Brevet FR2747602A1 — publié le 19971024

A PROCEDE DE REALISATION D'UN ARBRE METALLIQUE APTE A RECEVOIR UNE PIECE SURMOULEE La présente invention se rapporte à un procédé de réalisation d'un arbre métallique, par exemple un arbre cylindrique, cet arbre présentant une portion élargie en diamètre qui forme donc un renflement ou une collerette apte à recevoir, typiquement par un procédé d'injection, une pièce surmoulée, par exemple un pignon en matière plastique qui peut constituer, avec cet arbre métallique, un des éléments d'une chaîne cinématique. Il est bien connu que le moyen le plus simple pour réaliser l'accrochage d'une matière injectée, autour d'un axe cylindrique, est de créer des zones d'ancrage, par taillage ou par fraisage, réparties sur la périphérie de l'axe à surmouler. Les formes et dimensions des entailles ou autres zones d'accrochage dépendent de la valeur du couple à transmettre et sont fonction de l'application. Cet Art connu peut être illustre par les figures 1 à 3 jointes, les figures 1 et 2 représentant l'arbre métallique avant le surmoulage, et la figure 3 représentant l'ensemble rigide arbre-pignon qui est obtenu après le surmoulage par injection du pignon en matière plastique injectée. Sur les figures I et 2, on voit que l'arbre métallique 1, tel qu'il est obtenu après rectification, comporte des entailles longitudinales localisées 2 sur sa périphérie, dans la zone qui va recevoir le pignon plastique surmoulé. Ces entailles sont obtenues par un classique procédé de taillage " globique ". A l'autre extrémité de l'arbre 1 est par exemple prévu, pour raccorder le produit à entraîner, tel qu'un système bielle-manivelle par exemple, un tronc de cône moleté 3, suivi d'un cylindre fileté 4. L'arbre 1 est ensuite placé dans le moule d'injection pour l'opération de surmoulage du pignon 5 en matière plastique (figure 3) sur les entailles d'accrochage 2. L'inconvénient de cet ensemble arbre-pignon connu est sa limitation en possibilité de résistance de l'ancrage en cas de sollicitation très importante du pignon 5 et de l'arbre 1, la liaison arbre-pignon à l'endroit de l'ancrage 2 risquant alors de se briser. Après avoir exposé toutes les formes possibles, il apparaît que le seul moyen de réaliser un ancrage résistant à des sollicitations très importantes réside dans l'augmentation du diamètre de la zone d'accrochage, et ceci de façon importante. Plusieurs solutions viennent alors naturellement à l'esprit une première solution consisterait à augmenter le diamètre de l'arbre sur toute sa longueur. Ceci n'est généralement pas acceptable car le dispositif entraîné par l'arbre n'est pas susceptible d'accepter cette augmentation de diamètre. En outre, une telle solution, si elle était acceptable, pénaliserait nécessairement le coût global de l'installation. Une deuxième solution consisterait à réaliser, par décolletage, un arbre d'une seule pièce et muni d'une collerette de bien plus grand diamètre dans la zone d'ancrage du pignon à surmouler. Ceci est difficilement concevable pour une production industrielle de série, d'une part parce que le décolletage doit être réalisé sur une grande quantité de matière, et d'autre part parce que la rectification finale ne peut alors pas être réalisée en continu, par exemple par le procédé de rectification dit " centerless ", mais " en plongée >", c'est-à-dire de part et d'autre de la partie de plus grand diamètre. Enfin une troisième solution consisterait à rapporter, par exemple par chassage à force, une bague annulaire sur une partie de l'arbre située au droit du pignon plastique à surmouler. Pour ceci, cette partie de l'arbre devrait alors avoir un diamètre très légèrement supérieur à celui de l'arbre lui-même, et être moletée à cet endroit, ceci afin d'immobiliser la bague sur l'arbre par interférence, sur le moletage, du diamètre intérieur de la bague d'une part, et du diamètre de l'arbre d'autre part. Là encore, la rectification ne pourrait pas être faite en continu, en raison de la présence de la zone moletée de légèrement plus grand diamètre. Il ne serait pas possible non plus de réaliser, par des moyens conventionnels compatibles avec une production en série, cette zone moletée après l'opération de rectification, car les arbres subissent, avant rectification, une opération de trempe qui les durcit notablement. L'invention vise à remédier à tous ces inconvénients. Elle se rapporte à cet effet à un procédé de réalisation d'un arbre métallique, cet arbre présentant une portion élargie en diamètre qui est apte à recevoir une pièce surmoulée, ce procédé consistant: * à réaliser sur l'ébauche de l'arbre, avant rectification et à l'endroit o va être réalisée ladite portion élargie en diamètre, une zone d'ancrage, de diamètre très légèrement inférieur à celui de cet arbre, * à réaliser, après une trempe éventuelle si cet arbre est en acier, l'opération de rectification de l'arbre, qui peut alors avantageusement être effectuée en continu, * à utiliser un insert métallique annulaire, réalisé par exemple par décolletage et comprenant, d'un seul bloc mais reliés par seulement un mince filet métallique, un ensemble de deux bagues annulaires, une grande et une petite, coaxiales et adjacentes, dont: * dans grossièrement un premier plan qui sera celui o l'on va réaliser ladite portion d'arbre élargie en diamètre: une première bague de diamètre extérieur égal à celui de cette portion élargie et de diamètre intérieur égal au diamètre extérieur de la deuxième bague, diminué de la très petite épaisseur radiale dudit mince filet métallique de liaison des deux bagues, le pourtour extérieur de cette grande bague étant profilé pour constituer une zone d'ancrage pour le matériau à surmouler, et * dans grossièrement un second plan qui est décalé axialement par rapport audit premier plan et qui est adjacent à ce dernier la deuxième bague, de diamètre extérieur ci-dessus défini et de diamètre intérieur égal, au jeu près destiné a permettre le coulissement, à celui de l'arbre rectifié, cette deuxième bague étant en outre fendue longitudinalement, en au moins un endroit, sur la quasi-totalité de son épaisseur axiale, * à enfiler alors cette double bague, ou insert, sur cet arbre rectifié, jusqu'à amener la plus grande bague à l'endroit, ou zone d'ancrage, o doit être positionnée la portion élargie en diamètre, et, tout en maintenant cette grande bague dans cette position relative sur l'arbre, à forcer axialement, à l'aide d'une presse, la plus petite bague en direction de cette grande bague, afin de briser ledit mince filet de liaison et faire pénétrer à force cette petite bague dans la grande bague en entraînant, par une réduction du diamètre intérieur de cette petite bague favorisée par la présence de sa ou ses fentes axiales, un très fort serrage de cette petite bague, et donc de l'ensemble de ces deux bagues devenues alors grossièrement coplanaires, sur la partie, précédemment très légèrement rétrécie en diamètre, de cet arbre rectifié. Avantageusement, cette partie très légèrement rétrécie en diamètre, ou zone d'ancrage, est moletée, ou analogue, avant l'opération de rectification, ce qui permet d'obtenir, si besoin est, une jonction extrêmement solide entre ledit arbre et ladite double bague après ladite opération de serrage sous presse. De toute façon, l'invention sera bien comprise et ses divers avantages et caractéristiques ressortiront mieux, lors de la description suivante d'un exemple non limitatif de réalisation, en référence au dessin schématique annexé, dans lequel: figure 4 est une vue latérale de l'arbre, après son opération de rectification. * Figures 5 et 6 sont respectivement une vue en bout et une vue en coupe longitudinale de l'insert, ou double bague, tel qu'il est obtenu par decolletage, avant sa mise en place sur l'arbre. * Figure 7 montre comment s'effectue, à la presse, le montage et serrage de cet insert sur l'arbre. * Figure 8 montre l'ensemble solidarisé arbre-insert qui est alors obtenu. * Figure 9 montre l'ensemble arbre-pignon qui est ensuite finalement obtenu après l'opération de surmoulage par injection. La figure 4, qu'il conviendra de comparer à la figure I précédemment décrite, représente l'arbre I après trempe et rectification. Cet arbre, d'un diamètre D de par exemple 12 millimètres pour fixer les idées, est réalisé en acier, par exemple en un acier à la norme " 45S20K " ou à la norme " ETGIOO ". Le tronc de cône moleté 3 et l'extrémité filetée 4 précités sont réalisés sur l'ébauche, avant l'opération de trempe Par ailleurs, conformément à l'invention, et sur un longueur L englobe la zone dans laquelle on veut créer, sur l'arbre 1, une partie élargie en diamètre, on réalise à cet endroit, sur ladite ébauche, une zone 6 très légèrement rétrécie en diamètre et garnie d'un moletage longitudinal 7. Par exemple, la zone 6 a un diamètre d qui est inférieur d'environ 5 centièmes de millimètre au diamètre D de l'arbre 1. Sur une telle ébauche, la rectification peut alors, après trempe, être réalisée en continu par le procédé dit " centerless ", ce qui est très avantageux en production industrielle. La zone 6 va constituer une zone d'ancrage pour un insert décolleté 8, représenté aux figures 5 et 6, susceptible de compenser cet écart de diamètre (D-d) après immobilisation par écrasement (figures 7 et 8) sur l'arbre 1. En se reportant aux figures 5 et 6, l'insert annulaire 8 à immobiliser sur l'arbre I est réalisé, par décollage, d'un seul tenant et en acier de qualité identique ou similaire à celui de l'arbre 1. Cet insert 8 est constitué de deux bagues ou rondelles 9 et 10, coaxiales et adjacentes comme représenté sur la figure 6. La rondelle 9, qui est plus grande que la rondelle 10, a son pourtour extérieur garni de dents 11 d'accrochage de la matière plastique qui sera ultérieurement injectée pour constituer le pignon 5 (vois à ce sujet la figure 3 qui représente un tel pignon dans l'Art antérieur). Les deux rondelles 9, 10 étant coaxiales et adjacentes, le plan de la petite rondelle 10 est axialement décalé par rapport à celui de la grande rondelle 9. Le diamètre intérieur dl de la grande rondelle 9 est légèrement inférieur, par exemple de deux dixièmes de millimètres environ, au diamètre extérieur d2 de la petite rondelle 10, de sorte que ces deux rondelles ne sont reliées que par un très mince filet d'acier 12 dont l'épaisseur radiale est ici de l'ordre de deux dixièmes de millimètres. Le diamètre intérieur d3 de la petite rondelle 10 est égal au diamètre D !5 de l'arbre 1, au jeu près destiné à permettre le coulissement de l'insert 8 sur cet arbre 1. Par ailleurs, cette petite rondelle 10 est fendue longitudinalement en deux endroits diamétralement opposés, selon deux fines fentes 13 qui sont pratiquées sur pratiquement toute l'épaisseur longitudinale de la rondelle, comme représenté sur la figure 6. Pour effectuer la mise en place de la grande rondelle cannelée 9 sur la zone moletée 6 de l'arbre 1, on enfile l'insert 8 de la figure 6 sur l'arbre I (figure 7), de façon à ce que la grande rondelle 9 soit placée, dans la zone 6, à l'endroit o l'on veut la rapporter autour de cet arbre 1. Comme montré sur la figure 7, on place alors l'ensemble arbre 1-insert 8 verticalement sur un outil de presse adapté, comprenant une matrice ou posage inférieur adapté 14, fixé sur le plateau inférieur fixe de la presse, et un poinçon supérieur adapté 15 qui est fixé sur le plateau mobile supérieur, ou coulisseau, de cette presse. La grande rondelle 9 de l'insert 8 est alors posée, comme représenté sur la figure 7, sur la surface supérieure 16 du posage 14 de l'outil, tandis que l'arbre I repose librement sur le fond d'une cavité adaptée 17 de ce posage 14, tout en étant maintenu bien vertical. La face inférieure 18 du poinçon 15 vient, quand ce dernier descend avec le coulisseau de la presse, en appui sur la petite rondelle 10. Une cavité 19 est ménagée dans ce poinçon 15 pour lui permettre alors de continuer sa course sans endommager l'arbre 1. Le coulisseau de la presse continuant se descente, le mince filet 12 se brise, et la bague 10, qui se rétrécit alors en diamètre grâce en particulier à la présence des deux fentes 13, pénètre alors à force à l'intérieur de l'autre bague 9, en venant alors, en raison du rétrécissement de son diamètre intérieur, se serrer très fortement autour du moletage 7 de la zone 6. Le résultat obtenu est montré sur la figure 8, o les deux bagues 9 et 10 sont devenues pratiquement coplanaires, la petite bague 10 étant rentrée à l'intérieur de la grande bague 9, tandis que l'insert 8 est maintenant très fermement serré, à l'endroit prévu dans la zone d'ancrage 6, autour de l'arbre 1. La figure 9 (qu'il convient de comparer à la figure 3 relative à l'Art antérieur) montre l'ensemble " arbre d'acier 1-pignon plastique surmoulé 5 " qui est ensuite finalement obtenu après le surmoulage par injection du pignon en matière plastique 5. Comme il va de soi, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit. C'est ainsi par exemple que, dans certains cas, la réalisation du moletage d'ancrage 7 dans la zone d'ancrage 6 ne sera peut-être pas indispensable. C'est ainsi également que l'on pourrait ne pratiquer, dans la plus petite bague 10 de l'insert 8, qu'une seule fente 13, ou, à contrario, plus de deux fentes 13. C'est ainsi aussi que le moletage 7 pourrait être remplacé par un procédé d'ancrage analogue, tel qu'une granulation de la surface de la zone 6. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'un arbre métallique, cet arbre présentant une portion (8) élargie en diamètre qui est apte à recevoir une pièce surmoulée (5), caractérisé en ce qu'il consiste: * à réaliser sur l'ébauche de l'arbre (1), avant rectification e à l'endroit o va être réalisée ladite portion élargie en diamètre, une zone d'ancrage (6), de diamètre (d) très légèrement inférieur à celui (D) de cet arbre, * à réaliser, après une trempe éventuelle si cet arbre est en acier, l'opération de rectification de l'arbre (1), qui peut alors avantageusement être effectuée en continu, * à utiliser un insert métallique annulaire (8), réalisé par exemple par décolletage comprenant, d'un seul bloc mais reliés par seulement un mince filet métallique (12), un ensemble de deux bagues annulaires, une grande (9) et une plus petite (10), coaxiales et adjacentes, dont: * dans grossièrement un premier plan qui sera celui o l'on va réaliser ladite portion d'arbre élargie en diamètre: une première bague (9) de diamètre extérieur égal à celui de cette portion élargie et de diamètre intérieur (di) égal au diamètre extérieur (d2) de la deuxième bague (10), diminué de la très petite épaisseur radiale dudit mince filet métallique (12) de liaison des deux bagues, le pourtour extérieur de cette grande bague (9) étant profilé pour constituer une zone d'ancrage pour le matériau à surmouler (5), et * dans grossièrement un second plan qui est décalé axialement par rapport audit premier plan et qui est adjacent à ce dernier la deuxième bague (10), de diamètre extérieur (d2) ci-dessus défini et de diamètre intérieur (d3) égal, au jeu près destiné à permettre le coulissement, à celui (D) de l'arbre rectifié (1), cette deuxième bague (10) étant en outre fendue longitudinalement, en au moins un endroit (13), sur la quasi-totalité de son épaisseur axiale, * à enfiler alors cette double bague, ou insert (8), sur cet arbre rectifié (1), jusqu'à amener la plus grande bague (9) à l'endroit, ou zone d'ancrage (6), o doit être positionnée la portion élargie en diamètre (9), et, tout en maintenant cette grande bague (9) dans cette position relative sur l'arbre (1), à forcer axialement, à l'aide d'une presse 14, ), la plus petite bague (10) en direction de cette grande bague (9), afin de briser ledit mince filet de liaison (12) et faire pénétrer à force cette petite bague (9) dans la grande bague (10) en entraînant, par une réduction du diamètre intérieur (d3) de cette petite bague (9) favorisée par la présence de sa ou ses fentes axiales (13), un très fort serrage de cette petite bague (9), et donc de l'ensemble (8) de ces deux bagues (9, ) devenues alors grossièrement coplanaires, sur la partie (6), précédemment très légèrement rétrécie en diamètre, de cet arbre rectifié (1). 2. procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que cette partie de l'arbre (1) qui est très légèrement rétrécie en diamètre, ou zone d'ancrage (6) est moletée (7), ou analogue telle qu'une granulation, avant l'opération de rectification de cet arbre (1).