Brevet FR2903467A1 — publié le 20080111

La présente invention concerne un embout pour arbre à tube soudé, du type comprenant : - un axe central; - une première portion axiale ayant une première 5 extrémité qui est une extrémité de liaison; - une deuxième portion axiale qui est tubulaire et qui est adaptée pour être soudée à un tube, la deuxième portion axiale définissant une deuxième extrémité, ainsi que comportant une surface extérieure, une surface intérieure et 10 une surface de fond définie par une génératrice de fond. Elle s'applique particulièrement à des arbres de liaison dans des transmissions de véhicules automobiles. Dans l'état de la technique, on connaît des arbres à tube soudé, qui sont constitués de deux embouts, dont chacun 15 est soudé à l'extrémité d'un tube creux. Chaque embout comporte une première portion munie de cannelures de liaison. Ces cannelures sont adaptées pour lier l'arbre par exemple à un joint homocinétique. Chaque embout comporte une deuxième portion, tubulaire, qui est soudée au tube creux. 20 La deuxième portion est munie d'une surface intérieure cylindrique et d'une surface de fond sensiblement plate. La surface intérieure cylindrique est reliée à la surface de fond par une surface de tore partiel. Les embouts des arbres à tube soudé connus sont, 25 pendant leur fabrication, soumis à un recuit de normalisation qui conduit à une décarburisation locale de l'embout à l'emplacement de la surface de tore partiel. En outre, après soudage, l'arbre à tube soudé est soumis à un traitement thermique à induction qui crée une 30 zone thermiquement traitée sur la partie extérieure de l'arbre et une zone thermiquement non traitée située à l'intérieur des embouts, les deux zones étant séparées par une ligne de séparation. Habituellement, la ligne de 2903467 2 séparation se termine au niveau de la surface de tore partiel. En raison de ces différents paramètres de fabrication, la stabilité structurelle et la durée de vie de 5 l'arbre connu sont faibles. L'invention a donc pour objet d'augmenter la stabilité structurelle et la durée de vie de l'arbre à tube soudé, tout en étant de fabrication économique. A cet effet, l'invention a pour objet un embout du 10 type précité, caractérisé en ce que la surface intérieure a une forme s'évasant vers la deuxième extrémité et est définie par une génératrice intérieure différente de la génératrice de fond. Selon des modes particuliers de réalisation, 15 l'embout selon l'invention comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - la génératrice de fond a un rayon de courbure de fond, et la génératrice intérieure a un rayon de courbure supérieur au rayon de courbure de fond ; 20 - la génératrice de fond a un rayon de courbure de fond, et la génératrice intérieure est rectiligne, de telle sorte que la surface intérieure a une forme tronconique ; - l'inclinaison de la génératrice intérieure par rapport à l'axe central est d'au moins 1 et d'au maximum 25 60 par rapport à l'axe central, et est de préférence d'au moins 10 et d'au maximum 50 ; - la surface de fond comprend une partie de fond à laquelle se raccorde une partie de transition en forme de tore partiel, et la génératrice de fond est composée d'une 30 génératrice partielle de fond définissant la partie de fond et d'une génératrice partielle de transition définissant la partie de transition ; - l'embout est en acier et comporte une zone extérieure thermiquement traitée et une zone intérieure de 2903467 3 structure de matière différente de la structure de matière de la zone extérieure, qui sont séparées par une ligne de séparation, et la ligne de séparation se termine sur la surface intérieure ; - la zone intérieure est une zone thermiquement non traitée ou une zone intermédiaire, notamment à bainite ; - le traitement thermique est un traitement thermique à induction ; - l'embout est forgé à froid sans recuit ; et - la première extrémité est une tulipe ou une cloche d'un joint homocinétique ou une extrémité à cannelures. L'invention concerne également un arbre, du type comprenant deux embouts et un tube s'étendant entre les deux embouts, les deux embouts étant soudés au tube en formant chacun un cordon de soudure, caractérisé en ce qu'au moins l'un des embouts est un embout tel que défini ci-dessus. Selon des modes particuliers de réalisation, l'arbre selon l'invention comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - l'embout est un embout tel que défini ci-dessus, et la zone extérieure thermiquement traitée s'étend au-delà du cordon de soudure, le tube étant thermiquement traité sur toute sa section transversale et sur toute sa longueur ; - le ou chaque embout est un embout en acier à Bor, tel que de l'acier 38E3, et le tube est en un acier ayant une teneur en carbone différente, et en particulier inférieure, à celle de l'acier de l'embout, tel que de l'acier 34 MnB5. L'invention concerne également un procédé de 30 fabrication d'un arbre tel que défini ci-dessus comprenant les étapes successives suivantes . - fixer les deux embouts au tube par soudage en obtenant une ébauche d'arbre ; -tournage et usinage des embouts; 2903467 4 - amener l'ébauche d'arbre à travers une bobine d'induction à une vitesse variable de traitement; - la vitesse de traitement lors du traitement des cordons de soudure et du tube étant plus importante que la 5 vitesse de traitement lors du traitement des embouts. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : 10 - la Figure 1 est une vue partiellement coupée d'un arbre selon l'invention ; et - la Figure 2 est une vue agrandie du détail II de la Figure 1. La Figure 1 représente, partiellement coupée, un 15 arbre à tube soudé selon l'invention, désigné par la référence générale 2. L'arbre à tube soudé 2 est constitué de deux embouts 4 et 6, ainsi que d'un tube central 8. Les deux embouts 4 et 6 sont identiques au moins en 20 ce qui concerne les caractéristiques décrites ci-après. En conséquence par la suite, il ne sera fait référence qu'à l'embout 4. L'arbre à tube soudé 2 définit un axe central X-X. Dans ce qui suit, les expressions axialement et 25 radialement seront utilisées en référence par rapport à cet axe central X-X. L'embout 4 comporte une première portion axiale 10 ainsi qu'une deuxième portion axiale 12. La première portion axiale 10 a une première extrémité 14 qui est une extrémité de liaison à un élément complémentaire, par exemple à un joint à tripode non représenté. L'extrémité de liaison 14 est munie à cet effet de cannelures de liaison 16. 2903467 5 La deuxième portion axiale 12 a une forme tubulaire d'axe X-X. La deuxième portion 12 définit une deuxième extrémité 18. Cette extrémité 18 est, à l'état non monté de l'embout, une extrémité libre et est, à l'état monté, reliée 5 au tube 8 au moyen d'un cordon de soudure 20, qui est de préférence un cordon de soudure à friction. La deuxième portion axiale 12 définit une surface radialement extérieure 22 ainsi qu'une surface radialement intérieure 24 et une surface de fond 26 (voir Figure 2). 10 La surface de fond 26 est constituée d'une partie axiale de fond 28 sensiblement plate ainsi que d'une partie axiale de transition 30. La partie axiale de fond 28 est sensiblement perpendiculaire à l'axe X-X et est définie par une génératrice partielle de fond 28A. A titre d'exemple, la 15 partie de fond 28 est inclinée d'au maximum de 10 , de 5 ou de 3 par rapport à un plan s'étendant perpendiculairement à l'axe X-X. En tout état de cause, l'inclinaison de la génératrice partielle de fond 28A par rapport à l'axe central X-X est plus importante que l'inclinaison de la 20 génératrice intérieure 32 (voir ci-après). De plus, l'inclinaison de la génératrice 28A est limitée par un plan s'étendant perpendiculairement à l'axe X-X. La partie de transition 30 a une forme de tore partiel qui est générée par une génératrice partielle de transition 30A ayant un 25 rayon de courbure de transition T. La surface intérieure 24 se raccorde à la partie de transition 30 et a une génératrice intérieure rectiligne 32, de telle sorte que la surface intérieure 24 a une forme tronconique. La génératrice intérieure 32 est inclinée par 30 rapport à l'axe central X-X d'au moins 1 , et d'au maximum de 60 . La génératrice intérieure 32 est inclinée par rapport à l'axe X-X d'un angle situé de préférence entre 10 et 50 et notamment entre 20 et 40 . 2903467 6 Les valeurs résultent en une bonne tolérance vis-à-vis des déviations de profondeur de traitement thermique et à une latitude axiale suffisamment grande pour assurer que la ligne de séparation (voir ci-après) se termine sur la 5 surface intérieure 24. La surface intérieure 24 s'étend de la surface de transition 30 jusqu'au cordon de soudure 20. La surface intérieure 24 est dépourvue sur toute son étendue de parties convexes, de telle sorte qu'elle s'évase d'une manière 10 monotone de la surface de fond 26 vers la deuxième extrémité 18. En variante, la génératrice intérieure peut être courbe en ayant un rayon de courbure supérieur au rayon de courbure de transition T. 15 Les embouts 4 et 6 sont fabriqués en un acier à bore, tel que de l'acier 38E3 et le tube 8 est en un acier ayant une teneur en carbone différente, et en particulier inférieure, à celle de l'acier des embouts 4 et 6. Le tube 8 est fabriqué par exemple en un acier 34MnB5. Toutefois, il 20 est possible que d'autres aciers, qui peuvent être traités thermiquement par induction, sont utilisés. L'embout 4 comporte une zone extérieure 40 thermiquement traitée, ainsi qu'une zone intérieure 42 thermiquement non traitée. La zone extérieure 40 est par 25 exemple constituée de martensite, tandis que la zone intérieure 42 est constituée de ferrite-perlite. Les deux zones thermiquement traitées 40 et non traitées 42 sont séparées par une zone intermédiaire de séparation 44. La zone intermédiaire de séparation 44 est constituée par 30 exemple de bainite. La zone de séparation 44 et la zone thermiquement traitée 40 définissent une ligne de séparation 46 qui se termine sur la surface intérieure 24 et est donc située en dehors de a surface de fond 26. 2903467 7 Par ailleurs la zone extérieure 40 thermiquement traitée s'étend de l'embout 4 au-delà du cordon de soudure 20 jusqu'au tube 8. Le tube 8 est thermiquement traité sur toute sa section transversale et sur toute sa longueur, et 5 ne comporte ni de zone non traitée 42, ni de zone intermédiaire de séparation 44. En d'autres termes, le tube 8 est constitué de martensite. En outre, l'embout 4 est forgé à froid sans recuit et ne comporte ainsi pas de zone décarburisée. En 10 conséquence, la partie de transition 30 ne génère pas de pic de tension mécanique lors de l'utilisation de l'arbre 2 et celui-ci a une stabilité et une durée de vie importantes. Le fait que la ligne de séparation 46 se termine sur la surface intérieure 24 réduit également les contraintes 15 mécaniques dans la zone de transition 30, et augmente la stabilité structurelle et la durée de vie de l'arbre 2. Le fait que la surface intérieure 24 soit faiblement inclinée par rapport à l'axe central X-X permet d'amener l'arbre 2 à travers une bobine d'induction afin de traiter 20 thermiquement la surface extérieure 22, tout en permettant des tolérances importantes de positionnement relatives de l'arbre 2 par rapport à la bobine d'induction. De préférence, l'arbre 2 selon l'invention est fabriqué par un procédé de fabrication comprenant les étapes 25 successives suivantes. Tout d'abord on fixe les deux embouts 4 et 6 au tube 8 par soudage de friction en obtenant une ébauche d'arbre. Puis, l'ébauche d'arbre est tournée et usinée au niveau des embouts. 30 Ensuite, l'ébauche d'arbre est amenée à travers une bobine d'induction à une vitesse variable de traitement de l'embout. 2903467 8 La vitesse de traitement lors du traitement des cordons de soudure et du tube est plus importante que la vitesse de traitement lors du traitement des embouts. En variante, l'extrémité 14 constitue une tulipe ou 5 une cloche d'un joint homocinétique. REVENDICATIONS 1. Embout pour arbre à tube soudé, du type comprenant - un axe central (X-X) ; - une première portion axiale (10) ayant une première extrémité (14) qui est une extrémité de liaison; - une deuxième portion axiale (12) qui est tubulaire et qui est adaptée pour être soudée à un tube (8), la deuxième portion axiale (12) définissant une deuxième extrémité (18), ainsi que comportant une surface extérieure (22), une surface intérieure (24) et une surface de fond (26) définie par une génératrice de fond (28A, 30A), caractérisé en ce que la surface intérieure (24) a une forme s'évasant vers la deuxième extrémité (18) et est définie par une génératrice intérieure (32) différente de la génératrice de fond. 2. Embout selon la revendication 1, caractérisé en ce que la génératrice de fond a un rayon de courbure de fond (T), et en ce que la génératrice intérieure (32) a un rayon de courbure supérieur au rayon de courbure de fond (T). 3. Embout selon la revendication 1, caractérisé en ce que la génératrice de fond a un rayon de courbure de fond (T), et en ce que la génératrice intérieure (32) est rectiligne, de telle sorte que la surface intérieure (24) a une forme tronconique. 4. Embout selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'inclinaison de la génératrice intérieure (32) par rapport à l'axe central est d'au moins 1 et d'au maximum 60 par rapport à l'axe central, et est de préférence d'au moins 10 et d'au maximum 50 . 5. Embout selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la surface de fond (26) comprend une partie de fond (28) à laquelle se raccorde une partie de transition en forme de tore partiel (20), et en ce 2903467 10 que la génératrice de fond est composée d'une génératrice partielle de fond (28A) définissant la partie de fond et d'une génératrice partielle de transition (30A) définissant la partie de transition. 5 6. Embout selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est en acier et comporte une zone extérieure (40) thermiquement traitée et une zone intérieure (42, 44) de structure de matière différente de la structure de matière de la zone extérieure (40), qui sont 10 séparées par une ligne de séparation (46), et en ce que la ligne de séparation (46) se termine sur la surface intérieure (24). 7. Embout selon la revendication 6, caractérisé en ce que la zone intérieure est une zone thermiquement non 15 traitée (42) ou une zone intermédiaire (44), notamment à bainite. 8. Embout selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le traitement thermique est un traitement thermique à induction. 20 9. Embout selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'embout est forgé à froid sans recuit. 10. Embout selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première extrémité 25 (14) est une tulipe, une cloche d'un joint homocinétique ou une extrémité à cannelures (16). 11. Arbre, du type comprenant deux embouts (4, 6) et un tube (8) s'étendant entre les deux embouts, les deux embouts (4, 6) étant soudés au tube (8) en formant chacun un 30 cordon de soudure (20), caractérisé en ce qu'au moins l'un des embouts est un embout selon l'une quelconque des revendications précédentes. 12. Arbre selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'embout (4, 6) est un embout au moins selon la 2903467 11 revendication 6, et en ce que la zone extérieure (40) thermiquement traitée s'étend au-delà du cordon de soudure (20), le tube (8) étant thermiquement traité sur toute sa section transversale et sur toute sa longueur. 5 13. Arbre selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que le ou chaque embout (4, 6) est un embout en acier à Bor, tel que de l'acier 38B3, et en ce que le tube (8) est en un acier ayant une teneur en carbone différente, et de préférence inférieure, à celle de 10 l'acier de l'embout, tel que de l'acier 34MnB5. 14. Procédé de fabrication d'un arbre selon l'une des revendications 11 à 13 comprenant les étapes successives suivantes : - fixer les deux embouts (4, 6) au tube (8) par 15 soudage en obtenant une ébauche d'arbre ; -tournage et usinage des embouts; - amener l'ébauche d'arbre à travers une bobine d'induction à une vitesse variable de traitement; la vitesse de traitement lors du traitement des 20 cordons de soudure et du tube étant plus importante que la vitesse de traitement lors du traitement des embouts.