Brevet FR2809045A1 — publié le 20011123

L'invention est relative à un dispositif et à un procédé d'articulation de deux pièces métalliques, dont au moins l'une est en tôle emboutissable et est en contact par une face d'appui avec l'autre pièce. L'articulation des deux pièces métalliques dont au moins l'une est en tôle est en général assurée un axe cylindrique, de type rivet, boulon ou équivalent, traversant deux logements cylindriques réalisés dans les pièces à assembler. Pour obtenir un fonctionnement de l'articulation, il est nécessaire que les tolérances fonctionnelles entre l'axe et les logements soient faibles, ce qui impose une précision d'usinage assez élevée, de l'ordre de quelques centièmes de mm, aussi bien dans la réalisation des perçages que dans celle de l'axe, ce qui conduit a un coût de fabrication élevé. En outre, dans les pièces comportant plusieurs articulations, et par exemple dans une pince étau à plusieurs branches, la multiplication des axes traversant gêne la mise en place reste du mécanisme et amène à réduire le diamètre des axes, en augmentant ainsi les risques de matage des joues autour des axes les plus sollicites et la formation de jeu pouvant altérer le fonctionnement. La présente invention a pour objet de fournir un dispositif d'articulation supprimant l'utilisation d'un axe cylindrique et permettant, tout en augmentant les tolérances fabrication, de réduire le matage et l'encombrement longitudinal de l'articulation. A cet effet, le dispositif d'articulation selon l'invention comprend, un collet tubulaire saillant transversalement de la pièce en tôle et dont la périphérie est conformée, in situ, à la forme d'un logement cylindrique récepteur ménagé dans l'autre pièce. Le collet tubulaire, conformé dans un logement pouvant être réalisé avec une tolérance de l'ordre quelques dixièmes de mm, donc à faible coût, constitue, seul, l'axe d'articulation. Par sa longueur limitée, le collet n'augmente pas l'encombrement transversal deux pièces articulées. Son caractère tubulaire dégage sa partie centrale et permet d'utiliser cette dernière pour d'autres fonctions, telles passage d'une broche, mise en place d'un crochet... Enfin, et en raison l'absence de tout axe cylindrique d'articulation, dont il fallait limiter le diamètre pour ne pas augmenter l'encombrement extérieur l'articulation, il est possible, dans ce type d'articulation par collet tubulaire d'augmenter le diamètre extérieur du collet et celui du logement le recevant, avec pour avantage d'augmenter surface des portées en contact et donc de réduire, voire supprimer, le matage générateur de jeu. Dans une forme d'exécution de l'invention et en particulier quand la piece métallique en tôle emboutissable présente une section transversale en U avec une âme et des ailes et contient la pièce avec laquelle elle doit être articulée, un collet tubulaire est réalisé dans chacune des ailes la pièce en tôle, coaxialement au collet réalisé dans l'autre aile, et ces deux collets opposés, font saillie en direction de l'intérieur à partir de la pièce extérieure et sont conformés, chacun, dans un logement cylindrique ménagé dans la pièce intérieure. Dans cette application, les deux collets de l'articulation assurent également la liaison des deux pièces, sans qu'il y ait besoin recourir à d'autres moyens. Cela réduit le temps et le coût de fabrication sans affecter les conditions d'articulation et d'encombrement, ni la résistance de la construction. Avantageusement, lorsque que la pièce intérieure aussi une piece métallique en tôle emboutie présentant une section en U avec une âme et deux ailes, les collets tubulaires, en saillie de l'intérieur vers l'extérieur, sont conformés chacun dans un logement cylindrique ménagé dans l'aile correspondante de la pièce interne et ne dépassent de l'épaisseur des ailes de cette pièce interne. L'absence d'axe cylindrique libère la partie intérieure de l'outil qui peut ainsi constituer un logement, par exemple pour un mécanisme. L'invention concerne aussi le procédé de réalisation ce dispositif d'articulation. Ce procédé consiste - à réaliser, dans la zone d'articulation de la pièce recevant le collet tubulaire, un logement cylindrique de diamètre D, - à réaliser, dans la zone d'articulation de la pièce solidaire du collet, un logement de diamètre d, ayant une valeur plusieurs fois inférieure à celle du diamètre D de la phase précédente et constituant une zone d'amorçage de la déformation, - à superposer la pièce comportant le logement diamètre d avec la pièce comportant le logement de diamètre D, cette superposition étant effectuée entre, d'une part, un poinçon ayant un diamètre Dp de valeur égale à D - (2e x K), expression dans laquelle e représente la valeur de l'epaisseur de la tôle et K un coefficient défini par les conditions d'emboutissage et ayant une valeur inférieure à 1, et, d'autre part, une matrice ayant un alésage diamètre moins égal à celui du poinçon, au jeu fonctionnel près, et en prenant soin de rendre coaxiaux les logements, le poinçon et l'alésage de matrice, - et à déclencher le déplacement du poinçon en direction de la matrice pour former le collet tubulaire par refoulement de la matière la pièce tôle comportant le logement de diamètre d, matière comprise entre le logement de diamètre d et la projection sur cette pièce du diametre Dp du poinçon, dans l'intervalle entre ce poinçon et le logement de diamètre D. Les valeurs des diamètres d, D et Dp sont déterminés le calcul, fonction de l'épaisseur de la tôle constitutive de la pièce et des caractéristiques physiques du métal de cette tôle, puis sont vérifiées par expérimentation. Il s'agit là d'une procédure bien connue du spécialiste en emboutissage et de la déformation des tôles métalliques. Il faut ici noter que, à la différence du soyage consistant à réaliser collet tubulaire saillant d'une tôle et dont le canal axial est ulterieurement muni d'un filetage, le collet tubulaire selon l'invention est réalisé, non pas dans matrice, mais directement dans le logement avec lequel sa periphérie va coopérer pour former l'articulation. Dans ces conditions, lors du fluage du métal, celui-ci épouse parfaitement le logement qui peut ainsi presenter des tolérances dimensionnelles très larges, et peut être réalisé par poinçonnage. Le procédé se différencie également de la liaison de deux tôles par clinchage consistant à former, par refoulement entre un poinçon et l'alésage de matrice une sorte de bouton borgne comportant un bourrelet retenue dépassant des deux tôles. A une différence de structure, puisque le bouton borgne à double épaisseur remplace le collet selon l'invention, s'ajoute une différence de fonction. En effet, cette technique assure la liaison en translation longitudinale et transversale des tôles, alors que dans la technique selon l'invention chaque collet tubulaire n'assure qu'une liaison en translation transversale par rapport à l'axe longitudinal du collet, avec possibilité d'articulation. Dans une forme de mise en oeuvre du procédé, relative à la réalisation d'une articulation entre les ailes de deux pièces en tôle de section en U emboîtées l'une sur l'autre, la matrice est insérée entre les ailes de la pièce intérieure et coopère avec deux poinçons coaxiaux, mais à déplacement en sens inverse, pour assurer, chacun, le refoulement de la matière formant collet de l'extérieur vers l'intérieur. Après refoulement, les deux collets font saillies de l'extérieur vers l'intérieur et ne forment aucune proéminence, tant vers l'extérieur que vers l'intérieur, puisque inclus dans des logements qui, réalisés dans les ailes de pièce intérieure permettent l'extraction sans difficulté de la matrice. Dans une autre forme de mise en oeuvre du procédé, relative à réalisation d'une articulation entre les ailes d'une pièce extérieure en tôle et de section en U une pièce métallique intérieure massive et contenue entre les ailes, la matrice est constituée par la pièce intérieure. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit en référence au dessin schématique indexé montrant l'application de ce dispositif d'articulation et de son procédé de réalisation à l'articulation l'assemblage trois leviers d'une pince étau Figure 1 est une vue en perspective montrant les différents éléments de pince étau avant leur assemblage, Figure 2 est une vue en perspective montrant les éléments apres assemblage, Figures 3 et 4 sont des vues partielles en coupe transversale respectivement, en début et en cours d'une opération de refoulement réalisant une articulation double, Figure 5 est une vue partielle et en coupe transversale montrant l'articulation obtenue, Figures 6 et 7 sont des vues en coupe suivant VI-VI de figure 1 VII-VII de figure 2 montrant l'articulation des leviers de la pince étau respectivement, avant et après refoulement de la tôle externe. De manière générale et comme montré en détail aux figures 1 et 2 la pince étau est composée d'un levier de serrage A, dit fixe, d'un levier B, dit mobile, d'un levier de blocage et déblocage C et d'une vis de réglage D coopérant avec un écrou E. Les trois leviers A, B et C sont articulés par des articulations I et Il (figure 2) et sont obtenus par emboutissage d'une tôle métallique. Ils présentent, chacun, au moins localement, une section transversale en U avec une âme et deux ailes. Ces sections ont un encombrement extérieur qui va en décroissant, de manière que le levier C s'insère entre les ailes du levier B et que le levier B s'insère entre les ailes du levier A. Cette description ayant pour objectif de faire connaître la structure des moyens d'articulation et de liaison entre les différents leviers A, B et il n'apparaît pas nécessaire de décrire le mécanisme particulier de cette pince étau. Les deux leviers respectivement fixe A et mobile B sont destinés à recevoir à leur extrémité antérieure et chacun, une mâchoire ou mors 2 articulé par une articulation III. A cette fin, chacun des leviers comporte, venant d'emboutissage et à son extrémité antérieure, un logement cylindrique 3a, de diamètre d. Le levier A comporte également, à son extrémité postérieure coiffant l'extrémité postérieure du levier B, et devant être articulée avec celle-ci, un autre logement 3c de diamètre d. Chacune des ailes du levier mobile B s'insérant dans les ailes du levier A est munie, à son extrémité postérieure, d'un logement cylindrique 4a de diamètre Ce levier B, qui comporte dans son âme une découpe 5 pour le passage de l'extrémité coudée du levier C, se prolonge vers l'intérieur par 2 excroissances 6, entre lesquelles viennent s'insérer les ailes 7 des deux extrémités coudées du levier C. Pour l'articulation des ailes 7 sur les excroissances 6, ces dernières sont traversées par un logement cylindrique de diamètre D, tandis que les ailes 7 sont traversées par un logement cylindrique de diamètre D. Pour assurer leur articulation et leur liaison, ces différents leviers B, et C sont positionnés dans un montage qui, comme montré à la figure 3, relative à liaison articulée I des extrémités postérieures des leviers A et B, assure l'alignement des axes des logements cylindriques 3c et 4d entre avec, d'une part, l'axe d'un alésage 10 ménagé dans une matrice 12, et d'autre part, l'axe deux poinçons 13a, 13b. La matrice 12 est glissée entre ailes du levier B. Une autre matrice similaire est glissée entre les ailes 7 du levier pour la réalisation de l'articulation entre ce levier et le levier B. Le diamètre Dp des poinçons 13a, 13b est détermine l'expression D-(2e x K) dans laquelle - D est le diamètre du logement 4a recevant et formant le collet, - e correspond à l'épaisseur des ailes du levier A allant etre déformé, et K est un coefficient ayant une valeur inférieure à 1 et dépendant cette épaisseur et des caractéristiques de fluage du matériau constitutif de la tôle dans laquelle a été embouti le levier A. En effet, le technicien de l'emboutissage sait bien que les diamètres définis par le calcul ont besoin d'être ajustés par des essais pour obtenir parfaitement le résultat attendu. Les figures 3 et 4 montrent que pour éviter les déformations, les poinçons , 13b peuvent être associés à des presse flans 14a, 14b. Chacun de ces poinçons est relié à des moyens aptes à le déplacer dans le sens des flèches 15a , c'est-à-dire d'abord en direction l'un de l'autre. Lors de son déplacement, chaque poinçon vient d'abord en contact avec le logement cylindrique 3c, qui forme une sorte d'amorce de fluage, puis pousse la matière disposée devant lui et plus particulièrement la couronne formée dans la tôle métallique extérieure, entre le logement cylindrique 3c et la projection cette tôle du logement sous-jacent 4a de diametre D. Le métal de cette couronne est ainsi amené à fluer en direction du logement 4a dans lequel il répartit, sans pour autant dépasser l'épaisseur la tôle dans laquelle est réalisé ce logement. A la fin de leur course, comme montré figure 4, deux poinçons pénètrent dans l'alésage 10 de la matrice 12. Après retrait des 2 poinçons 13a, 13b, et retrait la matrice 12, comme montré à la figure 5, chacun des collets tubulaires 16a et 16b assure la liaison en translation transversale T1 de l'aile de laquelle il fait saillie avec l'aile dans laquelle il pénètre, tout en permettant l'articulation de ces deux ailes. De plus, ces deux collets 16a, 16b étant chacun en saillie de l'extérieur vers l'intérieur, ils assurent le calage en translation longitudinale L1 des ailes de la pièce A sur celle de la pièce B, et en conséquence, la liaison complète de ces ailes et des deux leviers. La figure 5 met en évidence que les collets 16a, ne dépassent pas à l'intérieur des pièces à assembler, ni d'ailleurs à l'extérieur, et n'ajoutent rien à l'encombrement transversal de l'articulation ainsi obtenue. La même technique est utilisée pour l'assemblage et l'articulation des mors 2 avec les leviers A et B, mais dans ce cas, matrice 12 est remplacée par chacun des mors 2. Dans cette forme d'exécution, et comme montré figure 6, chaque mors comporte un unique logement 4c qui est traversant et qui reçoit les collets tubulaires, dont la longueur importe peu, et les poinçons 13a, 13b, en fin de course. Dans une variante, chaque mors peut comporter, en plus des logements 4c de diamètre D, un alésage central dont le diamètre est au plus égal à D et au moins égal à celui Dp des poinçons, au jeu fonctionnel près. La figure 7 montre que, après réalisation du soyage par refoulement, chaque mors 2 est calé en translation longitudinale et en translation transversale et est articulé par les 2 collets 16a, 16b. L'articulation IV de l'écrou E sur les ailes 7 du levier C réalisée de la même façon que celle des mors 2, avant réalisation des articulations I, II et III. II est bien évident que l'articulation 1 des extrémités postérieures des leviers A et B, l'articulation II du levier C sur le levier B et les articulations 111 des mors 2 aux extrémités antérieures des leviers A et B, peuvent être réalisées en même temps, ce qui présente l'avantage réduire considerablement le temps d'assemblage et de montage des composants de la pince étau. Lorsque la pince est pré-assemblée, comme montré à figure 2, sans vis D, elle peut subir un traitement thermique et un traitement de surface améliorant ses caractéristiques physiques et sa présentation, ce qui évite de procéder à des traitements différents pour chaque élément renforce les soyages formant articulation. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'articulation de deux pièces métalliques dont au moins l'une est en tole emboutissable et est en contact par une face d'appui avec l'autre pièce, caractérisé en ce qu'il comprend un collet tubulaire 6a) saillant transversalement de la pièce en tôle (A, B) et dont la périphérie est conformée, in situ, à la forme d'un logement cylindrique récepteur (4a, 4c) ménagé dans l'autre pièce. 2. Dispositif d'articulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que, quand la pièce métallique en tôle emboutissable (B) présente une section transversale en U avec une âme et des ailes et contient la piece (2) avec laquelle elle doit être articulée, un collet tubulaire (16a, 16b) est réalisé dans chacune des ailes de la pièce (B) en tôle, coaxialement au collet réalisé dans l'autre aile, et ces deux collets opposés font saillies, en direction de l'intérieur à partir de la pièce extérieure et sont conformés, chacun, dans un logement cylindrique (4c) ménagé dans la pièce intérieure (2). 3. Dispositif d'articulation selon la revendication 2, caractérisé lorsque que pièce intérieure (B, C) est aussi une pièce métallique en tôle emboutie présentant une section en U avec une âme et deux ailes, les collets tubulaires (1 16b), en saillie de l'intérieur vers l'extérieur, sont conformés chacun dans un logement cylindrique (4a, 4b) ménagé dans l'aile correspondante de la pièce interne (B, C) et ne dépassent de l'épaisseur des ailes de cette pièce interne. Procédé de réalisation d'une articulation deux pièces métalliques selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste - à réaliser, dans la zone d'articulation (I, II ou III) de la pièce (B, C ou 2) recevant le collet tubulaire (16a, 16b), un logement cylindrique 4b, 4c) de diamètre D, - à réaliser, dans la zone d'articulation de la pièce ou B) solidaire du collet, un logement (3a, 3b, 3c) de diamètre d, ayant une valeur plusieurs fois inférieure à celle du diamètre D de la phase précédente et constituant une zone d'amorçage de la déformation, - à superposer la pièce (A ou B) comportant le logement (3a, 3b, 3c) de diamètre d et la pièce (B ou C) comportant le logement (4a, 4b, 4c) de diamètre D, cette superposition étant effectuée entre, d'une part, un poinçon (13a, 13b) ayant un diamètre Dp de valeur égale à D - (2e x K), expression dans laquelle e représente la valeur de l'épaisseur du collet final et K un coefficient défini par les conditions d'emboutissage et ayant une valeur inférieure 1, et, d'autre part, une matrice (12, 2) ayant un alésage de diamètre au moins égal à celui du poinçon, au jeu fonctionnel près, et en prenant soin de rendre coaxiaux les logements, le poinçon et l'alésage de la matrice, - et à déclencher le déplacement du poinçon (13a, 13b) en direction de la matrice (10, 2) pour former le collet tubulaire par refoulement de la matière de la pièce en tôle (A ou B), matière comprise entre le logement de diamètre d et la projection sur cette pièce du diamètre Dp du poinçon (13a, 13b), dans l'intervalle entre ce poinçon et le logement (4a, 4b, 4c) de diamètre D. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que pour une articulation (I ou II) entre les ailes de deux pièces en tôle et de section en U (A et B, ou B et C) emboîtées l'une dans l'autre, la matrice (1 est insérée entre les ailes de la pièce intérieure (B ou C) et coopère avec deux poinçons (13a, 13b) coaxiaux, mais à déplacement en sens inverse, pour assurer chacun le refoulement de la matière des ailes extérieures, de l'extérieur vers l'intérieur. 6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé ce que pour une articulation (III) entre les ailes d'une pièce extérieure (B) en tôle et de section en U et une pièce métallique intérieure (2), massive et contenue entre ces ailes, la matrice est constituée par la pièce intérieure (2).