Procédé de fabrication de bagues métalliques et en particulier de cuvettes et cônes pour roulements à rouleaux. Le procédé communément pratiqué, à l'heure actuelle, pour la fabrication de ba gues métalliques, telles que des cuvettes et des cônes pour roulements à rouleaux, con siste à faire usage d'outils tranchants pour amener la matière à peu près à la dimension et à la forme désirées pour l'article terminé, après quoi on soumet habituellement les ba gues en métal "vert", c'est-à-dire non trempé, à un traitement thermique, puis on les meule ot on les finit.
En raison du haut degré de précision nécessaire dans des pièces de ce genre, et du pourcentage élevé de perte dans le traitement thermique et le meulage, ce procédé ordinaire est nécessairement dispendieux; en outre, il est susceptible de produire, dans la pièce, des défectuosités qui ne sont pas facilement perceptibles au premier abord, mais qui se développent à l'usage et nuisent à la valeur du roulement dont une telle pièce fait partie. L'invention a pour but principal d'obtenir des résultats supérieurs à ceux de l'ancien procédé et de diminuer grandement le prix de revient.
La présente invention concerne un pro cédé de fabrication de bagues métalliques et en particulier de cuvettes et cônes pour rou lements à rouleaux.
Le procédé suivant l'invention comporte les opérations suivantes: Après avoir fait en métal vert, c'est-à- dire non durci ni trempé, une pièce ayant à peu prés la forme et la dimension qu'on désire pour la pièce terminée, on lisse une surface de cette pièce par une pression supé rieure à la limite d'élasticité du métal, mais inférieure à sa limite de plasticité, de ma- mère à effectuer une sorte d'étirage, ou dé placement permanent, de la partie superfi cielle qui est soumise immédiatement à la pression, sans allongement appréciable de la pièce; on chauffe ensuite la pièce en métal vert, puis on la refroidit brusquement, pour la tremper.
Une forme d'exécution d'un dispositif pro pre à la mise en oeuvre dudit procédé est représentée à titre d'exemple dans le dessin annexé, dans lequel: Fig. 1 est. une coupe verticale d'un mé canisme propre au cylindrage de la face extrême et de la surface interne d'une cu vette pour roulements à rouleaux; Fig. 2 en est un plan, le porte-broche étant enlevé; Fig. 3 est un plan du dispositif employé pour tenir les rouleaux qui viennent en prise avec la surface intérieure de la cuvette;
Fig.4 est une élévation latérale, partie en coupe, d'un dispositif à rectifier la surface externe de la cuvette, concentriquement à la surface interne de celle-ci, et Fig. 5 en est un plan, la tête de cylin- drage et la cuvette étant représentées en coupe.
Pour mettre le procédé en pratique à l'aide du dispositif représenté sur le dessin, on place la cuvette en métal vert A, sur les rouleaux d'appui B, qui sont libres de rouler dans et sur la plaque d'assise, ou table de roulage F, et on la soumet à une pression au moyen de rouleaux lisses K, qui tournent dans des logements P prévus pour eux dans la périphérie extérieure d'un cône M et sont poussés, de haut en bas et de dedans en dehors, contre la surface interne de la cuvette.
La broche tournante L et son cône M, con curremment avec la pression axiale exercée de haut en bas sur la broche (dont le mou vement de haut en bas et le mouvement de rotation sont produits par un dispositif quel conque convenable, tel qu'une machine à percer pourvue d'un porte-broche M suscep tible de recevoir la broche L) oblige la cu vette A à tourner sur les rouleaux B et les rouleaux K lesquels, à leur tour, tournent dans leurs sièges ou logements et se dépla cent circonférentiellement avec la cuvette. Cette action sur la face d'appui, ou bout de la cuvette la rend lisse, plane et saine.
Ce résultat est obtenu normalement en un temps très court et l'on serre ensuite un frein, tel que le frein à collier C-J-I-G, représenté aux fig. 1 et 2, qui immobilise la cuvette; mais la rotation et la pression axiale de haut en bas de la broche L, du cône M et des rouleaux K continuent.
En peu de temps, l'action sus-décrite des rouleaux K travaillant sous pression contre l'intérieur de la cuvette produit sur celle-ci une surface interne lisse, circulaire et saine. Cette pression peut être appliquée à une cu vette verte avec des rouleaux montés dessus dans une position relative similaire à celle qu'occupent les rouleaux d'un roulement ter miné par rapport à la cuvette de celui-ci. Cette pression peut être appliquée par un ou plusieurs rouleaux et le diamètre des rouleaux dont on fait usage peut être aussi grand que l'espace dont on dispose pour agir dans la cuvette à travailler.
La cuvette en métal vert est supportée en alignement axial avec la broche longitudinalement mobile L, d'une presse, dont le cône M est capable de tour ner autour de son axe et est pourvu d'une série circulaire de rouleaux K dont les axes sont disposés suivant un cône ayant son som met sur l'axe de la broche. De cette façon, les rouleaux et la pièce à travailler ont la même vitesse à l'endroit de leurs lignes de contact et la pression est appliquée radia- lement et sans aucune tendance à écorcher ou déchirer le métal, ainsi que cela est caractéristique des opérations de meulage et que cela pourrait résulter d'un frottement sous pression.
Avec cette disposition, l'opé ration de cylindrage s'effectue graduellement et permet ainsi au métal de s'accommoder, de la meilleure façon, aux lois de l'écoule ment plastique. Il est à noter que, dans ce procédé, aucun rouleau ne fait un travail considérable à aucun moment, mais chaque rouleau continue, après une très légère inter- mission, le travail du rouleau qui le précède et, avec le très grand nombre de tours de la broche et de son cône, et l'accroissement de pression dû à l'avance de cette broche, on obtient une surface très lisse sans dom mage pour le métal qui la constitue et avec l'ajustement voulu de ce dernier à sa nou velle position.
Comme la pression exercée excède la limite d'élasticité du métal, la cu vette, lorsqu'elle se trouvera soustraite à la pression exercée sur elle, changera légère ment de forme et de dimension en raison de son élasticité et du relâchement de la pres sion, mais la surface très lisse produite par la pression sera conservée. On monte alors la cuvette en alignement axial sur un organe tournant, tel qu'un mandrin D (fig. 4 et 5) et on la bloque par un dispositif convenable tel, par exemple, qu'une rondelle E et un écrou N.
Un outil tranchant O convenablement monté, dans un porte outil W par exemple, se déplace en travers de la surface extérieure de la cuvette, à la façon d'un outil de tour, pour rectifier cette surface extérieure, qui ha bituellement a une forme cylindrique, con centriquement à la surface intérieure; ensuite les rouleaux ou galets espacés Q, d'une tête porte-galets S qui est montée à pivot sur l'axe T d'une chape Y, exercent une pres sion sur cette surface pour la rendre lisse et la calibrer sans détérioration de la matière. De cette façon, les trois surfaces importantes (surface d'appui ou bout, surface intérieure et surface extérieure) sont produites avec une grande exactitude et une grande perfection, sans détérioration du métal.
Lorsqu'on trempe une telle cuvette sous dilatation et contrainte, ses surfaces peuvent être comparées à celles obtenues par meulage.
Ordinairement, il est désirable de tremper, ou de durcir par une trempe de surface et de tremper, la cuvette en métal vert avec la surface très lisse dont il vient d'être question, puis de la soumettre à un traitement ther mique convenable et de la monter ensuite sur un mandrin ayant sensiblement la gros seur et la conicité requises pour la surface intérieure de la cuvette terminée et de la refroidir brusquement pendant qu'elle est sur ce mandrin.
Ce mandrin est destiné à sou mettre réellement la cuvette en métal vert, chaude, à une tension circonférentielle sur toute sa longueur, dans le double but de la calibrer et de lui donner la forme voulue par déplacement du métal et de créer une ten sion circonférentielle considérable qui en em pêchera la déformation au cours du refroidis sement brusque et après la trempe qui en résulte et assurera le maintien du fini de la surface de la cuvette. Cette dernière est en- suite arrachée du mandrin et en état d'être utilisée sans autre traitement de sa surface intérieure, ou surface de roulement.
En raison de l'élasticité du métal, la cu vette changera légèrement de forme lorsqu'on l'arrachera du mandrin sur lequel elle a été trempée, son extrémité la plus épaisse se contractant à un plus petit diamètre et la conicité de son intérieur augmentant un peu. Le degré de ce changement est constant pour des conditions données de dimension, de forme et de matière de la cuvette; on peut le déterminer expérimentalement et on en tient compte dans la détermination de la grosseur et de la conicité du mandrin et de la position angulaire des rouleaux lisseurs de façon que, une fois la cuvette refroidie, elle présente la dimension et la forme désirées.
Comme cela a été dit ci-dessus, ce degré de changement varie avec la matière à laquelle on a affaire, et il peut être négligeable dans le cas de certains alliages qui se contractent très peu à la trempe.
Il est à noter que dans le présent pro cédé on produit un écoulement plastique, ou déplacement, de la partie de surface du métal vert de la cuvette dans des conditions qui donnent des surfaces lisses de la dimen sion et de la forme requises, suivi ordinaire ment d'une trempe effectuée dans des condi tions qui empêchent une déformation appré ciable de la surface de roulement mais n'im pliquent aucune opération de nature à dimi nuer l'intégrité du métal.
Au lieu d'appliquer la pression au moyen d'un ou plusieurs rouleaux, on peut lisser la surface de la cuvette et donner à la cuvette en métal vert la forme et la dimension qu'elle doit avoir en la soumettant, pendant qu'elle est tenue sur un siège ou support convenable, ou dans une matrice, à l'action d'un man drin axialement mobile par rapport à elle et dont la surface est parfaitement finie et et trempée et présente la forme voulue pour donner à la surface intérieure de la cuvette en métal vert la forme et la dimension qu'elle doit .avoir. L'action du mandrin mobile est similaire à celle sus-décrite, c'est-à-dire que les régions hautes et basses sont nivelées sans détériorations du métal, de sorte que la surface intérieure de la cuvette est rendue lisse et parfaitement finie.
Il est faisable d'obtenir la surface lisse et la forme désirée par un outil cylindreur ou frotteur qui exerce une pression suffisante pour vaincre l'élasticité du métal sans excéder la limite de plasticité de celui-ci. En outre, la pièce peut se mouvoir tandis que l'outil reste fixe ou immobile.
Le procédé est applicable à la fabrication d'autres pièces ou articles que des cuvettes de roulements à rouleaux; c'est ainsi, par exemple, qu'on peut l'employer pour la fabri cation de cônes de roulement, ou de rouleaux pour roulements, ou d'autres bagues métalli ques.
Ce procédé présente, entre autres, en comparaison d'autres procédés, les avantages qu'il ne demande pas le même haut degré d'exactitude dans l'usinage, ou la confection, des cuvettes et cônes en métal vert; qu'il réduit de beaucoup les frais de vérification; qu'il supprime la coûteuse opération de meu lage, avec les pertes et les imperfections du produit qui peuvent en résulter, et qu'il ré duit au minimum les pertes dues à la mise au rebut de produits défectueux.
Un autre grand avantage du procédé est qu'il permet d'effectuer plusieurs opérations simultanément ou sans remontage, ou remise en place, d'ou tils ni de pièce et assure, par conséquent, la plus grande précision dans la position des diverses surfaces les unes par rapport aux autres, y compris non seulement les surfaces intérieure et extérieure mais aussi les surfa ces extrêmes; cet avantage a une grande im portance pour l'obtention d'une concentricité parfaite pour les surfaces intérieure et exté rieure, ainsi que du fini et de la disposition angulaire des faces d'appui et, dans le cas de cônes à côtes, pour assurer leur position correcte.
Un autre avantage est que la pres sion de lissage peut être appliquée par des outils montés sur la machine même qui fait la pièce en métal vert et, par conséquent, sans risque de mauvais centrage de la pièce et à un prix de revient grandement réduit. Il est également à noter que l'usage de rouleaux supprime l'obligation d'affûtage et de rem placement fréquents inhérente à l'usage d'ou tils tranchants.
Un autre avantage encore du procédé est que, comme il permet de faire des pièces à surfaces parfaitement finies et de formes ainsi que de dimensions exactes, sans meulage après que ces pièces ont été trempées, la déformation qui se produit après le meulage d'une surface trempée et par conséquent sup primée et la permanence de la forme et de la dimension est conservée.
Bien que ce procédé permette d'obtenir des pièces n'exigeant ni meulage ni autre opération pour les rendre utilisbales, il peut se présenter des cas où des produits inférieurs peuvent être sauvés par un léger meulage.
Process for manufacturing metal rings and in particular cups and cones for roller bearings. The process commonly practiced today for the manufacture of metal baskets, such as cups and cones for roller bearings, involves the use of sharp tools to bring the material approximately to size. and to the desired shape for the finished article, after which the "green", ie unhardened, metal baskets are usually subjected to heat treatment, then ground and finished.
Because of the high degree of precision required in such parts, and the high percentage of loss in heat treatment and grinding, this ordinary process is necessarily expensive; in addition, it is likely to produce defects in the part which are not easily noticeable at first glance, but which develop with use and affect the value of the bearing of which such a part is a part. The main object of the invention is to obtain results which are superior to those of the old process and to greatly reduce the cost price.
The present invention relates to a process for manufacturing metal rings and in particular cups and cones for roller bearings.
The method according to the invention comprises the following operations: After having made in green metal, that is to say not hardened or quenched, a part having approximately the shape and size which is desired for the finished part, a surface of this part is smoothed by a pressure greater than the elastic limit of the metal, but lower than its plastic limit, so as to carry out a sort of stretching, or permanent displacement, of the surface part. which is immediately subjected to pressure, without appreciable elongation of the part; the green metal part is then heated, then it is suddenly cooled, in order to soak it.
An embodiment of a device suitable for implementing said method is shown by way of example in the appended drawing, in which: FIG. 1 is. a vertical section through a mechanism specific to the rolling of the end face and of the internal surface of a bowl for roller bearings; Fig. 2 is a plan, the spindle holder being removed; Fig. 3 is a plan of the device used to hold the rollers which engage the interior surface of the bowl;
Fig. 4 is a side elevation, partly in section, of a device for grinding the external surface of the cup, concentrically with the internal surface thereof, and Fig. 5 is a plan thereof, the cylinder head and the cup being shown in section.
To put the process into practice using the device shown in the drawing, the green metal cup A is placed on the support rollers B, which are free to roll in and on the base plate, or table rolling F, and it is subjected to pressure by means of smooth rollers K, which rotate in housings P provided for them in the outer periphery of a cone M and are pushed, from top to bottom and from inside out, against the inner surface of the cuvette.
The rotating spindle L and its cone M, along with the axial pressure exerted from top to bottom on the spindle (the up and down movement of which and the rotational movement are produced by some suitable device, such as a drilling machine provided with a spindle holder M capable of receiving the spindle L) forces the bowl A to turn on the rollers B and the rollers K which, in turn, rotate in their seats or housings and move 100 circumferentially with the cup. This action on the bearing face, or end of the bowl, makes it smooth, flat and healthy.
This is normally obtained in a very short time and then a brake is applied, such as the collar brake C-J-I-G, shown in fig. 1 and 2, which immobilizes the bowl; but the rotation and axial pressure up and down of spindle L, cone M and rollers K continue.
In a short time, the above-described action of the rollers K working under pressure against the interior of the bowl produces thereon a smooth, circular and sound internal surface. This pressure can be applied to a green bowl with rollers mounted thereon in a relative position similar to that occupied by the rollers of a completed bearing relative to the bowl thereof. This pressure can be applied by one or more rollers and the diameter of the rollers used can be as large as the space available to act in the bowl to be worked.
The green metal cup is supported in axial alignment with the longitudinally movable spindle L, of a press, the cone M of which is capable of turning about its axis and is provided with a circular series of rollers K whose axes are arranged in a cone having its som put on the axis of the spindle. In this way, the rollers and the workpiece have the same speed at the point of their contact lines and the pressure is applied radially and without any tendency to scratch or tear the metal, as is characteristic of operations. grinding and that this could be the result of friction under pressure.
With this arrangement, the rolling operation takes place gradually and thus allows the metal to adapt in the best way to the laws of plastic flow. It should be noted that, in this process, no roller does a considerable work at any time, but each roller continues, after a very slight inter- est, the work of the roller preceding it and, with the very large number of turns. of the spindle and its cone, and the increase in pressure due to the advance of this spindle, a very smooth surface is obtained without damage to the metal which constitutes it and with the desired adjustment of the latter to its new your position.
As the pressure exerted exceeds the elastic limit of the metal, the cup, when it is withdrawn from the pressure exerted on it, will change slightly in shape and size due to its elasticity and the release of the pressure. , but the very smooth surface produced by the pressure will be retained. The cup is then mounted in axial alignment on a rotating member, such as a mandrel D (fig. 4 and 5) and it is blocked by a suitable device such as, for example, a washer E and a nut N.
A properly mounted cutting tool O, in a tool holder W for example, moves across the outer surface of the cup, like a lathe tool, to grind this outer surface, which usually has a cylindrical shape. , centrically to the interior surface; then the spaced rollers or rollers Q, of a roller holder head S which is pivotally mounted on the axis T of a yoke Y, exert pressure on this surface to make it smooth and calibrate it without damaging the matter. In this way, the three important surfaces (bearing surface or end, interior surface and exterior surface) are produced with great accuracy and perfection, without deterioration of the metal.
When such a cuvette is quenched under expansion and stress, its surfaces can be compared to those obtained by grinding.
Usually it is desirable to quench, or harden by surface quenching and quenching, the green metal cuvette with the very smooth surface just mentioned, then subjecting it to a suitable heat treatment and heat treatment. then mount it on a mandrel having substantially the coarseness and the taper required for the interior surface of the finished bowl and suddenly cool it while it is on this mandrel.
This mandrel is intended to actually submit the hot, green metal bowl to a circumferential tension over its entire length, with the dual purpose of calibrating it and giving it the desired shape by moving the metal and creating a circumferential tension. which will prevent deformation during sudden cooling and after the resulting quenching and will ensure the maintenance of the finish of the cuvette surface. The latter is then torn from the mandrel and in a condition to be used without further treatment of its inner surface, or running surface.
Due to the elasticity of the metal, the bowl will change shape slightly when pulled out of the mandrel it has been dipped in, its thicker end contracting to a smaller diameter and the taper of its interior increasing. a little. The degree of this change is constant for given conditions of size, shape and material of the bowl; this can be determined experimentally and taken into account in determining the size and taper of the mandrel and the angular position of the smoothing rolls so that, once the bowl has cooled, it has the desired size and shape.
As stated above, this degree of change varies with the material being dealt with, and it may be negligible in the case of certain alloys which contract very little on quenching.
It should be noted that in the present process a plastic flow, or displacement, of the surface portion of the green metal of the cuvette is produced under conditions which give smooth surfaces of the required size and shape, as usual. quenching carried out under condi tions which prevent appreciable deformation of the running surface but do not involve any operation liable to reduce the integrity of the metal.
Instead of applying pressure by means of one or more rollers, one can smooth the surface of the bowl and give the green metal bowl the shape and size it should have by subjecting it, while it is held on a suitable seat or support, or in a die, by the action of a man drin axially movable with respect to it and whose surface is perfectly finished and and hardened and has the desired shape to give the interior surface of the green metal bowl the shape and size it should have. The action of the movable mandrel is similar to that described above, i.e. the upper and lower regions are leveled without deterioration of the metal, so that the inner surface of the bowl is made smooth and perfectly finished.
It is feasible to obtain the smooth surface and the desired shape by a rolling or rubbing tool which exerts sufficient pressure to overcome the elasticity of the metal without exceeding the plastic limit of the latter. In addition, the workpiece can move while the tool remains stationary or stationary.
The process is applicable to the manufacture of parts or articles other than roller bearing cups; it is thus, for example, that it can be employed for the manufacture of bearing cones, or of rollers for bearings, or of other metallic rings.
This process has, among others, in comparison with other processes, the advantages that it does not require the same high degree of accuracy in the machining, or the making, of cups and cones of green metal; that it greatly reduces audit costs; that it eliminates the costly grinding operation, with the losses and the imperfections of the product which can result therefrom, and that it reduces to a minimum the losses due to the scrapping of defective products.
Another great advantage of the process is that it allows several operations to be carried out simultaneously or without reassembling or replacing tools or parts and therefore ensures the greatest precision in the position of the various surfaces. in relation to each other, including not only the interior and exterior surfaces but also the surfaces thereof; this advantage is of great importance in obtaining perfect concentricity for the interior and exterior surfaces, as well as the finish and the angular arrangement of the bearing faces and, in the case of ribbed cones, to ensure their correct position.
Another advantage is that the smoothing pressure can be applied by tools mounted on the same machine which makes the part in green metal and, therefore, without risk of poor centering of the part and at a greatly reduced cost. It should also be noted that the use of rollers eliminates the need for sharpening and frequent replacement inherent in the use of sharp tools.
Yet another advantage of the process is that, since it allows parts to be made with perfectly finished surfaces and of exact shapes and dimensions, without grinding after these parts have been quenched, the deformation which occurs after grinding a hardened and therefore suppressed surface and the permanence of shape and dimension is retained.
Although this process allows parts to be obtained which do not require grinding or other operation to make them usable, there may be cases where inferior products can be saved by light grinding.