Brevet FR2857888A1 — publié le 20050128

PROCEDE DE FABRICATION D'UN ELEMENT DE COUPLAGE, EN PARTICULIER D'UNE FOURCHE POUR JOINTS DE CARDAN, ET ELEMENT DE COUPLAGE AINSI OBTENU La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un élément de couplage, en particulier d'une fourche pour joints de cardan, plus particulièrement pour des joints de cardan de direction 5 d'une voiture, et un élément de couplage obtenu avec ledit procédé. On connaît dans l'art, des procédés de fabrication qui permettent de réaliser des éléments de couplage, tels que des fourches pour des joints de cardan qui 10 utilisent des feuilles de tôles ou des morceaux de tube. Une fourche réalisée avec lesdits procédés du type connu, est généralement constituée d'une base fissurée d'une forme sensiblement cylindrique délimitée par deux ailes formant une pince de serrage et chacune dotée 15 d'un trou pour le passage d'un boulon. A partir de ladite base, s'étendent deux bras l'un en face de l'autre, comprenant eux aussi un trou pour le raccordement du croisillon d'un joint de cardan. Les limites de procédure des procédés de 20 fabrication du type connu, permettent de réaliser des fourches ayant des épaisseurs très limitées, de sorte que l'intensité des charges pouvant être supportées par celles- ci en condition de sécurité et pendant l'exercice normal, est plutôt limitée. En outre, en 25 raison de l'épaisseur réduite de la fourche, dans les trous pratiqués dans celle-ci pour en effectuer la fixation sur les autres composants d'un élément mécanique complexe, il n'est pas possible de réaliser des filetages qui peuvent efficacement supporter la mise en prise d'une vis. Dans ce cas, en fait, des essais expérimentaux ont démontré que le nombre 5 insuffisant de filetages qu'il est possible d'agencer dans l'épaisseur limitée de l'aile de la fourche s'endommage extrêmement facilement déjà pour de faibles charges appliquées et encore davantage lorsque la vis est montée et démontée plusieurs fois pour simuler le 10 remplacement de l'élément de couplage. Avec ce type de fourches, pour garantir une bonne tenue de la fixation, on est donc obligé d'utiliser un boulon, qui est souvent réalisé avec un matériau de classe supérieure à celui qui constitue la fourche. Une telle solution, 15 outre le fait qu'elle est excessivement coûteuse, est souvent trop encombrante, en particulier lorsque la fourche est utilisée dans un mécanisme de direction pour véhicule, où les espaces pour loger ledit mécanisme sont plutôt étroits et, d'un autre côté, une 20 simple réduction des dimensions des composants du mécanisme réussit difficilement à satisfaire les exigences de sécurité requises par ces applications. En tant que solution partielle à de tels problèmes provenant des limites des procédés de production de 25 type connu, on a proposé certaines solutions techniques qui consistent à augmenter localement l'épaisseur de la fourche obtenue au moyen du renvoi du matériau d'une zone de la fourche dans laquelle on doit créer un trou à une autre zone, ou bien plus simplement, grâce à 30 l'insertion d'une bague filetée réalisée avec un matériau à haute résistance dans un siège prévu à l'origine pour le filetage. Des solutions de ce type se trouvent par exemple, dans le brevet italien IT1 197 623. L'utilisation d'une bague réalisée avec un 5 matériau différent de celui qui constitue l'élément de couplage sur lequel elle est appliquée, est d'un côté certainement en mesure de permettre une augmentation du nombre de filets qui peuvent être agencés sur la fourche, mais d'un autre côté, cela pose de nombreuses 10 complications dans le cycle de travail puisque l'on devra prévoir non seulement des procédures indiquées pour son montage sur la fourche, mais également des contrôles appropriés concernant l'efficacité dudit montage. Ces opérations supplémentaires et l'utilisation de matériaux spéciaux génèrent une augmentation indésirée du coût de production de l'élément de couplage. L'autre solution illustrée dans le brevet IT1 197 623, c'est-à-dire celle consistant à créer une 20 surépaisseur autour du trou au moyen du renvoi du matériau du trou lui-même à l'aile correspondante n'est pas satisfaisante, non seulement concernant les difficultés techniques de réalisation, mais également concernant le fait que le volume de matériau transféré 25 dans le formation du trou n'est souvent pas suffisant pour garantir la génération d'une épaisseur utile pour agencer une filetage en mesure d'offrir une résistance appropriée aux sollicitations et aux vissages/dévissages possible répétés de la vis de 30 fixation pour les éventuelles opérations de manutention de la fourche. Un but de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication d'un élément de couplage, en particulier d'une fourche pour des joints de cardan, plus particulièrement pour des joints de cardan de 5 direction d'une voiture, et un élément de couplage obtenu avec ledit procédé qui vient à bout des défauts et des inconvénients des procédés de type connu et des éléments mécaniques connus réalisés au moyen desdits procédés connus. Dans le cadre du but mentionné ci-dessus, un objet de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication d'un élément de couplage qui utilise un seul matériau pour le formage dudit élément. Un autre objet de la présente invention est de 15 proposer un procédé de fabrication qui permet d'obtenir un élément de couplage, en particulier d'une fourche pour joints de cardan, avec une résistance mécanique à la déformation supérieure à celle que l'on peut rencontrer dans les fourches de type connu, ledit 20 élément de couplage selon la présente invention, étant en mesure de supporter de nombreux cycles de démontage/montage sans subir de dégâts qui compromettent le fonctionnent dans des conditions de sécurité du système mécanique sur lequel ledit élément 25 est monté. Encore un objet de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication d'un élément de couplage qui simplifie les opérations successives nécessaires à l'obtention de la finition dudit élément. 30 Un autre objet de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication qui permet d'obtenir un élément de couplage compact qui se loge facilement dans des espaces étroits. Le but et les objets mentionnés ci-dessus sont atteints grâce à un procédé de fabrication d'un élément 5 de couplage et grâce à l'élément de couplage correspondant ainsi obtenu, ayant les caractéristiques décrites ci-après, à titre d'exemple et non limitatif, en référence aux dessins d'accompagnement, dans lesquels: Les figures la et lb illustrent respectivement une vue en plan et une vue de face d'un morceau de barre d'acier pleine; La figure lc illustre une vue en perspective du morceau représenté sur les figures la et lb; Les figures 2a et 2b illustrent respectivement une vue en plan et une vue de face d'un premier gabarit de l'élément de couplage selon la présente invention pendant une étape du présent procédé de fabrication; La figure 2c illustre une vue en perspective du 20 premier gabarit représenté sur les figures 2a et 2b; Les figures 3a et 3b illustrent respectivement une vue en plan et une vue de face d'un deuxième gabarit de l'élément de couplage selon la présente invention pendant une étape du présent procédé de fabrication; La figure 3c illustre une vue en perspective du deuxième gabarit représenté sur les figures 3a et 3b; Les figures 4a et 4b illustrent respectivement une vue en plan et une vue de face d'un troisième gabarit de l'élément de couplage selon la présente invention 30 pendant une étape du présent procédé de fabrication; La figure 4c illustre une vue en perspective du troisième gabarit représenté sur les figures 4a et 4b; Les figures 5a, 5b et 5c illustrent respectivement une vue de face, une vue latérale et une vue en perspective de l'élément de couplage fini; La figure 6 illustre une vue en coupe de la base de l'élément de couplage prise selon la ligne VI - VI de la figure 5a; La figure 7 illustre l'élément de couplage 10 représenté sur les figures 5a, 5b et 5c en phase d'assemblage sur un arbre. Le procédé conçu pour la fabrication d'un élément de couplage, en particulier d'une fourche pour des joints de cardan, plus particulièrement pour des joints 15 de cardan de direction d'une voiture, se compose essentiellement de cinq étapes. Au début du présent procédé de construction, une barre d'acier pleine, constituée de préférence d'acier ayant une limite d'élasticité Rs comprise entre 300 MPa 20 et 400 MPa, est coupée afin de former un morceau d'acier 1, tel que celui illustré sur les figures la, lb et lc. Successivement, ledit morceau 1 est reçu dans un moule, non représenté ici, pour effectuer les opérations de déformation plastique à froid décrites 25 ci-après. Une première déformation plastique à froid permet de conformer le morceau 1 selon un premier gabarit 2, comme illustré sur les figures 2a, 2b et 2c. Un tel premier gabarit 2 comprend une base 6 et deux bras 3' 30 et 3'' qui définissent entre eux une surface sensiblement concave 4 qui s'étend dans la direction transversale à l'axe longitudinal l dudit premier gabarit 2 presque sur toute la largeur de ce dernier. Suite à la première déformation plastique, les bras 3' et 3'' ont une longueur égale à environ 1/10 de la 5 longueur qu'ils ont lorsque l'élément de couplage est fini. Au moins avec une seconde déformation plastique à froid, ledit premier gabarit 2 est conformé afin d'obtenir un deuxième gabarit 5 illustré sur les 10 figures 3a, 3b et 3c. Ce deuxième gabarit 5 est obtenu en faisant fonctionner l'extension des bras 3' et 3'' du premier gabarit 2 au moyen du transfert de matériau de la base 6 dudit premier gabarit 2 vers la périphérie de la même base 6. Suite à ladite au moins une seconde 15 déformation plastique, la surface concave 4 a tendance à se rapprocher du fond 7 de l'élément de couplage en formation, déterminant une nouvelle forme de la base 6. Comme on le voit sur la figure 3a, ladite au moins une seconde déformation plastique génère dans ladite base 6 20 une répartition asymétrique de matériau pour former une surépaisseur 10 qui s'étend de manière transversale par rapport aux bras 3' et 3''. Dans une phase ultérieure du présent procédé de fabrication, le deuxième gabarit 5 est calibré pour 25 obtenir un troisième gabarit 8 qui présente les principales dimensions que l'élément de couplage en formation doit avoir au terme du procédé de fabrication. Lorsque cela est nécessaire, de telles dimensions tiennent compte des épaisseurs convenables de surmétal 30 prévues pour permettre les usinages mécaniques de finition. Outre le calibrage, afin d'obtenir le troisième gabarit 8, dans le deuxième gabarit 5, on procède à l'extrusion d'au moins une partie de matériau qui constitue la base 6 pour la formation d'une ouverture 9 qui traverse de préférence de part en part 5 la base 6, c'est-à-dire qu'une telle ouverture 9 s'étend de préférence du fond 7 de l'élément de couplage jusqu'à la surface concave 4. Les figures 4a, 4b et 4c illustrent le troisième gabarit 8 après l'achèvement des opérations de calibrage et d'extrusion. 10 L'ouverture 9 est prévue, comme cela est mieux décrit ci-après, pour coupler l'élément de couplage avec un arbre de dimension appropriée pour constituer un système mécanique plus complexe. Une fois que l'on a obtenu le troisième gabarit 8, 15 pour arriver à la pièce finie, on réalise certains usinages mécaniques qui comprennent, individuellement ou en combinaison, les usinages de perçage, d'alésage, de coupe, de brochage, de filetage. Sur les figures 5a, 5b et 5c, on illustre un 20 élément de couplage, en particulier une fourche pour joints de cardan, plus particulièrement pour des joints de cardan dans la direction d'une voiture, qu'il est possible d'obtenir au terme du procédé de fabrication décrit ci-dessus. Un tel élément de couplage comprend 25 essentiellement une base 6 dans laquelle on pratique une fente 11 afin de former une paire d'ailes 12' et 12'' entre lesquelles s'étend une ouverture 9 dans laquelle on pratique un usinage de brochage pour obtenir un profil denté utile pour la fixation d'un 30 arbre non représenté. L'élément de couplage fini comprend en outre deux bras 3' et 3'' en face l'un de l'autre et dépassant de la base 6. De préférence, sur chacun desdits bras 3' et 3'', on pratique un trou 13' et 13'' pour le 5 raccordement d'un élément mécanique ultérieur, non représenté ici, comme par exemple le croisillon d'un joint de cardan. Au moins l'une des deux ailes 12' et 12'' comprend une surépaisseur 10 qui s'étend de manière transversale 10 par rapport aux bras 3' et 3'' en face l'un de l'autre et, comme on le voit dans la coupe illustrée sur la figure 6, chaque aile 12' et 12'' est dotée d'un trou 14' et 14''. Dans le trou 14' qui, dans l'élément de couplage représenté à titre d'exemple, est réalisé dans 15 l'aile 12' dotée de la surépaisseur 10, on trouve un filetage qui comprend un certain nombre de filets de préférence supérieur ou égal à sept. Ce nombre de filets est choisi afin qu'une vis 15, pouvant se loger dans les trous 14' et 14'', soit mise en prise au moins 20 en partie sur ladite surépaisseur 10 garantissant une fixation efficace de l'élément de couplage sur un arbre d'un système mécanique plus complexe. Une illustration d'un assemblage possible entre l'élément de couplage de la présente invention et un arbre, est représentée sur 25 la figure 7 où l'on illustre également l'emplacement de la vis 15 selon ce qui est décrit ci-dessus. On constate ainsi que l'invention a atteint le but et les objets prédéterminés, en ayant réalisé un procédé de fabrication avec lequel il est possible 30 d'obtenir un élément de couplage, peu encombrant et avec une résistance mécanique améliorée, ce dernier étant composé d'un matériau unique. On a également constaté que le procédé de fabrication simplifie les usinages de finition nécessaires à l'obtention dudit élément de couplage. Naturellement la forme réalisée de l'élément de couplage obtenu avec le procédé de fabrication décrit ici, est uniquement l'une des multiples formes de réalisation, toutes se trouvant dans la portée de la présente invention, que l'homme du métier pourra 10 obtenir selon les enseignements contenus dans la présente description. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un élément de couplage, en particulier d'une fourche pour joints de cardan, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes consistant à : obtenir un morceau (1) d'acier en coupant une barre d'acier pleine; réaliser une première déformation plastique à froid pour la formation d'un premier gabarit (2) 10 comprenant une base (6) et deux bras (3', 3'') qui définissent entre eux une surface sensiblement concave (4) ; réaliser au moins une seconde déformation plastique à froid pour obtenir un deuxième gabarit (5) 15 dans lequel l'extension desdits bras (3', 3'') est réalisée au moyen du transfert de matériau de la base (6) dudit premier gabarit (2) vers la périphérie de la même base (6) ; calibrer ledit deuxième gabarit (5) et extruder au 20 moins une partie de matériau constituant ladite base (6) pour former une ouverture (9), ledit calibrage et ladite extrusion permettent d'obtenir un troisième gabarit (8) ; réaliser les usinages mécaniques de finition dudit 25 troisième gabarit (8) pour obtenir ledit élément de couplage. 2. Procédé de fabrication d'un élément de couplage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite barre est composée à partir d'un acier ayant une limite d'élasticité Rs comprise entre 300 MPa et 400 MPa. 3. Procédé de fabrication d'un élément de couplage 5 selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits bras (3', 3'') obtenus grâce à ladite première déformation plastique à froid ont une longueur d'environ 1/10 de leur longueur au niveau de l'élément de couplage fini. 4. Procédé de fabrication d'un élément de couplage selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite au moins une seconde déformation plastique à froid génère dans ladite base 15 (6) une répartition asymétrique du matériau. 5. Procédé de fabrication d'un élément de couplage selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite ouverture (9) traverse de 20 part en part ladite base (6). 6. Procédé de fabrication d'un élément de couplage selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits usinages mécaniques 25 comprennent, individuellement ou en combinaison, les usinages de perçage, d'alésage, de coupe, de brochage, de filetage. 7. Elément de couplage, en particulier une fourohe 30 pour des joints de cardan, réalisé au moyen du procédé de fabrication selon une ou plusieurs des revendications 1 à 6, ledit élément de couplage comprenant: une base (6) fissurée afin de former deux ailes (12', 12'') entre lesquelles s'étend ladite ouverture 5 (9), chaque aile (12', 12'') de ladite paire d'ailes étant dotée d'un trou (14', 14'') ; deux bras (3', 3'') en face l'un de l'autre, qui dépassent de ladite base (6) ; ledit élément de couplage étant caractérisé en ce 10 qu'au moins l'une desdites ailes (12', 12'') comprend une surépaisseur (10) qui s'étend de manière transversale par rapport auxdits bras (3', 3'') l'un en face de l'autre. 8. Elément de couplage selon la revendication 7, caractérisé en ce que dans le trou (14') réalisé dans ladite au moins une desdites ailes (12', 12'') qui comprend ladite surépaisseur (10), on trouve un filetage comprenant un certain nombre de filets 20 supérieur ou égal à sept. 9. Elément de couplage selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que dans ledit trou (14', 14'') réalisé dans chaque aile de ladite paire d'ailes (12', 25 12''), on peut loger une vis (15) mise au moins en prise en partie sur ladite surépaisseur (10).