Brevet FR3058919A1 — publié le 20180525

- 1 - DISPOSITIF ET PROCEDE D'USINAGE D'UN PIED DE BIELLE, ORIFICE DE PIED DE BIELLE, ET BIELLE DE MOTEUR A COMBUSTION La présente invention concerne l'usinage par alésage 5 d'un pied de bielle en acier, notamment en forme de trompette, ou de forme spécifique du type convexe. Plus précisément, elle a pour objet un dispositif et un procédé d'usinage d'un profil convexe à l'intérieur d'un corps cylindrique ouvert à ses deux extrémités, comportant un 10 corps d'outil entraîné par une broche rotative, et supportant des plaquettes d'usinage. Les bielles de moteurs à piston, présentent généralement un orifice de passage du vilebrequin, et un orifice, dit orifice de pied de bielle, au travers duquel est 15 engagé un axe supportant le piston, dit axe de piston. Sous l'effet des contraintes mécaniques, les axes de piston ont tendance à fléchir à l'usage. Le fléchissement des axes de piston dans les orifices de pied de bielle, pose un problème d'usure particulier sur les orifices de pied de bielle, 20 notamment à leurs extrémités. Pour protéger de cette usure les orifices de pied de bielle, on peut introduire une bague de protection en laiton autour de l'axe de piston. Cette solution est coûteuse, et présente l'inconvénient d'introduire une pièce supplémentaire 25 dans l'assemblage. L'adoption d'une forme particulière d'élargissement aux extrémités de l'orifice de pied de bielle, dite forme « en trompette », ou de forme spécifique du type convexe, permet de se passer de la bague de protection, tout en protégeant 30 les bords de l'orifice. Certains outils d'usinage tournants, par exemple à plaquettes rétractables utilisés pour usiner un orifice de pied de bielle en forme de trompette. Les plaquettes sont montées sur une broche d'usinage travaillant la matière en 35 progression. La broche peut être équipée d'un système de copiage et de programmation, pour piloter l'écartement radial des plaquettes lors de la progression de l'outil. 3058919 - 2 - Les systèmes d'usinage à plaquettes pilotées impliquent des étapes préliminaires, de copiage du profil d'alésage, et de programmation pour le mouvement des plaquettes. Elles n'assurent pas le niveau de performance et de robustesse souhaités. La présente invention vise à obtenir la qualité et la robustesse industrielle, pour l'usinage des orifices de pied de bielle en forme de trompette, tout en autorisant aussi la réalisation de profils variés, s'écartant de la forme en trompette la plus conventionnelle, avec la même garantie de robustesse et de qualité. Dans ce but, elle propose que le corps de l'outil soit déporté radialement à l'écart du centre du corps cylindrique et se déplace en tournant sur lui-même le long d'une trajectoire circulaire à l'intérieur du corps cylindrique de manière à réaliser l'usinage du profil convexe par enlèvement de matière dans celui-ci. Le corps d'outil réalise l'usinage en se déplaçant suivant une interpolation circulaire, qui lui permet d'enlever de la matière sur la face intérieure du corps cylindrique en tournant sur lui-même, avec un déport radial par rapport au centre de celui-ci. L'invention trouve une application non limitative sur l'usinage des orifices de pied de bielle d'un moteur à 25 combustion. Elle permet notamment de réaliser bielles de moteur à combustion, dont les orifices de pied de bielle combinent une partie droite et une partie arrondie. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 30 apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels : - les figures lA et 1B présentent une bielle et son orifice de pied de bielle, de face et de profil, 35 - les figures 2A à 2C montrent des profils d'orifice de pied de bielle en coupe partielle, - la figure 3 représente l'outil d'usinage proposé, et 3058919 - 3 - les figures 3A et 3B illustrent de variantes des plaquettes d'usinage. La bielle 1 des figures lA et 1B, présente une tige de bielle 2, une tête de bielle 3 un orifice de tête de bielle 5 3a pour le vilebrequin (non représenté) à une extrémité, un pied de bielle 4 et un orifice de pied de bielle 4a pour le passage de l'axe de piston (non représenté). Dans cet exemple, le pied de bielle 4 porte une bague intérieure 5. Sur les figures 2A à 2C, on retrouve des orifices de 10 pied de bielle 4a avec leur axe de symétrie 4b. Seule une moitié de ces orifices est représentée sur les schémas. Sur la figure 2A, l'orifice 4a présente un profil en trompette conventionnel, dont les bords arrondis 4c s'élargissent vers l'extérieur. Comme indiqué plus haut, ce profil permet de 15 protéger efficacement les ouvertures de l'orifice de dégradations entrainées par le fléchissement de l'axe de piston (non représenté) traversant l'orifice. L'orifice 4a de la figure 2B, présente des bords inclinés s'élargissant sur une pente droite 4d vers l'extérieur. Enfin les bords de 20 l'orifice 4a de la figure 2C ont un profil parfaitement original, constitué de l'intérieur vers l'extérieur d'une pente droite 4d similaire à celle de la figure 2B, à laquelle se raccorde un bord arrondi 4c similaire à celui de la figure 2A. Ce nouveau profil de pied de bielle, combinant une pente et rayon à chaque extrémité d'un trou percé ou alésé, est particulièrement avantageux, pour protéger le pied de bielle, de l'usure entraînée par le fléchissement de l'axe du piston. L'outil d'usinage 6 de la figure 3 présente un corps d'outil 6a et une tête d'attachement 6b sur une broche (non représentée), elle-même montée sur une machine spéciale, ou un centre d'usinage contrôlant son actionnement et ses déplacements. Le corps d'outils 6a présente des logements réglables, pour y insérer des plaquettes d'usinage amovibles 7, en carbure ou en « cermet » (type de nuance céramique). En variante, on peut utiliser divers matériaux pour le corps d'outil et les plaquettes : 3058919 - 4 - - un corps d'outil monobloc en carbure, avec une forme réalisée par affûtage, - un corps d'outil avec des cartouches amovibles, pour insérer des plaquettes à trou par le centre, 5 - un corps d'outil en carbure monobloc avec des inserts brasé, ou - un corps d'outil en carbure avec un revêtement du marché. Le dispositif 6 permet l'usinage d'un profil convexe à 10 l'intérieur d'un corps cylindrique 4, tel qu'un pied de bielle ouvert à ses deux extrémités. Son corps d'outil 6a est entraîné par une broche rotative (non représentée). Il supporte deux plaquettes d'usinage symétriques 7, espacées axialement sur le corps d'outil, dont les bords de coupe 15 usinent la matière aux deux extrémités du corps cylindrique. Dans l'exemple de la figure 3, les plaquettes ont un profil de coupe arrondi 7c, complémentaire à celui de la figure 2A. La distance entre leurs extrémités extérieures 7b correspond à la largeur de l'orifice de pied de bielle 4a. Les bords de 20 coupe des plaquettes 7 sont arrondis et concaves, et peuvent présenter différents rayons de courbure selon la forme des ouvertures d'orifice à usiner. Les bords de coupe des plaquettes 7 peuvent aussi présenter une pente droite 7d, selon l'inclinaison souhaitée, pour réaliser des profils 25 d'ouverture droits. Les angles de coupe sont ajustables, afin de couper différentes matières de revêtements. Ils peuvent respecter les normes du système ISO pour couper l'ensemble des matières du marché. Enfin, les plaquettes peuvent être réversibles pour réaliser deux coupes différentes selon leur 30 sens de montage d'usinage. En résumé, les bords de coupe des plaquettes d'usinage peuvent avoir un profil arrondi concave, une pente droite, ou combiner une partie droite et une partie arrondie concave. A l'écart des plaquettes de profilage 7, le corps 35 d'outil 6a porte aussi une ou plusieurs plaquettes de finition 8, par exemple de forme ISO pour la finition du diamètre et des états de surface. Les plaquettes de finition 3058919 - 5 peuvent être réglées en position, notamment avec un système de réglage par pion. Le corps d'outil 6a a un diamètre inférieur à celui de l'orifice de tête de bielle 4a. Pour usiner un pied de 5 bielle, on introduit l'outil au centre 4b de l'orifice 4a. Dans cette position, l'axe du corps d'outil 6b se confond avec celui de l'orifice 4b, et les bords extérieurs des plaquettes d'usinage 7 sont à l'aplomb de ceux de l'orifice 4a. Pour usiner la matière du pied de bielle 4, le corps 10 d'outil 6 est immobilisé axialement, et déporté à l'écart de l'axe 4b de l'orifice et du corps cylindrique du pied de bielle. Il se déplace en tournant sur lui-même, le long d'une trajectoire circulaire à l'intérieur du corps cylindrique, de manière à réaliser l'usinage du profil convexe par enlèvement 15 de matière dans celui-ci. Le corps d'outil 6a travaille en se déplaçant avec sa broche. Il suit une interpolation circulaire pour enlever de la matière sur la face intérieure du corps cylindrique, en tournant sur lui-même avec un déport radial par rapport à au centre de l'orifice. Les plaquettes 7 20 réalisent l'usinage de la forme convexe à chaque bord de l'orifice 4a, en tournant sur la même trajectoire circulaire déportée, que leur porte-outil. Pendant cette opération de rotation, le corps d'outil 6a et ses plaquettes 7, sont immobilisés axialement vis-à-vis du corps cylindrique du pied 25 de bielle. A l'issue de cette opération, le porte-outil 6a peut être déplacé axialement, pour permettre à la plaquette de finition 8, d'opérer le travail de surface souhaité. Comme indiqué plus haut, les plaquettes d'usinage 7 peuvent présenter sur tout ou partie de leur bord de coupe, 30 des pentes courbes ou droites. L'outil peut être équipé de plaquettes d'usinages de profil spécifique, pour réaliser d'autres profilages d'orifice de pied de bielle, tels que ceux des figures 2B et 2C. Par exemple, des plaquettes comme celles de la figure 3A pour le profil droit de la figure 2B 35 et des plaquettes comme celles de la figure 3B pour le profil combiné de la figure 2C. En résumé, on peut utiliser des plaquettes à bords de coupe arrondis concaves, sur au moins une partie de leur 3058919 - 6 longueur, pour réaliser des profils d'ouverture convexes aux deux extrémités de l'orifice, de même que des plaquettes à bords de coupe droits, au moins sur au moins une partie de leur longueur. 5 Avec ce dispositif et ce procédé on parvient à réaliser directement des formes en alésage par interpolation circulaire, avec un outil simple par rapport à des solutions existantes beaucoup plus coûteuses. Grâce l'invention, il devient possible : 10 - de faire des formes spécifiques quelconques, - d'augmenter la durée de vie de l'outil, - de réduire le temps d'usinage, et de - réduire l'investissement lié à l'adaptation ou le renouvellement des machines de production. 15 Ce dispositif et ce procédé, permettent de réaliser des orifices de pied de bielle de moteur à combustion et combinant une partie droite et une partie arrondie. Au-delà de des orifices de pied de bielle, l'invention trouve son application pour l'ensemble des alésages de forme 20 spéciale dans des matières comme l'aluminium, l'acier, la fonte, et tous les types de matières existants. REVENDICATIONS1. Dispositif d'usinage (6) d'un profil convexe à l'intérieur d'un corps cylindrique (4) ouvert à ses deux 5 extrémités, comportant un corps d'outil (6a) entraîné par une broche rotative et supportant des plaquettes d'usinage (7), caractérisé en ce que le corps d'outil (6a) est déporté radialement à l'écart du centre (4b) du corps cylindrique et se déplace en tournant sur lui-même le long d'une trajectoire 10 circulaire à l'intérieur du corps cylindrique de manière à réaliser l'usinage du profil convexe par enlèvement de matière dans celui-ci. 2. Dispositif d'usinage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps d'outil (6a) est immobilisé 15 axialement à l'intérieur du corps cylindrique (4) pendant sa rotation. 3. Dispositif d'usinage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le corps d'outil (6a) supporte deux plaquettes d'usinage (7) espacées axialement sur celui-ci, 20 dont les bords de coupe usinent la matière aux deux extrémités du corps cylindrique (4). 4. Dispositif d'usinage selon la revendication 3, caractérisé en ce que les bords de coupe des plaquettes (7) d'usinage ont une forme arrondie concave (7c). 25 5. Dispositif d'usinage selon la revendication 3, caractérisé en ce que les bords de coupe des plaquettes (7) ont une pente droite (7d). 6. Dispositif d'usinage selon la revendication 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que les bords de coupe des plaquettes 30 (7) combinent une partie droite (7d) et une partie concave (7c). 7. Dispositif d'usinage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en que le corps d'outil (6a) supporte au moins une plaquette de finition (8) 35 réglable en position, à l'écart des plaquettes d'usinage (7). 8. Procédé d'usinage d'un profil convexe à l'intérieur d'un corps cylindrique (4) ouvert à ses deux extrémités, à l'aide d'un corps d'outil rotatif (6a) 3058919 - 8 - supportant des plaquettes d'usinage (7), caractérisé en ce que le corps d'outil (6a) réalise l'usinage en se déplaçant suivant une interpolation circulaire qui lui permet d'enlever de la matière sur la face intérieure du corps cylindrique (4) en tournant sur lui-même avec un déport radial par rapport au centre de celui-ci. 9. Procédé d'usinage d'un orifice de pied de bielle (4a) selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il utilise des plaquettes à bords de coupe concaves arrondis (7c) sur au moins une partie de leur longueur, pour réaliser des profils d'ouverture convexes aux deux extrémités de l'orifice (4a). 10. Procédé d'usinage d'un orifice de pied de bielle (4a) selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il utilise des plaquettes (7) à bords de coupe droits (7d) au moins sur au moins une partie de leur longueur, pour réaliser des profils d'ouverture convexes aux deux extrémités de l'orifice (4a). 11. Orifice de pied de bielle (4a) obtenu par la mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 8, 9 ou 10, caractérisé en ce qu'il présente à ses extrémités un profil convexe combinant une partie droite (4d) et une partie arrondie (4c). 12. Bielle de moteur à combustion (1), caractérisé en 25 ce qu'elle présente un orifice de pied de bielle (4a) conforme à la revendication 11.