Brevet FR3011597A1 — publié le 20150410

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [0001] L'invention se rapporte à un procédé d'accouplement pour établir une liaison rigide notamment entre deux organes tournants de machines ou d'autres éléments mobiles d'une machine. Il se rapporte notamment à un procédé permettant un accouplement entre deux pièces incompatibles à la soudure, par exemple deux pièces métalliques dont l'une est frittée ou a été traitée. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE [0002] Il a été proposé, dans le document EP 1 941 964 B1, d'assembler entre elles deux pièces dont l'une présente avant assemblage une interférence dimensionnelle avec une cavité formée dans l'autre, par application conjointe d'une pression d'emmanchement et d'un courant impulsionnel d'intensité élevée obtenu par une décharge de condensateur, de sorte à réaliser à l'zone entre les pièces un cordon de soudure. Cette méthode implique toutefois que les matériaux soient entre eux compatibles à la soudure, ce qui exclut par exemple l'utilisation de cette technique lorsque l'une des pièces est frittée. [0003] Il a par ailleurs été proposé, dans le document EP 0 670 751 B1 d'assembler entre elles deux pièces maintenues face à face en contact rugueux, en présence d'un agent promoteur de grippage, par exemple un polysiloxane, par application d'un mouvement latéral relatif entre les surfaces de contact, qui engendre un transfert de matière entre les deux surfaces et la formation d'un joint, un courant électrique étant appliqué pendant ou après réalisation du joint. Cette méthode, proposée pour réaliser des joints entre des pièces en fer ou alliage ferreux, donc entre des matériaux compatibles entre eux pour une soudure, suppose une préparation des surfaces avant l'assemblage, et nécessite un agent promoteur de grippage. Elle nécessite qui plus est un temps de maintien de la pression entre les pièces pour la réalisation du joint, d'où un temps de cycle de fabrication incompatible avec des cadences élevées. Enfin, elle ne permet pas de réalisation de joint ayant une tenue mécanique suffisante entre deux pièces métalliques non compatibles à la soudure. EXPOSE DE L'INVENTION [0004] L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique et à proposer un procédé d'accouplement entre organes de machines. [0005] Pour ce faire est proposé, selon un premier aspect de l'invention, un procédé d'accouplement mécanique de deux pièces, une première des deux pièces étant formée en un premier matériau conducteur et avec une première zone de contact délimitant au moins une cavité dans la première pièce, une deuxième des deux pièces étant formée en un deuxième matériau conducteur incompatible à la soudure avec le premier matériau conducteur et avec une deuxième zone de contact formée sur une partie saillante de la deuxième pièce et ayant une interférence dimensionnelle avec la première zone de contact, procédé suivant lequel on approche les deux pièces l'une de l'autre de manière à ce que les première et deuxième zones de contact viennent au moins partiellement au contact l'une de l'autre, puis on fait passer d'une des deux pièces à l'autre par la première et la deuxième zones de contact un courant électrique d'intensité suffisante pour, par échauffement par effet Joule, rendre au moins ductile une partie au moins de l'une au moins des première et deuxième zones de contact et on fait simultanément pénétrer la partie saillante de la deuxième pièce dans la cavité de la première pièce par un mouvement relatif entre la première pièce et la deuxième pièce parallèlement à un axe d'insertion en déformant radialement au moins la partie rendue au moins ductile. [0006] On obtient ainsi, malgré l'incompatibilité à la soudure entre les matériaux constitutifs des deux pièces, un assemblage mécanique avec une grande qualité de contact. [0007] De préférence, le passage du courant dure au moins pendant la totalité du mouvement relatif d'emmanchement, pour rendre au moins ductiles des zones de contact entrant progressivement en contact les unes avec les autres au cours du mouvement. [0008] Suivant les matériaux des deux pièces, il pourra s'avérer préférable de poursuivre le chauffage au-delà de l'état ductile de sorte que le passage du courant provoque par effet Joule la fusion d'une partie au moins d'une au moins des premières et deuxième zones de contact, voire une fusion au moins locale sur les deux zones de contact. [0009] Suivant un mode de réalisation préféré, l'une au moins des zones de contact n'est pas une surface de révolution avant déformation, ce qui permet à l'accouplement de transmettre un couple élevé autour de l'axe de référence. On peut notamment prévoir que l'une au moins des zones de contact comporte une surface cannelée, ou pourvue de trous radiaux ou de section elliptique. [0010] Pour faciliter l'accostage et le positionnement initial des deux pièces, on peut prévoir que l'une au moins zones de contact soit pourvue avant emmanchement d'un chanfrein de centrage. [0011] De préférence, le passage du courant électrique est impulsionnel. Il peut notamment être provoqué par une décharge de condensateur. La vitesse du mouvement relatif de pénétration des pièces dépend en effet de la rapidité à laquelle l'échauffement par effet Joule permet d'atteindre l'état souhaité, ductile ou en fusion, de la partie en interférence dimensionnelle d'au moins l'une des zones de contact. Grâce à un courant très intense s'établissant très rapidement dès que le contact entre les zones de contact est effectif, il est possible d'obtenir des vitesses relativement élevées de pénétration, par exemple et à titre purement indicatif de l'ordre de 0,5m/s (10ms pour lier 5mm de tôle). [0012] Suivant un mode de réalisation, l'un des premier et deuxième matériaux est un matériau fritté. [0013] On peut naturellement prévoir d'inclure dans le procédé, les étapes préalables de formage des première et deuxième pièces. [0014] Suivant un autre aspect de l'invention, celle-ci a trait à un assemblage mécanique constitué d'un moyeu fritté accouplé à un organe tournant par le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES [0015] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : la figure 1, une vue isométrique deux pièces d'un premier assemblage dans une position d'approche préalable à la mise en oeuvre du procédé d'accouplement selon l'invention; - la figure 2, une vue de dessus des deux pièces de la figure 1, après accouplement, - la figure 3, une coupe des deux pièces dans la position de la figure 2; la figure 4, un détail de la figure 2, montrant une interférence dimensionnelle entre les pièces avant accouplement, et la position résultante après accouplement; la figure 5, une coupe de deux pièces d'un deuxième assemblage, dans une position d'approche préalable à la mise en oeuvre du procédé de l'invention; - la figure 6, une coupe des deux pièces de la figure 5, après accouplement par le procédé de l'invention; la figure 7, une vue de dessus des deux pièces de la figure 5, montrant une interférence dimensionnelle entre les pièces avant accouplement, et la position résultante après accouplement; la figure 8, une vue isométrique de deux pièces d'un troisième assemblage, dans une position d'approche préalable à la mise en oeuvre du procédé de l'invention; - la figure 9, une coupe des deux pièces de la figure 8, après accouplement par le procédé de l'invention; la figure 10, une vue de dessus des deux pièces de la figure 8, montrant une interférence dimensionnelle entre les pièces avant accouplement, et la position résultante après accouplement; la figure 11, une vue isométrique de deux pièces d'un quatrième assemblage, dans une position d'approche préalable à la mise en oeuvre du procédé de l'invention; - la figure 12, une coupe des deux pièces de la figure 11, avant accouplement par le procédé de l'invention; - la figure 13, une coupe des deux pièces de la figure 11, après accouplement par le procédé de l'invention; la figure 14, une vue de dessus des deux pièces de la figure 11, montrant une interférence dimensionnelle entre les pièces avant accouplement, et la position résultante après accouplement; la figure 15, une vue isométrique de deux pièces d'un cinquième assemblage, dans une position d'approche préalable à la mise en oeuvre du procédé de l'invention; - la figure 16, une coupe des deux pièces de la figure 15, après accouplement par le procédé de l'invention; la figure 17, une vue de dessus des deux pièces de la figure 15, montrant une interférence dimensionnelle entre les pièces avant accouplement, et la position résultante après accouplement; la figure 18, une vue isométrique de deux pièces d'un sixième assemblage, dans une position d'approche préalable à la mise en oeuvre du procédé de l'invention; - la figure 19, une coupe des deux pièces de la figure 18, avant accouplement par le procédé de l'invention; - la figure 20, une coupe des deux pièces de la figure 18, après accouplement par le procédé de l'invention; - la figure 21, une vue de dessus des deux pièces de la figure 18; la figure 22, un détail de la figure 21, montrant une interférence dimensionnelle entre les pièces avant accouplement, et la position résultante après accouplement. [0016] Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l'ensemble des figures. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE MODES DE REALISATION [0017] Sur les figures 1 à 4 est illustré une première mise en oeuvre du procédé selon l'invention en vue de l'accouplement de deux pièces, en l'espèce un moyeu 10 réalisé en matériau fritté et un voile d'embrayage métallique 12. Le moyeu présente une cannelure interne 14 pour son emmanchement sur un arbre et, à sa périphérie externe, une surface 16 formant une couronne dentée présentant des dents 17. On définit un diamètre extérieur 18 de la couronne, qui est le diamètre du cylindre tangent aux dentures et contenant l'ensemble du moyeu 10, et un diamètre de fond de denture 20, qui est le diamètre du plus petit cylindre tangent à la denture 16. Le disque présente quant à lui une ouverture centrale circulaire 22. Dans la position de la figure 1 avant accouplement, le diamètre 24 de l'ouverture 22 du disque est inférieur au diamètre extérieur 18 de la couronne dentée 16 et supérieur au diamètre de fond de denture 20. Pour former un accouplement mécanique positif entre le moyeu 10 et le disque 12, on approche les deux pièces 10, 12 l'une de l'autre de manière à ce que les dents 17 viennent en contact avec la périphérie de l'ouverture centrale circulaire 22 du disque 12. On applique alors un courant de très forte intensité en déchargeant un condensateur 26 dans un circuit électrique 28 qui traverse les deux pièces 10, 12 en passant par la zone de contact entre les dents 17 et l'ouverture centrale 22 tout en forçant la pénétration du moyeu 10 dans l'ouverture 12 par translation sans rotation. La zone de contact subit un échauffement très rapide par effet Joule, qui est suffisant pour porter localement les zones de contact à une température de fusion, provoquant un affaissement des dents 17 et le creusement dans l'ouverture de gorges correspondantes. On a représenté sur la figure 4 en traits mixtes fins les profils initiaux d'une dent et de l'ouverture et en trait continu le profil final de la zone de contact. On obtient ainsi dans la zone de contact une imbrication intime des deux pièces, similaire à une liaison cannelée. Hors des zones de contact, l'ouverture centrale circulaire 22 et les creux entre les dents 17 ne sont pas entrés en fusion et n'ont pas été déformés. Malgré l'incompatibilité à la soudure entre le moyeu fritté et le voile métallique, et par conséquent l'absence de jonc de soudure, l'accouplement réalisé est apte à transmettre des couples de torsion élevés, du fait de l'imbrication des formes dans les zones de contact déformées. [0018] On a illustré sur les figures 5 à 7 une deuxième application du procédé pour réaliser un accouplement entre deux pièces 10, 12 dont l'une, dite dans la suite femelle 12, présente une ouverture 22 de profil elliptique, et l'autre, mâle, est une pièce pleine 10 ayant une surface extérieure convexe 16 de profil également elliptique, avec une légère interférence avant accouplement. Dans la position de la figure 5, on a approché l'une de l'autre les deux pièces jusqu'à obtenir un contact. Pour faciliter le centrage dans cette position transitoire, on a prévu dans l'une des pièces, ici la pièce femelle 12 un chanfrein 30 permettant de guider l'autre pièce 10. On fait alors passer un courant électrique impulsionnel de forte intensité au travers des deux pièces, à partir d'un condensateur électrique 26 préalablement chargé, jusqu'à obtenir une fusion locale des zones de contact 16, 22 des deux pièces, tout en faisant s'interpénétrer les deux pièces 10, 12 dans mouvement relatif de translation. Au fur et à mesure de la pénétration de la pièce mâle dans la pièce femelle, la fusion locale des zones de contact se poursuit. Le temps de pénétration est paramétré pour coïncider sensiblement avec le temps de décharge du condensateur, de manière à ce que la fusion entre zones de contact se propage lors de la pénétration dans le sens de cette dernière. [0019] Dans l'exemple illustré sur les figures 8 à 10, on a adapté le procédé précédent à l'accouplement d'une pièce mâle cylindrique 10 dans une cavité correspondante 22 d'une pièce femelle 12 de forme générale annulaire. La pièce femelle 12 est pourvue de cavités latérales 32 constituées par des trous débouchant radialement dans la cavité centrale 22. Avant accouplement, le diamètre extérieur de la zone de contact 16 la pièce mâle 10 est très légèrement supérieur au diamètre intérieur de la cavité centrale 22 de la pièce femelle 12, cette interférence dimensionnelle empêchant un emmanchement à froid. La pièce mâle 10 est pourvue d'un chanfrein de centrage 30, permettant un accostage maîtrisé des deux pièces. Comme précédemment, on fait passer un courant électrique de forte intensité d'une pièce à l'autre par l'interface de contact, tout en imposant simultanément une pénétration de la pièce mâle dans la pièce femelle par mouvement de translation axiale 34. Les zones de contact entre en fusion et se déforment pour permettre la pénétration. Lors de la pénétration, les parties de la zone de contact 16 de la pièce mâle 10 qui sont entrées en fusion puis se retrouvent en regard d'une des cavités latérale s'écoulent très légèrement dans les cavités latérale par déformation viscoélastique, avant de refroidir, formant des protubérance 36. On obtient ainsi un accouplement positif dans ces zones, qui permet ultérieurement la transmission de couples de torsion. Il est à noter que la forme des pièces permet d'envisager en variante un mouvement de pénétration combinant une translation dans l'axe des pièces et une rotation autour de cet axe, par exemple un mouvement helicoïdal. [0020] Dans l'exemple illustré sur les figures 11 à 14, on procède également à l'accouplement entre une pièce mâle 10 présentant une zone de contact 16 essentiellement cylindrique et une pièce femelle annulaire 12 présentant une cavité centrale cylindrique 22. On prévoit dans la pièce mâle des cavités latérales 32 débouchant sur la surface de contact cylindrique 16. Comme précédemment, la pièce mâle 10 est également pourvue d'un chanfrein 30 facilitant le centrage avec la pièce femelle 12 à l'accostage. En appliquant simultanément un courant de forte intensité et un mouvement de translation, on obtient une pénétration de la pièce mâle 10 dans la pièce femelle 12, et un écoulement viscoélastique de la matière en fusion de la pièce femelle 12 dans les cavités latérales 32 de la pièce mâle 10, de manière à y former des protubérances 36 qui ultérieurement, après refroidissement de l'accouplement, assurent un accouplement positif indémontable entre les pièces 10, 12, permettant la transmission de force et de couples de torsion. Il est à noter que la forme des pièces permet d'envisager en variante un mouvement de pénétration combinant une translation dans l'axe des pièces et une rotation autour de cet axe, par exemple un mouvement helicoïdal. [0021] Une variante des exemples précédents est illustrée sur les figures 15 à 17. Il s'agit une nouvelle fois de réaliser un accouplement positif entre une pièce mâle 10 cylindrique et une pièce femelle 12 comportant une ouverture également cylindrique 22, dont le diamètre, avant accouplement, est légèrement supérieur à celui de la pièce mâle 10. On prévoit à cet effet dans la pièce femelle des gorges axiales périphériques 32, destinées à permettre un écoulement viscoélastique local de la matière en fusion de la zone de contact 16 de la pièce mâle 10 et la formation de protubérances locales de la pièce mâle 10, pénétrant dans les gorges 32. Dans ce mode de réalisation, la pénétration peut avantageusement s'effectuer par un mouvement alliant une translation dans l'axe des pièces et une légère rotation, par exemple un mouvement hélicoïdal, de façon à s'assurer que les parties de la pièce mâle venant en regard des cavités latérales de la pièce femelle à la fin de l'opération de pénétration ont été à un moment durant la pénétration au contact direct de la partie femelle et ont été de ce fait échauffés par effet Joule. [0022] Dans l'exemple des figures 19 à 22, on cherche à accoupler une pièce mâle 10 comportant trois pions cylindriques 38 définissant trois zones de contact cylindriques 16 sur une pièce femelle 12 comportant trois ouvertures 22 ou cavités correspondantes. Initialement, les pions 38 on un diamètre légèrement supérieur à celui des ouvertures 22. Après accostage, on applique un courant de forte intensité de manière à provoquer une fusion dans les zones de contact 16, 22 entre les deux pièces, tout en forçant la pénétration des pions 38 dans les ouvertures, avec déformation viscoélastique des zones de contact 16, 22. Après refroidissement, la répartition des pions 38 assure une parfaite transmission des couples de torsion autour de l'axe de pénétration. [0023] Dans tous les modes de réalisation, les matériaux utilisés sont incompatibles à la soudure. Un accouplement positif par imbrication de formes est obtenu sans jonc de soudure. Suivant les matériaux choisi, ont peut prévoir que seule l'une des pièces atteigne localement sa température de fusion, ou que celle-ci soit atteinte pour les deux pièces. [0024] Diverses variantes sont envisageables. Une variante de l'exemple des figures 18 à 22 consiste à répartir sur chacune des pièces des pions 38 et des cavités 22. Il est également envisageable de combiner entre elles des caractéristiques des différents exemples, pour en réaliser d'autres, par exemple en combinant les cavités latérales 32 d'une pièce mâle 10 suivant les figures 11 à 14 avec des cavités latérales 32 d'une pièce femelle 12 suivant les figures 8 à 10, décalées angulairement des précédentes. Suivant la forme des pièces à accoupler, on peut choisir de déplacer l'une ou l'autre ou les deux pièces, pour réaliser le mouvement relatif d'emmanchement souhaité. Le courant de forte intensité peut être généré par tout moyen approprié. REVENDICATIONS1 Procédé d'accouplement mécanique de deux pièces (10, 12), une première (12) des deux pièces étant formée en un premier matériau conducteur et avec une première zone de contact délimitant au moins une cavité (22) dans la première pièce, une deuxième (10) des deux pièces étant formée en un deuxième matériau conducteur incompatible à la soudure avec le premier matériau conducteur et avec une deuxième zone de contact (16) formée sur une partie saillante de la deuxième pièce et ayant une interférence dimensionnelle avec la première zone de contact (22), caractérisé en ce que: - on approche les deux pièces (10, 12) l'une de l'autre de manière à ce que les première et deuxième zones de contact (16, 22) viennent au moins partiellement au contact l'une de l'autre, - on fait passer d'une des deux pièces (10, 12) à l'autre par la première et la deuxième zones de contact (16, 22) un courant électrique d'intensité suffisante pour, par chauffage par effet Joule, rendre au moins ductile une partie au moins de l'une au moins des première et deuxième zones de contact (16, 22) et on fait simultanément pénétrer la partie saillante de la deuxième pièce dans la cavité (22) de la première pièce par un mouvement relatif entre la première pièce (12) et la deuxième pièce (10) parallèlement à un axe d'insertion en déformant radialement au moins la partie rendue au moins ductile. 2. Procédé d'accouplement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le passage du courant dure pendant la totalité du mouvement relatif d'emmanchement. 3. Procédé d'accouplement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le passage du courant provoque la fusion d'une partie au moins d'une au moins des premières et deuxième zones de contact (16, 22). 4. Procédé d'accouplement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'une au moins des première et deuxième zones de contact (16, 22) comporte une surface parallèle à l'axe d'insertion. 5. Procédé d'accouplement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'une au moins des zones de contact (16, 22) n'est pas une surface de révolution avant déformation. 6. Procédé d'accouplement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'une au moins des première et deuxième zones de contact (16, 22) est pourvue d'un chanfrein de centrage (30). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le passage du courant électrique est impulsionnel. 8. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le passage du courant électrique est provoqué par une décharge de condensateur (26). 9. Procédé d'accouplement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'un des premier et deuxième matériaux est un matériau fritté. 10. Assemblage mécanique constitué d'un moyeu fritté accouplé à un organe tournant par le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.25