Brevet FR2860446A1 — publié le 20050408

PROCEDE DE FABRICATION DE RESSORT HELICOÏDAL, NOTAMMENT DE RESSORT A SPIRES PLATES La présente invention concerne un procédé de fabrication de ressort hélicoïdal et notamment, de ressort à spires plates. On connaît divers types de ressorts. Parmi ceux-ci, on distingue les ressorts de compression, les ressorts de traction et les ressorts de torsion, ces derniers ayant pour rôle de restituer un couple. On connaît des procédés pour fabriquer des ressorts hélicoïdaux. Parmi eux, on distingue des procédés d'enroulement à froid et à chaud. Typiquement, l'enroulement à froid est adapté pour des fils ronds ayant un diamètre typiquement inférieur à 7 mm (plus rarement jusqu'à 20 mm) et l'enroulement à chaud pour des barres dont le diamètre moyen peut aller jusqu'à 30 mm. Or, de tels procédés impliquent des déformations plastiques très importantes du matériau devant former le ressort, en particulier dans les directions perpendiculaires à l'axe d'enroulement. Ils ne sont pas adaptés pour la fabrication de ressorts hélicoïdaux à spires plates. Par spire plate , on entend une spire dont l'épaisseur (la dimension dans la direction de l'axe des spires) est très inférieure à la hauteur (la dimension dans une direction perpendiculaire à cet axe), par exemple dans un rapport inférieur à 1/5, voire inférieur à 1/20. Il existe donc un besoin pour un procédé de fabrication de ressort hélicoïdal, adapté à la fabrication de ressorts hélicoïdaux à spires plates. L'invention a pour objet un procédé de fabrication de ressort hélicoïdal comprenant les étapes: (a) de fourniture d'une ébauche et d'un outil de blocage; (b) de filetage de l'ébauche fournissant un filet solidaire d'une âme; (c) de blocage de l'ébauche filetée avec l'outil de blocage; et (d) de perçage de l'âme de l'ébauche bloquée. Dans des modes de réalisation préférés, l'invention comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: l'ébauche fournie est une barre et de section longitudinale rectangulaire; l'outil de blocage fourni est un écrou et l'étape (c) comprend un vissage de l'ébauche filetée dans l'écrou; l'écrou est un écrou fendu ou à créneaux, comprenant au moins deux secteurs, et l'étape (c) comprend en outre un serrage de ces secteurs sur le filet de l'ébauche; l'ébauche fournie est une barre de section longitudinale tronconique; l'étape (b) de filetage est effectuée avec un pas de filet variable; R:1Brevets12 1 0 0012 1 02 3.doc - 01/10/03 - 16:10 - 1/10 l'outil de blocage comprend plusieurs mors et dans lequel l'étape (c) de blocage comprend le serrage de chacun des mors sur le filet de l'ébauche; le procédé selon l'invention comprend en outre une étape (b') de séparation d'une partie filetée de l'ébauche d'une partie non filetée; le procédé selon l'invention comprend en outre une étape (e) de déformation de l'ébauche. L'invention concerne également un ressort hélicoïdal susceptible d'être obtenu selon le procédé de l'invention. L'invention concerne en outre un ensemble de direction d'un véhicule comprenant: une colonne de direction; un volant monté fixe à une extrémité de la colonne; un moyeu adjacent au volant, libre en rotation par rapport au volant; et des moyens de mise en rotation du moyeu, avec un moteur électrique relié au moyeu par un ressort hélicoïdal selon l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins annexés, qui montrent: Figure 1: un schéma illustrant des étapes d'un procédé de fabrication d'un ressort hélicoïdal selon un mode de réalisation; et Figure 2: une vue en coupe d'un outil de blocage selon un mode de réalisation. L'invention propose un procédé de fabrication de ressort hélicoïdal comprenant les étapes: (a) de fourniture d'une ébauche et d'un outil de blocage, (b) de filetage de l'ébauche fournissant un filet solidaire d'une âme, (c) de blocage de l'ébauche filetée avec l'outil de blocage et (d) de perçage de l'âme de l'ébauche bloquée. Un tel procédé n'induit pas de déformation plastique et ne nécessite pas de traitement thermique de revenu de l'ébauche après filetage. Il permet en outre d'usiner un ressort hélicoïdal à spires plates, avec une profondeur d'hélice quelconque. La figure 1 est un schéma illustrant des étapes d'un procédé de fabrication de ressort hélicoïdal selon un mode de réalisation. L'étape (a) comprend la fourniture d'une ébauche 10 et d'un outil 20 de blocage. Par ébauche, on entend une pièce prise à un stade intermédiaire quelconque de sa fabrication. On parlera ainsi d Dans le présent mode de réalisation, l'ébauche 10 fournie est une barre et de section longitudinale rectangulaire, comme illustré sur la figure 1 (l'axe longitudinal est l'axe 4). R:\Brevets\21000121023.doc - 01/10103 - 16:10 - 2/10 De préférence, l'ébauche 10 est en acier. Ainsi, l'ébauche 10 est de mise en forme facile, présente peu de défauts, est peu coûteuse et facilement disponible. Un tel matériau allie les propriétés de haute limite élastique et de bonne résistance à la fatigue et à la corrosion. L'outil 20 de blocage fourni est représenté en coupe sur la figure 2, la coupe étant effectuée au niveau d'un plan perpendiculaire à l'axe 4 longitudinale de l'outil 20 de blocage. L'outil 20 de blocage fourni est un outil 20 de reprise taraudé présentant un fond 21, un corps cylindrique 22. Le filet 23 du taraudage a, de préférence, une faible hauteur, ce qui facilite le vissage et le dévissage d'un élément fileté destiné à être vissé dans l'outil 20 de reprise. Avantageusement, l'outil 20 de reprise se présente sous la forme d'un écrou 20 à créneau, en trois secteurs 221, 222, 223, le corps cylindrique présentant trois fentes radiales 241, 242, 243 (ou un nombre quelconque de fentes en variante). Ceci permet d'obtenir une élasticité radiale des secteurs de l'outil 20 de reprise, laquelle facilite le vissage et le dévissage de l'élément fileté. En outre, l'élasticité radiale des secteurs 221, 222, 223 de l'outil 20 de reprise permet un serrage de cet outil 20 sur l'élément fileté. La fourniture de l'outil 20 de blocage est indépendante du filetage de l'ébauche 10. En particulier, l'outil 20 de blocage peut être fourni avant ou après le filetage de l'ébauche 10. En se référant de nouveau à la figure 1, le procédé comprend en outre une étape (b) de filetage de l'ébauche 10. Cette opération comprend un usinage de l'ébauche 10, qui peut par exemple être réalisé au moyen d'un tour, à la surface d'une partie longitudinale de l'ébauche 10. De la matière est enlevée, par exemple sous forme de copeaux, à l'aide d'un outil 20 comportant une arête de coupe. De préférence, cet usinage est réalisé en plusieurs passes, en particulier lorsqu'une profondeur de rainure souhaitée est importante (par exemple 30 mm). A l'issu du filetage, l'ébauche 10 présente un filet 11 en hélice, de pas constant, dont la profondeur de rainure peut typiquement varier entre 2 et 50 mm. Le filet 11 en hélice est solidaire d'une partie pleine de l'ébauche 10, cylindrique, formant l'âme 12 de l'ébauche 10. Un tel filetage permet d'obtenir un filet 11 soigné, de section transversale sensiblement rectangulaire. Le filetage de l'ébauche 10 ne nécessite pas de déformation plastique de l'ébauche 10. Il n'est donc pas nécessaire de procéder à un traitement thermique particulier, tel un traitement de revenu, après le filetage pour libérer des contraintes. En outre, il convient de noter qu'une déformation plastique n'est, en pratique, envisagée que pour des barres dont le diamètre moyen n'excède pas 30 mm. Or, selon l'invention, la hauteur des filets n'est, a priori, limitée que par le diamètre de l'ébauche 10 fournie initialement. R:\Brevets\21000\21023.doc - 01/10/03 - 16:10 - 3/10 Le procédé peut éventuellement comprendre une étape (b') de séparation de la partie filetée et de la partie non filetée 13 de l'ébauche 10. Une telle étape n'est a priori nécessaire que si l'ébauche 10 a précédemment été filetée que sur une certaine partie de sa longueur. Lorsque l'ébauche 10 est filetée sur la totalité de sa longueur, il n'est pas nécessaire de procéder à cette séparation. Une telle séparation peut être réalisée par découpage, par exemple mécanique ou thermique, comme il est connu de l'art. On obtient, à l'issue de cette étape, une ébauche 10 filetée sur la totalité de sa longueur. Le procédé comprend alors une étape (c) de blocage de l'ébauche 10 filetée avec l'outil 20 de blocage, soit l'outil de reprise taraudé dans le présent mode de réalisation. Il est possible de procéder au blocage de l'ébauche 10 filetée par vissage de l'ébauche dans l'outil 20 de reprise taraudé. Les faibles hauteurs de filets et l'élasticité radiale des secteurs de l'outil 20 de reprise permettent un vissage facile. Eventuellement, le blocage peut également comprendre un serrage des secteurs de l'outil 20 de reprise sur l'ébauche. L'ensemble formé par l'ébauche 10 bloquée dans l'outil 20 de reprise peut alors être immobilisé, par exemple dans un mandrin de tour pour un usinage à suivre. Le procédé comprend ensuite une étape (d) de perçage de l'âme 12 de l'ébauche 10, bloquée avec l'outil 20 de blocage. Le perçage de l'âme 12 libère le filet 11 qui forme alors un ressort 1 hélicoïdal. Ce perçage peut être par exemple effectué à l'aide d'un foret monté sur une perceuse, une fraiseuse ou un tour et muni d'un ou de plusieurs tranchants à une extrémité, comme il est connu de l'art. Le perçage peut être effectué en plusieurs fois, selon la quantité de matière (c'est-à-dire l'âme 12) à percer. La séquence de perçage peut alors utiliser des forets différents, permettant tout d'abord un perçage grossier puis une opération de finition. Il convient de noter que le blocage des filets permet d'éviter que le perçage de l'âme 12 n'entraîne en rotation le filet 11 lors du perçage, ce qui risquerait de le déformer, voire de l'endommager. Une fois libéré de l'âme 12, le filet 11 peut être débloqué de l'outil 20 de reprise et facilement dévissé, lors d'une étape (d'), du fait de l'élasticité radiale des secteurs de l'outil 20. On obtient alors un ressort 1 hélicoïdal. Les propriétés structurelles d'un tel ressort 1 sont facilement ajustables. Par exemple, l'épaisseur du filet 11 peut être adaptée conjointement avec le pas et la profondeur du filetage réalisé lors de l'étape (b), pour former par exemple un ressort à spires plates. La hauteur du filet 11 est déterminée par la profondeur du filetage réalisé à cette même étape. Ainsi, il est possible avec le procédé selon l'invention d'obtenir un éventail de rapports hauteur/épaisseur de filets largement supérieur à ce que permet la déformation plastique. Le procédé selon l'invention permet d'obtenir une épaisseur R:1Brevets12 1 0 0012 1 02 3.doc - 01/10/03 - 16:10 - 4/10 de spire quelconque dans l'intervalle de valeurs comprises entre 0,2 et 5 mm, il permet en outre d'obtenir une hauteur quelconque dans l'intervalle de valeurs comprises entre 3 et 50 mm Il s'ensuit que l'éventail de propriétés des ressorts est étendu de façon correspondante. Le nombre de spires que l'on peut obtenir selon le procédé de l'invention n'est limité que par la longueur de l'ébauche fournie et, le cas échéant, par une longueur maximale de l'outil de reprise. Le nombre de spires varie typiquement entre 1 et 50. Le procédé peut en outre comprendre une étape de déformation de l'ébauche 10. La déformation peut être effectuée localement, de sorte à obtenir une déformation locale du pas de filet. La déformation peut être effectuée à froid ou à chaud, par étirement, comme il est connu de l'art. Dans une variante du présent mode de réalisation, l'outil de blocage est fourni sous la forme d'un écrou fendu selon un plan perpendiculaire à l'axe principal de l'écrou. Un tel écrou peut éventuellement présenter plusieurs fentes, de sorte qu'un nombre donné de fentes crée un même nombre de secteur, plus un. Les secteurs de l'écrou peuvent alors être serrés sur le filet 11 de l'ébauche 10 fileté, de sorte à immobiliser le filet 11 avant le perçage de l'âme 12. Les avantages obtenus sont similaires à ceux fournis par l'utilisation d'un écrou de type à créneau. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, le procédé de fabrication de ressort hélicoïdal comprend les étapes: (a) de fourniture d'une ébauche 10 et d'un outil de blocage, (b) de filetage de l'ébauche 10 sur une partie de sa longueur, fournissant un filet 11 solidaire d'une âme 12, (c) de blocage de l'ébauche 10 filetée au niveau d'une partie non filetée de l'ébauche 10 avec l'outil de blocage et (d) de perçage de l'âme 12 de l'ébauche 10 bloquée. Il n'est donc pas nécessaire, dans ce cas, de fournir un outil de reprise taraudé et l'outil de blocage peut se présenter sous la forme d'un mandrin quelconque. On peut donc effectuer un filetage de l'ébauche 10 à pas non constant. Une telle solution permet d'éviter une déformation plastique lorsque l'on souhaite obtenir un ressort à pas de filet non constant. Selon un troisième mode de réalisation, le procédé de fabrication comprend les étapes: (a) de fourniture d'une ébauche 10 et d'un outil de blocage comprenant plusieurs mors, (b) de filetage de l'ébauche 10 sur une partie de sa longueur, fournissant un filet 11 solidaire d'une âme 12, (c) de blocage du filet 11 de l'ébauche par serrage de chacun des mors de l'outil de blocage et (d) de perçage de l'âme 12 de l'ébauche 10 bloquée. Les mors peuvent être taraudés, de sorte à s'adapter au filet 11 de l'ébauche 10 filetée. L'utilisation d'un outil de reprise à plusieurs mors évite le vissage de l'ébauche 10 filetée dans l'outil de reprise. On peut donc effectuer un filetage de l'ébauche 10 à pas non constant lors de l'étape (b), puis assembler R:\Brevets\21000\21023.doc - 01/10/03 - 16:10 - 5/10 l'ébauche 10 filetée avec chacun des mors, serrer ces mors contre l'ébauche 10 filetée, c'est-à-dire sur le filet, avant de procéder à l'étape de perçage. L'outil de reprise peut avantageusement se présenter sous la forme d'un mandrin à mors à serrage concentrique, c'est-à-dire un mandrin de serrage dans 5 lequel les mors se déplacent simultanément par rapport à une pièce devant être bloquée et ce, tout en conservant un centre commun. L'outil de reprise peut encore avantageusement se présenter sous la forme d'un mandrin à combinaison, c'est-à-dire un mandrin dont les mors peuvent être serrés simultanément ou séparément. L'outil de reprise peut encore avantageusement présenter certaines caractéristiques d'un mandrin à fentes, d'un mandrin à griffes ou d'un mandrin conique. L'utilisation d'un outil de reprise à plusieurs mors permet une reprise facile d'une ébauche 10 filetée présentant des formes diverses. Il suffit de prévoir des mors de formes adaptées à celle de l'ébauche 10. Ces mors peuvent, le cas échéant, être taraudés. Ainsi, il est possible de fournir une ébauche 10 de section longitudinale quelconque, telle qu'une ébauche 10 de section longitudinale conique, tronconique, ovoïde ou sphérique. Indépendamment des modes de réalisation de l'invention, le choix du matériau de l'ébauche 10 fournie à l'étape (a) est également déterminant quant aux propriétés finales du ressort. Le matériau de l'ébauche 10 fournie pourra par exemple être choisi parmi différents aciers (acier dur, acier inoxydable, acier coulé, acier galvanisé). Il est également possible de choisir le matériau de l'ébauche 10 parmi les métaux précieux, tels que l'or, le platine et l'argent, en particulier lorsque l'on souhaite incorporer un ressort selon l'invention dans la fabrication de bijoux et d'oeuvre d'arts. Il est également possible de choisir ce matériau parmi d'autres métaux tels que le cuivre ou le plomb. On peut également choisir des alliages, selon les propriétés souhaitées, tels que le laiton, le bronze, l'inconel. D'autres matériaux peuvent être employés pour des applications spécifiques comme par exemple les alliages de cuivre au béryllium, pour une conductivité électrique élevée. On peut aussi utiliser des matériaux composites du type résine époxy, fibre de verre ou de carbone. Un ressort 1 obtenu par le procédé de fabrication selon l'invention et ce, quel que soit le mode réalisation choisi, peut connaître diverses applications. Par exemple, il peut avantageusement être utilisé dans un ensemble de direction d'un véhicule. Un tel ensemble peut par exemple comprendre une colonne de direction à une extrémité de laquelle est monté fixe un volant, un moyeu adjacent au volant, libre en rotation par rapport au volant et comprenant des moyens fonctionnels. L'ensemble de R:\Brevets\21000\21023.doc - 01/10/03 - 16:10 - 6/10 direction peut en outre comprendre des moyens de mise en rotation du moyeu, comprenant un moteur électrique relié au moyeu par un ressort 1 obtenu par le procédé de fabrication selon l'invention. Ainsi, le moteur peut mettre en rotation le ressort 1 et le moyeu tout en permettant une libre rotation du volant. Le ressort 1 peut en outre assurer une liaison électrique entre une source et les moyens fonctionnels du moyeu. Un tel ensemble de direction de véhicule permet à des commandes solidaires du moyeu de se trouver toujours à portée des doigts d'un conducteur, quel que soit l'angle du volant et ce, tout en permettant l'agencement d'un sac gonflable de forme optimale à l'intérieur du moyeu. Il est à noter que le procédé selon l'invention peut en outre comprendre divers traitements de surface du filet 11 du ressort 1. Le procédé peut par exemple comprendre une étape de revêtement de type Téflon, afin, par exemple, d'offrir un glissement optimal des spires du ressort 1 lorsque celui-ci est mis en contact avec d'autres éléments d'un assemblage. Le procédé peut en outre comprendre des traitement du type phosphatation, peinture, époxy ou zingage. En outre, en variante à chacun des modes de réalisations décrits cidessus, il est possible de fournir une ébauche 10 creuse, par exemple sous la forme d'un tube, à l'étape (a) du procédé selon l'invention et ce, afin de faciliter le perçage de l'âme 12 de l'ébauche 10 filetée à l'étape (b). L'invention n'est cependant pas limitée aux modes de réalisation et variantes décrites ci-dessus mais est susceptible de nombreuses autres variations aisément accessibles à l'homme du métier. Par exemple, on peut effectuer un filetage de l'ébauche, fournissant plusieurs filets en hélice, parallèles les uns aux autres et solidaires de l'âme 12 de l'ébauche. On peut alors prévoir un outil de blocage taraudé à plusieurs filets intérieurs, adapté pour bloquer l'ébauche filetée, puis procéder au perçage de l'âme 12 de l'ébauche, lequel libère plusieurs filets formant autant de ressorts hélicoïdaux. Une opération de filetage permet ainsi la fabrication simultanée de plusieurs ressorts hélicoïdaux. Il est en outre possible de prévoir un outil de reprise placé à l'intérieur d'un ressort, lorsque celui-ci présente un diamètre intérieur suffisamment grand. R: \Brevets\21000\21023.doc - 01/10/03 - 16:10 - 7/10 8 REVENDICATIONS, 1. Procédé de fabrication de ressort hélicoïdal comprenant les étapes: (a) de fourniture d'une ébauche (10) et d'un outil de blocage (20); (b) de filetage de l'ébauche (10) fournissant un filet (11) solidaire d'une âme (12) ; (c) de blocage de l'ébauche (10) filetée avec l'outil de blocage (20) ; et (d) de perçage de l'âme (12) de l'ébauche (10) bloquée. 2. Le procédé de fabrication de la revendication 1, dans lequel l'ébauche (10) fournie est une barre et de section longitudinale rectangulaire. 3. Le procédé de fabrication de la revendication 1 ou 2, dans lequel l'outil de blocage (20) fourni est un écrou (20) et dans lequel l'étape (c) comprend un vissage de l'ébauche (10) filetée dans l'écrou (20). 4. Le procédé de fabrication de la revendication 3, dans lequel l'écrou (20) est un écrou fendu ou à créneaux, comprenant au moins deux secteurs (221, 222, 223), et dans lequel l'étape (c) comprend en outre un serrage de ces secteurs sur le filet (11) de l'ébauche (10). 5. Le procédé de fabrication de la revendication 1, dans lequel l'ébauche (10) fournie est une barre de section longitudinale tronconique. 6. Le procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 5, dans lequel l'étape (b) de filetage est effectuée avec un pas de filet variable. 7. Le procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'outil de blocage (20) comprend plusieurs mors et dans lequel l'étape (c) de blocage comprend le serrage de chacun des mors sur le filet (11) de l'ébauche (10). 8. Le procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant en outre une étape: (b') de séparation d'une partie filetée de l'ébauche (10) d'une partie non filetée (13). R:\Brevets\21000121023.doc - 01/10/03 - 16:10 - 8/10 9. Le procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant en outre une étape: (e) de déformation de l'ébauche (10).; 10. Un ressort hélicoïdal (1) susceptible d'être obtenu selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 9. 11. Un ensemble de direction d'un véhicule comprenant: - une colonne de direction; - un volant monté fixe à une extrémité de la colonne; - un moyeu adjacent au volant, libre en rotation par rapport au volant; et des moyens de mise en rotation du moyeu, avec un moteur électrique relié au moyeu par un ressort hélicoïdal (1) selon la revendication 10. R:\Brevels\21000121023.doc - 01/10/03 - 16:10 - 9/10