Brevet FR2828122A1 — publié le 20030207

de gavage (" booster line ") et ligne de retour de boue (" mud return line "). - Procédé et appareil pour fabriquer un rotor de compresseur de suralimentation La présente invention concerne un procédé et un appareil pour fabriquer un rotor de compresseur de suralimentation. La figure 1 est une vue schématique d'un rotor de compresseur de suralimentation. Le rotor de compresseur de suralimenta- tion comprend un rotor mâle (rotor M 1) et un rotor femelle (rotor F 2) qui tournent en étant en prise l'un avec l'autre. Le rotor mâle 1 inclut une pluralité (trois sur le dessin) de parties convexes hélicoïdales la et le rotor femelle 2 inclut des parties concaves hélicoïdales 2a en prise avec les parties convexes hélicoïdales la sans aucun intervalle. Un gaz (par exemple de l'air) est comprimé entre les parties convexes et concaves hélicoïdales la et 2a et l'air est mis sous press ion pour suralimenter un moteur à combustion interne. Le rotor de compresseur de suralimentation comprend également une partie profilée 3 ayant des parties hélicoïdales la et 2a et un arbre 4 pénétrant dans la partie profilée 3. La partie profilée 3 est normalement en aluminium et l'arbre 4 est en acier. En conséquence, afin de raccorder fermement la partie profilée 3 avec l'arbre 4, de manière classique, des moyens de soudage de métaux sont employés pour exécuter une alumini- sation pour le côté arbre et raccordant l'arbre en acier à la partie profilée en aluminium. Dans ce cas, puisque l'arbre 4 et la partie profilée 3 sont mutuellement raccordés par soudage de métaux, le rotor doit être maintenu à une tempéra- ture élevée pendant une grande durée. De manière classique, le compresseur de suralimentation est fabriqué par moulage en coquille ou moulage de précision. Le moulage en coquille est un procédé pour fabriquer un rotor en versant du métal fondu (métal chaud) dans un moule et en le solidifiant. En ce qui concerne le moule, un moule de sable ou un moule métallique est le plus souvent utilisé. Le moule comporte une partie de cavité équivalente à un produit (rotor dans ce cas), et le métal chaud peut être versé dans cette partie. Pour le moulage en coquille, dans le cas d'une production en grande série, l'automatisation a été recherchée de diverses manières. Toutefois, la fabrication dun moule ou son désassemblage prend du temps (par exemple environ 6 minutes), abaissant la productivité. Une masselotte représentant deux fois le produit est nécessaire, ce qui abaisse le rendement et augmente les coûts. En raison de la faible précision du moulage, un excédent dépaisseur d' environ 3 mm est nécessai re, augmentant en conséquence une marge de façonnage, ce qui a pour résultat une durée de façonnage plus longue et des coûts de façonnage plus élevés. En outre, il est difficile de procurer une partie creuse hélicoïdale à l'intérieur du rotor ayant la partie hélicoïdale, rendant en conséquence le rotor lourd. Ainsi, le rotor classique présente de nombreux inconvénients tels qu'un moment dinertie élevé, inapproprié pour une rotation à vitesse élevée et pour des caractéristi- ques d'arrêt de fonctionnement, et une faible réponse à la vitesse du moteur. D'autre part, le moulage de précision est un procédé de moulage en carapace ou un procédé à la cire perdue, et caractérisé par une précision élevée du moulage. Toutefois, il est pratiquement impossible de fabriquer un rotor par le procédé de moulage en carapace. De plus, le procédé à la cire perdue inclut de nombreuses étapes, abaissant la productivité et augmentant les coûts. En outre, bien que la partie hélicoïdale puisse être rendue creuse ou que l'arre puisse être revêtu par moulage, les coûts sont plus élevés. Afin de résoudre le problème de raccordement par aluminisa- tion décrit précédemment, des moyens ont été proposés pour fixer une partie profilée et un arre l'un à l'autre par une broche, ou ménager une rainure 5 dans un arbre 4 et le revêtir par moulage comme représenté à la figure 2A (demande de brevet japonais à l' inspection publique n 301211/1995), ou des moyens ont été proposés pour procurer un trou traver sant 6 dans l'arbre 4 et le revêtir par moulage (demande de brevet japonais n 49677/1996). Toutefois des problèmes de coûts élevés provoqués par des augmentations des étapes de façonnage et des composants sont inhérents à ces moyens. La présente invention a été réalisée pour résoudre les problèmes énoncés précédemment. Plus spécifiquement, un premier but de la présente invention est de proposer un procédé et un appareil pour fabriquer un rotor de compresseur de suralimentation, qui soit capable de fabriquer à faible coût et efficacement un rotor pour un compresseur de surali mentation, réduisant les coûts en réduisant grandement une marge de façonnage et améliorant les caractéristiques de rotation à vitesse élevée et d'arrêt de fonctionnement, et la réponse à la vitesse du moteur en réduisant grandement le poids. Un second but de la présente invention est de proposer un procédé pour fabriquer un rotor de compresseur de surali- mentation, qui soit capable de raccorder à faible coût, efficacement et fermement une partie profilée et un arbre, constituant le rotor de compresseur de suralimentation, l'un à l'autre. Afin d'atteindre le premier but, en conformité avec la présente invention, il est proposé un procédé pour fabriquer un rotor de compresseur de suralimentation, une pluralité de moules métalliques séparés de partie profilée entourant une partie profilée du rotor de compresseur de suralimentation pour permettre la division, une paire de moules métalliques d'extrémité entourant les deux extrémités du rotor étant prévu et un noyau hélicoïdal passant en hélice à travers la partie profilée du rotor étant fixé à un premier moule métallique d'extrémité, le procédé comprenant les étapes consistant à: (A) former à l'intérieur une cavité de la forme du rotor par les moules métalliques divisés de partie profilée et les moules métalliques d'extrémité; (B) mettre sous pression le métal chaud et injecter et solidifier du métal chaud dans la cavité; et (C) extraire le moule métalli- que d'extrémité ayant un noyau hélicoïdal en le faisant tourner le long d'une ligne hélicoïdale. En conformité avec la présente invention, il est proposé un appareil pour fabriquer un rotor de compresseur de suralimen- tation, comprenant: une pluralité de moules métalliques divisés de partie profilée entourant une partie profilée d'un rotor de compresseur de suralimentation pour permettre la division; une paire de moules métalliques d'extrémité entourant les deux extrémités du rotor; un noyau hélicoïdal fixé à un premier moule métallique d'extrémité pour passer en hélice à travers la partie profilée du rotor; et un disposi- tif d' extraction rotatif pour extraire le moule métallique d'extrémité ayant le noyau hélicoïdal en le faisant tourner le long d'une ligne hélicoïdale. En conformité avec le procédé et l'appareil de la présente invention, par moulage sous pression pour former la cavité de la forme du rotor à l'intérieur des moules métalliques, et en mettant sous pression le métal chaud (par exemple de l'alumi- nium) et en injectant et solidifiant le métal chaud dans la cavité, il est possible de fabriquer un rotor de compresseur de suralimentation à faible coût et efficacement. En fixant le noyau hélicoïdal à un premier moule métallique d'extrémité de façon qu'il passe en hélice à travers la partie profilée du rotor et en tirant le moule métallique d'extrémité en faisant tourner celui-ci le long d'une ligne hélicoïdale, le rotor peut être creux. Ainsi, la forme creuse permet au rotor d'être mince, permet d'éviter les défauts de moulage propres au moulage sous pression, de réduire grande- ment le poids et de réduire le moment d'inertie. I1 s'ensuit qu ' il est possible d' améliore les caractéristiques de rotation à vitesse élevée et d'arrêt de fonctionnement et de réponse à la vitesse du moteur. En outre, contrairement au moulage en coquille, dans le moulage sous pression, il n'y a pas de masselotte et la s précision est élevée. Ainsi, il est possible de réduire les coûts du façonnage en prévoyant une épaisseur supplémentaire faible (par exemple d' environ 0,5 mm) et en réduisant grandement une marge de faconnage. En conformité avec un mode de réalisation préféré de la présente invention, le noyau hélicoïdal présente des formes semblables en section orthogonalement à l'arbre de rotor, une partie attachée au moule métallique d'extrémité étant épaisse et s'amincissant progressivement en direction de l'extrémité libre. Avec une telle structure, lorsque les dispositifs d'extrac- tion rotatifs extraient le moule métallique d'extrémité en faisant tourner celui-ci le long de la ligne hélicoïdale, un rotor moulé et le noyau hélicoïdal peuvent étre séparés doucement l'un de l'autre (démoulage), augmentant la produc- tivité du moulage sous pression. Afin d'atteindre le second but, en conformité avec la présente invention, il est proposé un procédé pour fabriquer un rotor de compresseur de suralimentation par moulage d'une partie profilée dun rotor de compresseur de suralimentation et d'un arbre pénétrant dans celui-ci, comprenant les étapes consistant à (D) faconner tout d'abord une partie croisée hélicoïdale gauche et droite sur une surface de l'arbre raccordée à la partie profilée; et (E) mouler la partie profilée autour de l'arbre par moulage sous pression. En conformité avec un mode de réalisation préféré de la présente invention, la partie croisée hélicoïdale gauche et droite inclut une rainure hélicoïdale de vis droite et une rainure hélicoïdale de vis gauche et ces rainures se croisent l'une l'autre. En conformité avec le procédé de la présente invention, en formant une rainure dans l'arbre, lorsque le moulage est exécuté dans le moulage sous pression, l'aluminium est injecté de manière sure par la pression du moulage dans la partie de rainure croisée formée sur la surface de l'arbre et une force de fixation suffisante est procurée par une . connexion mécanique. En conséquence, l'aluminisation classique sur le côté arbre est rendue non nécessaire et la formation de rainure et la pénétration sont également rendues non nécessaires. Le nombre des étapes de façonnage est. en conséquence, réduit et des composants supplémentaires sont rendus non nécessaires. Il s'ensuit qu'il est possible de raccorder fermement la partie profilée et l'arbre l'un à l'autre à faible coût et efficace- ment. D'autres buts et caractéristiques avantageuses de la présente invention apparaîtront d'après la description suivante faite en se référant aux dessins annexés. La figure 1 est une vue schématique dun rotor de compresseur de suralimentation. Les figures 2A et 2B sont des vues schématiques montrant chacune un procédé de moulage classique. La figure 3 est une vue structurale complète d'un appareil pour fabriquer un rotor de compresseur de suralimentation en conformité avec la présente invention. Les figures 4A et 4B sont des vues explicatives montrant chacune un procédé de fabrication en conformité avec un premier mode de réalisation de la présente invention. Les figures 5A et 5B sont des vues explicatives montrant chacune un procédé de fabrication en conformité avec un second mode de réalisation de la présente invention. Les figures 6A à 6C sont des vues schématiques montrant chacune un rotor fabriqué par le procédé représenté sur chacune des figures 5A et 5B. La figure 7 est une vue montrant un résultat de test du rotor fabriqué par le procédé représenté sur chacune des figures 5A et 5B. On décrira maintenant des modes de réalisation préférés de la présente invention en se référant aux dessins annexés. Les mêmes composants sur les dessins sont désignés par les mêmes références numériques et les explications correspondantes ne sont pas répétées. La figure 3 est une vue structurale complète d'un appareil pour fabriquer un rotor de compresseur de suralimentation en conformité avec la présente invention. Comme représenté, un appareil de fabrication de rotor 10 de la présente invention comprend une pluralité de moules métalliques divisés de partie profilée 12, une paire de moules métalliques d'extré- mité 14 et 15 et un dispositif d' extraction rotatif 18. La pluralité (par exemple 4 divisions) des moules métalliques divisés de partie profilée 12 entourent une partie profilée lla (non représentée, voir la figure 4B) d'un rotor de compresseur de suralimentation 11 de façon à permettre sa division et forment à l'intérieur une cavité 13 équivalente à la partie profilée lla. Du métal chaud peut être injecté à travers un trajet de métal chaud dans la cavité 13. Chaque moule métallique divisé de partie profilée 12 peut être déplacé dans une direction orthogonale à un arbre de rotor entre une position de moulage (indiquée par une ligne interrompue à doubles points j et une position de séparation (indiquée par une ligne pleine). Les deux moules métalliques dextrémité 14 et 15 ont respec- tivement des cavités d'arbre 14a et 15a pour recevoir l'arbre de rotor. L'arbre de rotor (non représenté) ayant une partie croisée hélicoïdale enroulée à gauche et à droite formée sur une surface dans une plage qui est plus courte que la longueur du corps de la partie profilée lla est ajustée dans les cavités. Dans cet état, la cavité 13 équivalente à la longueur du corps et une périphérie externe du corps de la partie profilée formant les deux extrémités llb (non repré- sentée, voir la figure 4) du rotor est formée. Un moule métallique d'extrémité 14 positionné sur le côté droit du dessin comporte un noyau hélicoïdal 16 fixé pour passer à travers la cavité 13 équivalente à la partie profilée du rotor. Une pluralité de noyaux hélicoïdaux 16 sont prévus correspondant aux parties hélicoïdales (parties torsadées) du rotor. Des formes en section orthogonale à l'arbre du rotor sont formées pour être similaires de sorte qu'un rotor moulé et le noyau hélicoïdal 16 peuvent être séparés doucement l'un de l'autre (démoulage) lorsque le noyau hélicoïdal 16 est extrait en étant mis en rotation autour d'une ligne hélicoï- dale. Dans le même but, une partie du noyau hélicoïdal 16 attachée au moule métallique d'extrémité 14 est épaisse et s'amincit progressivement en direction de l'extrémité libre (côté gauche sur le dessin). Le dispositif d' extraction rotatif extrait le moule métalli- que d'extrémité 14 ayant le noyau hélicoïdal décrit ci-dessus en le faisant tourner le long d'une ligne hélicoïdale. Ce dispositif d' extraction rotatif 18 inclut, par exemple, un arbre rotatif 18a fixé au moule métallique d'extrémité 14 et qui se prolonge dans une direction axiale, un guide hélicoï- dal (non représenté) pour guider l'arbre rotatif 18a le long d'une ligne hélicoïdale similaire à celle du noyau hélicoïdal et un dispositif à crémaillère et à pignon (non représenté) pour faire tourner l'arbre rotatif 18a autour d'un centre axial. Sur le dessin, le numéro de référence 17 représente une plaque de guidage pour le moule métallique d'extrémité 14 ayant le noyau hélicoïdal, et le guide hélicoïdal, non représenté, peut être disposé dans cette plaque de guidage. Les figures 4A et 4B sont des vues explicatives montrant chacune un procédé de fabrication en conformité avec un premier mode de réalisation de la présente invention: la figure 4A montrant le moulage (moulage sous pression) et la figure 4B montrant la séparation du moule métallique. Comme représenté, le procédé pour fabriquer un rotor de compresseur de suralimentation en conformité avec la présente invention comprend: (A) une étape de formation de cavité consistant à former à l'intérieur une cavité de la forme du rotor 13 par un moule métallique divisé de partie profilée 12 et des moules métalliques d'extrémité 14 et 15, en utilisant l'appareil décrit ci-dessus; (B) une étape d'injection et de solidification consistant à mettre sous press ion le métal chaud et à l'injecter et le solidifier dans la cavité 13; et (C) une étape de séparation de moule métallique consistant à extraire le moule métallique d'extrémité 14 ayant un noyau hélicoïdal en le faisant tourner le long dune ligne hélicoï- dale. La séparation du moule métallique divisé de partie profilée 12 et du moule métallique.d'extrémité 15 l'un de l'autre peut être exécutée simultanément avec l'étape de séparation de moule métallique ou dans une autre étape. Dans le procédé de fabrication du rotor de compresseur de suralimentation de la présente invention, avant l'étape de formation de cavité (A), une étape de façonnage darbre de rotor peut être prévue pour fac,onner une partie croisée hélicoïdale gauche et droite sur une surface de l'arbre du rotor dans une plage plus courte qu'une longueur de corps d'une partie profilée lla. Cette partie croisée hélicoïdale gauche et droite inclut une rainure hélicoïdale à vis droite et une rainure hélicoïdale à vis gauche découpée par exemple par un tour. La partie croisée est formée en croisant celles-ci l'une avec l'autre. La vis découpée est une vis à dix filets ayant un pas de 1 mm par exemple et présente une forme d' angle normal. Dans le travail du tour, une pluralité d'outils de découpe sont utilisés en parallèle et de multi ples vis à filet sont fac,onnées simultanément ou faconnées en décalant les positions des outils de coupe plusieurs fois. Au lieu d'effectuer une découpe en utilisant le tour, par exemple, un moletage peut être effectué. En prévoyant l'étape de fa, connage de l'arbre du rotor consistant à former la partie croisée gauche et droite sur la surface de l'arbre du rotor dans la plage plus courte que la longueur de corps de la partie profilée lla, lorsque l'arbre du rotor est revêtu dans le moulage sous pression, l'aluminium est injecté de manière sûre par une pression de moulage dans la partie de rainure croisée formée sur la surface de l'arbre du rotor et une force de fixation suffisante est procurée par connexion macanique. En conformité avec le procédé et l'appareil de la présente invention décrit ci-dessus, il est possible de fabriquer un rotor de compresseur de suralimentation à faible coût et efficacement par moulage sous pression pour former à l'inté- rieur la cavité de la forme du rotor 13 avec les moules métalliques 12, 14 et 15 et à injecter et à solidifier le métal chaud (par exemple de l'aluminium) dans la cavité. En fixant le noyau hélicoïdal 16 passant en hélice à travers la partie profilée du rotor à un premier moule métallique d'extrémité 14 et en extrayant le moule métallique d'extré- mité 14 en le faisant tourner le long de la ligne hélicoïda- le, le rotor peut avoir une forme creuse. La forme creuse permet au rotor d'être mince. Ainsi, il est possible d'éviter les défauts de moulage inhérents au moulage sous pression, de réduire grandement le poids et d'améliorer les caractéristi- ques de rotation à vitesse élevée et d'arrêt de fonctionne- ment en réduisant le moment dinertie, et la réponse à la vitesse du moteur. En outre, contrairement au moulage en coquille, dans le moulage sous pression, il n'y a pas de masselotte et la précision est élevée. Ainsi, en réduisant une épaisseur supplémentaire (par exemple d' environ 0,5 mm), et en rédui- sant grandement la marge de façonnage, il est possible de réduire les coûts de façonnage. Les figures 5A et 5B sont des vues explicatives montrant chacune un procédé de fabrication en conformité avec un second mode de réalisation de la présente invention: la figure 5A montrant une étape de façonnage de partie croisée et la figure 5B une étape de moulage. Dans l'étape de façonnage de partie croisée de la figure 5A, une partie croisée hélicoïdale gauche et droite 23 est formoe sur une surface d'un arbre 22 pénétrant dans une partie profilée du rotor de compresseur de suralimentation dans une plage plus courte que la longueur d'un corps de la partie profilée 21a. La partie croisée hélicoïdale gauche et droite 23 inclut une rainure hélicoïdale à vis à droite et une rainure hélicoïdale à vis à gauche découpée par un tour par exemple. La partie croisée est formée en croisant celles-ci l'une l'autre. La vis par découpe est une vis à dix filets ayant un pas de, par exemple 1 mm et comporte une forme d' angle normale. Dans le travail du tour, une pluralité d'outils de découpe 24 sont utilisés en parallèle et de multiples vis à filets sont façonnées simultanément ou façonnées en décalant les positions de couteau une pluralité de fois. Au lieu d'une coupe en utilisant le tour, par exemple, un moletage peut être effectué. Toutefois, la partie croisée 23 peut être façonnée plus efficacement pendant une durée plus courte dans le façonnage de vis par le tour que dans le moletage Dans l'étape de moulage de la figure 5B, l'arbre 22 dans lequel est façonnée la partie croisée 23 est entouré d'un moule métallique 25 et du métal chaud tel que de l'aluminium est injecté sous pression élevée à travers un trajet de métal chaud à l'intérieur d'une la cavité 26. Le métal chaud est solidifié dans la cavité 26 pendant une courte durée, achevant le rotor de compresseur de suralimentation ayant l'arbre 22 revêtu par moulage dans la partie profilée 21a. Les figures 6A à 6C sont des vues schématiques montrant chacune un rotor fabriqué par le procédé représenté sur chacune des figures 5A et 5B; la figure 6A étant une vue de côté, la figure 6B une vue d'extrémité et la figure 6C une vue en coupe transversale d'un rotor réellement fabriqué. Le rotor représenté sur chacune des figures 6A à 6C inclut une partie creuse 21b dans une partie profilée 21a. Cette forme creuse permet au rotor d'être mince. Ainsi, il est possible d'éviter les défauts de moulage inhérents au moulage sous pression, de réduire grandement le poids et d'améliorer les caractéristiques de rotation à vitesse élevée et d'arrêt de fonctionnement en réduisant le moment d'inertie, et la réponse à la vitesse du moteur. La figure 7 montre un résultat du test de rotor fabriqué par le procédé représenté sur chacune des figures 5A et 5B. Ce test a été effectué de la manière suivante par le procédé décrit ci-dessus: la partie profilée et l'arbre de rotor ont été revêtus par moulage sous pression d'aluminium, des parties indiquées par la flèche A de la figure 6C ont été découpées à partir de six emplacements dans la direction axiale et la force de liaison de chacun a été mesurée. Les ordonnées de la figure 7 indiquent la charge mesurée lorsqu'une partie A incluant la partie profilée et l'arbre est découpée à partir du rotor fabriqué, qu'une force axiale est appliquée sur l'arbre supportant la partie profilée, et que l'arbre est extrait de la partie profilée. Dans ce cas, la charge est représentée par la force de liaison pour une longueur axiale. Le dessin montre que par le procédé de la présente invention, lorsque la valeur standard de la force de liaison requise par le rotor de compresseur de suralimentation est de 1, la valeur limite inférieure de la force de liaison atteinte par la présente invention est de 1,38 et une force de liaison plus élevée d'au moins 38 % qu'habituellement peut être obtenue. De même, dans le test, comme mesure témoin d'une force de liaison entre la partie profilée et l'arbre, à savoir la dureté de la partie profilée autour de l'arbre, une dureté suffisamment élevée a été découverte dans la partie périphé- rique axiale, dans laquelle des défauts se produisaient facilement de manière classique. En conformité avec le procédé de la présente invention décrit précédemment, en formant une rainure dans l'arbre 22, lorsque le moulage a été exécuté par moulage sous pression, de l'aluminium est injecté de manière sûre par la pression du moulage dans la partie rainurée croisée 23 formée sur la surface de l'arbre 22 et une force de serrage suffisante est procurée par connexion mécanique. En conséquence, l'alumini- sation classique sur le côté arbre est rendue non nécessaire et la formation de rainure et la pénétration sont également rendues non nécessaires. Le nombre des étapes de façonnage est en conséquence réduit et des composants supplémentaires sont rendus non nécessaires. I1 s'ensuit qu'il est possible de raccorder fermement la partie profilée et l'arbre l'un à l'autre à faible coût et efficacement. Comme on le voit d'après ce qui précède, le procédé et l'appareil de la présente invention sont hautement avantageux en ce qu'il est possible de fabriquer un rotor de compresseur de suralimentation à faible coût et efficacement, il est possible d'améliorer les caractéristiques de rotation à vitesse élevée et d'arrêt de fonctionnement, et la réponse au moteur, en réduisant grandement une marge de façonnage pour réduire les coûts de façonnage et réduisant grandement le poids il est possible de raccorder fermement la partie profilée et l'arbre constituant le rotor de compresseur de suralimentation l'un à l'autre à faible coût et efficacement. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisa- tion précédent et il va de soi que divers changements et modifications peuvent être effectués sans sortir des ensei- gnements de la présente invention. Revendications 1. Procédé pour fabriquer un rotor de compresseur de suralimentation par moulage d'une partie profilée (21a) d'un rotor de compresseur de suralimentation (21) et d'un arbre (22) pénétrant dans celui-ci, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: (D) façonner tout d'abord une partie croisée hélicoïdale gauche et droite (23) sur une surface de l'arbre raccordée à la partie profilée; et (E) mouler la partie profilée (21a) autour de l'arbre par moulage sous pression.. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la partie croisée hélicoïdale gauche et droite (23) inclut une rainure hélicoïdale de vis droite et une rainure hélicoïdale de vis