Procédé de fabrication d'une bague de roulement à aiguilles et bague obtenue par ce procédé Dans les roulements, comportant des éléments de roulement cylindriques ou coniques allongés, par exemple dans les roulements à aiguilles, le défaut d'alignement de l'axe de l'arbre porteur du chemin intérieur de roulement, par rapport à l'axe du che min extérieur de ce même roulement, provoque une concentration des contraintes sur l'une des extrémités des éléments de roulement et des parties correspon dantes du chemin de roulement,
extrêmement préju diciable à la bonne tenue de ces roulements en ser vice. Afin de répartir les efforts au voisinage du milieu des génératrices des éléments de roulement et d'éviter ces inconvénients, il est connu de donner une légère convexité à l'un des chemins, de roulement.
La présente invention a pour but de réaliser un procédé de fabrication de bagues de roulements à aiguilles possédant un chemin de roulement con vexe, par un procédé de déformation à froid ne comportant aucun enlèvement de métal sur le che min de roulement, ce procédé évitant la difficulté de réaliser l'usinage précis d'une surface de révolu tion dont la génératrice n'est pas rigoureusement rec tiligne.
Le procédé suivant l'invention est caractérisé en ce que l'on part d'une ébauche dans laquelle la génératrice de la surface qui doit constituer le che min de roulement convexe est initialement rectiligne et la génératrice de la surface opposée, qui doit servir au montage du roulement, est initialement convexe, et en ce que l'on déforme l'ébauche à froid pour intervenir les formes de ces génératrices.
S'il s'agit par exemple de fabriquer une bague de roulement intérieure, on durcit l'ébauche au moins sur sa surface cylindrique externe et l'on force la surface interne convexe sur un arbre cylindrique des tinée à la recevoir et sur lequel la surface interne convexe prend la forme cylindrique de l'arbre, en même temps que sa surface cylindrique externe prend, par déformation du métal, une forme convexe.
S'il s'agit au contraire de fabriquer une bague de roulement extérieure, on durcit l'ébauche au moins sur sa face cylindrique interne et l'on force la sur face externe convexe dans un alésage cylindrique destinée à la recevoir, et dans lequel sa surface externe convexe prend la forme cylindrique de cet alésage en même temps, que sa face cylindrique interne prend, par déformation du métal, une forme convexe.
L'invention sera mieux comprise en se référant aux dessins ci-joints, donnés à titre d'exemple et dans lesquels La fig. 1 montre en coupe longitudinale une ébauche tubulaire initiale.
La fig. 2 montre cette même ébauche dans une phase suivante de la fabrication.
La fig. 3 montre l'ébauche de la fig. 2, après enlèvement de métal.
La fig. 4 montre l'ébauche de la fig. 3 déformée de façon permanente et durcie sur sa face extérieure en vue de son utilisation comme bague intérieure.
La fig. 5 représente la bague provenant de l'ébauche de la fig. 4 après son emmanchement à force sur l'arbre destiné à la recevoir. La fig. 6 montre, en coupe diamétrale, l'ébau che de la fig. 3 déformée élastiquement, après sup pression des contraintes élastiques.
La fig. 7 représente l'ébauche de la fig. 6 dur cie intérieurement en vue de son utilisation comme bague extérieure d'un roulement.
La fig. 8 montre la bague provenant de l'ébau che de la fig. 7, après avoir été emmanchée à force dans son alésage de réception.
La fig. 9 montre l'utilisation de l'ébauche de la fig. 6 comme bague intérieure de roulement, la face extérieure de cette ébauche ayant été durcie.
La fig. 10 montre la bague obtenue à partir de l'ébauche de la fig. 9, emmanchée à force sur l'arbre destiné à la recevoir.
La fig. 11 est une coupe longitudinale montrant une autre forme d'ébauche initiale.
La fig. 12 montre cette ébauche montée sur un mandrin de profil concave et soumise à l'action d'une matrice opérant par étirage du métal.
La fig. 13 montre l'ébauche à surface extérieure cylindrique et surface interne convexe obtenue par sectionnement des extrémités de l'ébauche de la fig. 12.
La fig. 14 montre l'ébauche initiale de la fig. 11 montée sur un mandrin cylindrique et soumise à l'action de roulage d'une molette à profil concave qui lui donne un profil extérieur convexe, sa surface interne restant cylindrique.
La fig. 15 montre l'ébauche obtenue par section nement des extrémités de l'ébauche initiale précé dente, et les fig. 16 à 18 sont des coupes diamétrales de roulements à aiguilles établis à l'aide de bagues de roulements obtenues par le procédé faisant l'objet de l'invention.
Dans ces diverses figures, les faces durcies des bagues sont représentées par des traits forts. Pour faciliter la compréhension des dessins, les courbures des génératrices convexes des bagues -de roulement ont été considérablement exagérées.
A la fig. 1, l'ébauche initiale 1 est constituée par une section de tube à génératrices rectilignes. Comme représenté à la fig. 2, cette ébauche est déformée par tout moyen approprié connu de façon à incurver les génératrices externe 2 et interne 3, comme représenté respectivement en 4 et 5, la géné ratrice 4 de la surface externe de l'ébauche étant devenue concave et la génératrice 5 de la surface interne étant devenue convexe, et l'épaisseur de l'ébauche étant sensiblement uniforme.
La déformation étant supposée permanente, la surface externe de l'ébauche est soumise à une opé ration d'enlèvement de métal, qui la transforme en une surface cylindrique à génératrice rectiligne 6 (fig. 3) ; la surface interne restant convexe.
La surface à génératrice rectiligne 6 au moins est alors durcie, comme représenté en traits gras à la fig. 4 et l'ébauche est ensuite emmanchée à froid sur un arbre cylindrique 7 destiné à la rece voir<B>;</B> au cours de cet emmanchement, sa face interne convexe 5 est déformée et devient cylindrique, comme représenté en 8 et, par suite du refoulement radial du métal, sa face cylindrique 6 devient simultané ment un chemin de roulement convexe 9 ayant la forme et les dimensions requises pour le fonctionne ment correct du roulement dans lequel elle est incor porée, tel que celui de la fig. 16 ou de la fig. 17, dans lesquelles 11 désigne les aiguilles et 12 ou 17 la bague extérieure, insérée dans un support 13.
Si l'ébauche de la fig. 2 a été déformée élasti- quement sur un mandrin et si, maintenue dans cet état de déformation élastique, elle est soumise sur sa surface externe à génératrice concave 4 à un enlè vement de métal qui transforme ladite surface con cave en surface cylindrique 6 (fi-. 3), l'ébauche, par enlèvement du mandrin, reprend son état au repos par suppression de la contrainte élastique à laquelle elle était soumise ;
la surface externe cylindrique 6 de la fi-. 3 devient convexe, comme représenté en 14 (fig. 6), tandis que sa surface interne convexe redevient cylindrique, avec une génératrice rectili gne 3.
Suivant que cette ébauche doit être utilisée comme bague extérieure de roulement ou comme bague intérieure de roulement, sa face interne à génératrice rectiligne 3 ou sa face externe 14 est durcie.
La fig. 7 montre le cas où la surface 3 a été durcie, comme représenté en traits gras. L'ébauche est alors emmanchée à froid dans un alésage cylin drique d'une pièce support 13 (fig. 8) ; au cours de cet emmanchement, sa surface externe convexe 14 est transformée en surface cylindrique de portée à génératrice rectiligne 15 et sa surface interne à géné ratrice rectiligne 3 devient convexe, comme repré senté en 16.
La bague extérieure 17 ainsi obtenue possède la forme et les dimensions définitives cor respondant à son fonctionnement correct dans un roulement dont elle constituera la bague extérieure de roulement, comme représenté à la fig. 16 au 18, où 11 désigne les aiguilles et 10 ou 18 la bague intérieure, montée sur un arbre 7.
La fig. 9 montre le cas où l'ébauche de la fig. 6 a été durcie sur sa surface extérieure convexe 14, donnant ainsi une bague intérieure 19, qui est mon tée ou emmanchée sur un arbre 7 (fig. 10) ; la bague a alors la forme et les dimensions définitives cor respondant à son état correct de fonctionnement.
Ce procédé d'inversion des profils peut aussi être appliqué à une ébauche telle que celle des fig. 3 et 6, sans enlèvement de métal sur l'ébauche initiale.
La fig. 11 montre, en coupe longitudinale, une ébauche initiale comportant une partie tubulaire cy- lindrique 20, une collerette 21 et un fond borgne 22 ; cette ébauche est emmanchée sur un mandrin 23 (fig. 12) à génératrice concave 24 associé à une matrice tubulaire 25. Dans. son déplacement, cette matrice est refoulée sur la partie tubulaire 20 de l'ébauche en l'étirant et en refoulant le métal de ladite partie dans la concavité du mandrin 23.
Le mandrin 23 est ensuite retiré, ce qui est pos sible en raison de l'élasticité de l'ébauche et de la petitesse de la flèche de la génératrice concave 24.
L'ébauche est ensuite sectionnée suivant les deux plans I-I et II-II. L'ébauche tubulaire représentée à la fig. 13, ayant une surface cylindrique externe 6', et une surface interne convexe 3d est identique à celle de la fig. 3 et elle est soumise à l'opération d'inversion des profils décrite ci-dessus.
A la fig. 14 une ébauche tubulaire similaire à celle de la fi-. 11 est montée sur un mandrin cylindrique 30 en regard d'une molette 31 pouvant tourner autour d'un axe x-x et ayant un profil con cave 32 correspondant au profil convexe de l'ébau che qu'il s'agit de former. L'ébauche tubulaire bor gne ainsi obtenue est sectionnée suivant les plans 111-11I et IV-IV pour donner une ébauche 35 (fig. 15) similaire à celle de la fig. 6, et possédant une surface externe convexe 14a et une surface interne cylindrique 311.
Comme représenté aux fig. 16 à 18, les bagues 10, 17 et 19 ci-dessus décrites peuvent être utilisées en combinaison, comme dans le roulement de la fig. 16, où la bague intérieure 10 et la bague exté rieure 17 ont toutes deux des chemins de roulement convexes, ou bien l'une d'elles (la bague intérieure 10 à la fig. 17 ou la bague extérieure 15 à la fig. 18) peut avoir une surface convexe et peut être uti lisée conjointement avec une bague à chemin de roulement cylindrique (12 à la fig. 17 et 18 à la fig. 18).
Method of manufacturing a needle roller bearing ring and ring obtained by this method In bearings, comprising elongated cylindrical or tapered rolling elements, for example in needle bearings, the misalignment of the axis of the l the bearing shaft of the inner raceway, with respect to the axis of the outer race of this same bearing, causes a concentration of stresses on one of the ends of the rolling elements and of the corresponding parts of the raceway,
extremely prejudicial to the good performance of these bearings in service. In order to distribute the forces in the vicinity of the middle of the generators of the rolling elements and to avoid these drawbacks, it is known practice to give a slight convexity to one of the rolling tracks.
The object of the present invention is to provide a method of manufacturing needle roller bearing rings having a convex raceway, by a cold deformation method not comprising any removal of metal on the raceway, this method avoiding the difficulty of carrying out the precise machining of a surface of revolution of which the generatrix is not rigorously reclined.
The method according to the invention is characterized in that one starts from a blank in which the generatrix of the surface which is to constitute the convex raceway is initially rectilinear and the generator of the opposite surface, which must be used for mounting of the bearing, is initially convex, and in that the cold blank is deformed to intervene the shapes of these generators.
If, for example, it is a question of manufacturing an inner rolling ring, the blank is hardened at least on its outer cylindrical surface and the convex inner surface is forced onto a cylindrical shaft of the tines to receive it and on which the convex internal surface takes the cylindrical shape of the shaft, at the same time as its external cylindrical surface takes, by deformation of the metal, a convex shape.
If, on the contrary, it is a question of manufacturing an outer rolling ring, the blank is hardened at least on its internal cylindrical face and the convex outer face is forced into a cylindrical bore intended to receive it, and in which its convex outer surface takes the cylindrical shape of this bore at the same time, that its inner cylindrical face takes, by deformation of the metal, a convex shape.
The invention will be better understood by referring to the accompanying drawings, given by way of example and in which FIG. 1 shows in longitudinal section an initial tubular blank.
Fig. 2 shows this same blank in a subsequent phase of manufacture.
Fig. 3 shows the blank of FIG. 2, after metal removal.
Fig. 4 shows the blank of FIG. 3 permanently deformed and hardened on its outer face for use as an inner ring.
Fig. 5 shows the ring taken from the blank of FIG. 4 after its force-fitting on the shaft intended to receive it. Fig. 6 shows, in diametral section, the blank che of FIG. 3 elastically deformed, after sup pressure of the elastic stresses.
Fig. 7 shows the blank of FIG. 6 internally hard for use as an outer ring of a bearing.
Fig. 8 shows the ring coming from the blank in FIG. 7, after having been force-fitted into its receiving bore.
Fig. 9 shows the use of the blank of FIG. 6 as an inner bearing race, the outer face of this blank having been hardened.
Fig. 10 shows the ring obtained from the blank of FIG. 9, force-fitted on the shaft intended to receive it.
Fig. 11 is a longitudinal section showing another form of initial blank.
Fig. 12 shows this blank mounted on a mandrel of concave profile and subjected to the action of a die operating by drawing the metal.
Fig. 13 shows the blank with a cylindrical outer surface and a convex inner surface obtained by severing the ends of the blank of FIG. 12.
Fig. 14 shows the initial blank of FIG. 11 mounted on a cylindrical mandrel and subjected to the rolling action of a wheel with a concave profile which gives it a convex external profile, its internal surface remaining cylindrical.
Fig. 15 shows the blank obtained by cutting the ends of the previous initial blank, and FIGS. 16 to 18 are diametral cross sections of needle bearings established using bearing rings obtained by the method forming the subject of the invention.
In these various figures, the hardened faces of the rings are represented by strong lines. To facilitate understanding of the drawings, the curvatures of the convex generators of the bearing rings have been greatly exaggerated.
In fig. 1, the initial blank 1 is formed by a section of tube with rectilinear generatrices. As shown in fig. 2, this blank is deformed by any suitable known means so as to bend the external 2 and internal 3 generatrices, as shown respectively at 4 and 5, the generator 4 of the outer surface of the blank having become concave and the generator 5 the internal surface having become convex, and the thickness of the blank being substantially uniform.
The deformation being assumed to be permanent, the external surface of the blank is subjected to a metal removal operation, which transforms it into a cylindrical surface with a rectilinear generatrix 6 (fig. 3); the internal surface remaining convex.
The rectilinear generatrix surface 6 at least is then hardened, as shown in bold lines in FIG. 4 and the blank is then cold pressed onto a cylindrical shaft 7 intended to receive it <B>; </B> during this fitting, its convex internal face 5 is deformed and becomes cylindrical, as shown at 8 and , as a result of the radial displacement of the metal, its cylindrical face 6 simultaneously becomes a convex raceway 9 having the shape and dimensions required for the correct operation of the bearing in which it is incorporated, such as that of FIG. 16 or fig. 17, in which 11 denotes the needles and 12 or 17 the outer ring, inserted in a support 13.
If the blank of FIG. 2 has been elastically deformed on a mandrel and if, maintained in this state of elastic deformation, it is subjected on its external surface with concave generatrix 4 to a removal of metal which transforms said con cave surface into cylindrical surface 6 (fi -. 3), the blank, by removing the mandrel, returns to its state at rest by removing the elastic stress to which it was subjected;
the cylindrical outer surface 6 of the fi-. 3 becomes convex, as shown at 14 (fig. 6), while its convex internal surface becomes cylindrical again, with a rectilinear generatrix 3.
Depending on whether this blank is to be used as an outer rolling ring or as an inner rolling ring, its internal face with rectilinear generatrix 3 or its external face 14 is hardened.
Fig. 7 shows the case where the surface 3 has been hardened, as shown in bold lines. The blank is then cold-pressed into a cylindrical bore of a support part 13 (FIG. 8); during this fitting, its convex external surface 14 is transformed into a cylindrical surface with a rectilinear generatrix 15 and its internal surface with a rectilinear generator 3 becomes convex, as shown at 16.
The outer ring 17 thus obtained has the shape and the final dimensions corresponding to its correct operation in a bearing of which it will constitute the outer bearing ring, as shown in FIG. 16 to 18, where 11 designates the needles and 10 or 18 the inner ring, mounted on a shaft 7.
Fig. 9 shows the case where the blank of FIG. 6 has been hardened on its convex outer surface 14, thus giving an inner ring 19, which is mounted or fitted on a shaft 7 (fig. 10); the ring then has the final shape and dimensions corresponding to its correct operating condition.
This process of inverting the profiles can also be applied to a blank such as that of FIGS. 3 and 6, without removing metal from the initial blank.
Fig. 11 shows, in longitudinal section, an initial blank comprising a cylindrical tubular part 20, a collar 21 and a blind bottom 22; this blank is fitted onto a mandrel 23 (FIG. 12) with concave generatrix 24 associated with a tubular die 25. In. its movement, this die is forced onto the tubular part 20 of the blank by stretching it and pushing the metal of said part into the concavity of the mandrel 23.
The mandrel 23 is then withdrawn, which is possible due to the elasticity of the blank and the smallness of the arrow of the concave generator 24.
The blank is then sectioned according to the two planes I-I and II-II. The tubular blank shown in FIG. 13, having an outer cylindrical surface 6 ', and a convex inner surface 3d is identical to that of FIG. 3 and it is subjected to the profile inversion operation described above.
In fig. 14 a tubular blank similar to that of the fi-. 11 is mounted on a cylindrical mandrel 30 facing a wheel 31 capable of rotating around an x-x axis and having a con cave profile 32 corresponding to the convex profile of the blank that is to be formed. The tubular blank thus obtained is cut along the planes 111-11I and IV-IV to give a blank 35 (FIG. 15) similar to that of FIG. 6, and having a convex outer surface 14a and a cylindrical inner surface 311.
As shown in fig. 16 to 18, the rings 10, 17 and 19 described above can be used in combination, as in the bearing of fig. 16, where inner ring 10 and outer ring 17 both have convex raceways, or one of them (inner ring 10 in fig. 17 or outer ring 15 in fig. 18 ) may have a convex surface and may be used in conjunction with a cylindrical raceway ring (12 in fig. 17 and 18 in fig. 18).