Brevet FR2878807A1 — publié le 20060609

La présente demande concerne, de façon générale, un procédé industriel pour la fabrication de rotules mécaniques. Cette invention s'applique plus particulièrement, mais non exclusivement, à la fabrication de rotules mécaniques faisant partie des ensembles de direction pour véhicules automobiles, telles que notamment les rotules dites "rotules axiales", par lesquelles les extrémités de la crémaillère d'une direction de véhicule sont liées de façon articulée aux biellettes de connexion correspondantes. Une rotule mécanique, constituant une articulation multidirectionnelle autour d'un point central, entre deux composants mécaniques, comprend habituellement un pivot à tête sphérique, solidaire de l'un des deux composants, et un boîtier de rotule solidaire de l'autre composant, le boîtier logeant la tête sphérique du pivot, avec interposition d'une cage. Le boîtier de rotule est habituellement une pièce métallique, notamment en acier forgé, tandis que la cage logée dans la cavité du boîtier est réalisée en matière synthétique à bonnes qualités de glissement, telle que polyoxyméthylène (POM). Dans le procédé de fabrication actuellement mis en oeuvre, la cage est une pièce individuelle, fabriquée séparément notamment par moulage par injection, puis insérée clans le boîtier de rotule. Après avoir introduit dans cette cage un lubrifiant tel que graisse, puis la tête sphérique du pivot, le boîtier de rotule est serti sur ladite tête sphérique, l'opération de sertissage consistant ici à resserrer la partie annulaire du boîtier qui entoure son ouverture circulaire par laquelle ont été introduites la cage et la tête sphérique du pivot. Une partie de la cage, emprisonnée entre le boîtier et la tête sphérique, subit alors une déformation qui "suit" celle résultant du sertissage du boîtier. Ce procédé nécessite donc une fabrication et un stockage séparés des boîtiers de rotule d'une part, et des cages d'autre part, puis leur assemblage, ce qui conduit à un prix de revient relativement élevé des rotules. De plus, les imprécisions ou dispersions dimensionnelles des boîtiers s'ajoutent à celles des cages, ainsi qu'aux éventuelles imprécisions de positionnement des cages dans les boîtiers, d'où une faible précision résultante pour les rotules obtenues. En particulier, dans le cas des rotules axiales pour directions de véhicules automobiles, il en résulte un manque de précision de la distance entre, d'une part, la face plane du boîtier de rotule contre laquelle prend appui, en position montée, l'extrémité correspondante de la crémaillère et, d'autre part, le centre de rotation de la tête sphérique du pivot. Cette imprécision a, elle-même, des répercussions sur la précision de l'ensemble de la direction. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients, en fournissant un procédé perfectionné qui, tout en réduisant le coût de fabrication de telles rotules, en améliore sensiblement la précision dimensionnelle. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une rotule mécanique, du genre de celles comportant un pivot à tête sphérique, et un boîtier de rotule avec partie annulaire à sertir autour de la tête sphérique du pivot, une cage notamment en matière synthétique étant logée dans le boîtier et ainsi insérée entre ce dernier et la tête sphérique du pivot, ce procédé étant essentiellement caractérisé en ce que, successivement: - on réalise le boîtier de rotule, - on forme directement la cage à l'intérieur de la cavité du boîtier, par une opération de surmoulage, on introduit, dans la cage surmoulée, la tête sphérique du pivot, et on procède au sertissage de la partie annulaire précitée du boîtier, en déformant simultanément la partie correspondante de la cage surmoulée. Ainsi, le procédé de l'invention se distingue par une formation directe de la cage à l'intérieur du boîtier, au cours d'une opération de surmoulage, ce qui apporte les résultats avantageux suivants: D'une part, on supprime tout besoin de fabrication, stockage et transport séparé des cages de rotule, ainsi que toute opération d'assemblage des cages dans les boîtiers de rotule, ce qui simplifie la fabrication et la gestion de la production des rotules. D'autre part, on s'affranchit des dispersions dimensionnelles entre cages et boîtiers, et bien au contraire, le surmoulage de la cage dans un moule approprié permet de compenser les imprécisions éventuelles de forme et de dimensions du boîtier de rotule, ceci sans aucun usinage complémentaire. Il en résulte, en particulier, dans le cas d'une rotule axiale de 35 direction, un gain de précision sur la cote importante qui est la distance entre la face d'appui de la crémaillère sur le boîtier de rotule, d'une part, et le centre de la tête sphérique du pivot, d'autre part. La présente invention a aussi pour objet, en tant que produit industriel, une rotule mécanique et en particulier une rotule axiale pour direction à crémaillère de véhicule automobile, obtenue par le procédé défini ci-dessus, cette rotule comportant un pivot à tête sphérique, un boîtier de rotule avec partie annulaire sertie autour de la tête sphérique du pivot, et une cage en matière synthétique surmoulée dans la cavité du boîtier et ainsi insérée entre ce dernier et la tête sphérique du pivot. Une telle rotule constitue un produit industriel à la fois économique et d'une grande précision dimensionnelle. L'invention sera de toute façon mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé illustrant, à titre d'exemple, un mode de mise en oeuvre de ce procédé de fabrication d'une rotule mécanique, et montrant la rotule obtenue par ce procédé : Figure 1 représente, dans son état initial, le boîtier de rotule, vu en coupe passant par son axe; Figure 2 représente, en coupe, ce boîtier après surmoulage de la cage; Figure 3 illustre l'amenée du pivot dans cette cage; Figure 4 illustre le résultat de l'opération de sertissage du boîtier, et représente ainsi la rotule dans son état final. Les figures 1 à 4 illustrent les étapes successives de la fabrication d'une rotule mécanique, qui est notamment une rotule axiale appartenant à une direction à crémaillère de véhicule automobile. La rotule axiale possède un boîtier de rotule, désigné dans son ensemble par le repère 2, qui est réalisé en métal et notamment en acier forgé. Le boîtier de rotule 2 possède la forme générale d'une cloche, avec une cavité principale 3 qui débouche vers l'extérieur par une ouverture circulaire 4, délimitée par une partie terminale annulaire 5 du boîtier 2. La partie terminale annulaire 5 possède, dans l'état initial (figure 1), une allure générale cylindrique, d'axe A. A l'opposé de cette partie terminale annulaire 5, le boîtier de rotule 2 comporte, suivant son axe A, un prolongement fileté 6, prévu pour le vissage de ce boîtier 2 sur l'extrémité correspondante de la crémaillère (non représentée) de la direction. Dans l'exemple illustré, la cavité principale 3 du boîtier de rotule 2 comporte un évidement secondaire 7, creusé dans son fond hémisphérique et centré sur l'axe A. Le boîtier de rotule 2, conformé comme il vient d'être décrit, est introduit dans un moule d'injection où est formée, par surmoulage, une cage 8 en matière synthétique (voir figure 2). Plus particulièrement, la cage 8 par exemple en polyoxyméthylène (POM) est formée directement contre la paroi de la cavité principale 3 du boîtier 2, et en suivant aussi le profil de l'évidement secondaire 7. Ainsi, cette cage 8 est formée avec un fond 9 de forme hémisphérique, prolongé par une partie 10 du genre manchon, qui tapisse l'intérieur de la partie terminale annulaire:5 du boîtier 2. Le fond 9 de la cage 8 comporte lui-même, en son centre, un évidement 11 qui correspond à l'évidement secondaire 7 du boîtier 2. Dans une étape suivante (figure 3), un pivot 12 avec tête sphérique 13 est approché du boîtier de rotule 2, et engagé selon la flèche FI à l'intérieur de la cage 8 précédemment formée, donc aussi à l'intérieur du boîtier de rotule 2. Le diamètre extérieur de la tête sphérique 13 du pivot 12 correspond au diamètre intérieur du fond 9 hémisphérique de la cage 8. Enfin, comme l'illustre la figure 4, il est procédé à une opération de sertissage (selon les flèches F2) de la partie terminale annulaire 5 du boîtier de rotule 2, de manière à resserrer cette partie annulaire 5 et à réduire ainsi l'ouverture circulaire 4 par laquelle la cavité principale 3 du boîtier 2 débouche à l'extérieur. Cette opération de sertissage de la partie terminale annulaire 5 s'accompagne d'une déformation correspondante de la partie 10 du genre manchon de la cage 8. En fin de sertissage, cette partie 10 s'applique contre la tête sphérique 13 du pivot 12, laquelle se trouve ainsi emprisonnée. La partie 10 de la cage 8 peut être continue, ou comporte une succession de fentes favorisant sa déformation en limitant les contraintes au moment du sertissage. On obtient ainsi une rotule axiale, dont le boîtier 2 peut être vissé, par son prolongement fileté 6, sur l'extrémité correspondante de la crémaillère, tandis que le pivot 12 est solidarisé avec une biellette de connexion de la direction. Il est formé ainsi une articulation multidirectionnelle, autour du centre C commun à la cage 8 et à la tête sphérique 13 du pivot 12. On notera que, grâce à l'opération de surmoulage de la cage 8 dans le boîtier de rotule 2, l'on obtient ici une grande précision de la distance D entre la face plane 14 du boîtier 2, contre laquelle prend appui l'extrémité de la crémaillère, et le centre C de la tête sphérique 13 du pivot 12. L'évidement 11, qui subsiste entre la cage 8 et la tête sphérique 13 du pivot 12, peut servir de réserve de graisse, auquel cas la graisse est également introduite au cours du processus de fabrication précédemment décrit. L'opération de sertissage de la partie terminale annulaire 5 du boîtier de rotule 2 peut être réalisée, de manière contrôlée, en appliquant un procédé connu en soi, par exemple par la demande de brevet français N 02.08844 du 12 juillet 2002 au nom du Demandeur. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas au seul mode de mise en oeuvre de ce procédé de fabrication d'une rotule mécanique qui a été décrit ci-dessus, à titre d'exemple; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. C'est ainsi, notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention en modifiant des détails de forme ou de matières des composants de la rotule, ou en appliquant le procédé à la fabrication de toutes rotules, qu'il s'agisse de rotules appartenant à des ensembles de direction pour véhicules automobiles, ou d'autres rotules mécaniques analogues, utilisées dans le domaine automobile ou dans tous autres secteurs. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une rotule mécanique, du genre de celles comportant un pivot (12) à tête sphérique (13) , et un boîtier de rotule (2) avec partie annulaire (5) à sertir autour de la tête sphérique (13) du pivot (12), une cage (8) notamment en matière synthétique étant logée dans le boîtier (2) et ainsi insérée entre ce dernier et la tête sphérique (13) du pivot (12), caractérisé en ce que, successivement: - on réalise le boîtier de rotule (2), - on forme directement la cage (8) à l'intérieur de la cavité (3) du boîtier (2), par une opération de surmoulage, - on introduit (FI), dans la cage surmoulée (8), la tête sphérique (13) du pivot (12), et - on procède au sertissage (F2) de la partie annulaire précitée (5) 15 du boîtier (2), en déformant simultanément la partie correspondante (10) de la cage surmoulée (8). 2 Rotule mécanique, en particulier rotule axiale pour direction à crémaillère de véhicule automobile, obtenue par le procédé selon la revendication 1, cette rotule comportant un pivot (12) à tête sphérique (13), un boîtier de rotule (2) avec partie annulaire (5) sertie autour de la tête sphérique (13) du pivot (12), et une cage (8) en matière synthétique surmoulée dans la cavité (3) du boîtier (2) et ainsi insérée entre ce dernier et la tête sphérique (13) du pivot (12).