Brevet FR3031779A1 — publié le 20160722

Procédé de fabrication d'une bague de synchronisation et bague de synchronisation pour des boîtes de vitesses manuelles synchronisées L'invention se rapporte à un procédé de fabrication d'une bague de synchronisation pour des boîtes de vitesses manuelles synchronisées et à une bague de synchronisation pour des boîtes de vitesses manuelles synchronisées, qui comporte au moins une surface de friction conique dotée de rainures s'étendant de manière axiale incorporées' par formage sans enlèvement de copeaux et est durcie au moins dans la zone de la surface de 10 friction. L'invention se rapporte, en particulier, à ce qu'on appelle une bague de blocage ou une bague de synchronisation de blocage pour une boîte de vitesses manuelle, dont les dents de blocage empêchent temporairement un engagement du manchon de commande avec les dents de déplacement. 15 Les bagues de synchronisation sont utilisées en tant que bagues de synchronisation externes, bagues de synchronisation internes et bagues intermédiaires, où en outre on distingue également entre des systèmes à cône unique, à double cône et à trois cônes. Les systèmes dits à cônes multiples sont souvent utilisés pour synchroniser les faibles rapports de vitesse, dans ce 20 cas, les différences de vitesse pendant la synchronisation sont supérieures à celles dans le cas de grands rapports de vitesse et des forces de friction plus importantes sont, par conséquent, requises lors de l'accélération et du freinage des roues d'engrenage. Dans une synchronisation externe, la bague de synchronisation possède une surface de friction et d'enveloppe externe 25 conique, et dans une synchronisation interne, elle possède une surface de friction et d'enveloppe interne conique. Les bagues de synchronisation sont fabriquées par exemple par formage d'une feuille métallique, par frittage ou par forgeage. La surface de friction conique produite est usinée dans une étape de travail suivante, en particulier 30 revêtue d'une garniture de friction organique ou contenant du carbone. L'application d'un revêtement métallique au moyen de procédés thermiques ou galvaniques estegalement possible. Une bague de synchronisation générique est connue selon le document WO 2010/130442 A2. Dans cette bague de synchronisation, qui est fabriquée 35 par formage d'un matériau plat en métal, la surface de friction conique est dote de rainures qui sont produites par déplacement axial d'un outil par rapport à la surface de friction. L'objectif de l'invention consiste à améliorer davantage le procédé de fabrication connu ou la bague de synchronisation fabriquée à l'aide de celui-ci. Dans ce but, le procédé selon l'invention prévoit les étapes suivantes, qui sont de préférence effectuées dans l'ordre indiqué : a) produire une surface de friction conique, en particulier, par formage d'un matériau plat en métal ; b) incorporer des rainures axiales dans la surface de friction par usinage 10 sans enlèvement de copeaux, où un outil est axialement déplacé par rapport à la surface de friction en produisant la surface de friction finale ; c) effectuer une vibroabrasion au moins de la surface de friction ; et d) durcir ultérieurement au moins la surface de friction, en particulier, par nitruration. 15 Étant donné que les rainures, telles que vues dans la direction axiale, s'étendent de manière rectiligne et non oblique par rapport à la direction axiale, c'est-à-dire qu'elles n'ont aucune composante s'étendant dans une direction circonférentielle, elles sont très faciles à produire, à savoir par déplacement purement axial d'un outil par rapport à la surface de friction conique, qui à ce 20 moment ne présente pas encore de rainures axiales. L'incorporation sans enlèvement de copeaux des rainures est effectuée de préférence directement pendant ou immédiatement après la production de la surface de friction conique, en particulier par formage d'un matériau plat. Il en résulte un procédé de fabrication particulièrement économique pour la bague de synchronisation. 25 Une vibroabrasion de la surface de friction, qui est effectuée après incorporation des rainures axiales, et le durcissement ultérieur de la surface de friction ont une influence positive sur la performance de la bague de synchronisation. En particulier, une capacité de surcharge accrue et l'aptitude à augmenter la vitesse de glissement sont ainsi obtenues. Ce qui est 30 particulièrement avantageux ici c'est l'absence de bavures obtenues par vibroabrasion et la production d'une surface homogène plate en contact de friction, ce qui réduit la tendance au grippage, en particulier en cas de surcharge. La vibroabrasion est aussi appelée "tribofinition" et représente un type de procédé de fabrication par vibro-abrasion utilisé pour ébavurer, arrondir, 35 décalaminer, brunir, nettoyer et éclaircir un grand nombre de pièces à usiner. Dans cette opération de type discontinu, des granulés de milieu de forme spéciale et les pièces à usiner sont placés par exemple dans la cuve d'un tonneau vibrant. La cuve du tonneau vibrant et tout son contenu sont soumis à une vibration. L'action vibratoire amène le milieu à frotter contre les pièces à usiner et à les broyer ce qui permet d'obtenir le résultat souhaité. En fonction de l'application, ceci peut être un procédé sec ou humide. La vibroabrasion ou tribofinition est décrit dans la norme DIN 8589. Contrairement au tonnelage, ce procédé peut assurer la finition des éléments internes, tels que des trous. Il est également plus rapide et moins bruyant. Le procédé est effectué dans une cuve ouverte de sorte que l'opérateur puisse facilement observer si la finition requise a été obtenue. Bien que pour présenter lesdits avantages il suffit de traiter la surface de friction par vibroabrasion et durcissement, la totalité de la bague de synchronisation soit de préférence traitée de manière correspondante pour des raisons de procédure. Le matériau plat est en particulier un matériau non revêtu, de sorte que la surface de friction reste de même non revêtue. En outre, toutefois, il serait également possible d'utiliser un matériau plat sous la forme d'une gaine, en particulier une feuille plaquée par laminage, dans laquelle il ne serait pas nécessaire non plus d'appliquer une garniture de friction séparée après la production du cône. Dans le cas de la feuille plaquée, il est par exemple souhaitable de fournir du laiton en tant que surface mince. Étant donné que la bague de synchronisation ou au moins sa surface de friction est finalement durcie, des aciers nitrurables sont de préférence utilisés en tant que matériaux. Des exemples du matériau plat sont les aciers C30 à C35 ainsi que l'acier 16MnCr5. Pour éviter toute étape supplémentaire de procédé telle qu'un galetage ou analogue, toutes les rainures s'étendent de préférence seulement axialement telles que vues dans la direction axiale, c'est-à-dire sans s'étendre dans la direction circonférentielle. Dans un mode de réalisation préféré, la surface de friction est produite par emboutissage profond et les rainures sont incorporées dans la surface de friction en utilisant un outil d'emboutissage profond profilé de manière correspondante pour un emboutissage profond. Ceci est facile à réaliser en particulier lors de la production d'un cône interne, comme ici un poinçon d'emboutissage profond profilé de manière correspondante peut être utilisé. Selon un aspect particulièrement avantageux, les rainures comportent chacune deux parois latérales qui s'étendent de manière oblique l'une vers l'autre, telles que vues dans une section radiale. Cela signifie que les parois latérales forment un angle aigu l'une avec l'autre. Un tel rainurage avec des parois latérales s'étendant de manière oblique l'une par rapport à l'autre est particulièrement facile à fabriquer. Les rainures ne doivent pas être nécessairement réparties uniformément autour de la circonférence, et il peut être très avantageux de les répartir de manière non uniforme sur la circonférence. Lors de la vibroabrasion, les bords des rainures sont, de préférence, arrondis, mayennant quoi des effets tribologiques positifs sont engendrés. Après vibroabrasion, comme le montre les expériences, les bords doivent de préférence avoir un rayon de bord se situant dans la plage allant de 0,01 à 0,2 mm, en particulier dans la plage allant de 0,02 mm à 0,1 mm, tels que vus dans une section radiale. Selon un développement avantageux de l'invention, un creux axial oblong dont la profondeur est inférieure à la profondeur des rainures, est incorporé dans la surface de friction entre deux rainures. Ces creux axiaux servent de microréservoirs pour l'huile de transmission et ont une influence positive sur les propriétés tribologiques de la bague de synchronisation. À nouveau, cela permet aussi de réduire la tendance au grippage et assure une vitesse de glissement plus élevée. De préférence, ces creux s'étendent parallèlement aux rainures adjacentes le long de la totalité de la longueur axiale de la bague de 25 synchronisation. Même si ce développement offre des avantages en particulier en combinaison avec le procédé selon l'invention, il peut être très bien considéré comme une invention indépendante. Il serait envisageable, par exemple, de prévoir lesdits creux-axiaux dans une bague de synchronisation dans laquelle la 30 surface de friction n'est pas abrasée par vibrations. Cette idée séparée peut bien entendu être optimisée davantage par les caractéristiques des sous-revendications. La profondeur des creux est de préférence égale, au maximum, à 20% de la profondeur des rainures adjacentes, de sorte que les creux ne puissent 35 pas être considérés comme des rainures séparées. Éventuellement, des creux peuvent être présents entre toutes les rainures adjacentes. Selon un mode de réalisation préféré, les creux ont une section transversale essentiellement trapézoïdale tels que vus dans une section radiale. La forme "trapézoïdale" bien entendu se rapporte également à une section transversale avec des bords arrondis par vibroabrasion. Un procédé de fabrication particulièrement économique est obtenu lorsque les creux sont directement produits lors de l'incorporation des rainures dans la surface de friction, en particulier par refoulement de la partie de parti formant la surface de friction. Lors de l'incorporation des rainures, des rejets de matériau sont ainsi obtenus, moyennant quoi un creux oblong est formé entre deux rainures. A cet effet, en particulier l'outil de rainurage n'est pas tenu de fournir un profil spécial. Dans la plage de tolérances de fabrication, les rainures présentent de préférence la même profondeur, qui, éventuellement, peut être aussi la même le long de la totalité de la longueur axiale. L'objectif susmentionné est de même atteint par une bague de synchronisation telle que mentionnée ci-dessus, dans laquelle les bords des rainures sont arrondis par vibroabrasion, où une vibroabrasion est effectué avant durcissement de la surface de friction. La bague de synchronisation selon l'invention présente une performance particulièrement élevée, une capacité de surcharge accrue et l'aptitude à augmenter la vitesse de glissement. En arrondissant les bords, des effets tribologiques positifs sont engendrés. Étant donné que la bague de synchronisation selon l'invention est en général exempte de bavures et présente une surface plate, homogène en contact de friction, la tendance au grippage en cas d'une surcharge est réduite. En outre, la bague de synchronisation selon l'invention est caractérisée par une fabrication simple et peu coûteuse. Au moyen d'une analyse microscopique, il est possible de déterminer si une bague a été broyée avant ou après durcissement. Conformément à un développement de la bague de synchronisation selon l'invention, la surface de friction comporte un creux axial oblong, dont la profondeur est inférieure à la profondeur des rainures, en particulier s'élève, au maximum, à 20% de la profondeur des rainures, entre deux rainures adjacentes. Ce creux axial sert de microréservoir pour l'huile de transmission et de même améliore les propriétés tribologiques de la bague de synchronisation, où ce développement, comme il a été mentionné, peut être également considéré comme une invention indépendante. Comme expliqué ci-dessus, la bague de synchronisation selon l'invention est en particulier une bague de blocage dotée de dents de blocage faisant saillie radialement. Ces dents de blocage font partie intégrante de la bague de synchronisation et sont produites par formage. Les dents de blocage peuvent être produites déjà avant formage, par exemple par poinçonnage du matériau plat, de manière à ce que, par la suite, aucun autre post-traitement d'usinage ne soit nécessaire au niveau de la zone des dents de blocage. La bague de synchronisation de blocage selon l'invention est constituée donc d'une seule partie. En outre, tous les développements et avantages mentionnés en ce qui concerne le procédé selon l'invention s'appliquent également à la bague de synchronisation selon l'invention et vice versa. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention peuvent être tirés de la description suivante d'un mode de réalisation préféré, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - La Figure 1 représente une vue en perspective d'une bague de synchronisation selon l'invention ; - La Figure 2 représente une vue en coupe de la bague de synchronisation de la Figure 1 ; - La Figure 3 représente une section considérablement élargie de la surface de friction de la bague de synchronisation des Figures 1 et 2 dans une vue en coupe radiale ; - La Figure 4 représente une vue d'un matériau plat en métal, à partir duquel est formée la bague de synchronisation selon l'invention ; et - Les Figures 5 et 6 représentent des étapes successives durant le formage du matériau plat pour produire la bague de synchronisation selon l'invention, en référence auxquelles le procédé selon l'invention sera expliqué. La Figure 1 représente une bague de synchronisation 10 sous la forme d'une bague de blocage ou d'une bague de synchronisation de blocage. La même figure comporte un corps de bague 12 à partir duquel plusieurs dents de blocage 16 font saillie au niveau d'une extrémité axiale 14. Les dents de blocage 16 font partie d'un collier dirigé radialement vers l'extérieur. Ce collier peut être pourvu de ce qu'on appelle cames de poussée 18, qui, sous forme de languettes faisant saillie initialement radialement vers l'extérieur, sont courbées axialement d'environ 900. Ces cames de poussée 18 sont situées entre des groupes adjacents de dents de blocage 16. La bague de synchronisation 10 représente ce qu'on appelle une bague de synchronisation à cône unique avec une surface de friction conique 20 sur la partie interne du corps de bague 12. Une telle bague de synchronisation 10 est utilisée pour ce qu'on appelle une synchronisation interne. Alternativement ou en complément, la surface d'enveloppe radialement externe 22 peut également être conçue sous forme conique et former une surface de friction, moyennant quoi une bague intermédiaire pour ce qu'on 10 appelle un système à double cône est obtenue. La surface de friction conique 20 est pourvue de nombreuses rainures axiales 24 se succédant très étroitement sur sa circonférence, dont la largeur est essentiellement égale à la distance entre deux rainures adjacentes 24. Dans les Figures 1 et 2, les distances entre deux rainures adjacentes 24 sont 15 représentées comme étant plus grandes que celles dans le mode de réalisation préféré, afin de conserver la clarté. Les rainures 24 s'étendent seulement dans une direction purement axiale avec une vue dans une direction axiale, c'est-à-dire qu'il n'y a pas d'extension dans la direction circonférentielle. Les rainures s'étendent bien 20 entendu également dans une direction radiale. Selon le mode de réalisation préféré, la surface de friction conique 20 est constituée du matériau à partir duquel la totalité de la bague de synchronisation 10 est réalisée et est conçue sans couche de friction qui lui est appliquée. Cela signifie que la surface de friction 20 est formée par le matériau plat à partir 25 duquel la totalité de la bague de synchronisation 10 est réalisée. Lors du fonctionnement, les rainures 24 empêchent le soudage à une bague à contre-cône et représentent un espace de réception d'huile. Comme on peut le voir sur la Figure 3, chacune des rainures 24 présente deux parois latérales 26 qui, lorsqu'elles sont vues dans une section radiale, 30 s'étendent de manière oblique l'une par rapport à l'autre, c'est-à-dire selon un angle aigu. En outre, au moins les bords 30 des rainures 24 agencées au niveau de la surface de friction 20 sont arrondis par vibroabrasion, où tels que vus dans une section radiale les bords ont un rayon de bord se situant dans la plage allant de 0,01 mm à 0,2 mm, en particulier dans la plage allant de 0,02 35 mm à 0,1 mm. Entre deux rainures adjacentes 24 (de préférence entre toutes les rainures) un creux axial oblong 32, dont la profondeur est nettement inférieure à la profondeur des rainures 24, en particulier s'élève, au maximum, à 20% de la profondeur des rainures 24, est incorporé dans la surface de friction 20. Tels que vus dans une section radiale, ces creux axiaux 32 ont une section transversale essentiellement trapézoïdale, qui possède de même des bords arrondis 34, et sont agencés approximativement au centre des parties de paroi 36 formant la surface de friction 20, qui se trouvent sur une surface de cône. La fabrication de la bague de synchronisation 10 sera expliquée ci- dessous en référence aux Figures 4 à 6, La bague de synchronisation 10 est fabriquée à partir d'un matériau plat en métal, qui est représentée dans la Figure 4 et dont la partie interne et la partie externe sont traitées, par exemple par poinçonnage. Comme après le poinçonnage de préférence aucun post-traitement d'usinage n'est effectué, les dents de blocage 16 sont également formées déjà dans le matériau plat en métal. Éventuellement, des cames de poussée 18 peuvent bien entendu également être poinçonnées. En tant que matériau plat, en particulier l'acier 16MnCr5 ou C30 à C35 est utilisé, où l'acier est de préférence nitrurable. La bague de synchronisation 10 est par la suite façonnée plastiquement de manière à atteindre sa géométrie finale représentée dans la Figure 1, de préférence par emboutissage profond et sans traitement d'usinage. La première étape d'emboutissage profond est schématiquement représentée dans la Figure 5, dans laquelle un outil d'emboutissage profond avec un poinçon d'emboutissage 38, un serre-flan 40 et une matrice d'emboutissage 42 est utilisé. L'invention concerne également un réceptacle 44 qui peut également faire partie de la matrice d'emboutissage 42. Après plusieurs opérations de formage, un outil 46 sous la forme d'un poinçon d'emboutissage particulier est finalement utilisé (voir Figure 6), qui possède une extrémité conique avec des nervures et des rainures 48. En déplaçant de manière axiale l'outil 46 par rapport à la bague de synchronisation 10 presque finie, les rainures 24 sont formées dans la surface de friction 20 sans découpe. Les rainures 24 peuvent bien entendu également être produites dans plusieurs étapes de formage. Entre deux rainures 24, un creux axial oblong 32 (voir Figure 3) est incorporé dans la surface de friction 20. Les creux 32 sont produits directement lors de l'incorporation des rainures 24 dans la surface de friction 20, en particulier par refoulement de la partie de paroi 36 formant la surface de friction 20. Les rainures 24 et les creux axiaux 32 sont donc tous fourrés -pendant l'emboutissage profond lui-même ou directement après celui-ci. Après que la bague de synchronisation 10 a reçu sa forme finale, au moins la surface de friction 20, mais de préférence la totalité de la bague de synchronisation 10, est abrasée par vibrations. Dans ce procédé, les bords 30 des rainures 24 ainsi que les bords 34 des creux axiaux 32 sont arrondis. Par la suite, la bague de synchronisation 10 est durcie par nitruration au moins au niveau de la zone des dents de blocage 16 et de la surface de friction 20. Un post-traitement d'usinage après production des rainures 24 et après durcissement n'est d'ailleurs pas effectué. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une bague de synchronisation (10) pour des boîtes de vitesses manuelles synchronisées, caractérisé par les étapes suivantes : a) produire une surface de friction conique (20), en particulier par formage d'un matériau plat en métal ; b) incorporer des rainures axiales (24) dans la surface de friction (20) par usinage sans enlèvement de copeaux, où un outil (46) est axialement déplacé par rapport à la surface de friction (20) en produisant la surface de friction finale (20) ; C) effectuer une vibroabrasion au moins de la surface de friction (20) ; et d) durcir ultérieurement au moins la surface de friction (20). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le durcissement est réalisé par nitruration. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la production d'une surface de friction conique (20) est réalisée par formage d'un matériau plat en métal. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une rainure (24) s'étend uniquement axialement telle que vue dans une direction axiale. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que toutes les rainures (24) s'étendent uniquement axialement telles que vues dans une direction axiale. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface de friction (20) est produite par emboutissage profond et les rainures (24) sont incorporées dans la surface de friction (20) en utilisant un outil d'emboutissage profond profilé de manière correspondante pour un emboutissage profond. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les rainures (24) comportent chacune deux parois latérales (26) qui s'étendent de manière oblique l'une envers l'autre, telles que vue dans une section radiale. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que pendant la vibroabrasion, les bords (30) des rainures (24) sont 35 arrondis. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'après la vibroabrasion, les bords ont un rayon de bord se situant dans la plage allant de 0,01 mm à 0,20 mm. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'après la vibroabrasion, les bords ont un rayon de bord se situant dans la plage allant de 0,02 mm à 0,10 mm, tels que vus dans une section radiale. 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un creux axial oblong (32), dont la profondeur est inférieure à la profondeur des rainures (24), est incorporé dans la surface de friction (20) entre deux rainures adjacentes (24). 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la profondeur des creux (32) s'élève, au maximum, à 20% de la profondeur des rainures (24). 13. Procédé selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que les creux (32) ont une section transversale essentiellement trapézoïdale tels que vus dans une section radiale. 14. Procédé selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que les creux (32) sont produits directement lors de l'incorporation des rainures (24) dans la surface de friction (20). 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que les creux (32) sont produits directement lors de l'incorporation des rainures (24) dans la surface de friction (20) par refoulement de la partie de paroi (36) formant la surface de friction (20). 16. Bague de synchronisation pour des boîtes de vitesses manuelles synchronisées, qui comporte au moins une surface de friction conique (20) dotée de rainures (24) s'étendant de manière axiale incorporées par formation sans enlèvement de copeaux et est durcie au moins dans la zone de la surface de friction (20), caractérisée en ce que les bords (28, 30) des rainures (24) sont arrondis par vibroabrasion avant durcissement de la surface de friction (20). 17. Bague de synchronisation selon la revendication 16, caractérisée en ce que la surface de friction (20) comporte un creux axial oblong (32), dont la profondeur est inférieure à la profondeur des rainures (24), en particulier s'élève au maximum à 20% de la profondeur des rainures (24), entre deux rainures adjacentes (24). 18. Bague de synchronisation selon la revendication 16 ou 17, caractérisée en ce que la bague de synchronisation (10) est une bague de blocage dotée de dents (16) de blocage faisant saillie radialement.5