EP0534818B1 - Procédé de fabrication d'un axe à extrémités de passage axial profilées, machine pour la mise en oeuvre du procédé et axe ainsi obtenu - Google Patents

Procédé de fabrication d'un axe à extrémités de passage axial profilées, machine pour la mise en oeuvre du procédé et axe ainsi obtenu Download PDF

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EP0534818B1 EP19920402493 EP92402493A EP0534818B1 EP 0534818 B1 EP0534818 B1 EP 0534818B1 EP 19920402493 EP19920402493 EP 19920402493 EP 92402493 A EP92402493 A EP 92402493A EP 0534818 B1 EP0534818 B1 EP 0534818B1
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing an axis with profiled axial passage ends, a machine for implementing the method, as well as the axes thus obtained. It is understood that these are axes whose axial passage of revolution has at its ends a widening with a particular profile, these axes being obtained starting from a blank in the form of a tube whose said axial passage is cylindrical (see for example US-A-3034840).
  • Such axes are used in particular to ensure the connection between a connecting rod end and an internal combustion engine piston, these axes being subjected to significant bending and ovalization forces which, due to their mounting between the bosses of the piston, are not evenly distributed.
  • the zones between the end parts of the axial passage are subjected to the greatest bending and ovalization forces and must be relatively thick.
  • the conical widening (or of any other profiled shape) of the ends of the axial passage makes it possible to avoid an excess of material in the least stressed areas, that is to say at the level of the piston bosses.
  • the object of the invention is to remedy this, and for this purpose a method of the general type defined at the start will be characterized in that it consists essentially in maintaining said axis in a sliding die, in engaging one of the ends of said axial passage of the axis on a counter-punch, in engaging a movable punch in the other end of said axial passage , and to exert on this movable punch, the axis then being in abutment on the counter-punch, a force capable of imparting by stamping, at the two ends of said axial passage, the desired profiled deformation.
  • the axis or axis blank will not be rigidly held by it other than laterally, and that it will be axially blocked only by the counter-punch.
  • the forces that the two punches will exert on the respective ends of the axis will therefore be exactly equal, which will make it possible to obtain precisely, by this stamping, the desired profiled internal deformation, without favoring one end of the axis relative to the 'other.
  • the first operation could advantageously consist in making a tube by forging.
  • the invention also relates to a machine according to the preamble of claim 2 for the implementation of such a method (see for example US-A-3034840).
  • the roughing section of axis 1 of FIG. 1 is a hollow cylinder of revolution with constant wall thickness.
  • the axis 2 that the invention aims to obtain is shown in Figure 2; the axial passage 3 of the blank 1 has been widened at its ends by stamping, in 2 a and 2 b , according to conical surfaces (in FIG. 8, it is a rounded surface 2 c ).
  • the axial passage remains as is only in the central part.
  • axis 2 can be mounted so as to ensure the connection between a foot connecting rod 6 and the bosses 5 of a piston 4, in a known manner. We see that there is a reduction in thickness of the axis 2 only in the least working parts, at the level of the bosses 5 of the piston, and a normal thickness in the center.
  • the counter-punch has been referenced 7b . It comprises at its base a head 12 b normally resting on a table 14, which comprises a bore 15 in which an ejector 16 can slide.
  • the movable punch has been shown at 7 a , in the axis of the previous one. These punches each have a point, respectively 10 b and 10 a , and a profiled shoulder, in this case conical (working part), respectively 13 b and 13 a .
  • the machine also comprises a fixed support 17 resting on a base 18 fixed on the table 14, and in which support is mounted a sliding die 8 consisting of two coaxial parts 8 a and 8 b secured by conical fitting. This matrix rests on studs 19 which are elastically biased upwards by helical springs 20 held in cylindrical housings 21 of the base 18. The sliding of the matrix 8 upwards is limited by shoulders 22.
  • the central part 8b of the matrix is interchangeable, so that one can block in its central bore 23, oriented in the direction of sliding, blanks 1 of different diameters. (The end of the counter-punch 7b is engaged in the bore 23).
  • the movable punch 7 a When the axis blank 1 is in place in the sliding die 8, the movable punch 7 a is lowered by a hydraulic cylinder or the like so that its tip 10 a engages at the end in the axial passage 3 of the blank 1, the tip 10b of the counter-punch 7b then being engaged in the other end of this passage (see Figures 4 and 5).
  • the pressurization of the jack causes the desired deformations 2 a and 2 b with a perfect balancing of the forces exerted by the conical shoulders 13 b and 13 a on the blank, since the die 8 can slide slightly downwards by compressing the springs 20 ( Figure 6). Indeed, the pressure exerted by the conical shoulders of the punches on the blank 1 causes the latter to block in the bore 23 of the matrix, and it is therefore the friction forces which cause the latter to descend.

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Description

  • La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un axe à extrémités de passage axial profilées, une machine pour la mise en oeuvre du procédé, ainsi que les axes ainsi obtenus. On comprend qu'il s'agit d'axes dont le passage axial de révolution présente à ses extrémités un élargissement à profil particulier, ces axes étant obtenus en partant d'une ébauche se présentant sous la forme d'un tube dont ledit passage axial est cylindrique (voir par example US-A-3034840).
  • De tels axes sont utilisés notamment pour assurer la liaison entre un pied de bielle et un piston de moteur à combustion interne, ces axes étant soumis à d'importants efforts de flexion et d'ovalisation qui, du fait de leur montage entre les bossages du piston, ne sont pas uniformément répartis. Les zones entre les parties extrêmes du passage axial sont soumises aux efforts de flexion et d'ovalisation les plus importants et doivent être relativement épaisses. Par suite, l'élargissement conique (ou de toute autre forme profilée) des extrémités du passage axial permet d'éviter qu'il y ait un excès de matière dans les zones les moins sollicitées, c'est-à-dire au niveau des bossages du piston.
  • Pour fabriquer de tels axes, on connaît déjà le procédé d'usinage avec des outils coupants, par suite de quoi les traces de ces outils subsistent sur les extrémités élargies du passage axial ainsi élaborées, ces traces constituant des zones d'amorce de ruptures par suite de la fatigue de la pièce. Il s'agit là par conséquent d'un inconvénient majeur de ce procédé.
  • Le but de l'invention est d'y remédier, et à cet effet un procédé du type général défini au début sera caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à maintenir ledit axe dans une matrice coulissante, à engager l'une des extrémités dudit passage axial de l'axe sur un contre-poinçon, à engager un poinçon mobile dans l'autre extrémité dudit passage axial, et à exercer sur ce poinçon mobile, l'axe étant alors en appui sur le contre-poinçon, un effort propre à conférer par estampage, aux deux extrémités dudit passage axial, la déformation profilée voulue.
  • Grâce à la matrice coulissante, on conçoit que l'axe ou ébauche d'axe ne sera pas rigidement maintenu par elle autrement que latéralement, et qu'il ne sera axialement bloqué que par le contre-poinçon. Les efforts que les deux poinçons exerceront sur les extrémités respectives de l'axe seront donc exactement égaux, ce qui permettra d'obtenir précisément, par cet estampage, la déformation intérieure profilée souhaitée, sans privilégier une extrémité de l'axe par rapport à l'autre.
  • En outre, on voit que l'opération s'effectue en une seule fois sur les deux extrémités, ce qui n'est pas le cas du procédé par usinage, puisque l'on ne peut usiner une extrémité de l'axe qu'en le maintenant par l'autre extrémité, alors que selon l'invention il n'est maintenu que latéralement, par la matrice coulissante, laquelle laisse donc accessibles les deux extrémités de l'axe.
  • Aucun usinage subséquent, et aucune reprise de la pièce ne sont nécessaires.
  • Il en résulte aussi une diminution du coût de fabrication et une amélioration des caractéristiques mécaniques de l'axe obtenu, dans la mesure où le fibrage de la pièce reste continu, d'une extrémité à l'autre, ce qui n'est pas le cas lorsque l'on procède par usinage. Il est à noter que si l'ébauche initiale était une pièce pleine, la première opération pourrait avantageusement consister à réaliser un tube par forgeage.
  • L'invention concerne également une machine selon le préambule de la revendication 2 pour la mise en oeuvre d'un tel procédé (voir par example US-A-3034840).
  • Un mode de réalisation d'une telle machine va être décrit ci-dessous à titre d'exemple nullement limitatif avec référence aux figures du dessin annexé dans lequel :
    • la figure 1 représente en coupe axiale un tronçon d'axe creux à épaisseur constante constituant une ébauche utilisable pour la mise en oeuvre de l'invention ;
    • la figure 2 est une vue en coupe axiale de l'axe creux à élargissements coniques internes fabriqué à partir de l'ébauche de la figure 1, par l'opération d'estampage conforme à l'invention ;
    • la figure 3 est une vue en coupe axiale de l'axe fini, monté entre un piston et un pied de bielle, obtenu par usinage externe de l'axe de la figure 2 ;
    • les figures 4 à 7 sont des vues schématiques en coupe axiale d'une machine conforme à l'invention, montrant les différentes étapes du procédé qu'elle met en oeuvre ; et
    • la figure 8 montre un autre exemple de profil pour un élargissement en bout d'un passage axial d'axe.
  • Le tronçon d'ébauche d'axe 1 de la figure 1, par exemple en acier cémenté, est un cylindre creux de révolution à épaisseur de paroi constante.
  • L'axe 2 que l'invention vise à obtenir est représenté à la figure 2 ; le passage axial 3 de l'ébauche 1 a été élargi à ses extrémités par estampage, en 2a et 2b, selon des surfaces coniques (sur la figure 8, il s'agit d'une surface arrondie 2c). Le passage axial ne subsiste tel quel que dans la partie centrale. Après usinage de sa surface extérieure, l'axe 2 peut être monté de façon à assurer la liaison entre un pied de bielle 6 et les bossages 5 d'un piston 4, de façon connue. On voit que l'on a une réduction d'épaisseur de l'axe 2 seulement dans les parties les moins travaillantes, au niveau des bossages 5 du piston, et une épaisseur normale au centre.
  • L'axe qui vient d'être décrit peut être réalisé avec la machine des figures 4 à 7.
  • Sur ces figures, le contre-poinçon a été référencé 7b. Il comporte à sa base une tête 12b reposant normalement sur une table 14, laquelle comporte un alésage 15 dans lequel peut coulisser un éjecteur 16. Le poinçon mobile a été représenté en 7a, dans l'axe du précédent. Ces poinçons comportent chacun une pointe, respectivement 10b et 10a, et un épaulement profilé, en l'occurrence conique (partie travaillante), respectivement 13b et 13a. La machine comporte encore un support fixe 17 reposant sur une embase 18 fixée sur la table 14, et dans lequel support est montée une matrice coulissante 8 constituée de deux parties coaxiales 8a et 8b solidarisées par emmanchement conique. Cette matrice repose sur des plots 19 rappelés élastiquement vers le haut par des ressorts hélicoïdaux 20 maintenus dans des logements cylindriques 21 de l'embase 18. Le coulissement de la matrice 8 vers le haut est limité par des épaulements 22.
  • La partie centrale 8b de la matrice est interchangeable, de sorte que l'on peut bloquer dans son alésage central 23, axé dans la direction du coulissement, des ébauches 1 de différents diamètres. (L'extrémité du contre-poinçon 7b est engagée dans l'alésage 23).
  • Quand l'ébauche d'axe 1 est en place dans la matrice coulissante 8, on fait descendre le poinçon mobile 7a par un vérin hydraulique ou analogue pour que sa pointe 10a s'engage en bout dans le passage axial 3 de l'ébauche 1, la pointe 10b du contre-poinçon 7b étant alors engagée dans l'autre extrémité de ce passage (voir figures 4 et 5). La mise en pression du vérin provoque les déformations souhaitées 2a et 2b avec un équilibrage parfait des efforts exercés par les épaulements coniques 13b et 13a sur l'ébauche, puisque la matrice 8 peut coulisser légèrement vers le bas en comprimant les ressorts 20 (figure 6). En effet, la pression exercée par les épaulements coniques des poinçons sur l'ébauche 1 provoque le blocage de celle-ci dans l'alésage 23 de la matrice, et ce sont donc les forces de frottement qui font descendre cette dernière.
  • Après exécution des élargissements voulus 2a et 2b par cet estampage, le poinçon mobile est remonté, et l'actionnement de l'éjecteur 16 (figure 7) permet de faire remonter le contre-poinçon 7b et d'éjecter l'axe 2, suite à quoi les mêmes opérations peuvent se répéter pour la pièce suivante.

Claims (7)

  1. Procédé de fabrication d'un axe à extrémités de passage axial profilées, à savoir dont le passage axial de révolution présente à ses extrémités un élargissement à profil particulier, en partant d'une ébauche se présentant sous la forme d'un tube dont ledit passage axial est cylindrique, caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à maintenir ledit axe (1) dans une matrice coulissante (8), à engager l'une des extrémités dudit passage axial (3) de l'axe sur un contre-poinçon (7b), à engager un poinçon mobile (7a) dans l'autre extrémité dudit passage axial, et à exercer sur ce poinçon mobile (7a), l'axe (1) étant alors en appui sur le contre-poinçon (7b), un effort propre à conférer par estampage, aux deux extrémités dudit passage axial (3), la déformation profilée voulue.
  2. Machine pour la mise en oeuvre du procédé de la revendication 1, pour la fabrication d'un axe à extrémités de passage axial profilées, à savoir dont le passage axial de révolution présente à ses extrémités un élargissement à profil particulier, en partant d'une ébauche se présentant sous la forme d'un tube dont ledit passage axial est cylindrique, caractérisée en ce qu'elle comporte : une matrice (8) montée coulissante dans un support fixe (17) et comportant, selon la direction de ce coulissement, un alésage (23) propre à recevoir et à maintenir par coincement une ébauche d'axe (1) ; un contre-poinçon (7b) à épaulement profilé (13b), engagé par sa pointe dans une extrémité dudit alésage (23) ; un poinçon mobile (7a) à épaulement profilé (13a), propre à s'engager par sa pointe dans l'autre extrémité dudit alésage (23) ; et des moyens de pression propres à exercer une force sur ledit poinçon mobile (7a) de sorte que les extrémités du passage axial (3) de ladite ébauche d'axe (1) soient comprimées et déformées par estampage entre lesdits épaulements profilés (13a, 13b) des poinçons.
  3. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite matrice coulissante (8) repose sur des plots (19) rappelés élastiquement par des ressorts (20) logés dans une embase (18) portant ledit support (17).
  4. Machine selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que ladite matrice coulissante (8) comporte des épaulements d'arrêt (22) l'empêchant de sortir dudit support (17).
  5. Machine selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que ladite matrice coulissante (8) est constituée de deux parties coaxiales (8a, 8b) solidarisées par emmanchement conique et dont la partie centrale, comportant ledit alésage (23), est interchangeable.
  6. Machine selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que qu'elle comporte un éjecteur (16) propre à éjecter l'axe (2) de l'alésage (23) de la matrice coulissante (8), par l'intermédiaire dudit contre-poinçon (7b).
  7. Machine selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisée en ce que lesdits épaulements (13a, 13b) des poinçons sont coniques.
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