Brevet FR2748677A1 — publié le 19971121

Procédé de forgeage à froid pour fabriquer des moyeux d'embrayages de véhicules automobiles. La présente invention concerne, d'une manière générale, un procédé de forgeage à froid pour fabriquer des moyeux d'embrayages de véhicules automobiles et, plus particulièrement, un perfectionnement à ce procédé pour améliorer la précision des moyeux obtenus et leur durabilité. Comme cela est bien connu de l'homme de l'art, un moyeu d'embrayage d'une boîte de vitesses d'une transmission d'un véhicule automobile supporte l'arbre principal de la boîte de vitesses qui transmet sélectivement la force de rotation d'un moteur à combustion interne aux roues du véhicule automobile. Dans un moyeu d'embrayage classique, des dents d'engrenage sont formées avec précision sur le flasque. Un ressort de torsion doit être installé dans le moyeu d'embrayage. Ce moyeu d'embrayage est un élément de précision qui doit engrener de manière précise et régulière avec un autre élément de changement de vitesses comportant un nombre de dents différent. En outre, le moyeu d'embrayage doit avoir une durabilité suffisante pour remplir de manière fiable sa fonction pendant toute la durée de vie d'un véhicule. Les moyeux d'embrayages sont, d'une manière caractéristique, fabriqués grâce au procédé suivant. Précisément, une barre étirée pleine est découpée en plusieurs pièces à usiner ayant une longueur prédéterminée. Les pièces découpées à partir de la barre étirée sont ensuite soumises à différentes opérations, telles que des opérations de coupe, d'usinage au tour, de traitement thermique, à l'aide de machines-outils, pour former les moyeux d'embrayages. En résumé, les moyeux d'embrayages classiques sont fabriqués par découpage de barres étirées pleines suivant une configuration voulue. Toutefois, les moyeux d'embrayages classiques réalisés par des opérations de coupe posent un problème, à savoir que l'habileté variable des ouvriers entraîne des erreurs d'usinage notables entre les moyeux obtenus. En particulier, une rupture regrettable se produit au cours de l'opération de coupe réalisée pour former les moyeux dans l'orientation des grains du métal étiré définie au sein du métal pendant une opération d'étirage. De ce fait, les résistances à la traction et aux chocs des moyeux fabriqués sont sensiblement inférieures à celles de la barre étirée qui constitue le matériau de base des moyeux. Le brevet américain N" 3 568 492 décrit des plaques tubulaires munies de moyeux solidaires, des pièces forgées profilées pour des échangeurs de chaleur, des récipients sous pression à toits plats et des produits similaires qui sont soumis à une haute pression et sont réalisés grâce à une série d'étapes de forgeage qui aboutissent à une orientation considérablement améliorée des grains et, par conséquent, à une plus grande résistance à la pression. Cependant, la technique décrite dans le brevet américain ci-dessus ne peut être appliquée qu'à la formation d'un lopin ou d'une billette de structure simple. Précisément, la technique ci-dessus ne peut pas être utilisée pour réaliser les moyeux d'embrayages de véhicules automobiles, qui comportent des cavités asymétriques et dont la fabrication exige une grande précision. Le brevet américain N" 3 791 188 décrit un procédé de matriçage de pièces qui, dans leur configuration finale, présentent une structure de grains sensiblement continue conformément à ce procédé, on transforme un flan cylindrique en une pièce sphérique en étirant ensemble les extrémités de lignes de grains dans deux zones polaires, la pièce sphérique étant reconfigurée sous la forme d'un anneau de dimensions finales sans rupture d'aucune des lignes de grains. Toutefois, ce brevet américain se contente de décrire un procédé de matriçage de pièces dotées d'une structure de grains sensiblement continue, mais n'est pas utilisé pour fabriquer des moyeux d'embrayages de véhicules automobiles. Le brevet américain N" 4 683 743 décrit un appareil et un procédé pour calibrer au laminoir la périphérie de pièces à usiner cylindriques en vue de la finition et du dimensionnement de ces pièces conformément à une tolérance de diamètre très étroite. L'appareil et le procédé cidessus peuvent également servir à une préf inition et à un prédimensionnement de pièces à usiner cylindriques préalablement à la formation ultérieure de dents de cannelures ou d'engrenages, par exemple, sur la périphérie des pièces. La technique décrite dans ce brevet américain peut être utilisée pour former un lopin sans ouverture centrale. Toutefois, cette technique ne peut pas servir à former des moyeux d'embrayages de véhicules automobiles, étant donné que ces moyeux ont une configuration asymétrique et doivent faire preuve d'une grande durabilité et d'une résistance élevée à la traction. Pour remédier aux problèmes ci-dessus des moyeux d'embrayages classiques, la demande de brevet coréen N" 911931 décrit un procédé de fabrication de moyeux permettant de fabriquer des moyeux d'embrayages de véhicules automobiles, qui présentent le grain du métal de la barre étirée. Au cours de ce procédé coréen, les moyeux d'embrayages sont fabriqués grâce à une série d'étapes qui consistent à découper une barre étirée en pièces à usiner, à former des dents extérieures sur chaque pièce, à réaliser un trou ayant un diamètre intérieur tout en conservant une paroi d'extrémité dans chaque pièce, et à procéder à un traitement thermique et de finition. Ce procédé coréen pose toutefois un problème à savoir que le moyeu d'embrayage obtenu ne présente pas une précision satisfaisante car les dents qui ont été formées sur le moyeu par une étape d'usinage à la presse sont progressivement déformées pendant la formation de la partie intérieure du moyeu. La présente invention a précisément pour but de proposer un procédé de forgeage à froid pour fabriquer des moyeux d'embrayages de véhicules automobiles, qui permette de remédier aux problèmes ci-dessus en ébauchant schématiquement un moyeu, puis en formant celui-ci avec précision de l'intérieur vers l'extérieur pour ainsi réaliser un moyeu de grande précision ; ce procédé permettant de conserver le grain du métal étiré dans le moyeu obtenu pour doter celui-ci d'une grande durabilité, et pouvant être utilisé en particulier pour fabriquer des moyeux d'embrayages présentant une configuration de dents asymétriques et des trous de montage de ressort de torsion asymétriques. Pour atteindre le but ci-dessus, la présente invention propose un procédé de forgeage à froid pour fabriquer des moyeux d'embrayages de véhicules automobiles, comprenant 1) une étape d'ébauchage qui consiste à découper une barre étirée en plusieurs pièces à usiner et à soumettre chaque pièce à un premier pressage à l'aide d'une première matrice pour ainsi ébaucher schématiquement la pièce à usiner, 2) une étape de formation de trou qui consiste à placer la pièce ébauchée dans une seconde matrice et à perforer la partie centrale de la pièce à l'aide d'un poinçon de perforation, pour ainsi former un trou dans la pièce à usiner en laissant subsister une paroi d'extrémité au niveau de l'extrémité inférieure du trou, 3) une étape de perçage qui consiste à supprimer la paroi d'extrémité de la pièce à usiner en perforant celle-ci à l'aide d'un poinçon de perçage pour ainsi former un manchon, 4) une étape de formation de dents par un usinage de précision, qui consiste à presser la pièce à usiner à l'aide d'un poinçon de formation de dents en plaçant celle-ci dans la cavité de formation de dents d'une matrice de formation de dents pour ainsi former des dents et des trous de montage de ressort de torsion asymétriques sur la pièce à usiner, et 5) une étape de finition de précision qui consiste à supprimer de la pièce à usiner des erreurs de micro-usinage pour ainsi réaliser un moyeu d'embrayage de précision. Ce qui précède, ainsi que d'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention, sera mieux compris à la lecture de la description détaillée suivante d'un mode de mise en oeuvre préféré, donnée à titre d'exemple nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une vue montrant les étapes d'un procédé de forgeage à froid pour fabriquer des moyeux d'embrayages de véhicules automobiles conformément au mode de mise en oeuvre préféré de la présente invention les figures 2a et 2b sont des vues en coupe comparatives montrant l'orientation des grains du métal d'un moyeu d'embrayage classique et d'un moyeu d'embrayage réalisé conformément à l'invention la figure 3 est une vue en coupe montrant une étape d'ébauchage du procédé de forgeage à froid de l'invention la figure 4 est une vue en coupe montrant une étape de formation de trou du procédé de forgeage à froid de l'invention ; la figure 5 est une vue en coupe montrant une étape de perçage du procédé de forgeage à froid de l'invention la figure 6 est une vue en coupe montrant une étape de formation de dents par un usinage de précision, du procédé de forgeage à froid de l'invention la figure 7 est une vue en plan d'une matrice de formation de dents utilisée au cours du procédé de forgeage à froid de l'invention ; et les figures 8a et 8b sont des vues métallographiques d'un moyeu réalisé conformément à l'invention et d'un moyeu classique, respectivement. La présente invention propose un procédé de forgeage à froid pour fabriquer des moyeux d'embrayages de véhicules automobiles. Comme le montre la figure 1, le procédé comprend 1) une étape d'ébauchage qui consiste à découper une barre étirée en plusieurs pièces à usiner et à soumettre chaque pièce à un premier pressage à l'aide d'une première matrice pour ainsi ébaucher schématiquement la pièce à usiner, 2) une étape de formation de trou qui consiste à placer la pièce ébauchée dans une seconde matrice et à perforer la partie centrale de la pièce à l'aide d'un poinçon de perforation pour ainsi former un trou dans la pièce à usiner tout en laissant subsister une paroi d'extrémité au niveau de l'extrémité inférieure du trou, 3) une étape de perçage qui consiste à supprimer la paroi d'extrémité de la pièce à usiner en perforant celleci à l'aide d'un poinçon de perçage pour ainsi former un manchon, 4) une étape de formation de dents par un usinage de précision, qui consiste à soumettre la pièce à usiner à un pressage à l'aide d'un poinçon de formation de dents en plaçant la pièce à usiner dans la cavité de formation de dents d'une matrice de formation de dents pour ainsi former des dents et des trous de montage de ressort de torsion asymétriques sur la pièce à usiner, et 5) une étape de finition de précision qui consiste à éliminer de la pièce à usiner des erreurs de micro-usinage pour ainsi réaliser un moyeu d'embrayage de précision. Les étapes ci-dessus du procédé de forgeage à froid de la présente invention vont être décrites en détail ciaprès. 1. Etape d'ébauchage Une barre étirée cylindrique en acier au carbone ou en acier au molybdène est découpée en plusieurs pièces à usiner ayant une longueur correspondant à la taille d'un moyeu d'embrayage souhaité. Chaque pièce à usiner 1 découpée à partir de la barre étirée est ensuite soumise à une opération de recuit de sphéroïdisation pour être dotée d'une ductilité ne dépassant pas HRB 75 (dureté Rockwell). Puis, la pièce à usiner 1 ductile est placée dans une première matrice de poinçonnage 3 avant d'être soumise à la pression d'un poinçon d'ébauchage 4, comme illustré sur la figure 3. Au cours de cette étape, la première matrice de poinçonnage 3 est installée dans la partie de matrice inférieure d'un système de forgeage à froid et comporte un épaulement 2 sur sa paroi interne, de sorte que le diamètre intérieur de la partie supérieure intérieure de la matrice 3 est plus grand que celui de la partie inférieure de celle-ci. D'autre part, le poinçon 4 a une section transversale circulaire et est fixé à un porte-poinçon 5 du système de forgeage à froid. La pression du poinçon 4 pendant le pressage de la pièce à usiner 1 n'est pas inférieure à 17 tonnes/cm2. La pièce à usiner 1 ductile est ainsi soumise à un ébauchage préalable pour adopter une configuration cylindrique étagée grâce à l'action de pressage du poinçon. Dans la pièce à usiner 1 ébauchée ci-dessus, le diamètre de la partie supérieure est plus grand que celui de la partie inférieure du fait de la configuration étagée de la paroi interne de la matrice de poinçonnage 3. 2. Etape de formation d'un trou La pièce à usiner 1 ébauchée qui présente la configuration cylindrique étagée est extraite de la première matrice de poinçonnage 3, puis soumise à une étape de formation de trou. Au cours de cette étape, la pièce à usiner 1 est placée dans une seconde matrice de poinçonnage 6 substituée à la première matrice de poinçonnage 3 dans la partie de matrice inférieure du système de forgeage à froid. La pièce à usiner 1 est ensuite perforée par un poinçon de perforation 8 à une pression appropriée, de sorte qu'un trou 10 ayant un diamètre intérieur "r" prédéterminé est formé à l'intérieur de la pièce à usiner 1, comme illustré sur la figure 4. Ici, le poinçon de perforation 8 comporte deux étages 7 sur ses parties supérieure et inférieure, de sorte qu'il comporte trois parties ayant des diamètres extérieurs différents. Ce poinçon 8 est installé dans une monture de poinçon 9 pendant l'étape de formation du trou. Au cours de cette étape, une paroi d'extrémité 11 subsiste au niveau de l'extrémité inférieure du trou 10 à l'intérieur de la pièce à usiner 1. 3. Etape de perçage (étape de formation d'un manchon) La pièce à usiner 1 qui comporte le trou 10 est ensuite soumise à une étape de perçage destinée à supprimer la paroi d'extrémité 11. Au cours de cette étape, le poinçon de perforation 8 est remplacé par un poinçon de perçage 14, tandis qu'une troisième matrice de poinçonnage 13 est installée dans la partie de matrice inférieure du système de forgeage à froid. La troisième matrice de poinçonnage 13 comporte une ouverture centrale 12 dont le diamètre intérieur est légèrement supérieur au diamètre intérieur "r" du trou 10 de la pièce à usiner 1. D'autre part, l'extrémité inférieure du poinçon de perçage 14 possède un diamètre extérieur légèrement inférieur au diamètre intérieur "r" du trou 10. Le poinçon de perçage 14 descend doucement sans venir en contact avec la paroi interne lOa du trou 10 afin de supprimer la paroi d'extrémité 11 de la pièce à usiner 1, comme illustré sur la figure 5. La paroi d'extrémité ôtée est évacuée par l'ouverture centrale 12 de la matrice 13. Au cours de cette étape de perçage, l'écart entre les diamètres du poinçon 14 et de la matrice 13 et le diamètre intérieur "r" du trou 10 est de préférence défini pour être d'environ 0,1 0,3mm. 4. Etape de formation de dents par un usinage de précision La pièce à usiner 1 est ensuite soumise à un usinage de précision destiné à former des dents. Au cours de cette étape, les seconde et troisième matrices de poinçonnage 6 et 13 de la partie de matrice inférieure du système de forgeage à froid sont respectivement remplacées par une matrice de formation de dents 15 et une quatrième matrice de poinçonnage 16. En outre, un poinçon extérieur de formation de dents 18 est substitué au poinçon de perçage 14 de la monture de poinçon 9. La partie supérieure intérieure de la matrice de formation de dents 15 comporte une cavité de formation de dents 20. D'autre part, la quatrième matrice de poinçonnage 16 installée dans l'ouverture centrale de la matrice de formation de dents 15 est munie d'un trou 17 qui définit un passage d'air. La cavité 20 de la matrice de formation de dents 15 ci-dessus présente une configuration asymétrique. De plus, plusieurs parties saillantes 21 sont définies dans la cavité 20 de la matrice 15, comme le montre mieux la figure 7. Grâce à la présence des parties saillantes 21 de la cavité 20, les dents et les trous de montage de ressort de torsion asymétriques sont formés simultanément dans la pièce à usiner 1 pendant cette étape d'usinage de précision. Au cours de cette étape, la pièce à usiner 1 dépourvue de la paroi d'extrémité 11 est tout d'abord soumise à une opération de recuit de durcissement, étant donné que les dents qui vont être formées sur elle doivent présenter une configuration asymétrique et une grande précision. Puis, du sel de zinc d'acide stéarique est appliqué à la pièce à usiner 1 avant que celle-ci ne soit placée dans la cavité 20 de la matrice de formation de dents 15. La pièce à usiner 1 placée dans la cavité 20 est comprimée par le poinçon extérieur de formation de dents 18 à une pression qui n'est pas inférieure à 12 tonnes/cm2 pendant 1 - 3 secondes pour permettre la formation des dents et des trous de montage de ressort de torsion asymétriques. La pièce à usiner 1 munie à la fois des dents et des trous de montage de ressort de torsion est ensuite soumise à une simple opération d'usinage au tour destinée à compenser des erreurs de micro-usinage. Puis, la pièce à usiner 1 est soumise à un traitement thermique pour ainsi former le moyeu d'embrayage voulu pour véhicules automobiles. Les figures 8a et 8b sont des vues métallographiques destinées à permettre de comparer l'orientation des grains du métal d'un moyeu d'embrayage selon l'invention et d'un moyeu classique, respectivement. L'orientation des grains des deux moyeux est représentée sur les figures 2a et 2b, respectivement. La figure 2a représente le moyeu classique, tandis que la figure 2b représente le moyeu réalisé grâce au procédé de la présente invention. Dans le moyeu classique de la figure 2a, les dents ont été formées par une opération de coupe, puis soumises à une corrosion de surface. Les grains du métal du moyeu classique sont orientés linéairement et, d'une manière regrettable, une rupture intervient dans les lignes de grains au niveau du flasque du moyeu, comme le montrent les lignes de corrosion de la figure 2a. Les dents du moyeu classique sont pas conséquent déformées progressivement pendant la formation de la partie intérieure du moyeu, de sorte que le moyeu classique ne présente pas une précision suffisante. En revanche, étant donné que le moyeu de l'invention a été réalisé par l'opération de pressage décrite précédemment, il n'y a pas de rupture des lignes de grains du métal du moyeu au niveau du flasque de celui-ci, les lignes restant à l'intérieur du moyeu, comme le montrent les lignes de corrosion de la figure 2b. Le moyeu de l'invention est par conséquent doté d'une résistance élevée, d'une grande précision et d'une bonne durabilité. Le moyeu d'embrayage réalisé grâce au procédé de la présente invention et le moyeu d'embrayage classique ont été soumis à un test de torsion. Pour ce test de torsion, on a utilisé un appareil de test de torsion pour disques d'embrayage fabriqué par Valleo Co. Ltd., France. Pour permettre de tester un couple de torsion, les moyeux ont été placés dans des embrayages respectifs avant d'être soumis chacun à une torsion dans un sens normal (sens des aiguilles d'une montre, +) et en sens inverse (sens inverse des aiguilles d'une montre, -). Le couple a été contrôlé au moment où les dents de chaque moyeu ont commencé à se déformer. Les résultats du test sont indiqués dans le Tableau 1 suivant. Tableau 1. Test de torsion (Modèle de véhicule : Remans) Torsion normale Torsion inverse Moyeu classique 14,3 - 15,0 KgF.m 10,7 - 11,0 KgF.m Moyeu de l'invention 31,18 - 32 KgF.m 21,9 - 22 KgF.m Comme cela a été décrit précédemment, la présente invention propose un procédé de forgeage à froid pour fabriquer des moyeux d'embrayages de véhicules automobiles. Le procédé de forgeage à froid de la présente invention permet de réaliser un moyeu d'embrayage doté d'une meilleure résistance, au moins deux fois supérieure à celle d'un moyeu classique. Grâce à ce procédé, un ouvrier peut, quelle que soit son habileté, fabriquer en série des moyeux d'embrayages de haute précision par une simple opération de pressage. Un autre avantage du procédé décrit ci-dessus réside en ce que les grains du métal étiré restent dans les moyeux fabriqués, d'où une plus grande durabilité de ceuxci. Bien que la description précédente ait porté sur un mode de mise en oeuvre préféré de la présente invention, celle-ci n'est bien entendu pas limitée à l'exemple particulier décrit et illustré ici, et l'homme de l'art comprendra aisément qu'il est possible d'y apporter différentes modifications, additions et substitutions sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de forgeage à froid pour fabriquer un moyeu d'embrayage de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'ébauchage qui consiste à découper une barre étirée cylindrique en acier au carbone ou au molybdène en plusieurs pièces à usiner (1) d'une certaine longueur, à soumettre à un recuit de sphéroïdisation chaque pièce afin de lui conférer une ductilité ne dépassant pas HRB 75 (dureté Rockwell), à placer la pièce dans une première matrice de poinçonnage (3) et à presser ladite pièce à l'aide d'un poinçon d'ébauchage (4) à une pression non inférieure à 17 tonnes/cm2, pour ainsi former schématiquement la pièce à usiner en la dotant d'une configuration cylindrique étagée, la première matrice de poinçonnage (3) présentant un épaulement (2) sur sa paroi interne de sorte qu'elle comporte une partie supérieure de grand diamètre et une partie inférieure de petit diamètre, tandis que le poinçon (4) présente une section transversale circulaire et est fixé à un porte-poinçon (5) une étape de formation de trou qui consiste à placer la pièce à usiner (1) dans une seconde matrice de poinçonnage (6) et à presser la pièce à l'aide d'un poinçon de perforation (8) à une pression appropriée, pour ainsi former un trou (10) à l'intérieur de la pièce (1), en laissant subsister une paroi d'extrémité (11) au niveau de l'extrémité inférieure du trou (10), le poinçon de perforation (8) étant installé dans une monture de poinçon (9) et possédant deux étages (7) sur ses parties supérieure et inférieure afin de comporter trois parties de diamètres extérieurs différents ; une étape de perçage qui consiste à placer la pièce à usiner (1) dans une troisième matrice de poinçonnage (13) et à perforer la pièce à l'aide d'un poinçon de perçage (14) pour ainsi supprimer la paroi d'extrémité (11) du trou (10) de la pièce (1), la troisième matrice de poinçonnage (13) comportant une ouverture centrale (12) qui possède un diamètre intérieur légèrement supérieur à un diamètre intérieur (r) du trou, tandis que le poinçon de perçage (14) possède un diamètre extérieur légèrement inférieur au diamètre intérieur dudit trou et descend lentement sans venir en contact avec la paroi interne (lova) du trou (10) pendant la perforation de la pièce à usiner (1) ; et une étape de formation de dents par un usinage de précision, qui consiste à placer la pièce à usiner (1) dans une matrice de formation de dents (15) comportant une quatrième matrice de poinçonnage (16) et à presser la pièce à l'aide d'un poinçon extérieur de formation de dents (18) à une pression non inférieure à 12 tonnes/cm2 pendant 1 3 secondes pour ainsi former avec précision des dents asymétriques sur la pièce à usiner, la matrice de formation de dents (15) comportant une cavité de formation de dents asymétriques (20) sur sa partie supérieure, et la quatrième matrice de poinçonnage (16) étant installée dans la matrice de formation de dents (15) et comportant un trou de passage d'air (17). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs parties saillantes asymétriques (21) sont prévues dans la cavité de formation de dents (20), pour ainsi former les dents asymétriques et des trous de montage de ressort de torsion asymétriques sur la pièce (1) simultanément pendant l'étape de formation des dents par un usinage de précision.