Brevet FR2786232A1 — publié le 20000526

I Bielle divisée, en particulier pour moteur à combustion interne, et procédé pour sa fabrication L'invention concerne une bielle comportant au moins une tête de bielle, qui présente une division qui passe par la tête de bielle et qui est formée par une séparation, par rupture, de la tête de bielle, dans laquelle la tête de bielle présente par tronçons, le long de chaque surface de séparation prescrite, une encoche de séparation et dans laquelle chaque surface de séparation par rupture est traversée en son intérieur, par une traversée pour boulon, ainsi qu'un procédé de fabrication d'une bielle comportant au moins une tête de bielle, qui présente une division qui passe par la tête de bielle et qui est formée par une séparation, par rupture, de la tête de bielle, dans laquelle chaque surface de séparation par rupture est traversée, en son intérieur, par une traversée pour boulon. A partir du document US 4 569 109, on connaît des dispositions de portée de bielles divisées qui sont formées par séparation d'un chapeau, limitant le perçage de la portée, par séparation par rupture (craquement). En employant ce procédé de séparation par rupture, on obtient un assemblage à ajustement précis entre la coquille et le chapeau au moyen des surfaces de rupture, de sorte qu'il garantit un ajustement précis de la portée, finement usinée, sur le vilebrequin correspondant. Pour réduire les forces à exercer pour la séparation du chapeau par rupture, on peut, comme décrit dans le document EP 0 800 009, employer comme ébauche des pièces frittées qui, du fait de la fragilité de leur matériau, nécessitent des forces de rupture moindres. En variante, dans le cas d'ébauches fabriquées par le procédé de coulée, on peut, comme décrit dans le document DE 43 34 555, fragiliser volontairement la position de rupture par insertion d'un matériau fragile. Toutefois les deux procédés conduisent à un affaiblissement de l'ensemble de la pièce et ne conviennent donc pas pour la fabrication de dispositions de portée nir - T - sur des bielles qui sont exposées à une contrainte d'exploitation élevée et à des forces importantes et présentent donc des exigences particulièrement élevées en ce qui concerne la résistance du matériau. Un exemple de cela provenant de la construction automobile concerne des bielles pour le domaine des véhicules utilitaires; on obtient de préférence les résistances nécessaires ici au moyen de pièces forgées en alliages d'acier dont on choisit la composition de façon que d'une part soit garantie une haute ténacité mais que d'autre part l'addition et le mélange d'une proportion élevée de carbone élève la fragilité et améliore donc la possibilité de rupture. Pour une séparation par rupture, ciblée, on réalise dans la bielle, au voisinage du plan de séparation par rupture, de préférence au voisinage de la surface de la portée, une encoche de séparation - en forme de V le plus vif possible - qui sert de point de départ pour les fissures initiales tout d'abord formées dans le processus de rupture. Les surfaces de séparation prescrites, apparaissant lors de la rupture, sont conçues de forme annulaire et sont limitées, de l'extérieur, par la forme de la section de la tête de bielle, de l'intérieur, par les trous de traversée prévus pour le boulonnage du chapeau de bielle sur la coquille. Dans le cas d'une telle surface de séparation prescrite de forme annulaire peut toutefois se présenter le problème que les surfaces de rupture, qui en partant de l'encoche de séparation qui se trouve sur la paroi de la tête de bielle - entourent la traversée pour boulon en sens opposé, ne se rencontrent pas au même endroit à l'extrémité opposée. Il en résulte des ruptures doubles et des fissures qui, dans le cas extrême, sont accompagnées de désagrégation du matériau et conduisent à un endroit défectueux et un affaiblissement du matériau dans la zone de séparation de forme annulaire. En fonction des caractéristiques géométriques de la surface de séparation prescrite, ce sont jusqu'à 10 % - 15 % des pièces qui sont affectées de tels défauts après la rupture; les bielles ne remplissent alors plus les exigences de résistance qui leur sont imposées et sont à rebuter. On peut obtenir une Tir Tir augmentation du rendement si l'on choisit très petite la section de la position de rupture - et donc également la barrette sur laquelle apparaissent normalement les ruptures doubles; toutefois cela a au total une influence négative sur la rigidité de la bielle. Les problèmes mentionnés ci-dessus de survenance de ruptures doubles sont par exemple évités dans le cas des bielles forgées selon le document US 3 994 054. Sur les bielles, dans la zone de chaque surface de séparation prescrite, on réalise, parallèlement au plan de rupture, un perçage de traversée qui sert de point d'attaque pour le mandrin de rupture et divise la surface de séparation en deux parties (chacune cohérente). Toutefois les parois intérieures des perçages de traversées doivent ici être munies d'encoches de séparation; ceci d'une part est très coûteux et d'autre part suppose un très grand diamètre des perçages et conduit donc à un affaiblissement de la bielle dans la zone de la surface de rupture. L'objet de l'invention consiste à améliorer une bielle divisée par séparation par rupture de façon que l'ensemble de la bielle présente une résistance la plus élevée possible, puisse se fabriquer avec une dépense de fabrication la plus faible possible et que dans le processus de fabrication apparaisse un rebut le plus faible possible. En particulier, l'objet de l'invention est de donner à l'endroit de séparation prescrite, nécessaire pour la séparation par rupture, une forme telle qu'apparaissent des surfaces de joint ajustées avec la plus grande précision possible et que simultanément soit réduite au minimum l'apparition de rupture double lors de la séparation par rupture. Selon l'invention, on atteint ce but par le fait que dans la zone de la surface de séparation prescrite la bielle contient juste un trou qui est disposé parallèlement à cette surface de séparation prescrite et relie la traversée pour boulon à la paroi de la tête de bielle, et que le trou débouche, dans la paroi de la tête de bielle, en dehors de la zone de l'encoche de séparation. De ce fait la bielle contient, dans la zone de chaque iIr W séparation prescrite, un trou de forme tubulaire qui est disposé parallèlement à cette surface et qui relie la traversée pour boulon à la paroi de la tête de bielle de façon à déboucher, dans la paroi de la tête de bielle, en dehors de la zone de l'encoche de séparation. Ce trou capte les deux veines de la surface de rupture qui entourent la traversée pour boulon en sens opposé et interdit ainsi l'apparition de fissures doubles. Un avantage de la réalisation de la bielle conformément à l'invention consiste donc en une forte diminution du rebut pendant le processus de rupture. On peut y choisir le diamètre du trou très petit de façon que l'aire de la surface de rupture ne diminue qu'à peine par réalisation du trou et que la stabilité de la bielle ne soit pas compromise même sous contraintes élevées. Il est intéressant que le trou soit disposé diamétralement opposé à l'encoche de séparation, de façon que les deux veines de la surface de rupture parcourent un chemin de même longueur avant de se rencontrer sur le trou. En outre, il est apparu favorable de compléter le trou par un second trou débouchant dans l'encoche de séparation de façon que, grâce à ces deux trous, la surface de séparation soit divisée en deux surfaces individuelles distinctes dont chacune fait l'objet d'une rupture distincte pendant le processus de rupture. Il est intéressant de réaliser les trous par perçage pendant l'usinage avec enlèvement de copeaux, les trous ne nécessitant donc qu'un petit pas de travail supplémentaire. Dans une forme de réalisation préférée, on réalise par brochage l'encoche de séparation nécessaire pour la production des fissures initiales lors de la séparation, par rupture, de la tête de bielle; ceci présente l'avantage technique de fabrication que ce pas de travail peut se faire au cours de l'usinage avec enlèvement de copeaux. En variante, on peut réaliser l'encoche de séparation à l'aide de l'usinage au laser; avec ce procédé on peut garantir que la rupture passe à travers l'encoche de séparation de façon exactement reproductible, ce qui conduit à une sécurité élevée du processus de rupture. Des formes de réalisation avantageuses de l'invention sont présentées ciaprès; pour le reste, on explique encore ci-dessous l'invention à l'aide d'un exemple de réalisation représenté sur les dessins. La figure 1 est une représentation perspective d'une bielle avec tête de bielle divisée. La figure 2 est une coupe II-II de la tête de bielle de la figure 1. La figure 3 est une représentation perspective d'une surface de séparation d'une tête de bielle avec, dans les surfaces de séparation, des traces de fissure apparaissant pendant le processus de rupture; c'est ainsi que la figure 3a représente une tête de bielle sans trou parallèle à la surface de séparation, dans la zone non encochée de la tête de bielle. la figure 3b représente une tête de bielle avec un trou parallèle à la surface de séparation, dans la zone non encochée de la tête de bielle. la figure 3c représente une tête de bielle avec deux trous parallèles à la surface de séparation de la tête de bielle, dans des zones distinctes. La figure 1 représente une bielle divisée I qui est constituée d'un corps de bielle 2, d'un pied de bielle 3, d'une tête de bielle 4. Le plan de division A représente la position de rupture prescrite pour la séparation, par rupture, de la tête de bielle 4 en une coquille 5 et un chapeau 6. Dans la zone du plan A, la bielle présente des encoches de séparation 9a et 9b; dans l'exemple de réalisation préféré représenté ici, elles sont - du fait même du procédé de rupture choisi - réalisées à l'intérieur de la tête de bielle 4, c'est-à-dire dans la zone de la portée. En outre, dans la zone du plan de division A sont prévues des traversées 7a et 7b pour des boulons de fixation (non représentés) qui servent à fixer le chapeau 6 sur la coquille 5. Dans le plan de division A se trouve - comme on le voit sur la I]ir '- figure 2 - sur chaque surface de séparation prescrite 10a etlOb, un trou I la ou l lb qui relie la paroi 8 de la tête de bielle 4 à la traversée pour boulon 7. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 2, ce trou 11 est disposé diamétralement opposé à l'encoche de séparation 9. Le trou 11 a pour fonction d'obtenir une séparation par rupture, contrôlée, le long du plan de division A et d'éviter des ruptures doubles et des fissures. L'influence de ce trou sur le processus de rupture est représentée en détail sur les figures 3a - 3c. La surface de séparation prescrite 10 passe, en forme annulaire, autour de la traversée pour boulon 7. Lors de la rupture, la séparation par rupture est initiée sur l'encoche de séparation 9 sur laquelle apparaissent tout d'abord des fissures initiales qui s'élargissent en surface et - comme indiqué sur les figures 3a par les directions des flèches - se propagent, sur la surface de rupture: une fissure partielle 13a entoure la traversée 7 dans le sens horaire tandis que l'autre fissure partielle 13b entoure la traversée 7 dans le sens antihoraire. Les deux fissures partielles 13a et 13b se rencontrent dans une zone opposée à l'encoche de séparation 9. Il peut arriver ici que comme représenté sur la figure 3 - les deux fissures partielles 13a et 13b ne débouchent pas l'une dans l'autre le long d'une ligne commune mais montrent un décalage 14 l'une par rapport à l'autre. Ceci a pour conséquence que lors de la rencontre des deux fissures partielles apparaisse une rupture double 15. Le matériau qui se trouve dans la zone des lignes de rupture double 1 5a et 15b est extrêmement instable et peut facilement se désagréger, ce qui conduit à un endroit défectueux irréparable dans la zone de la surface de séparation prescrite 10. Grâce au trou 11, conforme à l'invention et représenté sur la figure 3b, qui relie dans le plan de rupture la paroi extérieure de la tête de bielle à la traversée pour boulon 7, on évite ce défaut: le trou 11 capte les fissures partielles 13a et 13b arrivant des deux côtés. Il est intéressant dans ce but que le diamètre du trou 1l1 soit supérieur au décalage 14 qui survient lors de la rupture et qui Tir - typiquement vaut 1-2 mm. Pour des motifs de technique de fabrication se recommande un diamètre de trou d'environ 2-4 mm qui est simple à percer, mais qui en même temps est choisi assez petit pour que le trou 11 n'affaiblisse que légèrement la bielle 1 dans la zone des plans de division A. Pour que le trou 1l1 puisse assurer sa mission de capteur de fissures partielles, il doit être positionné de façon à traverser la surface de séparation prescrite de forme annulaire 10 formée par la paroi 8 de la tête de bielle 4 et par la traversée pour boulon 7, à un endroit qui se situe en dehors de l'encoche de séparation 9. En même temps, il peut être avantageux, par exemple pour des motifs de technique de fabrication, de prévoir, en plus d'un trou 11 réalisé en dehors de l'encoche de séparation, un autre trou 12 qui relie la traversée pour boulon 7 à la paroi de la tête de bielle 8 dans la zone de l'encoche de séparation 9 ( voir figure 3c). Grace aux deux trous 11 et 12, la surface de séparation prescrite 10 se divise en deux surfaces individuelles distinctes dont chacune est munie de sa propre partie de l'encoche de séparation 9, surfaces qui donnent donc lieu à rupture complète indépendamment l'une de l'autre lors de la rupture de la bielle. Pour - en partant d'une ébauche - obtenir la bielle représentée sur la figure 1, on soumet tout d'abord le pied de bielle 3 et la tête de bielle 4 à un usinage fin, c'est-à-dire que l'on perce les portées avec la précision nécessaire. Dans le même pas de travail, on perce également les trous 1 (ou 11 et 12) dans la zone de la surface de séparation prescrite 10. En outre, si nécessaire, on munit de taraudages les traversées pour boulon 7 dans la tête de bielle 4. En outre on réalise les encoches de séparation 9 dans la zone du plan de division A de la tête de bielle 4. Ceci peut par exemple se faire par brochage, ce qui présente l'avantage technique de fabrication que la réalisation des encoches de séparation 9 peut se faire dans le même processus de travail que le reste de l'usinage avec enlèvement de copeaux. En variante, on peut réaliser des encoches de séparation 9 par usinage au laser; ce procédé présente l'avantage que l'encoche de séparation 9 obtenue par usinage au laser présente un endroit de rupture prescrite très exact et que la surface de rupture réelle commence donc de façon reproductible à l'encoche de séparation et que l'on obtient donc une sécurité élevée du processus de rupture. On divise alors, par séparation par rupture, la tête de bielle 4 ainsi préparée, le long du plan de division A, en une coquille 5 et un chapeau 6. On utilise dans ce but un outil de séparation de conception appropriée à l'aide duquel on exerce sur la tête de bielle des forces de séparation qui conduisent à la production de fissures initiales le long de l'encoche de séparation, et donc à une séparation par rupture, contrôlée. Les trous 11 garantissent ici que, dans la zone de séparation prescrite 10 n'apparaissent ni ruptures doubles ni fissures. Le procédé conforme à l'invention convient particulièrement pour la séparation, par rupture, de bielles forgées, du fait qu'avec la forme de réalisation, conforme à l'invention, des surfaces de joint de grande précision d'ajustement, on peut particulièrement bien satisfaire les exigences de résistance habituellement posées pour les bielles forgées. Toutefois, le procédé peut bien entendu s'employer également pour des bielles dont les ébauches sont fabriquées en matériau fritté, coulé ou usiné dans la masse. Tif -ST Revendications 1. Bielle comportant au moins une tête de bielle, - qui présente une division qui passe par la tête de bielle et qui est formée par une séparation, par rupture, de la tête de bielle, - dans laquelle la tête de bielle présente par tronçons, le long de chaque surface de séparation prescrite, une encoche de séparation - et dans laquelle chaque surface de séparation par rupture est traversée en son intérieur, par une traversée pour boulon, caractérisée par le fait - que, dans la zone de la surface de séparation prescrite (10), la bielle (1) contient juste un trou (11) qui est disposé parallèlement à cette surface de séparation prescrite (10) et relie la traversée pour boulon (7) à la paroi (8) de la tête de bielle (4), - et que le trou (1 1) débouche, dans la paroi (8) de la tête de bielle (4), en dehors de la zone de l'encoche de séparation (9). 2. Bielle selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le trou est disposé, sur la surface de séparation prescrite (10), diamétralement opposé à l'encoche de séparation (9). 3. Bielle comportant au moins une tête de bielle, - qui présente une division qui passe par la tête de bielle et qui est formée par une séparation, par rupture, de la tête de bielle, - dans laquelle la tête de bielle présente par tronçons, le long de chaque surface de séparation prescrite, une encoche de séparation - et dans laquelle chaque surface de séparation par rupture est traversée en son intérieur, par une traversée, pour boulon, caractérisée par le fait - que, dans la zone de la surface de séparation prescrite (10), la bielle (1) contient au moins deux trous (11,12) qui sont disposés parallèlement à cette surface de séparation prescrite (10) et relient les traversées pour boulon (7) à la paroi (8) de la tête de bielle (4) fir -T - qu'au moins l'un de ces trous (11) débouche, dans la paroi (8) de la tête de bielle (4), en dehors de la zone de l'encoche de séparation (9), - et qu'au moins l'un de ces trous (11,12) n'est pas parallèle à l'encoche de séparation (9). 4. Bielle selon la revendication I ou 3 caractérisée par le fait que le diamètre des trous (11,12) est inférieur à 5 mm. 5. Procédé de fabrication d'une bielle comportant au moins une tête de bielle, - qui présente une division qui passe par la tête de bielle et qui est formée par une séparation, par rupture, de la tête de bielle, - dans laquelle chaque surface de séparation par rupture est traversée, en son intérieur, par une traversée pour boulon, caractérisée par le fait - que sur une ébauche de la bielle (1), dans la zone de chaque surface de séparation prescrite (10), on réalise une encoche de séparation (9) orientée parallèlement à la surface de séparation prescrite (10), - et que dans la zone de chaque surface de séparation prescrite (10), on réalise un trou tubulaire (11) qui est disposé parallèlement à cette surface et relie la traversée pour boulon (7) à la paroi (8) de la tête de bielle (4), de façon telle qu'il débouche, dans la paroi (8) de la tête de bielle (4), en dehors de la zone de l'encoche de séparation (7). - et qu'enfin par séparation, par rupture, on divise la bielle (1) le long de la surface de séparation prescrite (10) orientée parallèlement à l'encoche de séparation (9). 6. Procédé de fabrication d'une bielle selon la revendication 5, caractérisé par le fait, que l'on fabrique l'ébauche de la bielle (I) par forgeage. 7. Procédé de fabrication d'une bielle selon la revendication , caractérisé par le fait, fi -T- Il que l'on réalise l'encoche de séparation (9) par brochage pendant l'usinage, avec enlèvement de copeaux, de la bielle (1). 8. Procédé de fabrication d'une bielle selon la revendication 5, caractérisé par le fait, que l'on réalise l'encoche de séparation (9) par usinage au laser. nr 1r