Brevet FR3077750A1 — publié le 20190816

PROCÉDÉ DE RÉALISATION D'UNE FORME FEMELLE DE TYPE « OS DE CHIEN » DANS UNE PIÈCE MÉCANIQUE [1] L'invention concerne de manière générale le serrage de deux pièces mécaniques. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un procédé de réalisation d'une forme femelle du type dit « os de chien », ou « dogbone » en anglais, dans une pièce mécanique. L'invention se rapporte aussi à un pignon excentrique comprenant un dispositif de serrage de deux pièces mécaniques du type « os de chien ». Le procédé s'applique notamment à des pièces mécaniques en acier, mais pas exclusivement. [2] Le dispositif de serrage de deux pièces mécaniques du type « os de chien » trouve une application particulière dans le système de variation du taux de compression d'un moteur thermique, tel que celui décrit par la demanderesse dans sa demande de brevet FR3036146A1. Dans ce système de variation du taux de compression, il est prévu un ensemble de pignons excentriques qui sont montés sur les manetons du vilebrequin du moteur thermique de manière à coopérer chacun avec une extrémité de bielle. [003] Un exemple de pignon excentrique 1 adapté pour ce système de variation du taux de compression est montré à la Fig.1. Le pignon excentrique 1 est scindé en deux demi-anneaux dentés 10 afin d'autoriser son assemblage sur le maneton du vilebrequin. Les demi-anneaux dentés 10 sont assemblés sur le maneton par emmanchement d'éléments de verrouillage 11, dits « os de chien », à l'intérieur de logements 12 qui sont agencés dans les demi-anneaux dentés 10. Des pions 13 et des orifices correspondants 14 forment un dispositif d'indexage pour l'assemblage des demi-anneaux dentés 10. Dans cette liaison mécanique qui s'apparente à du frettage, les éléments de verrouillage 11 constituent des éléments mâles dont des têtes, en leurs extrémités opposées, sont prévues pour s'engager dans les logements 12 constituant les éléments femelles. Des plans d'appui d'une tête de l'élément de verrouillage 11 et du logement correspondant 12 doivent comporter notamment des angles de dépouille respectifs, de façon à ce que la force de liaison entre les demi-anneaux dentés 10 augmente avec la profondeur de l'insertion de l'élément de verrouillage 11 dans le logement 12. [004] La réalisation de la forme femelle du logement accueillant l'élément de verrouillage en « os de chien » pose une difficulté technique à l'homme du métier. En effet, cette forme femelle doit être très précise pour garantir le serrage. Un procédé 2 d'enlèvement de matière par électrochimie ne permettrait pas d'obtenir les tolérances requises. [5] Par EP0339777A1, il est connu un procédé d'extraction de matière dans une pièce en métal ou en matériau composite renforcé de fibres. Selon ce procédé, quatre 5 orifices sont percés dans la pièce aux quatre coins d'une forme en carré. Un fil abrasif est introduit par les orifices et est utilisé pour découper un bloc de matière cubique dans la pièce. Le bloc de matière cubique est ensuite retiré de la pièce pour dégager la forme femelle cubique voulue. Un tel procédé n'est pas adapté pour la réalisation de la forme femelle en « os de chien ». En effet, entre autres, ce procédé ne permet pas la réalisation, 10 avec les tolérances voulues, des angles d'inclinaison dans la forme femelle en « os de chien » et pose également problème pour l'obtention d'un bon état de surface. [6] Il est souhaitable de mettre à disposition de l'homme du métier un procédé spécifiquement conçu pour l'usinage d'une forme femelle en « os de chien » dans une pièce, autorisant l'obtention des tolérances et de l'état de surface requis et adapté pour 15 une production en grande série avec des coûts d'outillage optimisés. Selon un premier aspect, l'invention concerne un procédé de réalisation d'une forme femelle du type dit « os de chien » dans une pièce mécanique, la forme femelle comprenant au moins une partie formant tête d'extrémité, le procédé comprenant des opérations d'extraction de matière par usinage. Conformément à l'invention, le procédé 20 comprend les étapes suivantes : a) réaliser une ébauche de la partie formant tête d'extrémité par retrait rapide de matière avec des opérations de perçage au foret standard et/ou fraisage à la fraise cylindrique deux tailles standard, b) réaliser une rainure formant une partie centrale fonctionnelle de la forme femelle par 25 une opération de fraisage selon un axe central longitudinal de la forme femelle, et c) réaliser des première et deuxième zones fonctionnelles de serrage et d'appui dans la partie formant tête d'extrémité, situées symétriquement de part et d'autre de l'axe central longitudinal, par une opération de contournage à la fraise. Selon premier mode de réalisation particulier, l'étape a) du procédé comprend deux 30 opérations de perçage avec un premier foret standard selon des premier et deuxième axes dans la partie formant tête d'extrémité et une opération de perçage avec un deuxième 3 foret standard selon un troisième axe dans la partie formant tête d'extrémité, le diamètre du premier foret étant inférieur à celui du deuxième foret. [7] Selon deuxième mode de réalisation particulier, l'étape a) du procédé comprend 5 une opération de perçage avec un foret standard selon un troisième axe dans la partie formant tête d'extrémité et deux opérations de fraisage avec une fraise cylindrique deux tailles standard selon des premier et deuxième axes, le diamètre de la fraise cylindrique deux tailles standard étant inférieur à celui du foret. [8] Selon une autre caractéristique particulière, l'opération de fraisage de l'étape b) 10 est réalisée avec une fraise cylindrique deux tailles et/ou une fraise scie. [9] Selon encore une autre caractéristique particulière, l'opération de contournage à la fraise comporte plusieurs passes de copiage. [0010] Selon un autre aspect, l'invention concerne également un pignon excentrique comprenant deux demi-anneaux dentés et un dispositif de serrage des demi-anneaux 15 dentés du type dit à « os de chien ». Conformément à l'invention, des logements du dispositif de serrage ont une forme femelle réalisée par la mise en oeuvre du procédé décrit brièvement ci-dessus. [0011] L'invention concerne aussi un moteur thermique comprenant un vilebrequin équipé d'au moins un pignon excentrique tel que décrit ci-dessus. 20 [0012] D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous d'un mode de réalisation particulier de l'invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la Fig.1 est une vue en perspective montrant un exemple de réalisation d'un pignon excentrique pour un système de variation du taux de compression d'un 25 moteur thermique ; la Fig.2 est une vue plane de dessus montrant une forme femelle en « os de chien » obtenue dans une pièce par la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; 4 - les Figs.3A à 3D montrent des étapes d'usinage comprises dans un premier mode de réalisation du procédé selon l'invention ; et - les Figs.4A et 4B montrent des étapes d'usinage comprises dans un deuxième mode de réalisation du procédé selon l'invention. 5 [0013] La forme femelle FF en « os de chien » réalisée dans une pièce 2 est montrée en vue de dessus à la Fig.2. [0014] La forme femelle FF comporte une rainure centrale 20 se prolongeant sur une longueur L, selon un axe central longitudinal AC, et deux portions formant têtes d'extrémité 21 situées de part et d'autre de la rainure centrale 20. La rainure 20 est une partie centrale 10 fonctionnelle de la forme femelle FF et a une forme sensiblement parallélépipédique avec des faces planes. [0015] Les têtes d'extrémité 21 comportent chacune une paroi principale en arc de cercle 22 qui se prolonge en ses extrémités par deux zones 22A ayant la même forme géométrique et formant des zones de raccordement avec la rainure centrale 20. La paroi 15 en arc de cercle 22 est centrée sur un axe de révolution A qui est en intersection avec l'axe central longitudinal AC et compris dans un plan transversal de la pièce 2 perpendiculaire à l'axe central longitudinal AC de celle-ci. [0016] Une zone de raccordement 22A est montrée en détail dans l'agrandissement AG de la Fig.2. Comme montré dans l'agrandissement AG, la zone de raccordement 23 est 20 formée de plusieurs portions en arc de cercle. La zone de raccordement 22A comprend une première zone de dégagement 210, une deuxième zone de dégagement 211, une zone fonctionnelle d'appui et serrage 23 et une troisième zone de dégagement 212. Les zones de dégagement 210 et 211 sont jointives et centrées sur des axes de révolution B1 et B2 qui sont parallèles à l'axe A, respectivement. La zone fonctionnelle d'appui et 25 serrage 23 est située entre les zones de dégagement 211 et 212. La zone de dégagement 212 forme un arrondi d'arête avec la paroi longitudinale de la rainure centrale 20. [0017] La forme femelle FF accueillant l'élément de verrouillage en « os de chien » doit être précise. Il est indispensable de tenir les tolérances sur la zone fonctionnelle d'appui et serrage 23, la longueur L et les zones de dégagement. Un angle de dépouille typiquement 30 de quelques degrés, par exemple de 2 degrés, est nécessaire dans la zone fonctionnelle d'appui et serrage 23 pour produire le serrage de l'élément de verrouillage 11 (Fig.1) 5 lorsque celui-ci est poussé dans la forme femelle FF. L'état de surface doit également être garanti. [0018] Le procédé selon l'invention fait appel à une gamme spécifique d'usinage. La forme femelle FF est réalisée par usinage des différentes zones avec plusieurs outils à 5 partir d'une forme pleine. [0019] Le procédé selon l'invention comporte quatre étapes d'usinage dans lesquelles sont réalisées des opérations de perçage et de fraisage. Des premier et deuxième modes de réalisation du procédé selon l'invention sont décrits ci-dessous. [0020] Le premier mode de réalisation du procédé selon l'invention comprend quatre 10 étapes d'usinage El à E4 montrées respectivement aux Figs.3A à 3D. [0021] Les étapes d'usinage El et E2 ont pour objectif de réaliser une ébauche dans la pièce 2, en retirant un maximum de matière en un minimum de temps. Les étapes d'usinage El et E2 sont réalisées entièrement avec des opérations de perçage, à savoir, six perçages. Des forets standard du commerce sont utilisés pour réaliser ces perçages. 15 [0022] A l'étape El, correspondant à la Fig.3A, quatre perçages sont réalisés suivant les axes Bi. Un foret de diamètre D1 est utilisé pour cela. Ces perçages permettent d'obtenir directement les zones de dégagement 210, en arc de cercle, dans les têtes 21. [0023] A l'étape E2, correspondant à la Fig.3B, deux perçages sont réalisés ensuite suivant les axes A. Un foret de grand diamètre D2, relativement au diamètre D1, est utilisé 20 pour cela. Ces perçages permettent d'obtenir directement les parois en arc de cercle 22 dans les têtes 21. [0024] A l'étape E3, correspondant à la Fig.3C, la rainure 20 est réalisée par fraisage. Une fraise cylindrique deux tailles est typiquement utilisée. En variante, une fraise scie pourra être utilisée à la place de la fraise cylindrique deux tailles. Cette opération de 25 fraisage permet d'obtenir directement la rainure 20 dans un état fonctionnel avec les tolérances voulues. [0025] A l'étape E4, correspondant à la Fig.3D, les zones fonctionnelles d'appui et serrage 23 sont obtenues dans leur état fonctionnel par contournage à la fraise. Typiquement, plusieurs passes de copiage sont réalisées de façon à obtenir le contour 30 voulu avec l'angle de dépouille, les tolérances géométriques et l'état de surface spécifiés. 6 En variante, il pourra être fait appel à un outil fraise de forme spécifique, intégrant un angle de manière à obtenir la dépouille. On notera toutefois que l'utilisation d'outils spécifiques augmente le coût d'usinage de la forme femelle FF. [0026] Le deuxième mode de réalisation du procédé selon l'invention comprend quatre 5 étapes d'usinage El' à E4' montrées respectivement aux Figs.4A, 4B et 30, 3D. [0027] De même que dans le premier mode de réalisation, les étapes d'usinage El' et E2' ont pour objectif de réaliser une ébauche dans la pièce 2, en retirant un maximum de matière en un minimum de temps. Les étapes d'usinage El' et E2' sont réalisées avec des opérations de perçage et de fraisage, à savoir, deux perçages et quatre fraisages. Un foret 10 standard et une fraise cylindrique deux tailles standard sont utilisés pour réaliser ces opérations. [0028] A l'étape El ', correspondant à la Fig.4A, deux perçages sont réalisés suivant les axes A. Un foret de diamètre D2 est utilisé pour cela. Ces perçages permettent d'obtenir directement les parois en arc de cercle 22 dans les têtes 21. 15 [0029] A l'étape E2', correspondant à la Fig.4B, quatre fraisages, avec une fraise cylindrique deux tailles standard, sont réalisés ensuite suivant les axes Bi. Ces fraisages permettent d'obtenir directement les zones de dégagement 210, avec le diamètre D1, dans les têtes 21. [0030] Les étapes E3' et E4' réalisées ensuite sont identiques aux étapes E3 et E4 du 20 premier mode de réalisation. [0031] Dans les deux modes de réalisation décrits ci-dessus, la réalisation de l'ébauche, avec les étapes El, E2 ou El ', E2', permet un enlèvement de matière rapide et un gain de temps substantiel dans la durée de réalisation de l'étape E4 ou E4'. En effet, la longueur à usiner par contournage à l'étape E4 ou E4' est sensiblement réduite grâce aux opérations 25 réalisées dans les étapes El, E2 ou El ', E2'. Le gain de temps total obtenu est de l'ordre de 60 (3/0, du fait d'une durée de finition réduite. [0032] Le procédé selon l'invention a été décrit ci-dessus relativement à la réalisation d'une forme femelle « en os de chien » complète. Bien entendu, le procédé selon l'invention s'applique également à la réalisation d'une demi-forme femelle « en os de 30 chien » telle que celle des logements 12 montrés à la Fig.1 7 [0033] L'invention ne se limite donc pas aux modes de réalisation particuliers qui ont été décrits ici à titre d'exemple. L'homme du métier, selon les applications de l'invention, REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d'une forme femelle (FF) du type dit « os de chien » dans une pièce mécanique (2), ladite forme femelle (FF) comprenant au moins une partie formant tête d'extrémité (21), ledit procédé comprenant des opérations d'extraction de matière par usinage, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a) réaliser (El, E2; El ', E2') une ébauche de ladite partie formant tête d'extrémité (21) par retrait rapide de matière avec des opérations de perçage au foret standard et/ou fraisage à la fraise cylindrique deux tailles standard, b) réaliser (E3, E3') une rainure (20) formant une partie centrale fonctionnelle de ladite forme femelle (FF) par une opération de fraisage selon un axe central longitudinal (AC) de ladite forme femelle (FF), et c) réaliser (E4, E4') des première et deuxième zones fonctionnelles de serrage et d'appui (23) dans ladite partie formant tête d'extrémité (21), situées symétriquement de part et d'autre dudit axe central longitudinal (AC), par une opération de contournage à la fraise. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape a) comprend deux opérations de perçage (El) avec un premier foret standard (D1) selon des premier et deuxième axes (B1) dans ladite partie formant tête d'extrémité (21) et une opération de perçage (E2) avec un deuxième foret standard (D2) selon un troisième axe (A) dans ladite partie formant tête d'extrémité (21), le diamètre (D1) du premier foret étant inférieur à celui du deuxième foret (D2). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape a) comprend une opération de perçage (El ') avec un foret standard (D2) selon un troisième axe (A) dans ladite partie formant tête d'extrémité (21) et deux opérations de fraisage (E2') avec une fraise cylindrique deux tailles standard selon des premier et deuxième axes (B1), le diamètre (D1) de la fraise cylindrique deux tailles standard étant inférieur à celui du foret (D2). 9 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite opération de fraisage de l'étape b) est réalisée avec une fraise cylindrique deux tailles et/ou une fraise scie. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que 5 ladite opération de contournage à la fraise de l'étape c) comporte plusieurs passes de copiage. 6. Pignon excentrique (1) comprenant deux demi-anneaux dentés (10) et un dispositif de serrage des demi-anneaux dentés du type dit à « os de chien », caractérisé en ce que des logements (12) dudit dispositif de serrage ont une forme femelle (FF) 10 réalisée par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 7. Moteur thermique comprenant un vilebrequin équipé d'au moins un pignon excentrique (1) selon la revendication 6.