Brevet FR2766748A1 — publié le 19990205

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE PLURALITE DE PIECES METALLIQUES PAR RUPTURE FRAGILE D'UNE PREEBAUCHE D'UNE PLURALITE DE PIECES La présente invention est relative à la fabrication en série de pièces de mécanique, et, notamment, de pièces pour roulements. Les roulements sont des ensembles mécaniques bien connus constitués, en général, d'une bague interne et d'une bague externe entre lesquelles sont insérés une pluralité de corps roulants, ces corps roulants étant, par exemple, des billes, des rouleaux ou des aiguilles. les différentes pièces d'un roulement, et, en particulier les bagues, sont en acier à forte teneur en carbone et sont fabriquées en série par un procédé complexe comportant des opérations de forgeage, d'usinage et de traitement thermique. En particulier, les bagues sont fabriquées, par exemple, à partir d'une barre, en découpant par cisaillage à chaud des lopins correspondant chacun à une bague. Les lopins sont forgés à chaud pour obtenir une ébauche. L'ébauche est grenaillée, soumise à un traitement thermique destiné à améliorer l'usinabilité, puis, usinée et soumise à un traitement thermique destiné à conférer à la bague ses caractéristiques définitives. Les bagues peuvent, également, être fabriquées à partir d'un tube sans soudure qui est soumis à un recuit globulaire, puis découpé par sciage en tranches, chaque tranche correspondant à une bague. Les tranches sont, en suite, éventuellement forgées, et, en tout cas, usinées, puis soumises à un traitement thermique final. Ces procédés présentent tous l'inconvénient de ne permettre de fabriquer qu'une bague à la fois, et de comporter des opérations de cisaillage qui limitent la productivité et qui sont très consommatrices d'outils du fait de la grande dureté et l'abrasivité des aciers à roulements. Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de fabrication en série de pièces métalliques plus productif et moins consommateur d'outils que les procédés connus. A cet effet, I'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une pluralité de pièces métalliques selon lequel: - on s'approvisionne en au moins une préébauche d'une pluralité de pièces, - on réalise à la surface d'au moins une préébauche au moins une entaille aiguë, - on sépare d'au moins une préébauche entaillée, par rupture fragile, au moins une ébauche d'une pièce, - et, au moins à partir d'une ébauche d'une pièce séparée par rupture fragile, on fabrique une pièce. L'au moins une pièce peut être, elle même, une préébauche d'une pluralité de pièces. L'entaille peut être réalisée par usinage ou par laser. La préébauche peut être une barre ou un tube. La fabrication de l'au moins une pièce peut comporter au moins une opération de mise en forme par déformation plastique. Elle peut comporter, également, au moins une opération de mise en forme par usinage, et, au moins un traitement thermique. De préférence, la pièce ne comporte pas de surface ayant un faciès de rupture fragile. Le métal est, par exemple, un acier et la préébauche d'une pluralité de pièces peut être fabriquée par déformation plastique à chaud ou à mi-chaud. L'invention s'applique, plus particulièrement, à la fabrication de pièces de roulement en acier pour roulements dont la composition chimique comporte, en poids, entre 0,5 % et 1,5 % de carbone. L'invention va maintenant, être décrite plus en détails, à l'aide d'exemples non limitatifs, en regard des figures annexés, dans lesquelles: - la figure 1 est une vue en perspective d'une préébauche de bagues de roulement, de forme tubulaire comportant des entailles aiguës, - la figure 2 est une vue en perspective d'une préébauche de deux bagues de roulement internes accolées, - la figure 3 est une vue en perspective avec une coupe, d'une préébauche de quatre bagues de roulement, deux internes et deux externes. Dans un premier mode de réalisation, on fabrique des bagues de roulement toutes identiques, en forme d'anneau. Pour cela, on part d'une préébauche 1 constituée d'un tube sans soudure en acier faisant partie de la famille des aciers à roulement. Cette famille d'acier est constituée d'aciers au carbone ou faiblement alliés contenant moins de 5 % d'éléments d'alliage, dont la teneur en carbone est comprise entre 0,5 % et 1,5 %, de façon à ce qu'ils puissent présenter une structure perlitique. Ces aciers contiennent, en général, environ 1,5 % de chrome destiné à former des carbures très durs, c'est le cas, par exemple, de la nuance 100C6. Le tube sans soudure est obtenu directement par laminage à chaud et n'a pas subi de traitement thermique particulier. A sa périphérie, on réalise par usinage à l'outil ou par laser, une pluralité d'entailles aiguës 2 de révolution autour de l'axe longitudinal du tube, et parallèles entre elles. Ces entailles 2 délimitent entre elles une pluralité de segments 3 qui correspondent, chacun, à une ébauche de bague de roulement. Les différents segments 3 sont séparés les uns des autres par rupture fragile sous choc, par flexion, ou sous l'effet d'un effort de cisaillement. On obtient, ainsi, une pluralité d'ébauches de bagues de roulement de forme annulaire dont les deux faces planes on un faciès de rupture fragile. Cette opération se déroule facilement parce que l'acier à roulement brut de laminage à chaud a une résilience faible, en général le KCV est inférieur à 10 joules par cm2, et parce que l'entaille aiguë constitue une amorce de rupture qui impose avec précision la position du plan de rupture. Les ébauches de bagues de roulement sont alors recuites à une température comprise entre 700 "C et 820 "C, de façon à obtenir une structure avec cémentite globulaire facilement usinable, éventuellement après un forgeage complémentaire à chaud ou à mi-chaud, puis elles sont usinées et soumises à un traitement thermique de finition qui dépend de l'acier utilisé et que l'Homme du Métier connaît. On obtient ainsi une pluralité de bagues de roulement dont aucune des faces n'a un faciès de rupture fragile. Toutes ces opérations sont effectuées à l'aide de machines conçues pour réaliser des fabrications en série. Ces machines sont connues en elles-mêmes. Les entailles aiguës n'ont pas besoin d'être profondes, 0,5 mm suffisent. L'utilisation du laser pour réaliser ces entailles présente l'avantage de permettre de réaliser des entailles de 0,5 mm de profondeur et de 0,1 mm de largeur, dont les parois sont constituées d'une couche trempée de dureté très élevée ( > 1500 HV), de quelques centièmes de millimètres d'épaisseur, et présentant des microfissures situées au fond de l'entaille. Ces microfissures sont des amorces très efficaces pour le cassage. Selon un autre mode de réalisation, la préébauche est constituée d'un bloc 4 de révolution obtenu par forgeage à chaud ou à mi-chaud d'un lopin cylindrique. Le bloc 4 comporte un trou axial 5, deux extrémités cylindriques 6 et 7, séparées par une partie cylindrique centrale 8 de plus grand diamètre ; les différentes parties étant reliées entre elles par des congés de raccordement 9 et 10. Cette préébauche correspond à deux bagues de roulement accolées l'une à l'autre. Pour séparer la préébauche en deux ébauches distinctes, on réalise, à la périphérie de la partie cylindrique centrale 8, une entaille aiguë 11, de révolution autour de l'axe longitudinal du bloc. Lorsque les deux ébauches sont séparées, on effectue les opérations de finition, comme dans le mode de réalisation précédent, afin d'obtenir des bagues de roulement prêtes à l'emploi. Selon un troisième mode de réalisation, la préébauche 12, obtenue par forgeage à chaud ou à mi-chaud d'un lopin cylindrique, a la forme représentée à la figure 3, et correspond à quatre bagues, deux bagues intérieurs et deux bagues extérieures. Cette préébauche 12 est de révolution autour d'un axe 13 et comporte un plan de symétrie perpendiculaire à l'axe 13. La préébauche 12 comporte une virole extérieure 14 et une virole intérieure 15 séparées par deux saignées annulaires 16 et 17, elles-mêmes séparées par un voile 18. Les viroles 14 et 15 sont destinées à être séparées l'une de l'autre par rupture fragile du voile 18 de façon à obtenir d'une part, une préébauche de deux bagues extérieures 21 et 22, correspondant à la virole extérieure 14, et deux préébauches de deux bagues intérieures 23 et 24, correspondant à la virole intérieure 15. Pour séparer les deux viroles 14 et 15, on réalise sur le voile 18, une entaille aiguë 19, de révolution autour de l'axe 13, puis, on provoque une rupture fragile sous choc le long de la ligne matérialisée par l'entaille. Chacune des viroles obtenues (14 et 15), et qui sont, comme on l'a déjà dit, des préébauches de bagues de roulement, doivent également être séparées en deux selon le plan de symétrie perpendiculaire à l'axe 13. Pour cela, on réalise à la périphérie de la virole 14, une entaille aiguë 20 qui servira d'amorce pour une rupture fragile. De la même façon, on réalise à la périphérie de la virole 15, sur la surface correspondant à la rupture réalisée précédemment, une entaille aiguë qui servira également d'amorce de rupture. Une fois tous les fractionnements réalisés, on obtient quatre ébauches de bagues de roulement qui peuvent être utilisées, comme dans les modes de réalisation précédents, pour fabriquer des bagues de roulement. Dans une variante du mode de réalisation qui vient d'être décrit, la virole 14 est l'ébauche d'une bague extérieure double. Dans ce cas, on ne réalise pas de saignée à la périphérie de cette virole et on ne la sépare pas en deux parties. On peut alors fabriquer deux bagues intérieures de roulement et une bague extérieure double. Le procédé qui vient d'être décrit, a l'avantage d'augmenter la productivité de la fabrication des pièces de roulement. Mais, il ne se limite ni aux modes particuliers de réalisation décrits, ni à cette application. II peut, en effet, être utilisé, par exemple, pour fabriquer des pignons ou toute sorte de pièces fabriquées en série par forgeage. REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication d'une pluralité de pièces métalliques caractérisé en ce que: - on s'approvisionne en au moins une préébauche (1, 4, 12) d'une pluralité de pièces, - on réalise à la surface d'au moins une préébauche (1, 4, 12) au moins une entaille aiguë (2,11,19,20), - on sépare de l'au moins une préébauche entaillée (1, 4, 12), par rupture fragile, au moins une ébauche (3, 6, 7,14,15, 21, 22, 23, 24) d'une pièce, - et, au moins à partir d'une ébauche (3, 6, 7, 14, 15, 21, 22, 23, 24) d'une pièce séparée par rupture fragile, on fabrique une pièce. 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'au moins une pièce est, elle même, une préébauche d'une pluralité de pièces. 3 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'entaille (2, li, 19, 20) est réalisée par usinage. 4 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'entaille (2,11,19, 20) est réalisée par laser. 5 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la préébauche est une barre. 6 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la préébauche (1) est un tube. 7 - Procédé selon la revendication 1 caractérisée en ce que la fabrication de l'au moins une pièce comporte au moins une opération de mise en forme par déformation plastique. 8 - Procédé selon la revendication 1 caractérisée en ce que la fabrication de l'au moins une pièce comporte au moins une opération de mise en forme par usinage. 9 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la fabrication de l'au moins une pièce comporte au moins un traitement thermique. 10 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que la pièce ne comporte pas de surface ayant un faciès de rupture fragile. 11 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que le métal est un acier. 12 - Procédé selon la revendication 11 caractérisé en ce que la préébauche d'une pluralité de pièces est fabriquée par déformation plastique à chaud ou à michaud. 13 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 caractérisé en ce que la pièce est une préébauche (4,12) d'une pluralité de pièces de roulement. 14 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 3 à 12, caractérisé en ce que la pièce est une pièce de roulement. 15 - Procédé selon la revendication 12, 13 ou 14, caractérisé en ce que le métal est un acier pour roulements contenant entre 0,5 % et 1,5 %, en poids, de carbone. 16 - Procédé de fabrication d'une pluralité de bagues de roulement caractérisé en ce que: - on s'approvisionne en au moins un tube sans soudure (1) en acier à roulement, - sur la paroi externe d'au moins un tube, on réalise une pluralité d'entailles aiguës (2) de révolution autour de l'axe longitudinal du tube, - on casse le tube par rupture fragile au droit d'au moins une entaille aiguë de façon a obtenir au moins un segment de tube (3), - et, au moins avec un segment de tube (3), on fabrique une bague de roulement. 17 - Procédé de fabrication d'une pluralité de bagues de roulement caractérisé en ce que: - on s'approvisionne en au moins une préébauche (12) d'une pluralité de bagues de roulement obtenue par forgeage à chaud ou à mi-chaud d'un lopin en acier à roulement, - on réalise à la surface d'au moins une préébauche (12) une entaille aiguë (19), - on sépare, par rupture fragile le long de l'entaille aiguë (19), la préébauche en deux nouvelles préébauches (14,15) - on réalise à la surface d'au moins une nouvelle préébauche (14,15), une entaille aiguë (20) afin de pouvoir la séparer en deux ébauches(21, 22, 23, 24) avec chacune des quelles, on fabrique une bague de roulement.