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Perfectionnement à la fabrication des soupapes.
Il est connu de faire les soupapes destinées aux moteurs poussas tels que ceux employés dans l'avia- tion, en aciers spéciaux tels que les aciers a@sténiti- ques, intérieurement creuses, la capacité intérieure ou oavité oentrale étant remplie d'un oorps très oonduc- teur de la chaleur, tel que le sodium$ qui constitue
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une voie d'écoulement des calories.
Jusqu'ici, les soupapes de ce genre étaient faites en partant d'une ébauche métallique dans laquelle étaient découpées par usinage les formes de la pièce définitive. Ces procédés usuels de fabrication ont pour inconvénient, d'une part, que les fibres du métal sont coupées dans les parties usinées, ce qui consti- tue au point de coupure des fibres,, une facilité accrue d'amorces de rupture et une vulnérabilité plus grande aux actions corrosives, d'autre part, qu'il est diffi- cile de réaliser, en raison du faible diamètre de la tige de soupape, une cavité centrale qui s'étende sur la presque totalité de la tête de soupape elle-même, ce qui réduit la quantité de corps conducteur chargé de dissiper les calories et l'étendue de la surface soumise à son action.
Conformément à la présente invention, la sou- pape est obtenue à partir d'un"flan" ou disque mince en métal, provenant préférablement d'une tôle, et qui est amené, par application d'opérations métallurgiques, (en elles-mêmes connues) d'emboutissage, repoussage, estam- page, forgeage et rétreinte à sa forme définitive.
La soupape nouvelle ainsi obtenue présente cette caractéristique que les fibres du métal suivent rigoureusement le profil d'une section axiale de la pièce.
L'invention a également pour objet l'obten- tion d'une soupape creuse en partant d'un tube à paroi mince ainsi que des dispositifs de réalisation de l'in- vention.
La description qui va suivre en regard du des- sin annexa donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre les particularités de l'invention.
Les fig. 1 à 6 sont des vues schématiques;@on- trant les phases successives du procédé de fabrication @
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de la soupape en partant d'un flan.
Les fig, 3a à 6a sont des vues correspondant aux fig. 3 à 6 et montrant des coupes exactes d'une ébauche dens le cas où la rétreinte est effectuée sans mandrin intérieur,
Les fige 7 et 8 montrent des phases supplémentai- res dtusinage et de rétreinte.
La fig, 9 est une vue de face d'un dispositif de maintien et de oentrage adapté à ttne machine à ré- treindre.
La fig, 10 est une coupe par X-X de la fig.9.
La fig, 11 montre, en coupe faite suivant la ligne XI-XI de la fig. 12, un autre dispositif de maintien et de centrage de'la soupape.
La fig. 12 est une vue de face d'une machine à rétreindre d'un type connu et montrant la disposition des matrices, de préférence au nombre de quatre,, utilisées pour la confection des soupapes.
Les fig, 13 à 16 montrent, en coupe, les pre- mières phases de la fabrication d'une soupape creuse en partant d'un tube cylindrique.
La fig, 17 représente, en coupe, une soupape creuse terminée comportant une garniture rapportée.
La fig, 18 montre une opération supplémentaire de rétreinte permettant d'obtenir la soupape représentée fig, 17.
Dans l'exemple représenté fig, 1 à 6, on part d'un flan circulaire (fig.l) lequel est d'abord transfor- mé en un "pot de fleur" ou godet (fig.3) au moyen d'une ou plusieurs opérations d'emboutissage ou repoussage, soit à chaude soit à froid; dans cet exemple on a prévu une passe intermédiaire (fig.2).
Puis cette ébauche est sou- mise à une opération de "rétreinte" soit à chaud, soit à
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froid, ayant pour objet de réduire progressivement le diamètre du col (fig. 4 à 6) jusqu'à la forme défini- tive, et de donner à sa paroi les épaisseurs voulues,
Ces opérations peuvent être complétées par une opération de mise en forme, exécutée soit sur l'ébauche avant sa rétreinte, soit sur l'ébauche rétreinte elle- même.
La soupape ainsi fabriquée ne nécessitera que des opérations de rectification et de rodage; il est possible,pour toutes les autres parties de la soupape, d'arriver à une précision suffisante pour supprimer toute autre opération d'usinage proprement dite.
Les inventeurs ont constaté, d'autre part, que ce procédé de fabrication s'applique dans des con- ditions favorables, si l'on fait usage d'aciers austéni- tiques, car les opérations d'emboutissage et de rétrein- te ou autres, requièrent,de la part de la matière mise en oeuvre, une grande capacité d'allongement, propriété que les aciers austénitiques présentent au plus haut point. Les aciers austénitiques étant, par ailleurs, particulièrement recommandables, pour la fabrication des soupapes, ainsi qu'il est connu, en raison de leur bonne tenue aux hautes températures, leur emploi dans le présent procédé est particulièrement avantageux.
Les soupapes ainsi fabriquées présentent cette caractéristique nouvelle et reconnaissable que les fi- bres du métal ne sont pas coupées, et suivent rigoureu- sement le profil d'une section axiale; - que la cavité centrale offre au corps con- ducte@r de la chaleur qu'elle est destinée à contenir, pour constituer une voie d'écoulement des calories, le maximum de volume et d'étendue de surface d'action; - et que le corps de la soupape utilisant une quantité minimum de matière, présente, de ce fait,
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avec le maximum de légéreté, le minimum d'inertie, et entraîne le maximum d'économie de cette matière.
Par les moyens connus dans la technique des machines à rétreindre, les opérations pour amener l'ébauche à sa forme définitive s'effectuent normale- ment sur mandrin dans une machine à matrices ouvrantes à l'intérieur de laquelle l'ouvrier place, sans diffi- culté, l'ébauche en position convenable; par contre, l'engagement de l'ébauche dans une machine à rétreindre à matrices ordinaires, c'est-à-dire non ouvrantes - qui est une machine à. grand rendement- est plus délicat en particulier pour obtenir un bon centrage; en effet, la rétreinte doit s'effectuer sur toute la longueur de l'ébauche et il ne reste aucune partie cylindrique dis- ponible pour assurer le maintien de l'ébauche par le poussoir de la machine.
La présente invention a également pour but de faciliter l'utilisation des machines à rétreindre ordinaires et à pour objet des moyens permettant de main- tenir et de centrer 1 ébauche pendant son engagement en- tre les matrices, ces moyens comportant des éléments escamotables soit automatiquement, soit à la main. de façon à abandonner l'ébauche lorsqu'elle est complètement engagée entre les matrices.
Dans le genre de machine représentée à titre d'exemple sur la fig, 12, la machine à rétreindre qui est d'un type connu est à quatre matrices 20, elle com- porte un stator 26 avec couronne de galets 27. et un rotor formé par les quatre matrices, solidaires chacune d'une enclume 20a portant chacune un galet 28.
La rotation des matrices à grande vitesse provoque chaque fois que les galets 28 franchissent les
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galets successifs 27 du stator un déplacement alternatif radial desdites matrices, soumises à la force centrifuge (comme il est montré en traits pleins et en traits mixtes sur la fig.12 pour deux positions angulaires différentes d'une matrice) ce qui détermine le martellement par les matrices de l'ébauche à rétreindre,
L'exécution du procédé a lieu de la manière suivante :
On part d'un godet 1 (fig.3a) obtenu par trans- formation d'un flan la comme montré fige 1 à 3, et on le soumet dans la machine à rétreindre à différentes passes (exécutées à chaud ou à froid) de manière à obtenir suc- cessivement les trois profils représentés fig. 4a, 5a et 6a ,au cours de ces passes on constitue par rétreinte de la paroi 2 du godet 1, à la fois la tête de la soupape et la tige 3; le nombre des passes et la forme des pro- fils dépendant évidemment de la nature du métal, d'une part, et de la forme et des dimensions de la soupape ter- minée d'autre part.
Il ressort en particulier de la fig. 6a que, du fait que l'on n'a pas inséré un mandrin cylindrique dans la cavité 4 de l'ébauche au cours de la rétreinte, on obtient (par suite de la diminution du diamètre de,la tige) une paroi de tige 3 et de collet 6 sensiblement plus épaisse que la paroi 2 du godet 1 de la fig, 3a.
Cette surépaisseur de la tige est inutile au point de vue de la résistance de la soupape et elle est nuisible du fait de l'accroissement de poids qu'elle provoque.
L'opération suivante (fig.7) consiste donc à enlever au tour cette supéraisseur, comme indiqué en traits mixtes en 3a, à l'exception de l'extrémité 5 de la tige 3, et, éventuellement, du collet 6 dont le renfor- cement est parfois désirable au point de vue mécanique.
Pour fermer la cavité de la soupape,, il suffit
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ensuite de rétreindre l'extrémité 5 pour amener son diamètre extérieur à égalité avee le diamètre de la tige usinée, d'une manière en soi connue (fig.S).
On sectionne enfin la partie extrême de la tige suivant la ligne a-b et la soupape est alors termi- née, On peut toutefois, si on le désire, munir la portée annulaire tronconique de la tête de soupape d'orne garnitu- re 7 (fig.17)logée dans une gorge 8 de la dite tête; la garniture peut être en fonte au tungstène ou autre métal ou alliage appropriée par exemple en alliage vendu sous le nom commercial de "stellitte".
La gorge 8, nécessaire à la fixation de cette garniture, peut être formée au cours des opérations pré- cédentes de rétreinte en donnant des profils oorrespon- dants aux matrices; on peut également la former par une rétreinte supplémentaire en matrices fermées 9, dans une machine à rétreindre à matrices ouvrantes (fig.18), ou former cette gorge par tout autre moyen connu.
Comme il a été dit plus haut, la difficulté qui se présente lorsqu'on veut opérer les passes des fig. 4a à 6a dans une machine à rétreindre ordinaire réside dans l'impossibilité de faire saisir ou agripper la partie de l'ébauche devant constituer la tête de soupape par le poussoir 22, qui doit assurer l'introduction et le cen- trage de l'ébauche tout entière entre les matrices,
Le dispositif de maintien et de centrage repré- senté fig. 9 et 10 permet d'y parvenir. Il est constitué par un bâti circulaire 10 dans des glissières radiales 11 duquel peuvent coulisser des mâchoires 12.
Wn ressort 13 logé à l'intérieur de chacune de ces mâchoires tend cons- tamment à la pousser vers le centre, Sur une portée cylin- drique 14 du bâti 10 peut tourner une couronne 15 dont la périphérie présente autant de rampes ou portions de
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cames ou d'excentriques 16 qu'il y a de mâchoires 12.
Chacune de ces rampes coopère avec une broche ou un ga- let 17, porté par la mâchoire correspondante, pour écar- ter celle-ci du centre lorsqu'on fait tourner la couro@- ne 15 dans le sens de la flèche f en agissant sur un le- vier 18 qui en est solidaire.
L'appareil ainsi constitué étant fixé au bâti de la machine à rétreindre par un support 19 et centré sur l'axe de cette machine, devant les matrices 20,, on engage l'ébauche de soupape 21 entre les mâchoires 12 écartées et entre les matrices 20, puis on resserre les mâchoires 12 en agissant sur le levier 18 en sens inverse de la flèche f, de sorte que les mâchoires enserrent élas- tiquement la tige de la soupape ébauchée.
On fait alors avancer, par exemple pneumati- quement, le poussoir 22 de la machine la tige de la soupape 21 s'engage progressivement entre les matrices 20, en restant maintenue et centrée par les mâchoires 12 jusqu'à ce que celles-ci soient écartées, à l'encon- tre de l'action des ressorts 13, par la tête de la sou- pape 21 qui vient agir sur des rampes 23 des mâchoires 12. La tête peut ainsi passer et s'engager tout entière entre les matrices. jusqu'à ce que le poussoir 22 vienne presque au contact des matrices ; le centrage de la sou- pape par les mâchoires 12 n'est plus alors nécessaire, car il est assuré par les matrices elles-mêmes.
La fig. 11 montre en variante un dispositif de maintien et de centrage monté sur le poussoir 22.
Il est constitué simplement par un manchon cylindrique 24 qui peut coulisser sur l'extrémité du poussoir, un ressort 25 tendant constamment à pousser ce manchon dans une position où il dépasse d'une certaine quantité le
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poussoir 22 vers les matrices 20.
Il suffit alors d'engager la tête de l'ébauche 21 dans la cavité ainsi formée à l'extrémité du pous- soir, qui a sensiblement le même diamètre que cette tête, puis de faire avancer celui-ci en engageant la queue de l'ébauche entre les matrices 20, L'ébauche est main- tenue tant que le manchon ne s'est pas effacée en venant buter contre les matrices, à l'encontre de l'action du ressort 25, A ce moment,, le centrage est assuré automati- quement par les matrices elles-mêmes.
Suivant une variante la soupape creuse présen- tant les caractéristiques essentielles précitées peut être obtenu en partant non pas d'un "flan" on disque mince mais d'un tube cylindrique 30 (fig.13) qui est soumis à une ou de préférence à plusieurs opérations de forgeage, estampage ou rétreinte, soit à chaude soit à froid pour lui donner les formes successives représentées fig, 13 à 16 de manière à obturer l'une de ses extrémités 31 et à cons- tituer ainsi une sorte de godet 32 analogue à celui re- présenta fig, 3a.
Pour obtenir ce résultat* et s'il est nécessaire, on pourra sectionner le fond 31 du godet suivant la li- gne e-d et cela entre deux quelconques des phases indi- quêes par les fig, 14 à 16, Le godet 32 ainsi obtenu est alors soumis aux différentes passes de rétreinte ainsi que décrit ci-dessus pour l'amener à la forme dé- finitive désirée pour la soupape, complétée ou non par la garniture 7,
Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'in- vention ------. on pourra apporter des modifications aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits et l'on conçoit que l'invention s'étend aux soupapes dont la tête a un fond plat, bombé ou de toute autre forme,