des aiguilles de 3 mm, d'une longueur de l'ordre des 10 mm. De telles aiguilles existent en plusieurs tolérances de fabrication, permettant un appairage en fonction des diamètres du moyeu et de l'alésage pour obtenir un jeu radial nul, voire négatif. Le tableau ci-dessous donne à titre d'exemple des valeurs de jeu obtenues selon l'invention, pour différentes valeurs de tolérance sur le moyeu 5, l'alésage 6 et les aiguilles 8i. Tolérances Jeu radial Moyeu | Alésage Aiguilles 110.013 116.015 2.994 0.004 110.028 116 2.996 -0.02 110.028 116 3 -0.028 Bien entendu, on pourrait aussi modifier le diamètre nominal du moyeu 5, ou encore jouer à la fois sur le diamètre du moyeu et sur celui de l'alésage. Avantageusement, le chemin le roulement du moyeu 5 présente une dureté superficielle supérieure à 650 HV (dureté Vickers HV). Dans le cas d'un acier au carbone, ceci correspond à 205 kg/mm2. Pour obtenir une telle dureté, on peut traiter localement le moyeu du corps de mandrin, ou encore ajouter sur celui-ci une bague de guidage traitée de faible épaisseur, montée à force. La figure 4 montre une vue en coupe axiale de l'assemblage de la couronne spiralée sur le corps de mandrin. On retrouve sur la figure 4 les éléments déjà décrits en référence aux figures 1 à 3. Selon l'invention, il est possible de prévoir sur le moyen 5 du corps de mandrin 1 un bombé qui améliore le guidage de la couronne spiralée et diminue les risques de vissage de la couronne sur le corps de mandrin. Un tel bombé peut présenter un rayon dans une plage de 1000 mm à 2000 mm, et de préférence de l'ordre de 1000 mm. L'invention permet d'assurer un guidage précis en rotation de la couronne spiralée sur le corps de mandrin. Elle permet de réduire le jeu radial, et de transformer des frottements de glissement en des frottements de roulement. L'invention présente les avantages suivants par rapport à d'autres solutions. Un roulement à billes standard présentant un alésage de 110 mm a un diamètre extérieur de 140 mm, et un prix largement supérieur aux aiguilles de l'invention. L'utilisation de ce roulement impliquerait de réduire la taille de la spirale sur la couronne spiralée, et donc l'amplitude de déplacement des mors. En outre, un tel roulement présente un jeu radial de 15 à 41 ym. Si, pour rattraper ce jeu on monte les bagues intérieures et extérieures serrées dans le moyen 5 et l'alésage 6, on engendre des contraintes supérieures aux charges de base du roulement et on détruit le roulement. Il est donc impossible de résoudre le problème de l'invention par un simple roulement à billes. On pourrait envisager, pour diminuer le jeu radial, d'utiliser des roulements à billes ou à rouleaux, à contacts obliques, montés par paire face à face. Dans ce cas, on pourrait ajuster le jeu radial en déplaçant les bagues intérieures ou extérieures des roulements. Toutefois, cette solution présente un encombrement important, tant radialement qu'axialement. L'épaisseur des roulements dépasserait alors l'épaisseur de la couronne. Le diamètre extérieur des roulements imposerait ainsi de diminuer la taille de la spirale de la couronne spiralée. L'invention permet d'éviter ces inconvénients. Si l'on utilise des roulements à billes à 4 points de contact, le diamètre extérieur du roulement est de l'ordre de 133 mm, ce qui conduit à limiter aussi la taille de la spirale. Par ailleurs, ces roulements sont préchargés et ont donc un jeu nul. Toutefois, ils doivent être fixés axialement, ce qui implique un encombrement supplémentaire. De nouveau, l'invention présente l'avantage d'être facile à mettre en oeuvre, sans nécessiter de volumes importants, ni de moyens supplémentaires de fixation. Il est aussi possible de mettre en oeuvre de l'invention en utilisant des cages à aiguilles disposées entre le moyeu et l'alésage de la couronne spiralée. Dans un tel cas, le diamètre extérieur de la cage est de l'ordre de 120 mm, ce qui ne conduit pas à une diminution inacceptable de la taille de la spirale. On traite localement la surface du moyeu pour atteindre une dureté Vickers de 650 HV, soit 205 kg/mm2 pour un acier au carbone. On peut utiliser un montage avec un serrage maximum de 0,05 mm, compte tenu des faibles vitesses de rotation de la couronne par rapport au corps de mandrin. L'invention, par l'implantation d'aiguilles, avec ou sans cages, permet d'assurer un guidage précis en rotation de la couronne spiralée sur le corps de mandrin. Elle assure une bonne rotation de la couronne spiralée sur le corps de mandrin. La figure 5 montre une vue axiale d'un mandrin à couronne spiralée, avec un mors. On reconnaît sur la figure 5 le corps de mandrin 1 monté sur un fond 9, des rainures 2 et 2' de guidage des mors, la spirale 3 de la couronne spiralée 4; la figure 5 montre aussi un mors 10, engagé dans la rainure 2 avec sa denture 11 en prise sur la spirale 3 de la couronne spiralée 4. Le mandrin de la figure 5 présente un dispositif d'étanchéité aux copeaux de la spirale 3. Ce dispositif comprend, à l'intérieur du corps de mandrin 1, une bague 12 d'étanchéité, ainsi que sur chaque mors, un clinquant 13, décrits plus en détail ci-dessous. Selon l'invention, le clinquant 13 présente une forme allongée, et est fixé par une extrémité sur la partie du mors la plus interne radialement, et s'engage librement par son autre extrémité dans la bague d'étanchéité 12. Le clinquant 13 présente une largeur correspondant à la rainure 2. De la sorte, lors du déplacement des mors de long de leur rainure axiale, le clinquant 13 recouvre en permanence la spirale 3 de la couronne spiralée 4, et assure une bonne étanchéité aux copeaux. Ceci permet d'éviter des blocages en rotation de la couronne spiralée, par rapport au corps de mandrin. La figure 6 montre à plus grande échelle une partie de la figure 5, référencée 14 sur ladite figure. On reconnaît sur la figure 6 le mors 10, sa denture 11, la couronne spiralée 4 et sa spirale 3, le corps de mandrin 1, la bague d'étanchéité 12 et le clinquant 13. Le clinquant 13 est fixé par une extrémité sur le mors. Une fixation par pincement de l'extrémité du clinquant dans une gorge 15 ménagée sur le mors, est représentée à la figure 6. D'autres modes de fixation sont possibles, par exemple des fixations par goupilles ou agrafes, ou par clous cannelés. La bague 12 présente, en regard de chacune des rainures 2 pouvant recevoir des mors, un logement 16 débouchant vers la face avant du mandrin, par une fente 17 présentant une taille sensiblement égale à celle du clinquant 13. De la sorte, lors du déplacement du mors, le clinquant 13 coulisse dans la fente 17 et dans le logement 16, et couvre en permanence la spirale 3, en coulissant dans la rainure 2. La longueur du clinquant 13 est choisie de telle sorte que même lorsque le mors 10 est dans sa position la plus extérieure radialement (serrage de pièces de grand diamètre), l'extrémité libre du clinquant reste engagée dans la fente 17 et dans le logement 16. La largeur du clinquant est choisie en fonction de la taille de la rainure 2 recevant pour le mors, de telle sorte que le clinquant coulisse librement dans la rainure, sans toutefois pouvoir la quitter. L'épaisseur et le matériau du clinquant assurent une certaine élasticité, pour permettre un coulissement du clinquant dans la rainure 2, la fente 17 et le logement 16, et pour permettre au clinquant de se courber entre la rainure 2 et la fente 17. Avantageusement, on utilise pour le clinquant une lame d'acier d'une épaisseur comprise entre 0,025 et 0,05, et de préférence de 0,05 mm. Lors du démontage des mors, le clinquant sort de son logement, et on peut, comme dans un mandrin classique, démonter les mors facilement. Pour le montage des mors, il suffit d'engager les mors dans la spirale, à 1'extrémité des rainures. On replie ensuite l'extrémité libre du clinquant pour l'introduire dans la fente 17 et le logement 16. La figure 7 montre une vue en perspective d'un mode de réalisation d'une bague d'étanchéité selon l'invention. On décrit l'usinage permettant de ménager le logement 16 et la fente 17 pour un clinquant. La bague 12 est usinée sur son diamètre extérieur, de façon à présenter un méplat 18, qui ne s'étend pas jusqu'à l'extrémité frontale de la bague. L'usinage du méplat 18 ménage le logement 16 du clinquant. Il reste au droit du méplat 18 un épaulement 19, de sorte que la face avant de la bague 12 garde un contour circulaire. La face avant de la bague 12 est ensuite usinée, depuis l'intérieur de la bague, pour ménager une entaille 20. L'entaille 20 est suffisamment étendue axialement et radialement pour déboucher dans le logement 16 ménagé par l'usinage du méplat 18. On obtient ainsi une fente 17 dont l'épaisseur et la largeur sont facilement adaptables à la forme du clinquant. L'usinage de la bague pour les autres logements est analogue. Comme on peut le voir, ce type d'usinage permet d'obtenir simplement des logements de clinquant de taille adaptée, présentant une ouverture minimale vers la face avant du mandrin. La face avant de la bague reste étanche aux copeaux, et ne présente comme seules ouvertures que les fentes 17. L'invention permet ainsi d'assurer une bonne étanchéité aux copeaux de la couronne spiralée, et d'améliorer encore la rotation de la couronne spiralée sur le corps de mandrin. L'invention atteint ces résultats sans pour autant diminuer de façon importante le diamètre intérieur du mandrin. On peut utiliser une bague d'étanchéité du diamètre extérieur de 75,8 mm et un diamètre intérieur de 64 mm. L'utilisation de l'invention ne réduit donc que peu le diamètre de l'alésage intérieur du mandrin. Bien entendu, l'invention n'est pas limité aux modes de réalisation décrits ci-dessus: on pourrait réaliser le chemin de roulement des aiguilles sur l'alésage 6 de la couronne spiralée, en traitant le cas échéant la surface de cet alésage, ou en y disposant une bague traitée. On peut réaliser un bombé sur le moyeu 5 ou sur l'alésage 6. On pourrait aussi choisir d'autres modes de réalisation de la bague d'étanchéité, ou encore d'autres modes de fixation du clinquant sur le mors. REVENDICATIONS 1. Mandrin à couronne spiralée, comprenant un corps de mandrin (1), une pluralité de mors (10) coulissant dans des rainures radiales (2, 2', 2") du corps de mandrin (1) et une couronne spiralée (4) montee â rotation dans le corps de mandrin (1) et dont la spirale (3) est en prise avec les mors (10), caractérisé en ce qu'il comprend des aiguilles (8, 81, 82,83) implantées entre la couronne spiralée (4) et le corps de mandrin (1) pour assurer l'assemblage de la couronne spiralée (4) et du corps de mandrin (1). 2. Mandrin selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dites aiguilles sont implantées à force. 3. Mandrin selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une cage maintenant les dites aiguilles. 4. Mandrin selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les aiguilles (8, 8l, 82,83) sont implantées entre un alésage (6) de la couronne spiralée (4) et un moyeu (5) du corps de mandrin (1), le chemin de roulement des dites aiguilles sur le dit moyeu (5) ou le dit alésage (6) présentant une dureté Vickers supérieure à 650 HV. 5. Mandrin selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les aiguilles (8, 81, 82,83) sont implantées entre un alésage (6) de la couronne spiralée (4) et un moyeu (5) du corps de mandrin (1), le chemin de roulement des dites aiguilles sur le dit moyeu (5) ou le dit alésage (6) présentant un bombe axial d'un diamètre compris entre 0,009 et 0,018 mm, et de préférence de l'ordre de 0,009 mm. 6. Mandrin selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre - une bague d'étanchéité (12), et - au moins un clinquant (13) coulissant dans une des dites rainures (2, 2', 2"), et dont une extrémité est fixé à un des dits mors (10), l'autre extrémité pouvant coulisser dans un logement (16) de la dite bague d'étanchéité (12). 7. Mandrin, comprenant un corps de mandrin (1), une pluralité de mors (10) coulissant dans des rainures radiales (2, 2', 2") du corps de mandrin (1) et une couronne spiralée (4) montée à rotation dans le corps de mandrin (1) et dont la spirale (3) est en prise avec les mors (10), caractérisé en ce qu'il comprend - une bague d'étanchéité (12), et - au moins un clinquant (13) coulissant dans une des dites rainures (2, 2', 2"), et dont une extrémité est fixé à un des dits mors (10), l'autre extrémité pouvant coulisser dans un logement (16) de la dite bague d'étanchéité (12). 8. Bague d'étanchéité (12) pour mandrin à couronne spiralée, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un logement (16) pouvant recevoir un clinquant (13). 9. Bague d'étanchéité (12) selon la revendication 8, caractérisée en ce que le dit logement est ménagé par usinage d'un méplat sur la surface extérieure de la dite bague (12), et par usinage d'une entaille (20) sur la surface intérieure de la dite bague (12), la dite entaille (20) s'étendant radialement et axialement de sorte à déboucher dans le logement (16) en ménageant une fente (17). 10. Mors (10) pour mandrin à couronne spiralée, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens tels une gorge (15) pour la fixation d'un clinquant (13).