Brevet FR3059579A1 — publié le 20180608

L'invention concerne un manchon de serrage expansible destiné à un mandrin expansible ayant des première et deuxième sections d'appui, ainsi qu'une section de serrage qui peut saisir une tige d'outil. L'invention concerne en outre un porte-outil comportant un tel manchon de serrage expansible, ainsi qu'un procédé de serrage d'un outil. Les mandrins expansibles pour machines-outils sont généralement connus dans la technique antérieure. Ils servent à serrer un outil dans un porte-outil. D'une manière générale, ils ont tous une chambre de pression sur laquelle on peut agir à l'aide d'un milieu sous pression élevée (généralement un fluide hydraulique) de sorte que le manchon de serrage expansible est déformé élastiquement. Il saisit de ce fait une tige de l'outil qui est inséré dans le 15 manchon de serrage expansible. Ceci entraîne une liaison par friction entre la tige d'outil et le manchon de serrage expansible. De plus, un moyen de verrouillage mécanique peut être utilisé pour arrêter la tige d'outil dans une position spécifiée et/ou pour augmenter le couple 20 transmissible. L'avantage des mandrins expansibles hydrauliques est que les outils peuvent être serrés de manière fiable avec un petit effort. Le désavantage, cependant, est que la rigidité avec laquelle l'outil est logé dans le mandrin 25 expansible n'est pas optimale pour toutes les applications. De plus, le mandrin expansible doit avoir des dimensions comparativement grandes afin d'augmenter la rigidité. Pour cette raison, des porte-outils qui comptent sur la mise en prise de deux surfaces coniques l'une avec l'autre sont utilisés pour certaines applications, par exemple, l'usinage de sièges de soupape. 30 L'objet de l'invention est de créer un mandrin expansible qui a de petites dimensions et permet de serrer un outil sous une rigidité élevée. 3059579 2 Pour obtenir cet objet, une section de poussée qui est disposée entre la section de serrage et la première section d'appui est fournie sur un mandrin expansible du type mentionné précédemment. L'objet est également obtenu par un porte-outil comportant un tel manchon de serrage expansible, dans lequel une 5 surface de contact pour un arrêt côté outil est fournie. Enfin, l'objet susmentionné est obtenu par un procédé de serrage d'un outil à l'aide d'un mandrin expansible, dans lequel, dans une première étape, une tige de l'outil est insérée dans le mandrin expansible, puis le mandrin expansible est soumis à une pression de sorte qu'une section de serrage du mandrin expansible serre la tige d'outil dans la io direction radiale, et une section de poussée du mandrin expansible déplace la section de serrage et donc la tige d'outil dans la direction axiale de sorte qu'un arrêt côté outil est forcé contre une surface de contact d'un porte-outil. L'invention est basée sur l'idée fondamentale de conversion de la 15 pression qui opère dans la chambre de pression du mandrin à expansion en deux déformations différentes de la section de serrage : une déformation radiale de la section de serrage, par l'intermédiaire de laquelle la tige d'outil est serrée ; et un déplacement axial de la section de serrage produit par une déformation de la section de poussée. Par l'intermédiaire du déplacement axial de la section de 20 serrage, la tige d'outil et donc l'outil sont déplacés ensemble dans la direction axiale de sorte que celle-ci peut être serrée contre une surface de contact côté outil. La surface de contact côté outil peut ainsi servir à augmenter le couple transmis entre le porte-outil et l'outil. En particulier, cependant, la surface de contact côté outil sert à augmenter la rigidité avec laquelle l'outil est serré dans le porte-outil. 25 Le présent exposé concerne un manchon de serrage expansible destiné à un mandrin expansible, ayant une première et une deuxième section d'appui ainsi qu'une section de serrage configurée pour serrer une tige d'outil, dans lequel une section de poussée est disposée entre la 30 section de serrage et la première section d'appui. La section de poussée peut, telle que visualisée dans une coupe transversale, avoir au moins une branche s'étendant en oblique par rapport à l'axe central de la section de serrage. En utilisant une telle géométrie, une 3059579 3 déformation radiale de la branche peut être convertie avec un petit effort en un déplacement axial de la section de serrage. La section de poussée a de préférence deux branches qui fusionnent l'une 5 dans l'autre et s'étendent de préférence en directions opposées en oblique par rapport à l'axe central de la section de serrage. Les deux branches forment ensemble une protubérance de sorte qu'une chambre annulaire ouverte sur le côté interne de la branche est formée autour de la tige d'outil. Si une pression est appliquée de façon externe, les deux branches fonctionnent d'une manière similaire à un mécanisme de lo levier à genouillère qui éloigne la section de serrage de la première section d'appui. Une rainure de dégagement peut être fournie sur le côté interne entre les deux branches afin de minimiser un effet d'encochage à cet endroit. Outre la minimisation de l'effet d'encochage, la rigidité de la section de poussée peut être 15 réglée à l'aide de la rainure de dégagement. Pour l'effet optimal de serrage, il faut veiller à ce que la section de serrage serre d'abord la tige d'outil dans la direction radiale, avant que la section de poussée ne déplace la section de serrage dans la direction axiale. 20 Il est de préférence prévu que la section de poussée borde la première section d'appui. Celle-ci peut, à son tour, être supportée dans la direction axiale par un appui de poussée dans le corps de porte-outil. Dans cette conception, la force de réaction découlant du déplacement axial de la section de serrage peut être supportée directement dans le corps de porte-outil. 25 On peut également fournir une rainure de dégagement qui borde la section de poussée. Si la section de poussée a deux branches, des rainures de dégagement correspondantes peuvent être fournies sur les deux côtés de la section de poussée. Celles-ci, ainsi que la rainure de dégagement fournie à 30 l'intérieur, servent à empêcher une contrainte d'encoche. De plus, la force de serrage peut être influencée par les dimensions de la rainure de dégagement, avec laquelle la section de poussée crée le déplacement axial souhaité. 3059579 4 Il est, de préférence, prévu que la deuxième section d'appui soit disposée radialement à l'extérieur de la section de serrage. Ceci est alors avantageux si la deuxième section d'appui est établie dans le corps de porte-outil dans la direction axiale. Cette géométrie permet à la section de poussée de se 5 décaler plus facilement à l'écart de la première section d'appui. Il peut, de préférence, être prévu ici qu'une section de ressort annulaire soit disposée entre la deuxième section d'appui et la section de serrage, laquelle s'étend essentiellement dans la direction radiale. La section de ressort sert à supporter la section de serrage de façon rigide dans la direction radiale, alors que le déplacement axial souhaité est simultanément autorisé. Conformément à un mode de réalisation préféré, il est prévu que la deuxième section d'appui ait un collier faisant face à la première section d'appui. L'avantage de cette conception est qu'une surface définie est définie pour faire une liaison isolée de la pression du manchon de serrage expansible au corps de porte-outil. Par exemple, le manchon de serrage expansible peut être soudé au corps de porte-outil. Le présent exposé concerne également un mandrin expansible comportant un manchon de serrage expansible selon l'un quelconque des modes de réalisations précédents, dans lequel un manchon d'étanchéité est disposé radialement à l'extérieur de la section de serrage et de la section de poussée de sorte qu'une chambre de pression est définie entre le manchon de serrage expansible et le manchon d'étanchéité. Le présent exposé concerne également un porte-outil comportant un manchon de serrage expansible selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents, dans lequel une surface de contact est prévue pour un arrêt côté outil. La surface d'appui fournie sur le porte-outil est de préférence un cône. Avec celui-ci, un centrage automatique de l'outil peut être obtenu s'il est poussé de force contre la surface de contact par la section de serrage. De plus, en raison de l'effet de coin d'un cône, le couple maximal transmissible peut être fortement augmenté. 3059579 5 La deuxième surface d'appui est, de préférence, logée dans le corps de porte-outil d'une manière fixe au moyen de sa surface circonférentielle. Sous des charges, ceci augmente la rigidité dans la direction radiale avec laquelle l'outil est logé dans le porte-outil. 5 Le manchon de serrage expansible peut, en principe, être inséré directement dans le corps de porte-outil et relié de façon étanche à celui-ci de sorte que la chambre de pression est formée entre le manchon de serrage expansible et le corps de porte-outil. En variante, il est également possible de io disposer un manchon d'étanchéité autour du manchon de serrage expansible de sorte qu'un mandrin expansible autonome est formé, lequel peut être utilisé à la manière d'une cartouche dans un corps de porte-outil. Le présent exposé concerne également un procédé de serrage d'un 15 outil à l'aide d'un mandrin expansible, dans lequel, dans une première étape, une tige de l'outil est insérée dans le mandrin expansible, puis le mandrin expansible est soumis à une pression de sorte que la section de serrage du mandrin expansible serre la tige d'outil dans la direction radiale, et une section de poussée du mandrin expansible déplace la section de serrage et la tige d'outil est ainsi déplacée dans la 20 direction axiale, de sorte qu'un arrêt côté outil est forcé contre une surface de contact d'un porte-outil, de telle manière qu'une précontrainte axiale est créée. Des modes de réalisation avantageux de l'invention sont définis à partir des revendications dépendantes. 25 L'invention va être expliquée ci-dessous en référence au mode de réalisation qui est représenté sur les dessins joints. Sur ceux-ci, on montre : - la figure 1, schématiquement, un porte-outil selon l'invention avec 30 un outil logé au sein de celui-ci ; - la figure 2, en vue agrandie, le manchon de serrage expansible logé dans le porte-outil de la figure 1 ; 3059579 6 - la figure 3, en coupe transversale, un manchon de serrage expansible avec la tige d'outil logée en son sein avant serrage ; et - la figure 4, dans une vue correspondant à celle sur la figure 3, le 5 manchon de serrage expansible avec la tige d'outil logée en son sein après serrage. Sur la figure 1, on montre une section d'un porte-outil 1 qui comporte un corps de porte-outil 2. Une ouverture de réception 9 s'étend au centre à travers le porte-outil, à l'intérieur de laquelle une tige 3 d'un outil 4, indiquée ici 10 schématiquement, peut être insérée. L'outil peut être, par exemple, un foret ou une fraise. Fondamentalement, n'importe quel outil d'usinage peut être inséré, lequel doit être précisément serré de sorte qu'un couple élevé et les charges de flexion peuvent être transférés. 15 Un arrêt 5 est fourni sur l'outil 4, lequel, dans ce cas, est formé en tant que cône externe. Si l'outil 4 est serré dans le porte-outil 1, l'arrêt 5 repose contre une surface de contact 7 qui est fournie sur le corps de porte-outil. La surface de contact est conçue, dans ce cas, en tant que douille conique. Les 20 angles coniques de la surface de contact 7 et de l'arrêt 5 sont de l'ordre de 3° à 45°. En variante, l'arrêt peut également être conçu en tant que butée plate axiale, butée conique ou en tant que butée cylindrique. L'outil 1 est conçu, dans ce cas, en tant que mandrin expansible. À 25 cette fin, un manchon de serrage expansible 10 est disposé dans le corps de porte-outil 2, lequel définit un espace de compression 12 entre lui-même et le corps de porte-outil 2. Celui-ci peut être placé sous pression d'une manière connue de façon inhérente par l'intermédiaire d'un milieu (par exemple, un fluide hydraulique) de sorte que la tige d'outil 3 est serrée dans la direction radiale au 30 sein du manchon de serrage expansible. Dans ce qui suit, la conception du manchon de serrage expansible 10 est décrite de gauche à droite en référence à la figure 2, ce qui veut dire en commençant au niveau du côté externe en direction de l'intérieur du porte-outil. 3059579 7 Le manchon de serrage expansible 10 a une première section d'appui 14 qui est située dans une cavité de réception 15 dans le corps de porte-outil 2. La première section d'appui 14 sert de limite d'un espace de 5 compression 12 dans la direction axiale. La section d'appui 14 est une bague annulaire qui est disposée de manière concentrique par rapport à l'axe central M. Ceci s'applique également aux sections du manchon de serrage expansible 10 qui sont décrites ci-dessous, io lesquelles s'étendent également comme un manchon le long de l'axe central M et concentriques par rapport à celui-ci. Une section de poussée 16 qui est formée par deux branches 18, 20 disposées en oblique par rapport à l'axe central M se connecte à la première 15 section d'appui 14. La première branche 18 s'étend en oblique vers l'extérieur à partir de la première surface d'appui 14, tandis que la deuxième branche s'étend en oblique en direction de l'intérieur. L'angle des branches 18, 20 par rapport à l'axe central est de l'ordre 20 de 3° à 45°. Une section de serrage 22 qui est remplie en tant que manchon ayant un diamètre intérieur essentiellement constant est contiguë à l'extrémité de la section de poussée 16 tournée à l'écart de la première surface d'appui 14. Le 25 diamètre intérieur de la section de serrage 22 et de la première section d'appui 14 définit essentiellement le diamètre de l'ouverture de réception 9 qui s'étend à travers le corps de porte-outil 2. Une section de ressort 24, qui s'étend essentiellement vers l'extérieur 30 dans une direction radiale, est contiguë à l'extrémité de la section de serrage 22 qui est tournée à l'écart de la première section d'appui. Dans la pratique, la section de ressort peut être conçue quelque peu de façon conique, similaire à un ressort à disque. 3059579 8 La circonférence externe de la section de ressort annulaire 24 est contiguë à une deuxième section d'appui 26. La section d'appui 26 a une surface circonférentielle avec laquelle elle repose contre la circonférence externe d'une rainure de support 28 dans la direction radiale, ainsi qu'un collier 30 qui fait face 5 à la première section d'appui 14 et repose contre la base de la rainure de réception dans le mode de réalisation donné à titre d'exemple illustré. Le contact du collier 30 avec la base de la rainure de réception 28 définit un espace de compression 12 sur le côté tourné à l'écart de la première io section d'appui 14. Le manchon de serrage expansible 10 est relié de manière étanche au corps de porte-outil 2 dans la région de la première section d'appui 14 et de la deuxième section d'appui 28. Le manchon de serrage expansible peut, en 15 particulier, être soudé. Des rainures de dégagement 38 peuvent être fournies au niveau de la transition entre la première section d'appui 14 et la première branche 18, au niveau de la transition entre les deux branches 18, 20, au niveau de la transition 20 entre la deuxième branche 20 et la section de serrage 22 et au niveau de la transition allant de la section de ressort 24 à la section d'appui 26. L'espace de compression 12 peut être impacté par la pression par l'intermédiaire d'un trou d'alimentation 40 indiqué sur la figure 1. Celui-ci sert à 25 comprimer la section de serrage 22 de sorte qu'elle est serrée contre la tige d'outil 3 dans la direction radiale. Si la pression dans l'espace de compression 12 est encore augmentée, les branches 18, 20 sont également pressées vers l'intérieur en direction de l'axe 30 central M. La section de serrage 22 est de ce fait poussée à l'écart de la première section d'appui 14 de sorte que la tige d'outil 3 serrée dans la section de serrage 22 est également déplacée dans la direction axiale (voir la flèche P sur la figure 4). Cet effet peut être clairement observé en comparant les figures 3 et 4. 3059579 9 Montré sur la Figure 3 est l'état initial dans lequel la section de poussée 16 s'étend vers l'extérieur d'une manière faisant saillie autour de la tige d'outil 3. Sur la figure 4, on peut voir que la section de poussée 16 est 5 comprimée dans la direction radiale, de telle manière que la section de serrage 22 est déplacée dans la direction axiale (en référence à la figure 4) vers la droite. Ceci peut être observé, en particulier, en ce que la section de ressort 24 au niveau de sa circonférence radialement interne est également déplacée vers la droite. 10 À cause du mouvement axial de la tige d'outil logée dans la section de serrage, l'arrêt 5 de la tige d'outil 3 est attiré d'une manière fixe dans la surface de contact 7 du porte-outil 1 de sorte que l'outil 4 y est fixé précisément et avec une rigidité élevée. 15 La déformation du manchon de serrage expansible 10 découlant du serrage est illustrée sur la figure 4 fortement exagérée pour la clarification. Dans la pratique, la course axiale de l'extrémité radialement interne de la section de ressort 24 est de l'ordre de 10 à 100 micromètres. 20 REVENDICATIONS1. Manchon de serrage expansible (10) destiné à un mandrin expansible, ayant une première et une deuxième section d'appui (14, 26) ainsi qu'une section de serrage (22) configurée pour serrer une tige d'outil (3), caractérisé par une section de poussée (16) qui est disposée entre la section de serrage (22) et la première section d'appui (14). 2. Manchon de serrage expansible (10) selon la revendication 1, io caractérisé en ce que la section de poussée (16), vue dans une coupe transversale, a au moins une branche (18, 20) s'étendant en oblique par rapport à l'axe central (M) de la section de serrage (22). 3. Manchon de serrage expansible (10) selon la revendication 2, caractérisé 15 en ce qu'une pluralité de branches disposées en oblique (18, 20) est fournie. 4. Manchon de serrage expansible (10) selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la section de poussée a deux branches (18, 20) qui fusionnent l'une dans l'autre et s'étendent dans des directions opposées en 20 oblique par rapport à l'axe central (M) de la section de serrage (22). 5. Manchon de serrage expansible (10) selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux branches (18, 20) définissent une protubérance du manchon de serrage expansible. 25 6. Manchon de serrage expansible (10) selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que, entre les deux branches (18, 20), une rainure de dégagement (38) est ménagée sur le côté interne. 30 7. Manchon de serrage expansible (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section de poussée (16) est adjacente à la première section d'appui (14). 3059579 11 8. Manchon de serrage expansible (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une rainure de dégagement (38) est adjacente à la section de poussée (16). 5 9. Manchon de serrage expansible (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième section d'appui (26) est disposée radialement à l'extérieur de la section de serrage (22). 10. Manchon de serrage expansible (10) selon la revendication 9, io caractérisé en ce que, entre la deuxième section d'appui (26) et la section de serrage (22), une section de ressort annulaire (24) est disposée s'étendant dans une direction sensiblement radiale. 11. Manchon de serrage expansible (10) selon l'une quelconque des 15 revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième section d'appui (26) a un collier (30) faisant face à la première section d'appui (14). 12. Mandrin expansible comportant un manchon de serrage expansible selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un 20 manchon d'étanchéité est disposé radialement à l'extérieur de la section de serrage et de la section de poussée de sorte qu'une chambre de pression est définie entre le manchon de serrage expansible et le manchon d'étanchéité. 13. Porte-outil (1) comportant un manchon de serrage expansible (10) selon l'une 25 quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'une surface de contact (7) est prévue pour un arrêt côté outil (5). 14. Porte-outil (1) selon la revendication 13, caractérisé en ce que le manchon de serrage expansible (10) est logé dans un corps de porte-outil (2), et 30 la surface de contact (7) est disposée sur le corps de porte-outil (2). 15. Porte-outil selon la revendication 14, caractérisé en ce que la surface de contact (7) est un cône. 3059579 12 16. Porte-outil selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que la première section d'appui (14) repose axialement contre un appui de poussée (15) dans le corps de porte-outil (2). 5 17. Porte-outil selon l'une quelconque des revendications 13 à 16 en combinaison avec la revendication 10, caractérisé en ce que la deuxième section d'appui (26) est logée d'une manière fixe dans le corps de porte-outil (2) par l'intermédiaire de sa surface circonférentielle. 18. Procédé de serrage d'un outil (4) à l'aide d'un mandrin expansible, dans lequel, dans une première étape, une tige (3) de l'outil (4) est insérée dans le mandrin expansible, puis le mandrin expansible est soumis à une pression de sorte que la section de serrage (22) du mandrin expansible serre la tige d'outil (3) dans la direction radiale, et une section de poussée (16) du mandrin expansible déplace la section de serrage (22) et la tige d'outil (3) est ainsi déplacée dans la direction axiale, de sorte qu'un arrêt côté outil (5) est pressé contre une surface de contact (7) d'un porte-outil (1), de telle manière qu'une précontrainte axiale est créée.