Procédé de réalisation d'éléments d'étanchéité en polytétrafluoroéthylène à effet hydrodynamique.
<EMI ID=1.1>
ailleurs, l'invention porte sur une matrice destinée à être mise en oeuvre pour la fabrication desdits joints.
<EMI ID=2.1>
être facilement moulé, ainsi qu'il en va pour divers caoutchoucs synthétiques, mais qui présente néanmoins certaines propriétés des plus utiles. Dans certains cas, son aptitude à résister à des températures élevées recommande son utilisation pour les éléments de retenue d'huile qui sont placés dans un rapport de contact rotatif avec l'arbre, plutôt que les caoutchoucs synthétiques présentant une moindre résistance aux températures élevées. Il existe également d'autres usages où ledit matériau s'avère avantageux, mais jusqu'à présent son utilisation s'est trouvée grandement limitée du fait de son inaptitude à être moulé de façon efficace selon les formes voulues.
Normalement, il doit être débité en tranches ou découpé à la presse à partir de feuilles ou encore réalisé sous forme d'un mince élément affectant la configuration d'une rondelle, plutôt que d'être moulé directement dans n'importe quelle forme voulue. En conséquence, ce matériau est onéreux sur le plan de la fabrication, ce qui limite fortement son utilisation.
Les difficultés concernant le moulage du P.T.F.E rendaient également impossible jusqu'à présent la réalisation d'un joint-d'étanchéité hydrodynamique. Ces derniers sont classiquement réalisés par moulage d'une gorge hélicoïdale ou toute autre structure hydrodynamique dans l'élément moulé. L'obtention de rondelles soulève de grandes difficultés, de sorte qu'il était économiquement impratiquable de procéder à leur moulage dans du polytétrafluoroéthylène,
Dans la présente invention, un joint de retenue d'huile est réalisé à partir du P.T.F.E ou autre matériau analogue en fournissant tout d'abord une billette tubulaire de P.T.F.E ou tout autre matériau. Ladite billette peut être produite de manière à présenter la cote voulue pour les surfaces intérieure et extérieure cylindriques, mais étant donné que ces dernières sont susceptibles d'être de finition assez grossière, une surface perpendiculaire auxdites deux surfaces est ensuite préparée au moyen d'une opération de dressage.
Dans un mode de réalisation de l'invention, une série de tranches d'une épaisseur requise sont découpées afin d'obtenir une série de rondelles en P.T.F.E, lesquelles présentent toutes approximativement les dimensions requises, chaque rondelle étant ensuite ébavurée, après quoi une gorge hélicoïdale ou toute autre forme hydrodynamique est formée à froid par estampage sur la partie intérieure s'étendant dans le sens radial de l'une des surfaces de la rondelle. Cette opération est de préférence effectuée en insérant la rondelle en P.T.F.E dans un nouveau type de matrice d'estampage, de perçage et d'ébauchage.
Grâce à l'action d'ébauchage, le pourtour extérieur est ébavuré à ses dimensions finales, l'action de perçage permettant d'ébavurer son diamètre intérieur aux dimensions finales, la matrice étant équipée d'un élément pourvu de nervures présentant la forme voulue pour creuser une gorge hélicoïdale entre les bords intérieur et extérieur de la rondelle, une lourde charge de pression étant directement placée au-dessus du matériau après l'opération de découpage afin de déformer en permanence la rondelle, pratiquant de la sorte dans l'une de ses surfaces ladite gorge hélicoïdale.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la paroi ou surface dressée est usinée de manière à ménager une gorge hélicoïdale qui s'étend depuis l'intersection de ladite paroi avec la surface cylindrique intérieure et qui se prolonge sur une largeur radiale donnée, laquelle est déterminée en fonction d'un diamètre tel que la gorge ne s'avère plus fonctionnellement requise pour assurer l'effet hydrodynamique. Après cette phase d'usinage, la rondelle en P.T.F.E est tranchée, donnant alors une rondelle dont l'une des surfaces est pourvue de ladite gorge hélicoïdale, tout en dressant simultanément la surface suivante. Ladite surface suivante est à son tour munie d'une gorge hélicoïdale et une nouvelle tranche ou rondelle est découpée, cette opération étant répétée jusqu'à épuisement de la billette.
Dans les deux modes de réalisation susmentionnés de l'invention, l'élément d'étanchéité peut être préformé de façon que la partie intérieure soit de configuration tronco-nique, avec une surface plane s'étendant extérieurement dans le sens radial. Si on le désire, ladite opération de préformage peut être combinée avec l'opération d'assemblage de l'élément sous forme d'un joint d'huile à l'état complet.
Finalement, l'élément d'étanchéité peut être monté sur un mandrin présentant un diamètre pratiquement identique à celui de l'arbre auquel il est destiné, un revêtement étant appliqué sur le pourtour extérieur du corps ou enveloppe de l'élément, afin d'améliorer ses propriétés d'étanchéité
(voir les brevets U.S. n[deg.] 2.889.163 et 3.275.332). L'application dudit revêtement est effectuée sous une température élevée, en particulier pour ce qui concerne l'évaporation du solvant, le mandrin maintenant la forme tronconique voulue. Si besoin est, un tel mandrin peut être utilisé pour procéder à l'expédition des joints.
Les autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement au cours de la description détaillée qui suit, en référence au dessin ciannexé, sur lequel :
la fig. 1 est une vue en élévation en bout d'un joint d'arbre du type radial conforme aux principes de l'in) vention;
la fig. 2 est une vue en coupe, à une échelle agrandie, faite par 2-2 d'après la fig. 1;
la fig. 3 est une vue à une échelle agrandie d'une partie de la lèvre intérieure tronconique de l'élément ou joint d'étanchéité en polytétrafluoroéthylène de la fig. 2;
la fig. 4 est une vue en perspective d'une billette en cours d'usinage et de tranchage pour obtenir une série de rondelles en polytétrafluoroéthylène;
la fig. 5 est une vue en coupe et en élévation de la rondelle telle qu'estampée et ébavurée pour obtenir une configuration donnée, et ce au moyen d'un nouveau type de matrice d'estampage, de perçage et d'ébauchage conforme aux principes de l'invention;
la fig. 6 est similaire à la fig. 5 mais représente la matrice et la rondelle telles qu'en position après l'opération d'estampage, la matrice étant en position ouverte;
la fig. 7 est une vue en coupe et en élévation de la rondelle rainurée telle qu'assemblée sous forme d'un joint de retenue d'huile à l'état complet, sa partie intérieure étant soumise à une opération de façonnage pour lui conférer une forme tronconique;
la fig. 8 est une vue en coupe et en élévation d'une partie de la matrice représentée sur la fig. 5, dans laquelle les parties d'estampage sont encastrées, la matrice étant fermée pour procéder à l'opération d'estampage;
la fig. 9 est une vue similaire à la fig. 8, la matrice étant ici ouverte et l'opération d'estampage complétée;
la fig. 10 est une vue en élévation et partiellement en coupe d'une série de joints d'étanchéité à l'état assemblé, lesquels sont supportés sur un mandrin en vue de l'application d'un revêtement sur les parois extérieures de leur corps;
la fig. 11 est une vue en perspective représentant une billette dont les diamètres intérieur et extérieur sont usinés, un outil de tour exécutant une gorge hélicoïdale sur sa paroi d'extrémité dressée;
la fig. 12 est une vue similaire à la fig. 11, mais représentant le tranchage d'une rondelle pourvue d'une gorge hélicoïdale.
La fig. 1 représente un joint d'arbre radial 10 à l'état complet conforme aux principes de l'invention, cependant que la fig. 2 représente ledit joint en coupe et à une échelle agrandie. Le joint 10 comporte une enveloppe ou corps extérieur 11 avec une partie cylindrique 12 et un rebord radial 13. Le joint 10 comporte également une enveloppe ou corps intérieur 14 avec une partie cylindrique 15 venant s'emboîter dans la partie cylindrique 12, de telle façon que la surface extérieure 16 de la partie cylindrique
15 vienne directement porter contre la paroi cylindrique intérieure 17 de la partie cylindrique 12. L'enveloppe intérieure 14 est également munie d'un rebord radial 18.
Entre les rebords radiaux 13 et 18 est disposée une partie extérieure plane radiale 19 d'un élément d'étanchéité 20, lequel est de préférence réalisé dans du polytétrafluoroéthylène, comportant également une partie tronconique
<EMI ID=3.1>
rence insérée entre l'élément d'étanchéité en P.T.F.E 20 et le rebord radial 13, afin d'assurer l'étanchéité entre l'élément d'étanchéité 20 et l'enveloppe extérieure 11. Le rebord radial 18 de l'enveloppe intérieure 14 est repoussé contre le rebord radial 13 de l'enveloppe extérieure 11, de telle façon que ledit rebord 18 comprime la partie 19 et la maintienne serrée, tout en comprimant la garniture 22 afin d'empêcher toute fuite et retenir fermement l'élément 20 dans l'enveloppe, cependant que l'enveloppe extérieure 11 est pourvue d'une partie en bout 23 qui est recourbée en vue de maintenir fermement en position l'enveloppe intérieure
14. Ce mode d'agencement est évidemment bien connu dans la technique.
La partie intérieure 21 de l'élément d'étanchéité en P.T.F.E 20 est de forme tronconique. étant pourvue d'une surface 25 orientée vers l'atmosphère qui comprend une gorge hélicoïdale 26 s'étendant vers l'extérieur depuis le bord situé le plus à l'intérieur 27 du joint. Ladite gorge hélicoïdale 26 est réalisée de telle façon que lors de la rotation de l'arbre dans un sens donné, elle ait tendance à refouler toute fuite d'huile se produisant le long de l'arbre en raison des rayures ou autres imperfections mineures de l'arbre proprement dit ou de l'élément d'étanchéité de l'arbre, bien qu'en l'occurence la plupart des fuites soient dues aux imperfections de l'arbre proprement dit.
Comme dans tous les joints hydrodynamiques, le but de la gorge hélicoïdale 26 est de refouler l'huile au dessous de la lèvre d'étanchéité 27 pour la renvoyer du côté huile du joint. En lieu et place d'une gorge hélicoïdale, on peut avoir recours à toute autre forme appropriée pour obtenir l'effet hydrodynamique. Dans la pratique, la présente inven-
<EMI ID=4.1>
n'importe quelle forme capable-d'assurer un effet hydrodynamique.
<EMI ID=5.1>
interaction avec l'arbre qui fait fléchir la partir intérieure 21 dont une section est rendue cylindrique sur une courte distance, moyennant quoi la gorge hélicoïdale 26 (ou toute autre forme hydrodynamique) s'étend sur une distance significative le long de la surface, étant donné que le degré d'interaction de l'arbre est en quelque sorte indéterminé.
La fabrication de l'élément d'étanchéité 20 commence par la réalisation d'une billette 30 en polytêtrafluoroéthylène comportant un pourtour extérieur 31 et un pourtour intérieur 32. Il est probable que la billette tubulaire 30 ne réponde pas avec précision à la forme voulue, étant donné que cette dernière est des plus difficiles à obtenir. Dans le procédé décrit en référence aux fig. 4 à 7, il est suffisant que le diamètre extérieur de la billette soit quelque peu surdimensionné et le diamètre intérieur'sous-dimensionné, étant donné que les opérations d'ébauchage et de perçage permettent d'obtenir les dimensions exactement requises. Dans le procédé décrit en référence aux fig. 4 et 8 à 10, le diamètre extérieur peut directement avoir les dimensions finales voulues.
Si elle n'est pas exactement perpendiculaire à l'axe de la billette
30, la paroi en bout est dressée, afin d'obtenir une paroi
33 de nature parfaitement perpendiculaire. La phase d'usinage suivante consiste dans l'utilisation d'un outil de tour
34 destiné à trancher une série de rondelles 35 présentant l'épaisseur voulue. Chaque opération de tranchage effectue simultanément le dressage de la billette 30, de telle façon que cette dernière soit parfaitement plane et prête pour le tranchage suivant. L'opération de tranchage se poursuit jusqu'à concurrence du nombre voulu de rondelles 35 ou jusqu'à épuisement de la billette 30. Les'rondelles 35 proprement dites ne sont pas parfaitement planes après leur sectionnement, présentant une configuration légèrement courbe.
Les opérations suivantes sont de préférence exécutées au moyen d'une matrice d'estampage, de perçage et d'ébauchage 40. La matrice 40 comporte un bloc supérieur 41 et un bloc inférieur 42. Le bloc supérieur 41 comporte (1) une ' partie d'ébauchage extérieur 43 pourvue d'une arête tranchante 44 et d'une surface plane 45; (2) une partie de perçage intérieur 46 qui est espacée de façon annulaire par rapport à la partie d'ébauchage 44 et qui est pourvue d'une surface plane 47 et d'une arête tranchante 48; (3) une partie d'estampage 50 qui est pourvue d'une surface 51 dont la partie intérieure 52 est munie d'une nervure hélicoïdale; et (4) d'un porte-matrice supérieur 53. �a partie d'ébau- <EMI ID=6.1>
légèrement l'arête tranchante 48. D'autre part, la partie de perçage 50 est animée d'un mouvement réciproque, étant soumise à la charge d'un ressort. Chacun d'une série de goujons à mouvement réciproque 55 vient porter à l'une des extrémités contre la partie d'estampage 50 et à l'autre extrémité contre une bague 56, laquelle vient s'appuyer contre un ressort 57.
Lorsque le porte-matrice supérieur 53 est dans sa position haute, à savoir avant que la matrice 40 ne soit fermée, la surface d'estampage 51 s'étend vers le bas audessous des arêtes tranchantes 44, 48 et des surfaces 45,
47, suivant une proportion approximativement égale à l'épaisseur de la rondelle 35 telle que représentée sur la fig. 6.
L'une des raisons de ce mode d'agencement réside dans le fait que la rondelle 35 est soumise à une légère charge préalable directement avant de procéder aux opérations de découpage et d'estampage, ce qui raidit la rondelle, étant donné que-lorsque cette dernière est sectionnée de la billette 30 elle est légèrement courbe et non réellement plane.
Une autre raison réside dans le fait qu'après l'opération d'estampage, lorsque le bloc supérieur 41 et le bloc inférieur 42 de la matrice sont séparés (ainsi qu'il est décrit sur la fig. 6), ledit mode d'agencement permet d'éjecter la rondelle 35 telle qu'ébarbée et estampée au moyen d'un jet d'air.
Le bloc inférieur 42 de la matrice comporte une partie fixe 60 faisant face à .la partie d'estampage 50 et présen.tant,les mêmes dimensions, ainsi qu'une partie à mouvement réciproque 61 qui est disposée radialement à l'extérieur de ladite partie fixe 60, laquelle fait face au bloc supérieur
41 de la matrice, étant supportée sur une série de ressorts élastiques.62. Chaque ressort 62 est disposé autour d'une vis à épaulement 63 dont l'extrémité supérieure est filetée jusqu'à la partie 61, y effectuant un mouvement réciproque à l'intérieur du bloc inférieur 42 de la matrice.
En cours de fonctionnement, la fermeture du bloc supérieur 41 se traduit tout d'abord par le fait que la surface <EMI ID=7.1>
vue de retenir la rondelle 35 et d'aplatir cette dernière.
La partie de perçage 50 demeure donc! l'état fixe pendant
un certain temps, agissant vers le haut contre le ressort 57 par l'intermédiaire des goujons- 55 et de la bague 56. Entretemps, l'arête tranchante 44 entame son action d'ébauchage
qui est suivie peu après par l'opération de perçage au moyen
de l'arête tranchante 48. L'arête tranchante 48 et la
surface 47 sont tournées uniquement vers le vide, tandis que l'arête tranchante 44 et la surface 45 sont orientées vers
la partie élastique 61, faisant mouvoir cette dernière vers
le bas.
Lorsque les deux opérations d'ébauchage et de perçage
sont achevées, la presse continue à descendre jusqu'à ce que l'élément de perçage 50 vienne buter contre le rebord supérieur de la partie de perçage intérieur 46. Une pression de plusieurs tonnes se trouve alors exercée sur la rondelle 35, imprimant le filetage hélicoïdal à l'intérieur de sa surface
et formant à la surface de la rondelle la gorge hélicoïdale
26 à effet hydrodynamique. La valeur exacte de la pression requise peut varier en fonction des spécifications dimensionnelles de la rondelle 35, ainsi qu'il apparaîtra clairement aux spécialistes en la matière. Toutefois, il est important qu'une pression suffisante soit exercée, de
manière qu'une déformation permanente de la rondelle soit obtenue dans la zone des gorges hélicoïdales â-effet hydrodynamique, afin que soit éliminé tour risque de "reprise"
du matériau constitutif.
La rondelle en P.T.F.E 35 est alors prête à être façonnée sous sa forme finale d'élément d'étanchéité 20. Cette opération peut être effectuée dans une matrice d'assemblage
70, telle que représentée sur la fig. 7, sous une pression notablement inférieure mais cependant suffisante pour obtenir un formage à froid. Le résultat est que l'élément d'étanchéité 20 représenté sur la fig. 1 se trouve disposé dans l'enveloppe 11, étant alors prêt à être utilisé.
La matrice d'assemblage 70 comporte deux surfaces
planes 71 et 72, dont l'une vient porter contre le rebord
radial 13'de l'enveloppe ou corps 11, tandis que l'autre <EMI ID=8.1>
sont interposées entre les rebords 13 et 18. La matrice d'assemblage 70 comporte également deux surfaces tronconiques 73 et 74, lesquelles sont placées en regard. Lesdites surfaces 73 et 74 saisissent entre elles les surfaces de la partie 25, amenant cette dernière à adopter une configuration tronconique.
Un autre procédé de la présente invention combine les opérations décrites en relation à la fig. 4 avec celles ; décrites sur les fig. 8 à 10. Le fonctionnement décrit sur les fig. 8 et 9 est essentiellement identique à celui décrit précédemment, à la réserve du changement de la structure de la partie ou élément d'estampage.
Une partie 80 de l'élément d'estampage comporte une partie plane 81 destinée à saisir une partie annulaire extérieure de la rondelle 35, tandis qu'une partie 82 de l'élément d'estampage lui confèrant la forme hydrodynamique (à savoir une gorge hélicoïdale ou toute autre forme appropriée) est conçue de manière à s'encastrer dans la partie 80 plutôt que de s'étendre au-delà de cette dernière, comme dans le cas de la partie 50 de la matrice représentée sur les fig. 5 et 6. L'encastrement du filetage d'estampage (ou toute autre structure appropriée) rend la partie 82 moins susceptible d'être endommagée ou cassée que dans le cas où 'le filetage d'estampage ressort à l'extérieur. Ceci se traduit également par une action quelque peu différente.
Dans la matrice représentée sur les fig. 8 et 9, la partie
81 comprime effectivement la rondelle en polytétrafluoroéthylène 35, la laissant plus mince d'environ 0,050 ou 0,075 mm qu'auparavant (après la phase représentée sur la <EMI ID=9.1> fluoroéthylène à l'état froid jusqu'à l'intérieur de la partie 82 de l'élément d'estampage pour en remplir les gorges jusqu'à une profondeur d'environ 0,2 mm. Comme dans le cas précédent, ceci s'effectue habituellement à la température ambiante de l'usine, sans aucun réchauffage de la partie 80 de l'élément d'estampage, bien qu'on puisse y avoir recours si on le désire. L'écoulement du polytétrafluoroéthylène à l'état froid est ainsi combiné avec la <EMI ID=10.1>
rondelle une forme permanente.
Après l'opération décrite sur la fig. 9, on peut passer à la réalisation de la forme tronconique au moyen d'un appareil ressemblant à celui décrit sur la fig. 7.
Il est souvent souhaitable de doter la paroi d'enveloppement 12 d'un revêtement afin d'améliorer l'étanchéité dans l'alésage lors de la mise en place du joint. L'application d'un tel revêtement peut exiger l'emploi de températures élevées. Pour empêcher toute application du revêtement sur les éléments d'étanchéité, ainsi que pour empêcher que la mémoire élastique du polytétrafluoroéthylène n'entraîne la perte de la configuration tronconique, il est souhaitable d'utiliser un mandrin 90, tel que celui illustré sur la fig. 10. Le mandrin 90 présente pratiquement les
mêmes dimensions que celles des arbres sur lesquels les joints d'huile 10 sont destinés à être installés. Une série de joints 10 sont placés sur le mandrin 90, en ménageant l'interaction requise de l'arbre avec les éléments d'étanchéité 20, lesdits joints 10 entrant mutuellement en contact et étant pourvus à chacune de leurs extrémités d'une rondelle
de protection. L'ensemble peut être ensuite traité par pulvérisation avec un ajutage 91 pour l'application d'un revêtement 92, l'élévation de température au cours de l'application du revêtement ainsi que l'évaporation du solvant inclus dans ledit revêtement n'affectant pas la configuration tronconique de l'élément d'étanchéité 20, et ce en raison de l'effet d'interaction du mandrin qui maintient la forme tronconique voulue de l'élément 20. Si besoin est, le mandrin 90 peut être utilisé pour l'expédition et le
stockage des joints d'étanchéité 10.
On va maintenant décrire un autre procédé de fabrication en référence aux fig. 11 et 12. Ainsi qu'on peut le voir sur la fig. 11, on réalise tout d'abord une billette
<EMI ID=11.1>
ne répond pas rigoureusement aux dimensions requises, ayant une surface cylindrique extérieure 131 légèrement trop grande et assez grossière, ainsi qu'une surface cylindrique intérieure (non représentée) dont le diamètre est légèrement trop petit. La phase suivante consiste à usiner les surfaces extérieure et intérieure en vue d'obtenir une surface cylindrique extérieure 132 et une surface cylindrique intérieure
133 présentant des dimensions rigoureusement précises. Ceci peut s'effectuer en usinant la billette sur un tour. L'ensemble de la billette 130 peut être usiné de la sorte, mais aux fins d'illustration seule se trouve représentée une partie en bout aux dimensions initiales. Lorsque la billette est installée sur le tour, la phase suivante consiste à obtenir une paroi en bout plane 134.
Ceci peut s'effectuer par un usinage soigneux, en s'assurant que ladite paroi est bien disposée perpendiculairement aux surfaces cylindriques
132 et 133. Eventuellement, la billette 130 peut être préalablement pourvue d'une surface appropriée, mais étant donné que ceci n'est pas habituellement le cas, l'usinage en question est nécessaire. Ceci se traduit par l'obtention d'un cylindre creux calibré à partir duquel on peut procéder à l'usinage des éléments d'étanchéité individuels.
En utilisant un outil de forme appropriée 135 comportant une pointe 136 de forme et de dimensions appropriées, on peut creuser une gorge hélicoïdale 126 dans la surface de la billette 130, en commençant sur le bord intérieur 137 où la surface 134- intersecte la surface cylindrique intérieure
133 et en poursuivant suffisamment loin vers l'extérieur en vue de ménager les tolérances admissibles et les interactions de l'arbre, afin de s'assurer de l'effet requis. En d'autres termes, l'opération est menée suffisamment loin de façon que la présence de la gorge hélicoïdale 126 n'ait plus aucune action effective à partir d'un certain point. La configuration de la surface de section droite et l'angle d'hélice de la gorge 126 peuvent être modifiés suivant les besoins en vue d'obtenir les angles voulus, etc.
Après ladite opération de rainurage, une rondelle 140 est sectionnée de la billette 130, ainsi qu'il est représenté sur la fig. 12. Ladite rondelle est alors prête pour la phase suivante d'usinage, bien que le tranchange doive
<EMI ID=12.1>
suivante 140, afin que l'opération puisse se poursuivre tout simplement par sectionnement et usinage ininterrompu, jusqu'à consommation de la totalité de la billette ou du nombre de rondelles requises.
La rondelle 140 est alors prête pour la phase suivante d'usinage, laquelle peut être constituée par un préformage, afin d'obtenir l'angle de conicité de la configuration tronconique décrit ci-dessus.
Il doit être bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que toutes variantes ou modifications peuvent y être apportées sans sortir pour autant du cadre général de la présente invention.
REVENDICATIONS
1. Procédé de réalisation d'un joint de retenue d'huile comprenant un élément constitué à partir d'une billette tubulaire de polytétrafluoroéthylène ou analogue comportant une surface cylindrique extérieure, une surface cylindrique intérieure concentrique et un corps annulaire qui est interposé entre lesdites surfaces cylindriques, caractérisé par le fait qu'on dresse tout d'abord une paroi en bout de façon perpendiculaire auxdites surfaces cylindriques et qu'on sectionne ensuite ladite billette sur une mince épaisseur à partir de ladite paroi en bout afin d'obtenir une rondelle et une nouvelle paroi en bout à l'état dressé, laquelle est sectionnée à son tour, l'opération de sectionnement se poursuivant jusqu'à obtention du nombre voulu de rondelles,
et par le fait que l'une des surfaces de chacune des rondelles est traitée avant ou après la phase de sectionnement afin de ménager un moyen hydrodynamique propre à assurer un retour d'huile, ledit moyen hydrodynamique s'étendant depuis l'intersection de la paroi précitée avec sa surface cylindrique intérieure sur une largeur prédéterminée.
Process for producing waterproofing elements in polytetrafluoroethylene with a hydrodynamic effect.
<EMI ID = 1.1>
moreover, the invention relates to a die intended to be used for the manufacture of said seals.
<EMI ID = 2.1>
be easily molded, as with various synthetic rubbers, but which nevertheless exhibits some of the most useful properties. In some cases, its ability to withstand high temperatures recommends its use for oil retaining members that are placed in a rotary contact ratio with the shaft, rather than synthetic rubbers exhibiting less resistance to high temperatures. There are also other uses where said material is found to be advantageous, but heretofore its use has been greatly limited due to its inability to be effectively molded into desired shapes.
Normally, it should be sliced or press cut from sheets or made as a thin element affecting the configuration of a washer, rather than being molded directly into any desired shape. Consequently, this material is expensive in terms of manufacture, which greatly limits its use.
The difficulties concerning the molding of the P.T.F.E also made it impossible until now to produce a hydrodynamic seal. The latter are conventionally produced by molding a helical groove or any other hydrodynamic structure in the molded element. Obtaining washers raises great difficulties, so that it was economically impracticable to proceed with their molding in polytetrafluoroethylene,
In the present invention, an oil retaining seal is made from P.T.F.E or other similar material by first providing a tubular billet of P.T.F.E or other material. Said billet may be produced so as to have the desired dimension for the cylindrical inner and outer surfaces, but since the latter are likely to be quite roughly finished, a surface perpendicular to said two surfaces is then prepared by means of a training operation.
In one embodiment of the invention, a series of wafers of a required thickness are cut to obtain a series of PTFE washers, all of which have approximately the required dimensions, each washer then being deburred, after which a groove helical or other hydrodynamic shape is cold formed by stamping on the radially extending inner portion of one of the surfaces of the washer. This is preferably done by inserting the P.T.F.E washer into a new type of stamping, drilling and roughing die.
Thanks to the roughing action, the outer periphery is deburred to its final dimensions, the drilling action making it possible to deburr its inner diameter to the final dimensions, the die being equipped with an element provided with ribs having the desired shape to make a helical groove between the inner and outer edges of the washer, a heavy pressure load being placed directly above the material after the cutting operation in order to permanently deform the washer, thus practicing in one said helical groove of its surfaces.
In another embodiment of the invention, the upright wall or surface is machined so as to provide a helical groove which extends from the intersection of said wall with the inner cylindrical surface and which extends over a given radial width. , which is determined as a function of a diameter such that the groove is no longer functionally required to ensure the hydrodynamic effect. After this machining phase, the P.T.F.E washer is cut, then giving a washer one of the surfaces of which is provided with said helical groove, while simultaneously raising the next surface. Said next surface is in turn provided with a helical groove and a new wafer or washer is cut, this operation being repeated until the billet is exhausted.
In the two aforementioned embodiments of the invention, the sealing element may be preformed so that the inner part is of frustoconical configuration, with a planar surface extending outwardly in the radial direction. If desired, said preforming operation can be combined with the operation of assembling the element in the form of a complete oil seal.
Finally, the sealing element can be mounted on a mandrel having a diameter practically identical to that of the shaft for which it is intended, a coating being applied to the outer periphery of the body or envelope of the element, in order to improve its sealing properties
(see U.S. Patent Nos. [deg.] 2,889,163 and 3,275,332). The application of said coating is carried out at a high temperature, in particular as regards the evaporation of the solvent, the mandrel maintaining the desired frustoconical shape. If required, such a mandrel can be used to ship the seals.
The other characteristics and advantages of the present invention will emerge more clearly during the following detailed description, with reference to the accompanying drawing, in which:
fig. 1 is an end elevational view of a radial type shaft seal in accordance with the principles of the invention;
fig. 2 is a sectional view, on an enlarged scale, taken at 2-2 according to FIG. 1;
fig. 3 is a view on an enlarged scale of part of the frustoconical inner lip of the polytetrafluoroethylene element or seal of FIG. 2;
fig. 4 is a perspective view of a billet being machined and sliced to obtain a series of polytetrafluoroethylene washers;
fig. 5 is a sectional and elevational view of the washer as stamped and deburred to obtain a given configuration, by means of a new type of stamping, drilling and roughing die in accordance with the principles of the 'invention;
fig. 6 is similar to FIG. 5 but shows the die and the washer as in position after the stamping operation with the die in the open position;
fig. 7 is a sectional elevational view of the grooved washer as assembled as a complete oil retaining seal, its inner part being subjected to a shaping operation to give it a frustoconical shape. ;
fig. 8 is a sectional elevation view of part of the die shown in FIG. 5, in which the stamping parts are embedded, the die being closed to carry out the stamping operation;
fig. 9 is a view similar to FIG. 8, the die being here open and the stamping operation completed;
fig. 10 is an elevational view partially in section of a series of seals in assembled condition which are supported on a mandrel for coating the exterior walls of their bodies;
fig. 11 is a perspective view showing a billet whose inside and outside diameters are machined, a lathe tool making a helical groove on its upstanding end wall;
fig. 12 is a view similar to FIG. 11, but representing the cutting of a washer provided with a helical groove.
Fig. 1 shows a radial shaft seal 10 in complete condition in accordance with the principles of the invention, while FIG. 2 shows said seal in section and on an enlarged scale. The seal 10 comprises an outer casing or body 11 with a cylindrical part 12 and a radial rim 13. The seal 10 also comprises an inner casing or body 14 with a cylindrical part 15 which fits into the cylindrical part 12, in such a way that the outer surface 16 of the cylindrical part
15 comes directly to bear against the inner cylindrical wall 17 of the cylindrical part 12. The inner casing 14 is also provided with a radial flange 18.
Between the radial flanges 13 and 18 is arranged a radial flat outer part 19 of a sealing element 20, which is preferably made of polytetrafluoroethylene, also comprising a frustoconical part
<EMI ID = 3.1>
rence inserted between the PTFE sealing element 20 and the radial rim 13, in order to ensure the seal between the sealing element 20 and the outer casing 11. The radial rim 18 of the inner casing 14 is pressed against the radial flange 13 of the outer casing 11, such that said flange 18 compresses the part 19 and holds it tight, while compressing the liner 22 in order to prevent leakage and firmly retain the element 20 in the casing, while the outer casing 11 is provided with an end portion 23 which is curved to hold the inner casing firmly in position
14. This mode of arrangement is obviously well known in the art.
The inner part 21 of the P.T.F.E sealing element 20 is frustoconical in shape. being provided with an atmospheric oriented surface 25 which includes a helical groove 26 extending outwardly from the innermost edge 27 of the seal. Said helical groove 26 is made in such a way that as the shaft rotates in a given direction it tends to force back any oil leakage occurring along the shaft due to scratches or other minor imperfections in the shaft. the shaft itself or the shaft seal member, although most of the leaks here are due to imperfections in the shaft itself.
As in all hydrodynamic seals, the purpose of the helical groove 26 is to force the oil below the sealing lip 27 to return it to the oil side of the seal. Instead of a helical groove, it is possible to use any other suitable shape to obtain the hydrodynamic effect. In practice, this invention
<EMI ID = 4.1>
any shape capable of ensuring a hydrodynamic effect.
<EMI ID = 5.1>
interaction with the shaft which bends the inner part 21, one section of which is made cylindrical for a short distance, whereby the helical groove 26 (or some other hydrodynamic shape) extends a significant distance along the surface, being given that the degree of interaction of the tree is somehow indeterminate.
The manufacture of the sealing element 20 begins with the production of a billet 30 of polytetrafluoroethylene having an outer perimeter 31 and an inner perimeter 32. It is probable that the tubular billet 30 does not correspond precisely to the desired shape, since the latter is very difficult to obtain. In the method described with reference to FIGS. 4 to 7, it is sufficient that the outer diameter of the billet is somewhat oversized and the inner diameter is undersized, since the roughing and drilling operations achieve the exact dimensions required. In the method described with reference to FIGS. 4 and 8 to 10, the outside diameter can directly have the desired final dimensions.
If it is not exactly perpendicular to the axis of the billet
30, the end wall is erected, in order to obtain a wall
33 of a perfectly perpendicular nature. The next machining phase consists of using a lathe tool
34 intended to cut a series of washers 35 having the desired thickness. Each slicing operation simultaneously performs the dressing of the billet 30, so that the latter is perfectly flat and ready for the next slicing. The slicing operation is continued until the desired number of washers 35 is reached or the billet 30 is exhausted. The washers 35 themselves are not perfectly flat after their cutting, exhibiting a slightly curved configuration.
The following operations are preferably carried out by means of a stamping, drilling and roughing die 40. Die 40 has an upper block 41 and a lower block 42. The upper block 41 has (1) a part. outer roughing 43 provided with a cutting edge 44 and a flat surface 45; (2) an inner bore portion 46 which is annularly spaced from the roughing portion 44 and which is provided with a planar surface 47 and a cutting edge 48; (3) a stamping part 50 which is provided with a surface 51 whose inner part 52 is provided with a helical rib; and (4) an upper die holder 53. a rough part- <EMI ID = 6.1>
slightly the cutting edge 48. On the other hand, the piercing part 50 is reciprocated, being subjected to the load of a spring. Each of a series of reciprocating studs 55 bears at one end against the stamping part 50 and at the other end against a ring 56, which bears against a spring 57.
When the upper die holder 53 is in its up position, i.e. before the die 40 is closed, the stamping surface 51 extends downwardly below the cutting edges 44, 48 and the surfaces 45,
47, in a proportion approximately equal to the thickness of the washer 35 as shown in FIG. 6.
One of the reasons for this mode of arrangement is that the washer 35 is subjected to a slight preliminary load directly before proceeding with the cutting and stamping operations, which stiffens the washer, since when the latter is cut from the billet 30 it is slightly curved and not really flat.
Another reason lies in the fact that after the stamping operation, when the upper block 41 and the lower block 42 of the die are separated (as described in Fig. 6), said mode of This arrangement makes it possible to eject the washer 35 as deburred and stamped by means of an air jet.
The lower block 42 of the die comprises a fixed part 60 facing the embossing part 50 and having the same dimensions, as well as a reciprocating part 61 which is disposed radially outside said. fixed part 60, which faces the upper block
41 of the die, being supported on a series of elastic springs. 62. Each spring 62 is disposed around a shoulder screw 63, the upper end of which is threaded as far as the part 61, performing therein a reciprocal movement inside the lower block 42 of the die.
During operation, the closing of the upper block 41 firstly results in the fact that the surface <EMI ID = 7.1>
view to retain the washer 35 and flatten the latter.
The drilling part 50 therefore remains! fixed state during
a certain time, acting upwards against the spring 57 via the studs 55 and the ring 56. In the meantime, the cutting edge 44 begins its roughing action
which is followed shortly after by the drilling operation using
of the cutting edge 48. The cutting edge 48 and the
surface 47 face only a vacuum, while the cutting edge 44 and surface 45 face towards
the elastic part 61, causing the latter to move towards
the bottom.
When the two roughing and drilling operations
are completed, the press continues to descend until the piercing element 50 abuts against the upper rim of the inner piercing portion 46. A pressure of several tons is then exerted on the washer 35, printing the thread. helical inside its surface
and forming the helical groove on the surface of the washer
26 with hydrodynamic effect. The exact value of the pressure required may vary depending on the dimensional specifications of the washer 35, as will be apparent to those skilled in the art. However, it is important that sufficient pressure is exerted,
so that a permanent deformation of the washer is obtained in the area of the helical grooves with hydrodynamic effect, so that any risk of "pick-up" is eliminated
of the constituent material.
The P.T.F.E 35 washer is then ready to be shaped into its final form of sealing element 20. This operation can be carried out in an assembly die.
70, as shown in FIG. 7, under significantly lower pressure but still sufficient to obtain cold forming. The result is that the sealing element 20 shown in FIG. 1 is located in the envelope 11, then being ready to be used.
The assembly die 70 has two surfaces
planes 71 and 72, one of which bears against the rim
radial 13 'of the casing or body 11, while the other <EMI ID = 8.1>
are interposed between the flanges 13 and 18. The assembly die 70 also comprises two frustoconical surfaces 73 and 74, which are placed opposite. Said surfaces 73 and 74 grip the surfaces of part 25 between them, causing the latter to adopt a frustoconical configuration.
Another method of the present invention combines the operations described in relation to FIG. 4 with those; described in fig. 8 to 10. The operation described in figs. 8 and 9 is essentially the same as that described above, except for the change in the structure of the stamping part or element.
A part 80 of the stamping element has a planar part 81 intended to grip an outer annular part of the washer 35, while a part 82 of the stamping element giving it the hydrodynamic shape (namely a groove helical or other suitable shape) is designed so as to fit into part 80 rather than extending beyond the latter, as in the case of part 50 of the die shown in Figs. 5 and 6. The embedding of the stamping thread (or other suitable structure) makes the part 82 less susceptible to damage or breakage than in the case where the stamping thread protrudes out. This also translates into a somewhat different action.
In the matrix shown in Figs. 8 and 9, the game
81 effectively compresses the polytetrafluoroethylene washer 35, leaving it thinner by about 0.050 or 0.075 mm than before (after the phase shown in <EMI ID = 9.1> fluoroethylene in the cold state to the inside of the part 82 of the stamping element to fill the grooves to a depth of about 0.2 mm. As in the previous case, this is usually done at ambient factory temperature without any reheating of part 80 of the stamping element, although it can be used if desired.The cold flow of polytetrafluoroethylene is thus combined with the <EMI ID = 10.1>
washer a permanent form.
After the operation described in fig. 9, it is possible to proceed to the production of the frustoconical shape by means of an apparatus similar to that described in FIG. 7.
It is often desirable to provide the enveloping wall 12 with a coating in order to improve the seal in the bore during the placement of the seal. Application of such a coating may require the use of elevated temperatures. To prevent application of the coating to the sealing members, as well as to prevent the elastic memory of the polytetrafluoroethylene from causing the loss of the frustoconical configuration, it is desirable to use a mandrel 90, such as that illustrated in Fig. . 10. The mandrel 90 has practically the
same dimensions as those of the shafts on which the oil seals 10 are intended to be installed. A series of seals 10 are placed on the mandrel 90, providing the required interaction of the shaft with the sealing elements 20, said seals 10 coming into contact with each other and being provided at each of their ends with a washer.
protection. The assembly can then be treated by spraying with a nozzle 91 for the application of a coating 92, the rise in temperature during the application of the coating as well as the evaporation of the solvent included in said coating not affecting not the frustoconical configuration of sealing member 20, due to the interacting effect of the mandrel which maintains the desired frustoconical shape of the member 20. If necessary, the mandrel 90 can be used for sealing. 'shipping and
storage of gaskets 10.
Another manufacturing process will now be described with reference to FIGS. 11 and 12. As can be seen in FIG. 11, we first make a billet
<EMI ID = 11.1>
does not strictly meet the required dimensions, having a slightly too large and fairly coarse outer cylindrical surface 131, as well as an inner cylindrical surface (not shown) whose diameter is slightly too small. The next phase is to machine the outer and inner surfaces to obtain an outer cylindrical surface 132 and an inner cylindrical surface.
133 with rigorously precise dimensions. This can be done by machining the billet on a lathe. The entire billet 130 can be machined in this way, but for the purpose of illustration only there is shown an end portion at the original dimensions. When the billet is installed on the lathe, the next phase is to obtain a flat end wall 134.
This can be done by careful machining, ensuring that said wall is well disposed perpendicular to the cylindrical surfaces.
132 and 133. Optionally, the billet 130 can be provided with a suitable surface beforehand, but since this is not usually the case, the machining in question is necessary. This results in obtaining a calibrated hollow cylinder from which the individual sealing elements can be machined.
Using an appropriately shaped tool 135 having a tip 136 of the appropriate shape and size, a helical groove 126 can be cut into the surface of the billet 130, starting at the inside edge 137 where the surface 134 intersects the cylindrical surface. interior
133 and by continuing far enough outwards in order to spare the admissible tolerances and the interactions of the shaft, in order to ensure the required effect. In other words, the operation is carried out sufficiently far so that the presence of the helical groove 126 no longer has any effective action from a certain point. The configuration of the cross-sectional surface and the helix angle of the groove 126 can be changed as needed to achieve the desired angles, etc.
After said grooving operation, a washer 140 is cut from billet 130, as shown in FIG. 12. Said washer is then ready for the next machining phase, although the tranchange must
<EMI ID = 12.1>
140, so that the operation can continue quite simply by cutting and uninterrupted machining, until consumption of the entire billet or the number of washers required.
The washer 140 is then ready for the next machining phase, which can be constituted by a preforming, in order to obtain the taper angle of the frustoconical configuration described above.
It should of course be understood that the foregoing description has been given purely by way of illustration and without limitation and that any variants or modifications can be made to it without thereby departing from the general scope of the present invention.
CLAIMS
A method of making an oil retaining gasket comprising an element formed from a tubular billet of polytetrafluoroethylene or the like having an outer cylindrical surface, a concentric inner cylindrical surface and an annular body which is interposed between said surfaces. cylindrical, characterized by the fact that first an end wall is erected perpendicular to said cylindrical surfaces and then said billet is cut to a thin thickness from said end wall in order to obtain a washer and a new end wall in the erected state, which is in turn cut, the sectioning operation continuing until the desired number of washers is obtained,
and by the fact that one of the surfaces of each of the washers is treated before or after the sectioning phase in order to provide a hydrodynamic means suitable for ensuring an oil return, said hydrodynamic means extending from the intersection of the aforementioned wall with its inner cylindrical surface over a predetermined width.