Brevet FR2822740A1 — publié le 20021004

PROCEDE DE FABRICATION DE CREMAILLERE PAR DECOUPE LASER L'invention concerne un procédé de fabrication de crémaillères de tout module utilisées aussi bien pour le levage, que pour la traction ou la translation. Par extension le procédé est applicable à toute forme courbe, y compris les formes circulaires (pignon). L'invention a pour but d'apporter une économie sensible dans leur fabrication en elle-même, tant en matière, qu'en temps et qu'en énergie, tout en améliorant leurs qualités mécaniques et leur durée de vie. Traditionnellement les crémaillères rectilignes sont faites à partir de barres de section carrées ou rectangulaires dans lesquelles on taille des dents du module désiré. La taille se fait soit avec des outils grande vitesse, généralement dent par dent, soit par des outils lents, généralement 3 à 5 dents à la fois. L'amélioration de la qualité de l'acier (ou autres matériaux) des crémaillères impose des outils de coupe plus performants, donc plus chers et qui s'usent plus vite. Cet usinage induit une quantité importante de copeaux de métal de l'ordre de 20% de la matière totale, 50% des dents elles-mêmes. Selon un premier aspect de l'invention, on propose de couper une plaque de métal en deux parties à l'aide d'un rayon laser fin et précis (ou par électroérosion), de telle manière que les 2 parties issues de la découpe forment chacune une crémaillère, ainsi il n'y a pas d'autre déchet que les résidus de brûlage du métal qui sont largement inférieurs à 1 % de la masse usinée (Figure 1). L'état de la technique ne permet pas aujourd'hui de couper des épaisseurs supérieures à environ 20 mm dans des aciers standards et moins si les aciers sont à haute résistance. Selon un deuxième aspect de l'invention on propose d'assembler plusieurs crémaillères de relative faible épaisseur ainsi obtenue par découpe laser (tranches) afin d'en faire une crémaillère de l'épaisseur désirée. L'assemblage peut se faire par axage, boulonnage, soudage. Pour parfaire l'invention, on intercalera avantageusement entre chaque tranche de crémaillère une tôle fine, de l'ordre du millimètre, cette tôle couvrant au plus toute la surface de contact entre deux tranches à l'exception de la surface de contact des dents entre elles. En effet, dans l'état actuel de la technique de crémaillères monoblocs, la graisse nécessaire à la lubrification du système à tendance, par l'extrême pression à laquelle elle est soumise, à fluer et à être rejetée sur les côtés, perdant ainsi son utilité. En intercalant des plaques fines, la graisse va être bloquée entre deux tranches et au passage du pignon, il se produira une circulation de graisse en circuit fermé, rendant la lubrification très efficace. Selon un troisième aspect de l'invention, on propose d'utiliser des aciers de haute qualité qui ne pourraient être découpés avec des outils conventionnels et qui peuvent l'être avec un rayon laser. Selon un quatrième aspect de l'invention, on choisit des aciers ayant des qualités d'auto trempage bien spécifiques, de telle manière que, après découpe au rayon laser, par action naturelle de l'air ou par aspersion dirigée d'un fluide de refroidissement, la surface préalablement chauffée par le rayon laser voit sa dureté et sa résistance à l'abrasion localement renforcées Selon un cinquième aspect de l'invention, on associe à une crémaillère ainsi formée, un pignon constitué du même nombre de tranches de la même épaisseur, toutes séparées par des tôles intercalaires d'épaisseur identique. Ainsi après alignement précis, à chaque tranche de crémaillère correspond une tranche de pignon. En effet, suivant l'état actuel de la technique utilisant de larges crémaillères monoblocs avec des pignons taillés dans la masse, du fait des défauts d'alignement, il est fréquent que dans la réalité un coin seulement de dent de crémaillère soit en contact avec une petite portion de dent de pignon, augmentant ainsi le risque de rupture de dent, et les pressions locales extrêmes accélérant considérablement l'usure des pignons et des crémaillères. Le fait que chaque tranche de crémaillère corresponde à une tranche de pignon améliore la surface de contact. Pour parfaire l'invention, on peut imaginer que les tranches de pignon ou de crémaillère soient accouplées d'une manière élastique en rotation, soit par ressort, soit par moyen intermédiaire en caoutchouc ou similaire, de telle manière que l'effort se répartisse d'une manière presque égale sur chaque tranche de pignon et de crémaillère. Pour parfaire l'invention, on peut imaginer que les n tranches de crémaillère soient décalées l'une par rapport à l'autre de la longueur du pas divisées par n et que l'on procède de même avec les tranches de pignon associées. Ainsi au lieu d'avoir un engrainement brutal, instantané et bruyant à chaque coïncidence de dents, cet engagement est multiplié par n. REVENDICATIONS 1-Procédé de fabrication par découpe laser d'une pièce travaillant par engrainement (pignon, crémaillère) caractérisé en ce qu'il comporte une étape dans laquelle - on découpe au laser une plaque, - la découpe comporte des excursions latérales régulières et alternatives pour former des crêtes et des fonds de dents d'engrainement, - dans le cas de fabrication de crémaillères droites, la découpe partage la barre lisse en deux barres lisses d'un côté et dentées du côté de la découpe pour former en même temps 2 crémaillères. 2-Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que - on associe côte à côte plusieurs plaques dentées pour former une pièce travaillant par engrainement dont l'épaisseur est au moins égale à la somme des épaisseurs des plaques dentées la composant. 3-Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que - on place une entretoise entre chacune des plaques dentées associées entre elles pour entre autre former une réserve de graisse. 4-Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que - On trempe le métal de la crémaillère en profitant de la chauffe occasionnée par la découpe laser. 5-Procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que - On accouple les tranches engrainantes de manière élastique en rotation (pignon) ou en translation (crémaillère), par exemple par ressort ou par manchon élastique. 6-Procédé selon les revendications 1,2, 3 et 5, caractérisé en ce que -on décale les tranches engrainantes de deux pièces en vis à vis d'un certain angle (pignon) ou d'une certaine distance (crémaillère) qui est un sous multiple de la distance du pas de façon à améliorer la progressivité d'engrainement et à diminuer le bruit.