Brevet FR3103721A1 — publié le 20210604

Procédé de fabrication d’une crémaillère (2) comprenant une denture à pas (P1) variable, caractérisé en ce qu’il comprend une étape d’ébauche dans laquelle une ébauche (1) de la crémaillère (2) est réalisée, ladite ébauche (1) comprenant au moins une surépaisseur sur au moins une zone de la denture par rapport à une caractéristique dimensionnelle souhaitée de la crémaillère (2), le procédé comprenant également une étape de finition (F) dans laquelle l’au moins une surépaisseur de l’ébauche (1) est enlevée. Figure 1 Procédé de fabrication d’une crémaillère comprenant une denture à pas variable mettant en œuvre une étape d’ébauche suivie d’une étape de finition La présente invention concerne les procédés de fabrication des crémaillères, c’est-à-dire des barreaux dentés, qui sont destinées par exemple aux mécanismes de direction utilisés dans des véhicules. Une crémaillère est un barreau denté comprenant, d’une part une denture formée de dents, et d’autre part un dos de denture opposé à la denture. En outre, une dent comprend un premier flanc et un second flanc, généralement symétrique au premier flanc par rapport à un sommet reliant le premier flanc au second flanc. Dans certaines applications, il est utile de disposer d’une crémaillère à pas variable, c’est-à-dire dont la denture présente un pas (distance entre deux dents successives) qui n’est pas constant. Un tel pas variable permet en effet de conférer un rapport de démultiplication variable entre la crémaillère et un pignon qui engrène sur celle-ci. Ainsi, par exemple, une crémaillère utilisant un pas plus petit, c’est-à-dire des dents plus rapprochées, au milieu et plus grand aux extrémités de ladite crémaillère, on obtient une progressivité de la commande direction, qui est plus précise au voisinage de la ligne droite, pour de faibles déplacements du volant de conduite, et plus rapide lors de grands déplacements du volant de conduite, lors de la prise de virage ou de manœuvres de stationnement. Les flancs des dents des crémaillères à pas variable ne sont pas rectilignes mais présentent un angle d’hélice, c’est-à-dire un rayon de courbure, non constant ou variable. Pour fabriquer de telles crémaillères, on connaît plusieurs procédés comme un procédé de forgeage, ou un procédé d’usinage par un outil coupant. De tels procédés donnent globalement des résultats satisfaisants. Cependant, il est très difficile de régler les paramètres des différents procédés afin d’obtenir une crémaillère respectant les caractéristiques dimensionnelles souhaitées comme par exemple une précision du pas, d’une composée radiale également appelée « theeth space runout » en anglais et correspondant à la variation d’entraxe mesurée avec un pignon MASTER dit parfait, d’un angle de pression, et de l’angle d’hélice de la crémaillère. Ainsi, la mise en œuvre de tels procédés nécessite un temps de réglage particulièrement long afin d’obtenir des crémaillères correspondant au standard attendu. Les objets assignés à l’invention visent par conséquent à proposer un procédé de fabrication de crémaillères à denture à pas variable qui permette une fabrication rapide, précise et facilement réglable. L’invention a pour objet un procédé de fabrication d’une crémaillère comprenant une denture à pas variable, caractérisé en ce qu’il comprend une étape d’ébauche dans laquelle une ébauche de la crémaillère est réalisée, ladite ébauche comprenant au moins une surépaisseur sur au moins une zone de la denture par rapport à une caractéristique dimensionnelle souhaitée de la crémaillère, le procédé comprenant également une étape de finition dans laquelle l’au moins une surépaisseur de l’ébauche est enlevée. Une ébauche de la crémaillère est une crémaillère comprenant au moins une surépaisseur sur au moins une zone de la denture. L’ébauche comprend obligatoirement un surplus de matière qui est susceptible d’être retiré de manière à atteindre les caractéristiques dimensionnelles souhaitées. En aucun cas, l’ébauche ne présente des manques de matière. Autrement dit, l’ébauche ne respecte pas les caractéristiques dimensionnelles souhaitées car elle présente un excédent de matière. L’ébauche ne pourrait être utilisée en l’état dans un système de direction par exemple. Le procédé utilisé lors de l’étape d’ébauche est facilement réglable car il ne cherche pas à réaliser une crémaillère présentant toutes les caractéristiques dimensionnelles souhaitées. Il existe donc plus de degrés de liberté que dans un procédé classique qui réalise directement une crémaillère au standard attendu. Le réglage utilisé permet de réaliser rapidement une ébauche d’une crémaillère comprenant une denture à pas variable. Le procédé utilisé lors de l’étape d’ébauche est choisi en fonction de contraintes technico-économiques. Préférentiellement, l’ébauche de la crémaillère sera réalisée au moyen d’un procédé d’usinage mettant en œuvre une machine-outil. Un procédé d’usinage retire de la matière. Un tel procédé cherchant à réaliser uniquement une ébauche est facilement réglable et permet de réaliser rapidement un grand nombre de pièces. Selon un mode de réalisation, ladite machine outils comprend au moins cinq axes de pilotage. L’étape de finition est indépendante du procédé choisi pour réaliser l’ébauche de la crémaillère lors de l’étape d’ébauche. L’étape de finition est réalisée suite à l’étape d’ébauche. L’étape de finition enlève la surépaisseur de l’ébauche par un procédé qui peut être différent de celui mis en œuvre pour la réalisation de l’ébauche. Ainsi, l’étape de finition permet de réaliser une crémaillère comprenant une forme de denture complexe, avec un procédé simple à régler et à réaliser. Le procédé selon l’invention combine avantageusement un procédé permettant d’obtenir une ébauche et une étape de finition, tous deux facilement réglables, de manière à fabriquer une crémaillère comprenant une denture à pas variable présentant une grande précision dimensionnelle. Le procédé selon l’invention permet donc de diminuer une durée du procédé de fabrication de la crémaillère. Selon une caractéristique de l'invention, l’au moins une surépaisseur est comprise entre 0,02mm et 1mm. Les surépaisseurs sont homogènes car toutes comprises dans une plage de valeur restreinte par rapport à la taille de la crémaillère. Ainsi, l’ébauche comprend des caractéristiques dimensionnelles proches de celles souhaitées et l’étape de finition ne doit supprimer qu’une faible quantité de matière. Le procédé mis en œuvre lors de l’étape de finition et son réglage, sont donc adaptés à la plage de valeur dans laquelle sont comprises les surépaisseurs. Selon une caractéristique de l’invention, l’au moins une surépaisseur est comprise entre 0,02mm et 0,11mm. Selon une caractéristique de l'invention, l’étape de finition est réalisée au moyen d’un procédé de brochage mettant en œuvre un outil de brochage. L’utilisation d’un procédé de brochage limite une quantité de matière pouvant être retirée à chaque passage de l’outil de brochage. Ainsi, l’étape de finition doit être réalisée après l’étape d’ébauche lorsque la quantité de matière à retirer est faible. L’étape de finition utilise un procédé de brochage qui présente l’avantage d’être facilement réglable et qui permet d’atteindre rapidement, c’est-à-dire par un nombre réduit de passage de l’outil de brochage sur l’ébauche, la caractéristique dimensionnelle souhaitée pour la crémaillère. Préférentiellement, l’étape de finition ne nécessitera qu’un unique passage de l’outil de brochage. L’outil de brochage est conçu pour parcourir l’ébauche sur toute sa longueur afin de retirer exactement la surépaisseur pouvant être présente sur la denture. Selon une caractéristique de l'invention, le procédé de brochage est un procédé de brochage hélicoïdal. Un procédé de brochage hélicoïdal permet de créer des formes plus complexe qu’un procédé de brochage traditionnel. Un procédé hélicoïdal met en œuvre un outil de brochage rotatif. De cette manière, il est possible de réaliser facilement, les flancs des dents présentant un angle d’hélice non constant. Ainsi, le procédé de brochage hélicoïdale est particulièrement adapté à une crémaillère à denture à pas variable. Selon une caractéristique de l’invention, l’étape de finition comprend une phase de positionnement dans laquelle l’outil de brochage est positionné par rapport à l’ébauche de la crémaillère de manière à former un angle prédéterminé. La phase de positionnement correspond à une mise en place de l’ébauche par rapport à l’outil de brochage. L’angle prédéterminé dépend d’une orientation de la denture à réaliser. La denture à réaliser dépend directement du pignon avec lequel elle est destinée à coopérer. Selon une caractéristique de l’invention, l’angle prédéterminé est égal à l’angle formé entre la crémaillère et le pignon avec lequel elle est destinée à coopérer. Selon une caractéristique de l'invention, l’angle prédéterminé est compris entre 70° et 85°, ou entre 75° et 80°. Ainsi, l’angle prédéterminé est adapté pour fabriquer une crémaillère d’une direction assistée d’un véhicule et donc pour coopérer avec un pignon de direction d’un véhicule. Selon une caractéristique de l'invention, l’étape de finition comprend une phase de brochage dans laquelle l’outil de brochage réalise un mouvement de rotation suivant un axe de rotation s’étendant selon une longueur de l’outil de brochage. Après la phase de positionnement, l’étape de finition comprend une phase de brochage durant laquelle la surépaisseur est retirée. Pour cela, l’outil de brochage, au contact de l’ébauche, réalise un mouvement de rotation de manière à parcourir une longueur de la denture de l’ébauche. Lors de son passage au niveau de chaque dent, l’outil de brochage retire une petite quantité de matière correspondant à la surépaisseur. Selon une caractéristique de l'invention, lors de la phase de brochage, l’outil de brochage réalise un mouvement de translation suivant un axe de translation s’étendant selon la longueur de l’outil de brochage Le mouvement de translation associé au mouvement de rotation permet à l’outil de brochage de parcourir une longueur de la denture de l’ébauche et ainsi de supprimer les surépaisseurs de chacune des dents. Selon une caractéristique de l'invention, lors de la phase de brochage, l’ébauche de la crémaillère réalise un mouvement de translation suivant un axe s’étendant selon une longueur de l’ébauche de la crémaillère. Le mouvement de translation associé au mouvement de rotation permet à l’outil de brochage de parcourir une longueur de la denture de l’ébauche et ainsi de supprimer les surépaisseurs de chacune des dents. Le mouvement de translation peut être effectué en partie par la crémaillère et en partie par l’outil de brochage. Selon une caractéristique de l'invention, lors de la phase de brochage, une vitesse de translation de l’ébauche de la crémaillère ou une vitesse de translation de l’outil de brochage ou une vitesse de rotation de l’outil de brochage est variable. Ainsi le mouvement relatif de l’ébauche et de l’outil de brochage varie de manière à créer une denture à pas variable. Selon une caractéristique de l'invention, la vitesse de translation de l’ébauche de la crémaillère ou la vitesse de translation de l’outil de brochage est corrélée à la vitesse de rotation de l’outil de brochage selon une courbe de brochage correspondant à un rapport de démultiplication entre la crémaillère et un pignon avec lequel elle est destinée à coopérer. La courbe de brochage représente la vitesse de translation de l’ébauche de la crémaillère ou la vitesse de translation de l’outil de brochage en fonction d’une vitesse de rotation de l’outil de brochage. La courbe de brochage est similaire à une courbe du rapport de démultiplication représentant un coefficient de démultiplication de la crémaillère à pas variable en fonction d’une rotation du pignon avec lequel elle est destinée à coopérer. Ainsi, l’outil de brochage parcours l’ébauche avec un mouvement similaire au mouvement du pignon avec lequel la crémaillère est destinée à coopérer. De cette manière, l’outil de brochage retire la matière exactement dans les zones qui vont gêner un fonctionnement ultérieur du couple pignon / crémaillère. L’étape de finition est donc réalisée par un outil de brochage reproduisant le mouvement du pignon sur la crémaillère. Le réglage est donc particulièrement facile. L’invention porte également sur un outil de brochage permettant la mise en œuvre du procédé de fabrication selon l’invention, comprenant au moins une goujure hélicoïdale s’étendant sur une longueur de l’outil de brochage, ladite goujure correspondant à une rainure d’un pignon avec lequel la crémaillère est destinée à coopérer. L’outil de brochage comprend une goujure qui reproduit le pignon avec lequel la crémaillère est destinée à coopérer. L’outil de brochage reproduit exactement un mouvement du pignon sur la crémaillère. L’étape de brochage l’utilisant un tel outil est donc particulièrement facile à mettre en œuvre car elle reproduit le fonctionnement ultérieur de la crémaillère. Ainsi, l’usinage de la crémaillère est parfaitement adapté à l’utilisation ultérieure envisagée. Selon une caractéristique de l'invention, ladite goujure correspondant à une trace d’une rainure d’un pignon lorsque ledit pignon réalise un mouvement de rotation couplé à un mouvement de translation sur la crémaillère. Ainsi, la goujure s’étend de manière hélicoïdale sur toute une longueur de l’outil de brochage. L’outil de brochage est adapté à la réalisation d’un brochage hélicoïdal. L’invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisation selon la présente invention, donné à titre d’exemple non limitatif et expliqué avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : est une représentation à un premier instant d’une étape de finition d’un procédé selon l’invention ; est une représentation à un deuxième instant de l’étape de finition du procédé selon l’invention ; illustre, selon une vue schématique en perspective, une portion de mécanisme de direction pour véhicule comprenant un pignon qui engrène sur une crémaillère à denture à pas variable fabriquée selon le procédé objet de l’invention ; est une représentation d’une courbe de brochage utilisé par un procédé selon l’invention. L’invention concerne un procédé de fabrication d’une crémaillère 2 comprenant une denture à pas P1 variable mettant en œuvre deux étapes distinctes comprenant une étape d’ébauche puis une étape de finition F. Lors de l’étape d’ébauche, l’ébauche 1 de la crémaillère 2 est réalisée en utilisant par exemple un procédé d’usinage. Par « procédé d’usinage », on entend un procédé d’enlèvement de matière par découpe de copeaux au moyen d’un outil coupant mobile, de préférence un outil coupant rotatif tel qu’une fraise, qui est entraîné en rotation autour de son propre axe central pour obtenir un effet de coupe. L’étape d’ébauche réalise une ébauche 1 de la crémaillère 2, c’est-à-dire une crémaillère 2 qui comprend des surépaisseurs sur une zone de la denture. Ainsi, l’ébauche 1, par la présence de matière en excès, n’est pas conforme aux caractéristiques dimensionnelles souhaitées pour la crémaillère 2. L’ébauche 1 ne peut donc être utilisée directement dans un système de direction assistée de véhicule. La réalisation de l’ébauche 1 nécessitant moins de précision que la réalisation directe de la crémaillère 2, un réglage de l’outil d’usinage utilisé par le procédé d’usinage est facilité. Ainsi, le procédé selon l’invention permet de diminuer un temps nécessaire au réglage de l’outil d’usinage. L’ébauche 1 est réalisée en taillant une denture dans un barreau rectiligne, de préférence métallique pour des problématiques de résistance mécanique lors de l’utilisation de la crémaillère 2. La denture s’étend sensiblement transversalement à une longueur L2 du barreau. La denture possède un pas P1 variable, c’est-à-dire que l’intervalle P1 qui sépare axialement deux dents 4 successives varie selon la position et la courbure desdites dents 4 le long de la longueur L2 du barreau. Ceci permet notamment de faire varier le rapport de démultiplication R de la crémaillère 2 en fonction de la zone d’engrènement 8, 9, 10 considérée. Ainsi, dans l’exemple d’un mécanisme de direction pour véhicule, tel que celui illustré sur la figure 3, au sein duquel la crémaillère 2 engrène avec un pignon 6, lui-même entraîné par exemple par un moteur d’assistance et/ou par une colonne de direction 7 reliée à un volant de conduite. On peut prévoir un pas P1 court dans la zone médiane 8 de la crémaillère 2, de sorte à obtenir une plus grande précision des manœuvres de direction au voisinage de la ligne droite, puis d’augmenter le pas P1 lorsque l’on s’éloigne de la zone médiane vers des zones extrémales 9, 10 de la crémaillère 2, de sorte à accélérer les mouvements de grande ampleur, notamment lors des manœuvres de stationnement. La différence de comportement des mouvements de direction dans la zone médiane 8 et les zones extrémales 9, 10 est représentée par une courbe du rapport de démultiplication telle qu’illustrée en figure 4. La courbe du rapport de démultiplication R illustre un coefficient de démultiplication de la crémaillère 2 à pas variable en fonction d’une rotation D du pignon 6. Pour un angle de rotation D du pignon 6 compris entre -10° et 10°, c'est-à-dire dans la zone médiane 8, le rapport de démultiplication R est sensiblement constant afin de favoriser la précision de conduite et le ressenti volant en ligne droite. Alors que pour des angles de rotation D du pignon 6 compris sensiblement entre -10° et -130° et 10° et 130°, c'est-à-dire dans les zones extrémales 8, 9, le rapport de démultiplication D augmente fortement permettant ainsi de favoriser la trajectoire du véhicule. Après la réalisation de l’étape d’ébauche, le procédé selon l’invention met en œuvre une étape de finition F comprenant une phase de positionnement puis une phase de brochage. La phase de positionnement consiste à positionner l’ébauche 1 précédemment réalisée en regard d’un outil de brochage 11 en vue de la réalisation de la phase de brochage. Pour cela, l’ébauche 1 est fixée sur un premier chariot coulissant 12 de manière à ce que l’ébauche 1 puisse réaliser un mouvement de translation suivant un axe X s’étendant selon la longueur de l’ébauche 1 de la crémaillère 2. En outre, l’outil de brochage 11 est monté sur un deuxième chariot 13 de manière à permettre un mouvement de rotation suivant un axe de rotation Y s’étendant selon une longueur de l’outil de brochage et un mouvement de translation suivant un axe de translation Z s’étendant également selon la longueur de l’outil de brochage 11. L’outil de brochage 11 comprend une pluralité de goujure 14 hélicoïdale s’étendant sur la longueur de l’outil de brochage 11. Plus précisément, les goujures 14 correspondent à une trace des rainures 15 du pignon 6 avec lequel la crémaillère 2 est destinée à coopérer, lorsque le pignon 6 parcourt la crémaillère2. Autrement dit, les goujures 14 de l’outil de brochage 11 sont identiques aux rainures 15 du pignon 6 lorsque ces dernières sont étendues sur toute la longueur de l’outil de brochage 11. Les goujures 14 présentes des arrêtes coupantes aptes à entailler et enlever la matière dans laquelle est réalisée l’ébauche 1. L’outil de brochage 11 comprend également des gorges 16 s’étendant sensiblement transversalement aux goujures 14. Les gorges 16 ont pour objet d’évacuer les éléments ou copeaux de matière coupés par les goujures 14. Lors de la phase de positionnement, et telle que représentée en figure 1, l’outil de brochage 11 est positionné à une première extrémité de l’ébauche 1. En outre, l’outil de brochage 11 et l’ébauche 1 de la crémaillère 2 forme un angle prédéterminé A correspondant à l’angle formé entre la crémaillère 2 et le pignon 6 avec lequel elle est destinée à coopérer. Suite à la phase de positionnement, l’étape de finition réalise la phase de brochage telle qu’illustrée en figure 2, dans laquelle les surépaisseurs de l’ébauche 2 sont retirées par l’outil de brochage. Lors de la phase de brochage, l’outil de brochage 11 est mis en contact avec l’ébauche 1 de manière à engrener l’outil de brochage 11 sur l’ébauche 1 à la manière du pignon 6 sur la crémaillère 2. L’outil de brochage 11 réalise alors un mouvement de translation et de rotation tandis que l’ébauche 1 réalise un mouvement de translation. Ainsi, l’outil de brochage 11 parcours la denture de l’ébauche 1 à la manière du pignon 6 sur la crémaillère 2. Lorsque l’outil de brochage 11 arrive au niveau de la deuxième extrémité de l’ébauche 1, toute la longueur de l’outil de brochage 11 a traversée l’ébauche 1 de sorte que l’ensemble de l’ébauche 1 a été parcouru par l’outil de brochage 11. La vitesse de translation de l’ébauche 1 de la crémaillère 2 ou la vitesse de translation de l’outil de brochage 11 est corrélée à la vitesse de rotation de l’outil de brochage 11 selon une courbe de brochage similaire à la courbe du rapport de démultiplication illustrée en figure 4. Ainsi, l’outil de brochage 11 parcourt l’ébauche 1 avec un mouvement similaire au mouvement du pignon 6 sur la crémaillère 2. De cette manière, l’outil de brochage 11 retire la matière exactement dans les zones qui vont gêner un fonctionnement ultérieur du couple pignon 6 / crémaillère 2. Après la réalisation de la phase de brochage, l’ébauche 1 ne comprend plus de surépaisseur. L’ébauche 1 est devenue une crémaillère 2 pouvant être installée dans un système de direction d’un véhicule. Selon une caractéristique de l’invention, la phase de brochage est exécutée après une phase de traitement thermique. En effet, lors de cette dernière, des déformations peuvent subvenir tel qu’un gonflement et une torsion de la crémaillère notamment lorsque la crémaillère présente des angles d’hélice importants. Ainsi, réaliser la phase de brochage après la phase de traitement thermique confère avantageusement la qualité géométrique des flancs. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux figures annexées. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d’équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l’invention. Procédé de fabrication d’une crémaillère (2) comprenant une denture à pas (P1) variable, caractérisé en ce qu’il comprend une étape d’ébauche dans laquelle une ébauche (1) de la crémaillère (2) est réalisée, ladite ébauche (1) comprenant au moins une surépaisseur sur au moins une zone de la denture par rapport à une caractéristique dimensionnelle souhaitée de la crémaillère (2), le procédé comprenant également une étape de finition (F) dans laquelle l’au moins une surépaisseur de l’ébauche (1) est enlevée. Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel l’au moins une surépaisseur est comprise entre 0.02mm et 1mm. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape de finition (F) est réalisée au moyen d’un procédé de brochage mettant en œuvre un outil de brochage (11). Procédé de fabrication selon la revendication 3, dans lequel le procédé de brochage est un procédé de brochage hélicoïdal. Procédé de fabrication selon la revendication 3 ou 4, dans lequel l’étape de finition (F) comprend une phase de positionnement dans laquelle l’outil de brochage (11) est positionné par rapport à l’ébauche (1) de la crémaillère (2) de manière à former un angle prédéterminé (A). Procédé de fabrication selon la revendication 3 à 5, dans lequel l’étape de finition (F) comprend une phase de brochage dans laquelle l’outil de brochage (11) réalise un mouvement de rotation suivant un axe de rotation (Y) s’étendant selon une longueur de l’outil de brochage (11). Procédé de fabrication selon la revendication 6, dans lequel, lors de la phase de brochage, l’outil de brochage (11) réalise un mouvement de translation suivant un axe de translation (Z) s’étendant selon la longueur de l’outil de brochage (11). Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, dans lequel, lors de la phase de brochage, l’ébauche (1) de la crémaillère (2) réalise un mouvement de translation suivant un axe (X) s’étendant selon une longueur de l’ébauche (1) de la crémaillère (2). Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, dans lequel, lors de la phase de brochage, une vitesse de translation de l’ébauche (1) de la crémaillère (2) ou une vitesse de translation de l’outil de brochage (11) ou une vitesse de rotation de l’outil de brochage (11) est variable. Procédé de fabrication selon la revendication 9, dans lequel la vitesse de translation de l’ébauche (1) de la crémaillère (2) ou la vitesse de translation de l’outil de brochage (11) est corrélée à la vitesse de rotation de l’outil de brochage (11) selon une courbe de brochage correspondant à un rapport de démultiplication (R) entre la crémaillère (2) et un pignon (6) avec lequel elle est destinée à coopérer. Outil de brochage (11) permettant la mise en œuvre du procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications ci-dessus, comprenant au moins une goujure hélicoïdale (14) s’étendant sur une longueur de l’outil de brochage (11), ladite goujure (14) correspondant à une rainure (15) d’un pignon (6) avec lequel la crémaillère (2) est destinée à coopérer.