EP4005696B1 - Équipement et procédé de forgeage d'une denture d'engrenage sur un semi-produit - Google Patents

Équipement et procédé de forgeage d'une denture d'engrenage sur un semi-produit Download PDF

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EP4005696B1
EP4005696B1 EP21210610.8A EP21210610A EP4005696B1 EP 4005696 B1 EP4005696 B1 EP 4005696B1 EP 21210610 A EP21210610 A EP 21210610A EP 4005696 B1 EP4005696 B1 EP 4005696B1
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EP
European Patent Office
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semi
punch
finished product
forging
product
Prior art date
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David THIVET
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Original Assignee
Forges de Courcelles
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Publication date
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    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/02—Die forging; Trimming by making use of special dies ; Punching during forging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J13/00—Details of machines for forging, pressing, or hammering
    • B21J13/02—Dies or mountings therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
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    • B21J5/12—Forming profiles on internal or external surfaces
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    • B21K1/28—Making machine elements wheels; discs
    • B21K1/30—Making machine elements wheels; discs with gear-teeth
    • B21K1/305—Making machine elements wheels; discs with gear-teeth helical

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of forging equipment used for forging gear teeth arranged on the exterior of a semi-product.
  • the object of the invention relates to equipment for a forging machine intended to forge straight or advantageously helical gear teeth on the external face of revolution of a semi-product, by applying a mid-hot extrusion process. or hot.
  • a semi-product is a semi-raw annular type part previously forged, devoid of teeth, produced according to various geometric variants advantageously presenting a flange, associated or not with a central hub and/or additional forms of reinforcement or axisymmetric relief or not.
  • the document CN 106914507 describes a method of hot forging gears by extrusion using forging equipment.
  • a forging part is first heated by induction, then, by the application of a vertical press force, the forging part is extruded through a fixed tool.
  • Such a forging method does not make it possible to obtain helical teeth.
  • the document KR 101137759 describes equipment for a forging machine intended to extrude external teeth.
  • a part to be forged is brought into an extrusion tool using a punch exerting a vertical force on the part.
  • a cylindrical chuck is engaged in the part's bore to hold it.
  • This type of equipment does not make it possible to produce teeth on a part with a complex central geometry whose thickness is different from the part intended to form the teeth.
  • the present invention aims to remedy the drawbacks of prior techniques, by proposing equipment designed to produce, using a forging machine, on various part geometries, gear teeth with sufficiently precise dimensional characteristics or allowing its subsequent finishing by rectification according to the desired precision.
  • Another object of the invention is to provide extrusion equipment intended to forge helical gear teeth on a semi-product.
  • the tool holder is part of a mobile extrusion assembly comprising a mechanism for transforming the vertical downward movement of the system for applying a vertical compression force between the high forging waiting position and the low post forging position, in a rotational movement which is a function of the inclination of the helical gear teeth of the semi-product.
  • the extrusion tooling is in the form of a ring whose extrusion teeth define a forming rate varying continuously and non-linearly.
  • the extrusion tooling comprises several integral rings defining a forming rate varying incrementally from one ring to another.
  • the tool holder includes an extraction window arranged so that in the low post forging position, the extraction window is rotated to allow placement of the semi-product and extraction of the extruded semi-product .
  • the support of the punch and the clamping part of the counter punch comprise anti-deformation parts having complementary geometries respectively with the lower central part and the upper central part of the semi-product to cooperate with the entire central part presented by the semi-product.
  • the punch and the counter punch comprise anti-deformation parts cooperating with the entire central part of the semi-product comprising a crown alone or associated with a flange and/or a hub and/ or additional forms.
  • control device includes an actuator control system whose movements are measured by sensors.
  • Another object of the invention is to propose a hot or semi-hot forging machine comprising equipment according to the invention.
  • Another object of the invention is to propose a method of manufacturing a semi-product using a hot or semi-hot forging machine.
  • the extruded semi-product is recovered through an extraction window provided in the tool holder, before raising the tool holder to its high position waiting for forging.
  • the method consists of ensuring the rotation of the tool holder relative to a support assembly on which the compressive force of the application system is applied, this rotation being synchronized with the vertical movement of descent of the tool holder, depending on the inclination of the helical gear teeth of the semi-finished product.
  • the extrusion of the gear teeth is carried out with a progression of the forming rate varying incrementally or continuously.
  • the extruded semi-product is subjected to a surface quenching operation.
  • FIGS. 1 to 3 illustrate an exemplary embodiment of equipment 1 according to the invention, adapted to be implemented with a machine of hot or semi-hot forging 2 of all known types such as a mechanical or hydraulic press.
  • the hot or semi-hot forging machine 2 is not shown in detail in the drawings because it is well known to those skilled in the art.
  • the hot or semi-hot forging machine 2 comprises in particular, a base 2a and a system 2b for applying a vertical compression force adapted to forge an external gear toothing 3d on a semi -product 3 in the general sense.
  • This system 2b for applying a vertical compression force which conventionally comprises a slide, is movable in a vertical downward movement parallel to the vertical axis Z, between a high forging waiting position ( Figures 2 , 3 ) and a low post forging position ( Figure 4 ).
  • This system 2b for applying a vertical compressive force is also movable in a vertical upward movement parallel to the vertical axis Z, between a low post forging position and a high forging waiting position to allow the return to a position to forge a new semi-product 3.
  • the system 2b for applying a vertical compression force has reached the low position, it rises without cycle interruption to its high position.
  • the equipment 1 according to the invention is intended to forge a gear tooth 3d on a semi-product 3 with an axis of symmetry 3b.
  • a semi-product 3 is a semi-raw part previously forged, devoid of teeth and of annular type, that is to say having a through bore 3a ( Figures 5A , 7A , 10A And 11A ).
  • a semi-product 3 comprises at least one crown 3c having a peripheral part 3p of revolution delimited by an exterior face of revolution 3e on which gear teeth 3d are forged with the equipment according to the invention.
  • this semi-product will be referred to as extruded semi-product 3.
  • This semi-product 3 comprises, apart from the peripheral part 3p in which the gear teeth 3d is extruded, a central part which can present various variations of geometries or configurations.
  • the central part of the semi-product can include a single crown 3c as illustrated in Figure 7A .
  • the central part of the semi-product 3 also comprises a canvas or flange 3t whose thickness is different from the peripheral part 3p intended to form the gear teeth ( Figure 5A ).
  • the central part of the semi-product 3 may include a 3t flange associated or not with a 3m central hub ( Figure 10A ) and/or additional forms 3r of reinforcement or relief, axisymmetric or not ( Figure 11A ).
  • the semi-product 3 has an upper central part corresponding to the central part of the semi-product 3 opening from the top of the semi-product 3 and a lower central part corresponding to the central part opening from from below the semi-product 3.
  • the lower central part and respectively the upper central part of the semi-product 3 thus comprise surfaces extending parallel and perpendicular to the axis of symmetry 3b.
  • the semi-product 3 comprises at least one crown 3c delimited on one side, by an upper face 3s and on the opposite side, by a lower face 3i.
  • This crown 3c comprises an annular part contiguous to a peripheral part 3p of revolution delimited by an external face of revolution 3e on which the gear teeth 3d are made and extending from a lower face 3i to an upper face 3s.
  • the central part of the semi-product comprises only a crown 3c so that the bore 3a extends from the lower face 3i to the upper face 3s.
  • the lower central part of the semi-product 3 thus comprises the lower face 3i of the crown 3c with the exception of the peripheral part 3p as well as possibly part or all of the internal bore 3a while the upper central part of the semi-product 3 comprises the upper face 3s of the crown 3c with the exception of the peripheral part 3p as well as possibly part or all of the internal bore 3a, in whereas this part of the interior bore 3a of the upper central part of the semi-product 3 is complementary to the part of the interior bore 3a of the lower central part of the semi-product 3.
  • the semi-product 3 also includes a fabric 3t, that is to say a flange having a reduced thickness compared to the thickness of the crown 3c of the semi-product 3.
  • This flange 3t is arranged in the example illustrated , between the upper faces 3s and lower 3i so that the internal bore 3a is broken down into three parts, namely an upper bore delimited between the upper face 3s of the semi-product 3 and the upper face of the flange, an intermediate bore delimited between the upper and lower faces of the flange 3t and a lower bore between the lower face of the flange 3t and the lower face 3i of the semi-product.
  • the lower central part of the semi-product 3 thus comprises the lower face 3i of the crown 3c with the exception of the peripheral part 3p, the lower bore as well as possibly part or all of the intermediate bore while the upper central part of the semi-product 3 comprises the upper face 3s of the crown 3c with the exception of the peripheral part 3p, the upper bore as well as possibly part or all of the bore intermediate, considering that this part of the intermediate bore of the upper central part of the semi-product 3 is complementary to the part of the intermediate bore of the lower central part of the semi-product 3.
  • such a semi-product 3 comprising a ring equipped with a flange can constitute a bridge crown of a motor vehicle.
  • the central part of the semi-product 3 comprises a crown 3c and a flange 3t associated with a central hub 3m delimiting the interior bore 3a.
  • the central part of the semi-product 3 c has an upper imprint 3es of annular shape delimited between the edges of the central hub 3m and the crown 3c as well as a lower imprint 3ei of annular shape delimited between the edges of the central hub 3m and of the crown 3c.
  • the part lower central part of the semi-product 3 comprises the lower face 3i of the crown 3c with the exception of the peripheral part 3p, the lower cavity 3ei as well as possibly part or all of the internal bore 3a while the part upper central part of the semi-product 3 comprises the upper face 3s of the crown 3c with the exception of the peripheral part 3p, the upper cavity 3es as well as possibly part or all of the internal bore 3a, considering that this part of the interior bore 3a of the upper central part of the semi-product 3 is complementary to the part of the interior bore 3a of the lower central part of the semi-product 3.
  • the central part of the semi-product 3 comprises a crown 3c, a flange 3t associated with a central hub 3m delimiting the internal bore 3a as well as additional shapes 3r of axisymmetric reinforcement.
  • these additional shapes could be non-axisymmetric or include axisymmetric or non-axisymmetric relief shapes.
  • the central part of the semi-product 3 comprises additional reinforcement shapes 3r produced in the form of connecting arms arranged between the edges of the central hub 3m and the crown 3c.
  • the central part of the semi-product 3 can include additional shapes 3r with various other geometries.
  • the lower central part of the semi-product 3 comprises the lower face 3i of the crown 3c with the exception of the peripheral part 3p, the lower imprint 3ei, the additional shapes 3r as well as possibly a part or the entire interior bore 3a while the upper central part of the semi-product 3 comprises the upper face 3s of the crown 3c with the exception of the peripheral part 3p, the upper cavity 3es, the additional shapes 3r as well that possibly part or all of the interior bore 3a, considering that this part of the interior bore 3a of the upper central part of the semi-product 3 is complementary to the part of the interior bore 3a of the part lower center of the semi-product 3.
  • the equipment 1 comprises a fixed lower punch 4, suitably immobilized on the base 2a of the equipment, mounted secured to the table of the hot or semi-hot forging machine 2.
  • the punch 4 is arranged to delimit a support 4a for positioning the semi-product 3 to be forged.
  • the equipment 1 also includes a so-called upper counter punch 5 compared to the lower punch 4.
  • the counter punch 5 is mounted movable vertically along the vertical axis Z to occupy either a lower position for which the punch 4 and the counter punch 5 immobilize by gripping the semi-product 3, or a higher position for which the counter punch 5 is released from the semi-product 3 to allow the installation of the semi-product 3 and the extraction with respect to the punch 4, of the extruded semi-product 3.
  • the counter-punch 5 is moved vertically towards-distance from the punch 4 in any appropriate manner.
  • the counter punch 5 is mounted integral with the rod 6a of a hydraulic cylinder 6 whose body 6b is fixed on a frame 7 supported for example by the table 2a of the machine. hot or semi-hot forging 2.
  • the hydraulic cylinder 6 is controlled by a control circuit not shown making it possible to move the counter punch 5 vertically to occupy either the lower position for immobilizing the semi-product 3 or the upper position of clearance for the installation of the semi-product 3 or the removal of the extruded semi-product 3.
  • the punch 4 and the counter punch 5 immobilize the semi-product 3 so that the peripheral part 3p of the crown to receive the gear teeth 3d extends projecting relative to the punch 4 and the counter punch 5.
  • the peripheral part 3p of the crown to receive the gear teeth 3d projects radially in the direction perpendicular to the vertical axis Z, relative to the punch 4 and the counter punch 5 to allow the extrusion operation as will be explained later in the description.
  • the support 4a of the punch 4 is arranged to present a complementary imprint to the lower central part of the semi-product 3 to support the semi-product 3.
  • the part lower center of the semi-product can take various geometries as illustrated for example, on the Figures 5A-5C , 7A-7C , 10A-10C And 11A-11C .
  • the counter punch 5 is provided with an impression complementary to the upper central part of the semi-product 3 to form a clamping part 5s of the semi-product. It follows that the semi-product 3 is immobilized by being clamped using the punch 4 and the counter punch 5, acting on the lower central part and the upper central part with the exception of the peripheral part 3p of the semi-product 3 in which the gear teeth 3d is produced.
  • FIG. 2A illustrates more precisely an example of production of the support 4a of the punch 4 and of the clamping part 5s of the counter punch 5.
  • the punch 4 is made by a cylinder arranged at its upper end to present a support 4a for the semi-product 3.
  • the support 4a of the punch is provided, set back from its transverse face, with an axisymmetric type shoulder 4e on which the lower face 3i of the semi-product 3 and more precisely the lower face 3i of the crown 3c rests. with the exception of the peripheral part 3p.
  • the shoulder 4e delimits up to the end of the punch, a cylindrical end section 4b having a transverse end face 4d on which the lower face of the flange 3t rests when the semi-product is equipped with a such 3t flask.
  • the counter punch 5 is produced by a cylinder arranged at its lower end to present the clamping part 5s for the semi-product 3.
  • This clamping part 5s of the counter punch is provided set back from its lower end, with an axisymmetric type shoulder 5e on which the upper face 3s of the semi-product 3 rests.
  • the shoulder 5e delimits a cylindrical section 5b, having a transverse face 5d on which the upper face of the flange 3t rests when the semi-product -product is equipped with such a 3t flange.
  • the 4th shoulder of the punch and the 5th annular shoulder of the counter punch 5 clamp the semi-product 3 between its faces upper and lower, that is to say on the upper and lower faces of the crown 3c outside the peripheral part 3p.
  • the shoulder 4e and the cylindrical end section 4b of the punch and the shoulder 5e and the cylindrical section 5b of the counter-punch immobilize the semi-product 3.
  • the transverse end face 4d of the punch and the transverse face 5d against punch 5 are contiguous.
  • the semi-product 3 has an internal bore 3a provided with a flange 3t ( Figures 5A-5C )
  • the semi-product 3 is further tightened by the transverse end face 4d of the cylindrical end section 4b of the punch 4 and by the transverse face 5d of the cylindrical section 5b of the counter punch 5 coming into contact respectively with the faces lower and upper of the 3t flange.
  • the punch 4 and the counter punch 5 are arranged to clamp the semi-product by the faces of the lower central part and the upper central part, which extend perpendicular to the axis of symmetry 3b.
  • the punch 4 and the counter punch 5 comprise at least one anti-deformation part adapted to cooperate with the entire central part presented by the semi-product 3.
  • these anti-deformation parts have a complementary or congruent geometry to the central part of the semi-product 3 to avoid deformation during extrusion of the gear teeth.
  • these anti-deformation parts are implemented whatever the geometry of the central part of the semi-product 3.
  • the punch 4 and the counter punch 5 comprise anti-deformation parts cooperating with the entire central part of the semi-product comprising a crown alone or associated with a 3t flange and/or a 3m hub and/or additional 3r shapes.
  • This anti-deformation part or parts can be arranged indifferently on the punch 4 and the counter punch 5.
  • the punch 4 has one or more anti-deformation parts thus having a geometry complementary or congruent to the entire central part lower while that the counter-punch 5 has one or more anti-deformation parts having a complementary geometry congruent to the entire upper central part of the semi-product 3.
  • These anti-deformation parts essentially comprise surfaces extending parallel to the axis of symmetry 3b to avoid radial deformation of the semi-product 3.
  • the anti-deformation parts are adapted to cooperate with the entire interior bore 3a, that is to say with its three parts, to namely upper bore, middle bore and lower bore.
  • the punch 4 comprises as an anti-deformation part, the cylindrical end section 4b which has a shape congruent to the lower bore of the semi-product 3 to engage inside the lower bore of the semi-product 3.
  • the counter punch 5 comprises as an anti-deformation part, the cylindrical section 5b which has a shape congruent to the upper bore of the semi-product 3 to engage inside the upper bore of the semi-product 3.
  • the counter punch 5 comprises a second anti-deformation part, namely a cylindrical end section 5c which has a shape congruent to the intermediate bore delimited by the flange 3t of the semi-product 3, to engage inside this intermediate bore of the semi-product 3.
  • a shoulder 5d of axisymmetric type is arranged in the cylindrical section 5b to delimit this cylindrical section end face 5c extending to an end face 5f of the counter punch 5.
  • This intermediate shoulder 5d delimits the transverse face of the cylindrical section 5b which bears on the upper face of the flange 3t.
  • the end face 5f of the counter punch 5 and the transverse end face 4d of the punch 4 are contiguous.
  • the equipment 1 also comprises a tool holder 9 supporting extrusion tooling 10 adapted to ensure the forging of the gear teeth 3d on the exterior face of revolution of the semi-product 3.
  • the tool holder 9 is arranged to receive the vertical compression force of the application system 2b of the hot forging machine or semi-hot 2 so as to be moved at least vertically to extrude the semi-product 3d gear teeth 3 during the vertical downward movement of this application system 2d between the high forging waiting position ( Figures 2 , 3 , 6 ) for which the extrusion tooling 10 is located above the support 4a and the low post forging position for which the extrusion tooling 10 is located entirely below the support 4a ( Figure 4 ).
  • the tool holder 9 is arranged to be able to be positioned around the punch 4 and the counter punch 5.
  • the tool holder 9 thus advantageously has the shape of a hollow shaft to be crossed by the counter punch 5 and the punch 4.
  • the holder -tool 9 has a cylindrical bore 9a to allow the engagement of the counter punch 5 and the punch 4 during its vertical movement between its high forging waiting position and its low post forging position.
  • the tool holder 9 comprises an extraction window 9f arranged so that in the low post forging position, the extraction window 9f is rotated to allow extraction of the extruded semi-product 3 ( Figure 4 ).
  • this extraction window 9f is arranged so as to allow the placement of the semi-product 3 on the punch support or the removal of the extruded semi-product 3 from this support.
  • This extraction window 9f is adapted to authorize the robotization of these operations, namely in particular the placement of the semi-product 3 on the punch support and the removal of the extruded semi-product 3 from this support.
  • the tool holder 9 is also adapted to position the extrusion tool 10 so that during its vertical movement, the extrusion tool 10 can forge the gear teeth 3d on the external face of revolution of the semi-product 3.
  • the extrusion tool 10 is in the form of at least one ring 10a intended to surround and cooperate with the external face of revolution of the semi-product 3.
  • the extrusion tool 10 comprises several superimposed rings 10a whereas in the example illustrated in Figure 9 , the extrusion tool 10 comprises a single ring 10a.
  • Each ring 10a is provided, from its central bore, with extrusion teeth 10b arranged to produce the gear teeth 3d of the semi-product 3.
  • the extrusion teeth 10b of the extrusion tooling 10 has a forming rate increasing progressively according to the direction of vertical movement of the tool holder 9. It is recalled that the forming rate corresponds to the penetration rate of the extrusion tooling 10 into the semi-product 3.
  • the forming rate varies incrementally between each ring 10a so as to control the material flow and guarantee the final geometry. It should be understood that the forming rate of the ring which first forges the semi-product 3 is lower than the forming rate of the ring which then forges the semi-product 3.
  • the forming rate of the ring located at the lower end of the extrusion tooling 10 is lower than the forming rate of the ring above and so on.
  • the extrusion tool 10 is produced by a one-piece ring ensuring progressive shaping.
  • the forming rate of this ring varies continuously increasing from the part which begins forging to the part finishing forging. In other words, the forming rate of the extrusion tooling 10 increases from the lower face of the extrusion tooling 10. For example, this forming rate varies continuously and non-linearly. .
  • the tool holder 9 is subjected to the vertical movement of the application system 2b of the compression force of the hot or semi-hot forging machine 2.
  • the compression force of the system application 2b of the hot or semi-hot forging machine 2 is applied to the tool holder 9 in any appropriate manner.
  • the tool holder 9 comprises a support assembly such as a plate 9b on which the compression force application system 2b acts.
  • the tool holder 9 moves along the vertical axis via a plate 9b pushed downwards by the vertical force application system 2b.
  • the slide 2b of the press having arrived in the low position, rises without cycle interruption to its high position.
  • the tool holder 9 occupies the low post forging position for which the extrusion tooling 10 surrounds the punch 4.
  • an additional system 11 for example of the hydraulic type, returns the tool holder 9 from its lower post-forging position to the upper waiting position and start of a new cycle .
  • the extrusion tool 10 surrounds the counter punch 5 while being located above the support 4a for the semi-product 3.
  • the tool holder 9 only has a vertical movement making it possible to forge a straight gear tooth 3d on the external face of revolution of the semi-product 3, as illustrated in Figure 7B .
  • the tool holder 9 has a vertical movement along the vertical axis Z combined with a rotational movement around the vertical axis Z making it possible to forge a helical gear tooth 3d on the exterior face of the semi-product 3, as illustrated in Figures 5B , 10b , 11B .
  • the straight and helical gear teeth can be produced on any semi-product 3 of which various geometries of the central part are given as an example in the Figures.
  • the tool holder 9 is part of a mobile extrusion assembly 12 comprising a mechanism 13 for transforming the vertical downward movement of the application system 2b of a vertical compressive force, into a rotational movement around the vertical axis Z which is a function of the inclination of the helical gear teeth 3d of the semi-product 3.
  • the forging of the helical gear teeth 3d of the semi-product 3 is carried out during the vertical movement of descent of the 2d application system of a vertical compression force between the high forging waiting position and the low post forging position.
  • the mobile extrusion assembly 12 comprises, as a transformation mechanism 13, a toothed ring 13a mounted integrally with the tool holder 9.
  • This toothed ring 13a is guided in rotation along the vertical axis Z relative to the assembly support 9b arranged to receive the vertical compression force of the system 2b of the forging machine.
  • a cylindrical roller thrust bearing 13c is mounted between the support assembly 9b and the tool holder 9 to take up the axial load in addition to the rotation guidance relative to the support assembly 9b, the tool holder 9 being rotated by the toothed ring 13a.
  • the toothed ring 13a cooperates in a diametrically opposite manner with racks 13d.
  • the two racks 13d are arranged in a symmetrically opposite manner with respect to the vertical axis of symmetry of the toothed ring 13a, being oriented perpendicular to the vertical axis Z.
  • These racks 13d are moved in horizontal translation in directions opposite to the using 13th actuators of all types known per se.
  • the actuators 13e are hydraulic cylinders moving the racks 13d in synchronism in translations in opposite directions.
  • the operation of the actuators 13e is ensured by a control device 13f which ensures that the horizontal translation movement of the racks 13d is synchronized with the vertical descent movement of the mobile extrusion assembly 12.
  • the control device 13f ensures that the rotation of the tool holder 9 is controlled by a helical law, to the vertical descent movement of the system for applying a vertical compression force 2b of the hot or semi-hot forging machine 2.
  • the control device 13f can be carried out in any appropriate manner.
  • the control device 13f includes an actuator control system whose movements are measured by sensors.
  • the mobile extrusion assembly 12 comprises, as a movement transformation mechanism 13, a toothed ring 13a cooperating with racks hydraulically moved in opposite directions.
  • the movement transformation mechanism 13 can be produced in any other appropriate manner, such as for example, by a roller screw servomotor digitally slaved to the position along the vertical axis Z of the plate 9b.
  • the manufacture of the directions of inclination of helical gear teeth to the right or to the left involves the reversal of the direction of rotation of the tool holder obtained by moving the actuators 13e of the racks 13d in the opposite direction.
  • the equipment 1 is used in combination with a hot or semi-hot forging machine 2.
  • the base of the punch 4 is fixedly mounted on the base 2a of the hot or semi-hot forging machine.
  • -hot 2 and the support assembly 9b of the tool holder 9 is mounted to undergo the application of the vertical compression force of the system 2b of the hot or semi-hot forging machine 2.
  • the method consists of placing the support assembly 9b in the high position waiting for forging and the counter punch 5 is positioned to occupy a higher position spaced relative to the punch 4 ( Figure 2 ).
  • a semi-product 3, previously pre-forged on a vertical press, is placed, in the forging heat or after reheating intended to homogenize its temperature, on the support 4a of the punch 4 to forge a gear tooth 3d on its face of external revolution 3rd.
  • the hydraulic cylinder 6 is controlled to vertically lower the counter punch 5 to the lower position in order to immobilize the semi-product 3 between the punch 4 and the counter punch 5.
  • the peripheral part 3p of the semi-product 3 is clear in relation to the punch 4 and the counter punch 5 to allow the extrusion of the gear teeth 3d on the external face of revolution of this peripheral part 3p, by the extrusion tooling 10.
  • the extrusion tool 10 surrounds the counter punch 5 while being located above the semi-product 3.
  • the system 2b for applying a compression force of the hot or semi-hot forging machine 2 is controlled to apply to the tool holder 9, a vertical compression force, movable in a vertical downward movement.
  • the tool holder 9 is thus moved vertically so that the extrusion tool 10 passes externally through the semi-product 3 to produce the gear teeth exclusively by extrusion.
  • the tool holder 9 is held in a low post forging position for which the extrusion tooling 10 is located entirely below the support 4a and around the punch 4.
  • the tool holder 9 is maintained in the low post forging position to allow the extruded semi-product 3 to be recovered.
  • the hydraulic cylinder 6 of the counter punch 5 is controlled to allow the clearance of the counter punch 5 relative to the punch 4 ( Figure 4 ).
  • the extruded semi-product 3 is removed from the support of the punch 4 through the extraction window 9f then allowing the raising, using the annex system 11, of the tool holder 9 and the extrusion tooling 10, to its high forging waiting position to allow the extrusion of another semi-product.
  • the extruded semi-product is thus recovered through the extraction window 9f, before the tool holder 9 is raised to its upper forging waiting position. It should be noted that in the case where a straight gear tooth is extruded on the semi-product 3 then the extruded semi-product 3 can be removed from the support of the punch 4 after the raising of the tool holder 9 and the extrusion tooling 10, in its high position waiting for forging.
  • a conventional hot or semi-hot forging machine 2 such as a forging press provided with equipment 1 in accordance with the invention provides the driving force necessary to form the gear teeth of a semi-product 3.
  • the shaping of the gear teeth is obtained by straight or helical mid-hot or hot extrusion as described above.
  • the fibering resulting from forging contributes to improving its mechanical resistance at the level of the base of the gear teeth.
  • the choice of material for semi-product 3 can overcome the constraints linked to previous processes involving machining associated with complex heat treatments.
  • the extruded semi-product 3 can be subjected to a surface quenching operation.
  • Surface induction hardening adapted to the high hardenability of the material, is a process that is easy to industrialize, economical and environmentally friendly.
  • the object of the invention makes it possible to obtain a complex extruded semi-product 3 provided with gear teeth of precise geometry and suitable for its finishing by grinding depending on the desired level of precision.
  • the semi-product 3 is immobilized and fixed.
  • the extrusion tooling 10 passes through the semi-product 3 completely and without interruption, limiting the contact time to a minimum between the semi-product 3 and the extrusion tooling. This results in a reduction in thermal fatigue of the extrusion tooling, promoting its lifespan.
  • the punch 4 and the counter punch 5 avoid the expansion of material along the vertical axis but also by the anti-deformation part(s), the radial expansion of the material, contributing to the material filling of the gear teeth.
  • the punch 4 and the counter punch 5 offer the advantage of being able to produce gear teeth on a semi-product 3 with a central part which can have a complex geometry.

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Description

    Domaine Technique
  • La présente invention concerne le domaine technique des équipements de forgeage utilisés pour le forgeage de dentures d'engrenages aménagées sur l'extérieur d'un semi-produit.
  • L'objet de l'invention concerne un équipement pour machine de forgeage destiné à forger une denture d'engrenage droite ou avantageusement hélicoïdale sur la face extérieure de révolution d'un semi-produit, en appliquant un procédé d'extrusion à mi-chaud ou à chaud.
  • Selon l'invention, un semi-produit est une pièce de type annulaire semi-brute préalablement forgée, dépourvue de denture, réalisée selon diverses variantes de géométrie présentant avantageusement un flasque, associé ou non avec un moyeu central et ou des formes de renfort additionnelles ou d'allégement axisymétriques ou non.
    • Technique antérieure
  • Dans l'art antérieur, les techniques de forgeage à chaud ou à mi-chaud sont utilisées notamment dans la fabrication de roues dentées ou d'engrenages. Ainsi, le brevet EP 0 89 1824 décrit un appareil de forgeage à chaud pour former un engrenage conique ayant des dents d'engrenage inclinées. Cependant, une telle technique ne permet pas la fabrication de pièces telles que des couronnes de transmission.
  • Il est connu également de réaliser des dentures par usinage sur une pièce axisymétrique issue de forgeage sur presse verticale. Les matériaux utilisés pour la pièce doivent présenter une dureté modérée pour permettre l'usinage de la denture. Il s'ensuit que la denture doit être soumise après usinage, à un traitement de durcissement qui nécessite la mise en oeuvre de procédés thermochimiques complexes et coûteux.
  • Le document CN 106914507 décrit une méthode de forgeage à chaud de dentures par extrusion à l'aide d'un équipement de forgeage. Une pièce à forger est au préalable chauffée par induction, puis, par l'application d'une force verticale de presse, la pièce à forger est extrudée à travers un outillage fixe. Une telle méthode de forgeage ne permet pas d'obtenir une denture hélicoïdale.
  • Le document KR 101137759 décrit un équipement pour machine de forgeage destiné à extruder des dentures extérieures. Une pièce à forger est amenée dans un outillage d'extrusion à l'aide d'un poinçon exerçant une force verticale sur la pièce. Pendant que la pièce à forger traverse l'outillage d'extrusion, un mandrin cylindrique est engagé dans l'alésage de la pièce pour la maintenir. Ce type d'équipement ne permet pas de réaliser des dentures sur une pièce avec une géométrie centrale complexe dont l'épaisseur est différente de la partie destinée à former la denture.
  • Le document US2015/128419 forme la base du préambule des revendications 1 et 10 et décrit une machine pour la fabrication d'une transmission dotée d'une denture intérieure de type « spline coupling » d'un synchro de boite de vitesses. La denture intérieure permet de réaliser une liaison en rotation avec un arbre cannelé dont l'axe est identique. Cette transmission comporte une denture d'engrenage extérieure de type "dog teeth" avec des facettes d'engagement axial, en face supérieure.
    • Exposé de l'invention
  • La présente invention vise à remédier aux inconvénients des techniques antérieures, en proposant un équipement conçu pour réaliser, à l'aide d'une machine de forgeage, sur diverses géométries de pièces, une denture d'engrenage avec des caractéristiques dimensionnelles suffisamment précises ou permettant sa finition ultérieure par rectification en fonction de la précision recherchée.
  • Pour atteindre, un tel objectif, l'objet de l'invention concerne un équipement pour une machine de forgeage à chaud ou à mi-chaud comportant un système d'application d'une force verticale de compression, mobile selon un mouvement vertical de descente et selon un mouvement vertical de montée entre une position haute d'attente de forgeage et une position basse de post forgeage, l'équipement étant destiné à forger une denture d'engrenage sur une face de révolution extérieure d'une partie périphérique d'un semi-produit présentant une partie centrale supérieure s'étendant à l'opposé d'une partie centrale inférieure, l'équipement comportant :
    • un poinçon inférieur fixe aménagé pour délimiter un support pour la partie centrale inférieure du semi-produit à forger ;
    • un contre poinçon supérieur aménagé pour présenter une partie de serrage pour la partie centrale supérieure du semi-produit, ce contre poinçon étant monté mobile verticalement pour occuper une position inférieure pour laquelle le poinçon et le contre poinçon immobilisent le semi-produit avec sa partie périphérique s'étendant en saillie par rapport au poinçon et au contre poinçon et une position supérieure pour laquelle le contre poinçon est dégagé par rapport au semi-produit pour permettre la mise en place du semi-produit et l'extraction par rapport au poinçon, du semi-produit extrudé ;
    • un porte-outil traversé par le contre poinçon et supportant un outillage d'extrusion se présentant sous la forme d'au moins une bague pourvue à partir de son alésage, de dents d'extrusion aménagées avec un taux de formage variant de manière progressive pour réaliser la denture d'engrenage sur le semi-produit, le porte-outil étant aménagé pour recevoir la force verticale de compression du système d'application de la machine de forgeage de manière à être déplacé au moins verticalement pour extruder la denture d'engrenage du semi-produit lors du mouvement vertical de descente du système d'application de la force verticale de compression entre la position haute d'attente de forgeage pour laquelle l'outillage d'extrusion est situé au-dessus du support et la position basse de post forgeage pour laquelle l'outillage d'extrusion est situé entièrement au-dessous du support et autour du poinçon.
  • Un autre objet de l'invention est de proposer un équipement d'extrusion destiné à forger une denture d'engrenage hélicoïdale sur un semi-produit. Selon cette application préférée, le porte-outil fait partie d'un équipage mobile d'extrusion comportant un mécanisme de transformation du mouvement vertical de descente du système d'application d'une force verticale de compression entre la position haute d'attente de forgeage et la position basse de post forgeage, en un mouvement de rotation qui est fonction de l'inclinaison de la denture d'engrenage hélicoïdale du semi-produit.
  • Selon un exemple avantageux de réalisation, l'équipage mobile d'extrusion comporte en tant que mécanisme de transformation :
    • * une couronne dentée montée solidaire du porte-outil et guidée en rotation selon un axe vertical par rapport à un ensemble d'appui aménagé pour recevoir la force verticale de compression du système d'application de la machine de forgeage, cette couronne dentée coopérant de façon diamétralement opposée avec des crémaillères ;
    • * des actionneurs pour déplacer les crémaillères en translation horizontale selon des sens opposés ;
    • * un dispositif de commande des actionneurs de manière que le mouvement de translation horizontale des crémaillères soit synchronisé au mouvement vertical de descente de l'équipage mobile d'extrusion.
  • Selon un premier mode de réalisation, l'outillage d'extrusion se présente sous la forme d'une bague dont les dents d'extrusion définissent un taux de formage variant de manière continue et de façon non linéaire.
  • Selon un deuxième mode de réalisation, l'outillage d'extrusion comporte plusieurs bagues solidaires définissant un taux de formage variant de manière incrémentale d'une bague à l'autre.
  • Par exemple, le porte-outil comporte une fenêtre d'extraction aménagée de manière qu'en position basse de post forgeage, la fenêtre d'extraction soit tournée pour permettre une mise en place du semi-produit et une extraction du semi-produit extrudé.
  • Selon une caractéristique de l'invention, le support du poinçon et la partie de serrage du contre poinçon comportent des parties d'anti-déformation présentant des géométries complémentaires respectivement avec la partie centrale inférieure et la partie centrale supérieure du demi-produit pour coopérer avec la totalité de la partie centrale présentée par le semi-produit.
  • Selon des exemples de mise en oeuvre, le poinçon et le contre poinçon comportent des parties d'anti-déformation coopérant avec la totalité de la partie centrale du semi-produit comportant une couronne seule ou associée avec un flasque et/ou un moyeu et/ou des formes additionnelles.
  • Par exemple, le dispositif de commande comporte un système d'asservissement d'actionneurs dont les déplacements sont mesurés par des capteurs.
  • Un autre objet de l'invention est de proposer une machine de forgeage à chaud ou à mi-chaud comportant un équipement conforme à l'invention.
  • Un autre objet de l'invention est de proposer un procédé de fabrication d'un semi-produit à l'aide d'une machine de forgeage à chaud ou à mi-chaud.
  • Pour atteindre un tel objectif, l'objet de l'invention concerne un procédé de forgeage de la denture d'engrenage d'un semi-produit à l'aide d'une machine de forgeage à chaud ou à mi-chaud comportant un système d'application d'une force verticale de compression sur un porte-outil comportant un outillage d'extrusion se présentant sous la forme d'au moins une bague pourvue à partir de son alésage, de dents d'extrusion aménagées pour réaliser la denture d'engrenage sur la face de révolution extérieure du semi-produit, le procédé consistant dans une phase d'extrusion à :
    • placer le porte-outil en position haute d'attente de forgeage ;
    • placer le semi-produit par sa partie centrale inférieure, sur le support d'un poinçon fixe inférieur ;
    • abaisser verticalement un contre poinçon en position inférieure afin d'immobiliser le semi-produit par sa partie centrale inférieure et sa partie centrale supérieure, entre le poinçon et le contre poinçon ;
    • activer la descente verticale du système d'application d'une force de compression pour déplacer le porte-outil afin que l'outillage d'extrusion traverse extérieurement le semi-produit pour réaliser la denture d'engrenage exclusivement par extrusion ;
    • maintenir le porte-outil dans une position basse de post forgeage dans laquelle l'outillage d'extrusion est situé entièrement au-dessous du support et autour du poinçon pour, après la remontée du contre poinçon à sa position supérieure permettant de libérer le semi-produit extrudé, récupérer le semi-produit extrudé
    • remonter le porte-outil à sa position haute d'attente de forgeage.
  • Selon une caractéristique de mise en oeuvre, le semi-produit extrudé est récupéré à travers une fenêtre d'extraction aménagée dans le porte-outil, avant la remontée du porte-outil à sa position haute d'attente de forgeage.
  • Pour forger une denture d'engrenage hélicoïdale, le procédé consiste à assurer la rotation du porte-outil par rapport à un ensemble d'appui sur lequel est appliquée la force de compression du système d'application, cette rotation étant synchronisée au mouvement vertical de descente du porte-outil, en fonction de l'inclinaison de la denture d'engrenage hélicoïdale du semi-produit.
  • Avantageusement, l'extrusion de la denture d'engrenage est réalisée avec une progression du taux de formage variant de façon incrémentale ou continue.
  • Typiquement, après la phase d'extrusion, le semi-produit extrudé est soumis à une opération de trempe superficielle.
    • Brève description des dessins
    • [Fig. 1]La Figure 1 est une vue en perspective illustrant de manière schématique, un premier mode de réalisation d'un équipement conforme à l'invention pour une machine de forgeage à chaud ou à mi-chaud.
    • [Fig. 2]La Figure 2 est une vue en coupe élévation de l'équipement illustré à la Figure 1, en position haute d'attente de forgeage.
    • [Fig. 2A]La Figure 2A est une vue du détail IIA de l'équipement illustré à la Figure 2.
    • [Fig. 3]La Figure 3 est une vue en coupe élévation analogue à la Figure 1, en position haute d'attente de forgeage, avec un semi-produit à forger en position immobilisée.
    • [Fig. 4]La Figure 4 est une vue en coupe élévation de l'équipement illustré sur les Figures précédentes, en position basse de post-forgeage.
    • [Fig. 5A]La Figure 5A est une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'un semi-produit sous la forme d'une bague pourvue d'un flasque et destinée à être pourvue d'une denture d'engrenage hélicoïdale sur sa face de révolution extérieure.
    • [Fig. 5B]La Figure 5B est une vue du semi-produit illustré à la Figure 5A, mais après extrusion, montrant le semi-produit extrudé pourvu d'une denture d'engrenage hélicoïdale sur sa face de révolution extérieure, obtenue par l'équipement illustré aux Figures 1 à 4.
    • [Fig. 5C]La Figure 5C est une vue en coupe transversale du semi-produit extrudé illustré à la Figure 5B.
    • [Fig. 6]La Figure 6 est une vue en coupe élévation illustrant un deuxième mode de réalisation d'un équipement conforme à l'invention pour une machine de forgeage à chaud ou à mi-chaud.
    • [Fig. 7A]La Figure 7A est une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'un semi-produit sous la forme d'une bague destinée à être pourvue d'une denture d'engrenage droite sur sa face de révolution extérieure.
    • [Fig. 7B]La Figure 7B est une vue du semi-produit illustré à la Figure 7A mais après extrusion et montrant le semi-produit extrudé pourvu d'une denture d'engrenage droite sur sa face de révolution extérieure, obtenue par l'équipement illustré à la Figure 6.
    • [Fig. 7C]La Figure 7C est une vue en coupe transversale du semi-produit extrudé illustré à la Figure 7B.
    • [Fig. 8]La Figure 8 est une vue en perspective d'un premier exemple de réalisation d'un outillage d'extrusion comportant plusieurs bagues solidarisées entre elles.
    • [Fig. 9]La Figure 9 est une vue en perspective d'un deuxième exemple de réalisation d'un outillage d'extrusion se présentant sous la forme d'une bague unique.
    • [Fig. 10A]La Figure 10A est une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'un semi-produit sous la forme d'une bague pourvue d'un flasque et d'un moyeu, destinée à être pourvue d'une denture d'engrenage hélicoïdale sur sa face de révolution extérieure.
    • [Fig. 10B]La Figure 10B est une vue du semi-produit illustré à la Figure 10A mais après extrusion et montrant le semi-produit extrudé pourvu d'une denture d'engrenage hélicoïdale sur sa face de révolution extérieure, obtenue par l'équipement illustré aux Figures 1 à 4.
    • [Fig. 10C]La Figure 10C est une vue en coupe transversale du semi-produit extrudé illustré à la Figure 10B.
    • [Fig. 11A]La Figure 11A est une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'un semi-produit sous la forme d'une bague pourvue d'un flasque, d'un moyeu et de formes additionnelles, destinée à être pourvue d'une denture d'engrenage hélicoïdale sur sa face de révolution extérieure.
    • [Fig. 11B]La Figure 11B est une vue du semi-produit illustré à la Figure 11A mais après extrusion et montrant le semi-produit extrudé pourvu d'une denture d'engrenage hélicoïdale sur sa face de révolution extérieure, obtenue par l'équipement illustré aux Figures 1 à 4.
    • [Fig. 11C]La Figure 11C est une vue en coupe transversale du semi-produit extrudé illustré à la Figure 11B.
    Description des modes de réalisation
  • Les Figures 1 à 3 illustrent un exemple de réalisation d'un équipement 1 conforme à l'invention, adapté pour être mis en oeuvre avec une machine de forgeage à chaud ou à mi-chaud 2 de tous types connus telle qu'une presse mécanique ou hydraulique. La machine de forgeage à chaud ou à mi-chaud 2 n'est pas représentée en détail sur les dessins car elle est bien connue de l'homme du métier. De manière classique, la machine de forgeage à chaud ou à mi-chaud 2 comporte en particulier, une base 2a et un système d'application 2b d'une force verticale de compression adaptée pour forger une denture 3d extérieure d'engrenage sur un semi-produit 3 au sens général. Ce système d'application 2b d'une force verticale de compression qui comporte classiquement, un coulisseau, est mobile selon un mouvement vertical de descente parallèle à l'axe vertical Z, entre une position haute d'attente de forgeage (Figures 2, 3) et une position basse de post forgeage (Figure 4). Ce système d'application 2b d'une force verticale de compression est également mobile selon un mouvement vertical de montée parallèle à l'axe vertical Z, entre une position basse de post forgeage et une position haute d'attente de forgeage pour permettre le retour à une position pour forger un nouveau semi-produit 3. De manière classique, lorsque le système d'application 2b d'une force verticale de compression est arrivé en position basse, il remonte sans interruption de cycle à sa position haute.
  • Tel qu'illustré sur les dessins, l'équipement 1 conforme à l'invention est destiné à forger une denture 3d d'engrenage sur un semi-produit 3 d'axe de symétrie 3b. Au sens de l'invention, un semi-produit 3 est une pièce semi-brute préalablement forgée, dépourvue de denture et de type annulaire c'est-à-dire présentant un alésage 3a traversant (Figures 5A, 7A, 10A et 11A). Un semi-produit 3 comporte au moins une couronne 3c présentant une partie périphérique 3p de révolution délimitée par une face de révolution extérieure 3e sur laquelle est forgée une denture d'engrenage 3d avec l'équipement conforme à l'invention. Dans la suite de la description, lorsqu'une denture d'engrenage est forgée sur le semi-produit 3, on désignera ce semi-produit, par semi-produit 3 extrudé.
  • Ce semi-produit 3 comporte en dehors de la partie périphérique 3p dans laquelle la denture d'engrenage 3d est extrudée, une partie centrale pouvant présenter diverses variantes de géométries ou de configurations. Ainsi, la partie centrale du semi-produit peut comporter une couronne seule 3c comme illustré à la Figure 7A. Avantageusement, la partie centrale du semi-produit 3 comporte également une toile ou flasque 3t dont l'épaisseur est différente de la partie périphérique 3p destinée à former la denture d'engrenage (Figure 5A). La partie centrale du semi-produit 3 peut comporter un flasque 3t associé ou non avec un moyeu central 3m (Figure 10A) et/ou des formes additionnelles 3r de renfort ou d'allégement axisymétriques ou non (Figure 11A). Par convention, le semi-produit 3 présente une partie centrale supérieure correspondant à la partie centrale du semi-produit 3 s'ouvrant à partir du dessus du semi-produit 3 et une partie centrale inférieure correspondant à la partie centrale s'ouvrant à partir du dessous du semi-produit 3. La partie centrale inférieure et respectivement la partie centrale supérieure du semi-produit 3 comprend ainsi des surfaces s'étendant parallèlement et perpendiculairement à l'axe de symétrie 3b.
  • Les Figures 5A-5C, 7A-7C, 10A-10C et 11A-11C donnent à titre d'exemples non limitatifs diverses variantes de géométries ou de configurations de la partie centrale du semi-produit 3. Selon ces exemples, le semi produit 3 comporte au moins une couronne 3c délimitée d'un côté, par une face supérieure 3s et du côté opposé, par une face inférieure 3i. Cette couronne 3c comporte une partie annulaire jointive à une partie périphérique 3p de révolution délimitée par une face de révolution extérieure 3e sur laquelle est réalisée la denture d'engrenage 3d et s'étendant d'une face inférieure 3i à une face supérieure 3s.
  • Dans l'exemple de réalisation illustré aux Figures 7A à 7C qui illustre un semi-produit de type bague, la partie centrale du semi-produit comporte seulement une couronne 3c de sorte que l'alésage 3a s'étend de la face inférieure 3i à la face supérieure 3s. La partie centrale inférieure du semi-produit 3 comprend ainsi la face inférieure 3i de la couronne 3c à l'exception de la partie périphérique 3p ainsi qu'éventuellement une partie ou la totalité de l'alésage intérieur 3a tandis que la partie centrale supérieure du semi-produit 3 comprend la face supérieure 3s de la couronne 3c à l'exception de la partie périphérique 3p ainsi qu'éventuellement une partie ou la totalité de l'alésage intérieur 3a, en considérant que cette partie de l'alésage intérieur 3a de la partie centrale supérieure du semi-produit 3 est complémentaire de la partie de l'alésage intérieur 3a de la partie centrale inférieure du semi-produit 3.
  • Dans l'exemple de réalisation illustré aux Figures 5A à 5C, le semi-produit 3 comporte également une toile 3t c'est-à-dire un flasque présentant une épaisseur réduite par rapport à l'épaisseur de la couronne 3c du semi-produit 3. Ce flasque 3t est aménagé dans l'exemple illustré, entre les faces supérieure 3s et inférieure 3i de sorte que l'alésage intérieur 3a se décompose en trois parties, à savoir un alésage supérieur délimité entre la face supérieure 3s du semi-produit 3 et la face supérieure du flasque, un alésage intermédiaire délimité entre les faces supérieure et inférieure du flasque 3t et un alésage inférieur entre la face inférieure du flasque 3t et la face inférieure 3i du semi-produit.
  • Selon cet exemple de réalisation, la partie centrale inférieure du semi-produit 3 comprend ainsi la face inférieure 3i de la couronne 3c à l'exception de la partie périphérique 3p, l'alésage inférieur ainsi qu'éventuellement une partie ou la totalité de l'alésage intermédiaire tandis que la partie centrale supérieure du semi-produit 3 comprend la face supérieure 3s de la couronne 3c à l'exception de la partie périphérique 3p, l'alésage supérieur ainsi qu'éventuellement une partie ou la totalité de l'alésage intermédiaire, en considérant que cette partie de l'alésage intermédiaire de la partie centrale supérieure du semi-produit 3 est complémentaire de la partie de l'alésage intermédiaire de la partie centrale inférieure du semi-produit 3.
  • Typiquement, un tel semi-produit 3 comportant une bague dotée d'un flasque peut constituer une couronne de pont d'un véhicule automobile.
  • Dans l'exemple de réalisation illustré aux Figures 10A à 10C, la partie centrale du semi-produit 3 comporte une couronne 3c et un flasque 3t associé avec un moyeu central 3m délimitant l'alésage intérieur 3a. La partie centrale du semi-produit 3 c présente une empreinte supérieure 3es de forme annulaire délimitée entre les rebords du moyeu central 3m et de la couronne 3c ainsi qu'une empreinte inférieure 3ei de forme annulaire délimitée entre les rebords du moyeu central 3m et de la couronne 3c. Selon cet exemple de réalisation, la partie centrale inférieure du semi-produit 3 comprend la face inférieure 3i de la couronne 3c à l'exception de la partie périphérique 3p, l'empreinte inférieure 3ei ainsi qu'éventuellement une partie ou la totalité de l'alésage intérieur 3a tandis que la partie centrale supérieure du semi-produit 3 comprend la face supérieure 3s de la couronne 3c à l'exception de la partie périphérique 3p, l'empreinte supérieure 3es ainsi qu'éventuellement une partie ou la totalité de l'alésage intérieur 3a, en considérant que cette partie de l'alésage intérieur 3a de la partie centrale supérieure du semi-produit 3 est complémentaire de la partie de l'alésage intérieur 3a de la partie centrale inférieure du semi-produit 3.
  • Dans l'exemple de réalisation illustré aux Figures 11A à 11C, la partie centrale du semi-produit 3 comporte une couronne 3c, un flasque 3t associé avec un moyeu central 3m délimitant l'alésage intérieur 3a ainsi que des formes additionnelles 3r de renfort axisymétriques. Bien entendu, ces formes additionnelles pourraient être non axisymétriques ou comporter des formes d'allégement axisymétriques ou non. Dans l'exemple illustré, la partie centrale du semi-produit 3 comporte des formes additionnelles 3r de renfort réalisées sous la forme de bras de liaison aménagés entre les rebords du moyeu central 3m et de la couronne 3c. Bien entendu, la partie centrale du semi-produit 3 peut comporter des formes additionnelles 3r avec diverses autres géométries. Selon cet exemple de réalisation, la partie centrale inférieure du semi-produit 3 comprend la face inférieure 3i de la couronne 3c à l'exception de la partie périphérique 3p, l'empreinte inférieure 3ei, les formes additionnelles 3r ainsi qu'éventuellement une partie ou la totalité de l'alésage intérieur 3a tandis que la partie centrale supérieure du semi-produit 3 comprend la face supérieure 3s de la couronne 3c à l'exception de la partie périphérique 3p, l'empreinte supérieure 3es, les formes additionnelles 3r ainsi qu'éventuellement une partie ou la totalité de l'alésage intérieur 3a, en considérant que cette partie de l'alésage intérieur 3a de la partie centrale supérieure du semi-produit 3 est complémentaire de la partie de l'alésage intérieur 3a de la partie centrale inférieure du semi-produit 3.
  • Tel qu'illustré par les Figures, l'équipement 1 comporte un poinçon 4 inférieur fixe, immobilisé de façon appropriée sur la base 2a de l'équipement, montée solidaire de la table de la machine de forgeage à chaud ou à mi-chaud 2. Le poinçon 4 est aménagé pour délimiter un support 4a de mise en position du semi-produit 3 à forger. L'équipement 1 comporte également un contre poinçon 5 dit supérieur par rapport au poinçon 4 inférieur. Le contre poinçon 5 est monté mobile verticalement selon l'axe vertical Z pour occuper soit une position inférieure pour laquelle le poinçon 4 et le contre poinçon 5 immobilisent en enserrant le semi-produit 3, soit une position supérieure pour laquelle le contre poinçon 5 est dégagé par rapport au semi-produit 3 pour permettre la mise en place du semi-produit 3 et l'extraction par rapport au poinçon 4, du semi-produit 3 extrudé.
  • Le contre poinçon 5 est déplacé verticalement en rapprochement-écartement par rapport au poinçon 4 de toute manière appropriée. Dans l'exemple de réalisation illustré sur les dessins, le contre poinçon 5 est monté solidaire de la tige 6a d'un vérin hydraulique 6 dont le corps 6b est fixé sur un bâti 7 supporté par exemple, par la table 2a de la machine de forgeage à chaud ou à mi-chaud 2. Le vérin hydraulique 6 est piloté par un circuit de commande non représenté permettant de déplacer verticalement le contre poinçon 5 pour occuper soit la position inférieure d'immobilisation du semi-produit 3 soit la position supérieure de dégagement pour la mise en place du semi-produit 3 ou le retrait du semi-produit 3 extrudé.
  • Il est à noter que le poinçon 4 et le contre poinçon 5 immobilisent le semi-produit 3 de manière que la partie périphérique 3p de la couronne devant recevoir la denture d'engrenage 3d s'étend en saillie par rapport au poinçon 4 et au contre poinçon 5. En d'autres termes, la partie périphérique 3p de la couronne devant recevoir la denture d'engrenage 3d déborde radialement selon la direction perpendiculaire à l'axe vertical Z, par rapport au poinçon 4 et au contre poinçon 5 pour permettre l'opération d'extrusion comme cela sera expliqué dans la suite de la description.
  • Il est à considérer que le support 4a du poinçon 4 est aménagé pour présenter une empreinte complémentaire à la partie centrale inférieure du semi-produit 3 pour supporter le semi-produit 3. Comme expliqué ci-dessus, la partie centrale inférieure du semi-produit peut prendre diverses géométries comme illustré par exemple, sur les Figures 5A-5C, 7A-7C, 10A-10C et 11A-11C.
  • De manière analogue, le contre poinçon 5 est aménagé d'une empreinte complémentaire à la partie centrale supérieure du semi-produit 3 pour former une partie de serrage 5s du semi-produit. Il s'ensuit que le semi-produit 3 est immobilisé en étant serré à l'aide du poinçon 4 et du contre poinçon 5, agissant sur la partie centrale inférieure et la partie centrale supérieure à l'exception ainsi de la partie périphérique 3p du semi-produit 3 dans laquelle la denture d'engrenage 3d est réalisée.
  • La Figure 2A illustre de manière plus précise un exemple de réalisation du support 4a du poinçon 4 et de la partie de serrage 5s du contre poinçon 5. Le poinçon 4 est réalisé par un cylindre aménagé à son extrémité supérieure pour présenter un support 4a pour le semi-produit 3. Le support 4a du poinçon est pourvu en retrait de sa face transversale, d'un épaulement de type axisymétrique 4e sur lequel est en appui la face inférieure 3i du semi-produit 3 et plus précisément la face inférieure 3i de la couronne 3c à l'exception de la partie périphérique 3p. L'épaulement 4e délimite jusqu'à l'extrémité du poinçon, un tronçon cylindrique d'extrémité 4b présentant une face transversale d'extrémité 4d sur laquelle vient en appui la face inférieure du flasque 3t lorsque le semi-produit est équipé d'un tel flasque 3t.
  • De même, le contre poinçon 5 est réalisé par un cylindre aménagé à son extrémité inférieure pour présenter la partie de serrage 5s pour le semi-produit 3. Cette partie de serrage 5s du contre poinçon est pourvu en retrait de son extrémité inférieure, d'un épaulement de type axisymétrique 5e sur lequel est en appui la face supérieure 3s du semi-produit 3. L'épaulement 5e délimite un tronçon cylindrique 5b, présentant une face transversale 5d sur laquelle vient en appui la face supérieure du flasque 3t lorsque le semi-produit est équipé d'un tel flasque 3t.
  • Ainsi, lorsque le semi-produit 3 présente un alésage intérieur 3a de diamètre constant (Figures 7A-7C), l'épaulement 4e du poinçon et l'épaulement annulaire 5e du contre poinçon 5 viennent serrer le semi-produit 3 entre ses faces supérieure et inférieure c'est-à-dire sur les faces supérieure et inférieure de la couronne 3c en dehors de la partie périphérique 3p. L'épaulement 4e et le tronçon cylindrique d'extrémité 4b du poinçon et l'épaulement 5e et le tronçon cylindrique 5b du contre-poinçon viennent immobiliser le semi-produit 3. Dans ce cas, la face transversale d'extrémité 4d du poinçon et la face transversale 5d contre poinçon 5 sont jointives. Dans le cas où le semi-produit 3 présente un alésage intérieur 3a pourvu d'un flasque 3t (Figures 5A-5C), le semi-produit 3 est en plus serrée par la face transversale d'extrémité 4d du tronçon cylindrique d'extrémité 4b du poinçon 4 et par la face transversale 5d du tronçon cylindrique 5b du contre poinçon 5 venant en contact respectivement avec les faces inférieure et supérieure du flasque 3t.
  • Bien entendu, comme déjà expliqué, dans le cas où le semi-produit 3 est pourvu d'un moyeu 3m avec ou sans les formes additionnelles 3r, le poinçon 4 et le contre poinçon 5 sont aménagés pour serrer le semi-produit par les faces de la partie centrale inférieure et de la partie centrale supérieure, qui s'étendent perpendiculairement à l'axe de symétrie 3b.
  • Selon une caractéristique avantageuse de réalisation, le poinçon 4 et le contre poinçon 5 comportent au moins une partie d'anti-déformation adaptée pour coopérer avec la totalité de la partie centrale présentée par le semi-produit 3. En d'autres termes, il doit être compris que ces parties d'anti-déformation présentent une géométrie complémentaire ou congruente à la partie centrale du semi-produit 3 pour éviter une déformation lors de l'extrusion de la denture d'engrenage. Bien entendu, ces parties d'anti-déformation sont mises en oeuvre quelle que soit la géométrie de la partie centrale du semi-produit 3. Ainsi, le poinçon 4 et le contre poinçon 5 comportent des parties d'anti-déformation coopérant avec la totalité de la partie centrale du semi-produit comportant une couronne seule ou associée avec un flasque 3t et/ou un moyeu 3m et/ou des formes additionnelles 3r. Cette ou ces parties d'anti-déformation peuvent être aménagées indifféremment sur le poinçon 4 et le contre poinçon 5. Le poinçon 4 possède une ou des parties d'anti-déformation présentant ainsi une géométrie complémentaire ou congruente à la totalité de la partie centrale inférieure tandis que le contre-poinçon 5 possède une ou des parties d'anti-déformation présentant une géométrie complémentaire congruente à la totalité de la partie centrale supérieure du semi-produit 3. Ces parties d'anti-déformation comprennent essentiellement des surfaces s'étendant parallèlement à l'axe de symétrie 3b pour éviter la déformation radiale du semi-produit 3.
  • Dans le cas où le semi-produit 3 est pourvue d'un flasque 3t, les parties d'anti-déformation sont adaptées pour coopérer avec la totalité de l'alésage intérieur 3a c'est-à-dire avec ses trois parties, à savoir l'alésage supérieur, l'alésage intermédiaire et l'alésage inférieur. Dans l'exemple de réalisation illustré sur la Figure 2A, le poinçon 4 comporte comme partie d'anti-déformation, le tronçon cylindrique d'extrémité 4b qui présente une forme congruente à l'alésage inférieur du semi-produit 3 pour venir s'engager à l'intérieur de l'alésage inférieur du semi-produit 3. De même, le contre poinçon 5 comporte comme partie d'antidéformation, le tronçon cylindrique 5b qui présente une forme congruente à l'alésage supérieur du semi-produit 3 pour venir s'engager à l'intérieur de l'alésage supérieur du semi-produit 3. Dans l'exemple illustré, le contre poinçon 5 comporte une deuxième partie d'anti-déformation, à savoir un tronçon cylindrique d'extrémité 5c qui présente une forme congruente à l'alésage intermédiaire délimitée par le flasque 3t du semi-produit 3, pour venir s'engager à l'intérieur de cet alésage intermédiaire de la semi-produit 3. A cet effet, un épaulement 5d de type axisymétrique est aménagé dans le tronçon cylindrique 5b pour délimiter ce tronçon cylindrique d'extrémité 5c s'étendant jusqu'à une face d'extrémité 5f du contre poinçon 5. Cet épaulement intermédiaire 5d délimite la face transversale du tronçon cylindrique 5b qui est en appui sur la face supérieure du flasque 3t. Selon cet exemple, la face d'extrémité 5f du contre poinçon 5 et la face transversale d'extrémité 4d du poinçon 4 sont jointives.
  • L'équipement 1 selon l'invention comporte également un porte-outil 9 supportant un outillage d'extrusion 10 adapté pour assurer le forgeage de la denture d'engrenage 3d sur la face de révolution extérieure du semi-produit 3. A cet effet, le porte-outil 9 est aménagé pour recevoir la force verticale de compression du système d'application 2b de la machine de forgeage à chaud ou à mi-chaud 2 de manière à être déplacé au moins verticalement pour extruder la denture d'engrenage 3d semi-produit 3 lors du mouvement vertical de descente de ce système d'application 2d entre la position haute d'attente de forgeage (Figures 2, 3, 6) pour laquelle l'outillage d'extrusion 10 est situé au-dessus du support 4a et la position basse de post forgeage pour laquelle l'outillage d'extrusion 10 est situé entièrement au-dessous du support 4a (Figure 4).
  • Le porte-outil 9 est aménagé pour pouvoir être positionné autour du poinçon 4 et du contre poinçon 5. Le porte-outil 9 présente ainsi avantageusement une forme d'arbre creux pour être traversé par le contre poinçon 5 et le poinçon 4. Le porte-outil 9 possède un alésage cylindrique 9a pour permettre l'engagement du contre-poinçon 5 et du poinçon 4 lors de son déplacement vertical entre sa position haute d'attente de forgeage et sa position basse de post forgeage.
  • Avantageusement, le porte-outil 9 comporte une fenêtre d'extraction 9f aménagée de manière qu'en position basse de post forgeage, la fenêtre d'extraction 9f soit tournée pour permettre une extraction du semi-produit 3 extrudé (Figure 4). En d'autres termes, cette fenêtre d'extraction 9f est aménagée de manière à permettre la mise en place du semi-produit 3 sur le support du poinçon ou le retrait du semi-produit 3 extrudé de ce support. Cette fenêtre d'extraction 9f est adaptée pour autoriser la robotisation de ces opérations à savoir en particulier la mise en place du semi-produit 3 sur le support du poinçon et le retrait du semi-produit 3 extrudé de ce support.
  • Le porte-outil 9 est adapté également pour positionner l'outillage d'extrusion 10 de manière qu'au cours de son déplacement vertical, l'outillage d'extrusion 10 puisse forger la denture d'engrenage 3d sur la face de révolution extérieure du semi-produit 3. A cet effet, l'outillage d'extrusion 10 se présente sous la forme d'au moins une bague 10a destinée à entourer et coopérer avec la face de révolution extérieure du semi-produit 3. Tel que cela ressort de la Figure 8, l'outillage d'extrusion 10 comporte plusieurs bagues 10a superposées alors que dans l'exemple illustré à la Figure 9, l'outillage d'extrusion 10 comporte une seule bague 10a. Chaque bague 10a est pourvue à partir de son alésage central, de dents d'extrusion 10b aménagées pour réaliser la denture d'engrenage 3d du semi-produit 3. Les dents d'extrusion 10b de l'outillage d'extrusion 10 présente un taux de formage augmentant de manière progressive selon le sens de déplacement vertical du porte-outil 9. Il est rappelé que le taux de formage correspond au taux de pénétration de l'outillage d'extrusion 10 dans le semi-produit 3.
  • Dans l'exemple illustré à la Figure 8, le taux de formage varie de manière incrémentale entre chaque bague 10a de façon à maîtriser le flux de matière et garantir la géométrie finale. Il doit être compris que le taux de formage de la bague qui forge en premier le semi-produit 3 est plus faible que le taux de formage de la bague qui forge ensuite le semi-produit 3. Le taux de formage de la bague située à l'extrémité inférieure de l'outillage d'extrusion 10 est plus faible que le taux de formage de la bague située au-dessus et ainsi de suite. Dans l'exemple illustré à la Figure 9, l'outillage d'extrusion 10 est réalisé par une bague monobloc assurant une mise en forme progressive. Le taux de formage de cette bague varie de manière continue en augmentant de la partie qui commence le forgeage jusqu'à la partie terminant le forgeage. En d'autres termes, le taux de formage de l'outillage d'extrusion 10 augmente à partir de la face inférieure de l'outillage d'extrusion 10. Par exemple, ce taux de formage varie de manière continue et de façon non linéaire.
  • Il doit être compris que le porte-outil 9 est soumis au déplacement vertical du système d'application 2b de la force de compression de la machine de forgeage à chaud ou à mi-chaud 2. A cet effet, la force de compression du système d'application 2b de la machine de forgeage à chaud ou à mi-chaud 2 est appliquée au porte-outil 9 de toute manière appropriée. Dans l'exemple illustré, le porte-outil 9 comporte un ensemble d'appui tel qu'une platine 9b sur laquelle agit le système d'application 2b de la force de compression.
  • Dans l'exemple illustré, le porte-outil 9 se déplace selon l'axe vertical par l'intermédiaire d'une platine 9b poussée vers le bas par le système d'application 2b de la force verticale. Le coulisseau 2b de la presse arrivée en position basse remonte sans interruption de cycle à sa position haute.
  • Après le déplacement vertical du système d'application 2b de la force de compression de la machine de forgeage à chaud ou à mi-chaud 2, le porte-outil 9 occupe la position basse de post forgeage pour laquelle l'outillage d'extrusion 10 entoure le poinçon 4. Après enlèvement du semi-produit 3 extrudé, un système annexe 11 par exemple de type hydraulique ramène le porte-outil 9 de sa position basse de post forgeage à la position haute d'attente et début d'un nouveau cycle. Dans cette position haute d'attente de forgeage, l'outillage d'extrusion 10 entoure le contre poinçon 5 en étant situé au-dessus du support 4a pour le semi-produit 3.
  • Selon un premier mode de réalisation illustré à la Figure 6, le porte-outil 9 possède uniquement un déplacement vertical permettant de forger une denture d'engrenage droite 3d sur la face de révolution extérieure du semi-produit 3, comme illustré à la Figure 7B. Selon un deuxième mode de réalisation illustré aux Figures 1 à 4, le porte-outil 9 possède un mouvement vertical selon l'axe vertical Z combiné à un mouvement de rotation autour de l'axe vertical Z permettant de forger une denture d'engrenage hélicoïdale 3d sur la face extérieure du semi-produit 3, comme illustré aux Figures 5B, 10b, 11B. Bien entendu, les dentures d'engrenages droites et hélicoïdales peuvent être réalisées sur n'importe quel semi-produit 3 dont diverses géométries de la partie centrale sont données à titre d'exemple sur les Figures.
  • Selon le deuxième mode de réalisation adapté pour forger une denture d'engrenage hélicoïdale (Figures 1 à 4), le porte-outil 9 fait partie d'un équipage mobile d'extrusion 12 comportant un mécanisme de transformation 13 du mouvement vertical de descente du système d'application 2b d'une force verticale de compression, en un mouvement de rotation autour de l'axe vertical Z qui est fonction de l'inclinaison de la denture d'engrenage hélicoïdale 3d du semi-produit 3. Ainsi, le forgeage de la denture d'engrenage hélicoïdale 3d du semi-produit 3 est réalisé lors du mouvement vertical de descente du système d'application 2d d'une force verticale de compression entre la position haute d'attente de forgeage et la position basse de post forgeage.
  • Selon l'exemple avantageux de réalisation illustré sur les Figures 1 à 4, l'équipage mobile d'extrusion 12 comporte en tant que mécanisme de transformation 13, une couronne dentée 13a montée solidaire du porte-outil 9. Cette couronne dentée 13a est guidée en rotation selon l'axe vertical Z par rapport à l'ensemble d'appui 9b aménagé pour recevoir la force verticale de compression du système 2b de la machine de forgeage. Typiquement, une butée à rouleaux cylindriques 13c est montée entre l'ensemble d'appui 9b et le porte-outil 9 pour reprendre la charge axiale en complément du guidage en rotation par rapport à l'ensemble d'appui 9b, le porte-outil 9 étant entraîné en rotation par la couronne dentée 13a.
  • La couronne dentée 13a coopère de façon diamétralement opposée avec des crémaillères 13d. Les deux crémaillères 13d sont disposées de manière symétriquement opposée par rapport à l'axe vertical de symétrie de la couronne dentée 13a, en étant orientées perpendiculairement à l'axe vertical Z. Ces crémaillères 13d sont déplacées en translation horizontale selon des sens opposés à l'aide d'actionneurs 13e de tous types connus en soi. Par exemple, les actionneurs 13e sont des vérins hydrauliques déplaçant en synchronisme les crémaillères 13d selon des translations de sens contraires. Le fonctionnement des actionneurs 13e est assuré par un dispositif de commande 13f qui assure que le mouvement de translation horizontale des crémaillères 13d soit synchronisé au mouvement vertical de descente de l'équipage mobile d'extrusion 12. Le dispositif de commande 13f assure que la rotation du porte-outil 9 soit asservie par une loi hélicoïdale, au mouvement de descente verticale du système d'application d'une force verticale de compression 2b de la machine de forgeage à chaud ou à mi-chaud 2. Le dispositif de commande 13f peut être réalisé de toute manière appropriée. Par exemple, le dispositif de commande 13f comporte un système d'asservissement d'actionneurs dont les déplacements sont mesurés par des capteurs.
  • Dans l'exemple de réalisation illustré sur les Figures, l'équipage mobile d'extrusion 12 comporte en tant que mécanisme de transformation de mouvement 13, une couronne dentée 13a coopérant avec des crémaillères déplacées hydrauliquement selon des sens opposés. Bien entendu, le mécanisme de transformation de mouvement 13 peut être réalisé de toute autre manière appropriée, comme par exemple, par un servomoteur à vis à rouleau asservi numériquement à la position selon l'axe vertical Z de la platine 9b.
  • La fabrication des sens d'inclinaison de denture d'engrenage hélicoïdale à droite ou à gauche implique l'inversion du sens de rotation du porte outil obtenue en réalisant le déplacement dans le sens opposé des actionneurs 13e des crémaillères 13d.
  • La mise en oeuvre de l'équipement 1 décrit ci-dessus découle directement de la description qui précède. Comme expliqué, l'équipement 1 est mis en oeuvre en combinaison avec une machine de forgeage à chaud ou à mi-chaud 2. L'embase du poinçon 4 est montée fixement sur la base 2a de la machine de forgeage à chaud ou à mi-chaud 2 et l'ensemble d'appui 9b du porte-outil 9 est monté pour subir l'application de la force verticale de compression du système 2b de la machine de forgeage à chaud ou à mi-chaud 2.
  • Pour la mise en oeuvre de la phase d'extrusion, le procédé consiste à placer l'ensemble d'appui 9b en position haute d'attente de forgeage et le contre poinçon 5 est positionné pour occuper une position supérieure écartée par rapport au poinçon 4 (Figure 2). Un semi-produit 3, préalablement pré-forgé sur presse verticale, est mis en place, dans la chaude de forge ou après un réchauffage destiné à homogénéiser sa température, sur le support 4a du poinçon 4 pour forger une denture d'engrenage 3d sur sa face de révolution extérieure 3e.
  • Le vérin hydraulique 6 est commandé pour abaisser verticalement le contre poinçon 5 en position inférieure afin d'immobiliser le semi-produit 3 entre le poinçon 4 et le contre poinçon 5. Dans cette position de blocage, la partie périphérique 3p du semi-produit 3 se trouve dégagée par rapport au poinçon 4 et au contre poinçon 5 pour permettre l'extrusion de la denture d'engrenage 3d sur la face de révolution extérieure de cette partie périphérique 3p, par l'outillage d'extrusion 10. Dans cette position illustrée à la Figure 3, l'outillage d'extrusion 10 entoure le contre poinçon 5 en étant situé au-dessus du semi-produit 3.
  • Le système d'application 2b d'une force de compression de la machine de forgeage à chaud ou à mi-chaud 2 est commandé pour appliquer sur le porte outil 9, une force verticale de compression, mobile selon un mouvement vertical de descente. Le porte outil 9 est ainsi déplacé verticalement de sorte que l'outillage d'extrusion 10 traverse extérieurement le semi-produit 3 pour réaliser la denture d'engrenage exclusivement par extrusion.
  • Il est à noter que dans le cas où une denture d'engrenage droite est extrudée sur le semi-produit 3 alors le porte-outil 9 est déplacé uniquement verticalement (Figures 6 et 7). Pour forger une denture d'engrenage hélicoïdale sur le semi-produit 3 (Figures 1 à 5), le porte-outil 9 est entraîné en rotation par rapport à l'ensemble d'appui 9b sur lequel est appliquée la force de compression du système d'application. Cette rotation réalisée par le mécanisme de transformation 13 est synchronisée au mouvement vertical de descente du porte-outil 9, en fonction de l'inclinaison de la denture d'engrenage hélicoïdale du semi-produit 3.
  • Au terme de l'extrusion, le porte-outil 9 est maintenu dans une position basse de post forgeage pour laquelle l'outillage d'extrusion 10 est situé entièrement au-dessous du support 4a et autour du poinçon 4. Le porte-outil 9 est maintenu dans la position basse de post forgeage pour permettre de récupérer le semi-produit 3 extrudé. A cet effet, le vérin hydraulique 6 du contre poinçon 5 est piloté pour permettre le dégagement du contre poinçon 5 par rapport au poinçon 4 (Figure 4).
  • Le semi-produit 3 extrudé est retiré du support du poinçon 4 à travers la fenêtre d'extraction 9f permettant ensuite la remontée, à l'aide du système annexe 11, du porte-outil 9 et de l'outillage d'extrusion 10, à sa position haute d'attente de forgeage pour permettre l'extrusion d'un autre semi-produit. Le semi-produit extrudé est ainsi récupéré à travers la fenêtre d'extraction 9f, avant la remontée du porte-outil 9 à sa position haute d'attente de forgeage. Il est à noter que dans le cas où une denture d'engrenage droite est extrudée sur le semi-produit 3 alors le semi-produit 3 extrudé peut être retiré du support du poinçon 4 après la remontée du porte-outil 9 et de l'outillage d'extrusion 10, à sa position haute d'attente de forgeage.
  • Il ressort de la description qu'une machine de forgeage à chaud ou à mi-chaud 2 classique telle qu'une presse à forger pourvue d'un équipement 1 conforme à l'invention fournit la force motrice nécessaire pour former la denture d'engrenage d'un semi-produit 3. La mise en forme de la denture d'engrenage est obtenue par extrusion droite ou hélicoïdale à mi-chaud ou à chaud tel que décrit ci-dessus. En réalisant la denture d'engrenage par une opération de déformation plastique et non par un procédé de coupe, le fibrage issu du forgeage contribue à améliorer sa résistance mécanique au niveau du pied de la denture d'engrenage. Le choix de la matière du semi-produit 3 peut s'affranchir des contraintes liées aux procédés antérieurs mettant en oeuvre un usinage associé à des traitements thermiques complexes. L'utilisation d'acier fortement allié pour le semi-produit 3, permet de réaliser le durcissement des dents sans qu'il soit nécessaire de procéder au préalable à un traitement de modification des propriétés physico-chimiques superficielles du matériau par enrichissement du taux de carbone. Des matériaux à plus haut taux de carbone peuvent être utilisés permettant d'obtenir des gradients de duretés spécifiés au cahier des charges.
  • De façon complémentaire, le semi-produit 3 extrudé peut être soumis à une opération de trempe superficielle. La trempe superficielle par induction, adaptée à la forte trempabilité du matériau est un procédé aisé à industrialiser, économique et respectueux de l'environnement. L'objet de l'invention permet d'obtenir un semi-produit 3 extrudé complexe pourvu d'une denture d'engrenage de géométrie précise et apte à sa finition par rectification en fonction du niveau de précision recherché.
  • Par ailleurs, il est à noter que tout au long de l'opération de forgeage, le semi-produit 3 est immobilisé et fixe. L'outillage d'extrusion 10 traverse en totalité et sans interruption le semi-produit 3, limitant le temps de contact au minimum entre le semi-produit 3 et l'outillage d'extrusion. Il s'ensuit une réduction de la fatigue thermique de l'outillage d'extrusion, favorisant sa durée de vie.
  • Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, il est à noter que tout au long de l'opération de forgeage, le poinçon 4 et le contre poinçon 5 évitent l'expansion de matière selon l'axe vertical mais également par la ou les parties d'anti-déformation, l'expansion radiale de la matière, contribuant au remplissage matière de la denture d'engrenage. Le poinçon 4 et le contre poinçon 5 offrent l'avantage de pouvoir réaliser des dentures d'engrenages sur un semi-produit 3 avec une partie centrale pouvant présenter une géométrie complexe.

Claims (15)

  1. Equipement pour une machine de forgeage à chaud ou à mi-chaud (2) comportant un système d'application (2b) d'une force verticale de compression, mobile selon un mouvement vertical de descente et selon un mouvement vertical de montée entre une position haute d'attente de forgeage et une position basse de post forgeage, l'équipement (1) étant destiné à forger une denture (3d) d'engrenage sur une face de révolution extérieure d'une partie périphérique d'un semi-produit (3) présentant une partie centrale supérieure s'étendant à l'opposé d'une partie centrale inférieure, l'équipement comportant :
    - un poinçon (4) inférieur fixe aménagé pour délimiter un support (4a) pour la partie centrale inférieure du semi-produit à forger ;
    - un contre poinçon (5) supérieur aménagé pour présenter une partie de serrage pour la partie centrale supérieure du semi-produit, ce contre poinçon (5) étant monté mobile verticalement pour occuper une position inférieure pour laquelle le poinçon et le contre poinçon immobilisent le semi-produit avec sa partie périphérique s'étendant en saillie par rapport au poinçon (4) et au contre poinçon (5) et une position supérieure pour laquelle le contre poinçon est dégagé par rapport au semi-produit pour permettre la mise en place du semi-produit et l'extraction par rapport au poinçon, du semi-produit extrudé ;
    - un porte-outil (9) traversé par le contre poinçon (5) et supportant un outillage d'extrusion (10) se présentant sous la forme d'au moins une bague pourvue à partir de son alésage, de dents d'extrusion (10b) aménagées avec un taux de formage variant de manière progressive pour réaliser la denture d'engrenage sur le semi-produit, le porte-outil (9) étant aménagé pour recevoir la force verticale de compression du système d'application (2b) de la machine de forgeage de manière à être déplacé au moins verticalement pour extruder la denture d'engrenage (3d) du semi-produit lors du mouvement vertical de descente du système d'application (2b) de la force verticale de compression entre la position haute d'attente de forgeage pour laquelle l'outillage d'extrusion est situé au-dessus du support (4a) et la position basse de post forgeage caractérisé en ce que, dans ladite position basse de post forgeage, l'outillage d'extrusion (10) est situé entièrement au-dessous du support (4a) et autour du poinçon (4).
  2. Equipement selon la revendication précédente, selon lequel le porte-outil (9) fait partie d'un équipage mobile d'extrusion (12) destiné à forger une denture d'engrenage hélicoïdale, cet équipage mobile d'extrusion (12) comportant un mécanisme de transformation (13) du mouvement vertical de descente du système d'application (2b) d'une force verticale de compression entre la position haute d'attente de forgeage et la position basse de post forgeage, en un mouvement de rotation qui est fonction de l'inclinaison de la denture d'engrenage hélicoïdale du semi-produit.
  3. Equipement selon la revendication 2, selon laquelle l'équipage mobile d'extrusion (12) comporte en tant que mécanisme de transformation (13) :
    * une couronne dentée (13a) montée solidaire du porte-outil (9) et guidée en rotation selon un axe vertical par rapport à un ensemble d'appui (9b) aménagé pour recevoir la force verticale de compression du système d'application (2b) de la machine de forgeage, cette couronne dentée (13a) coopérant de façon diamétralement opposée avec des crémaillères (13d) ;
    * des actionneurs (13e) pour déplacer les crémaillères (13d) en translation horizontale selon des sens opposés ;
    * un dispositif de commande (13f) des actionneurs (13e) de manière que le mouvement de translation horizontale des crémaillères (13d) soit synchronisé au mouvement vertical de descente de l'équipage mobile d'extrusion.
  4. Equipement selon l'une des revendications précédentes, selon lequel l'outillage d'extrusion (10) se présente sous la forme d'une bague (10a) dont les dents d'extrusion définissent un taux de formage variant de manière continue et de façon non linéaire.
  5. Equipement selon l'une des revendications 1 à 3, selon lequel l'outillage d'extrusion (10) comporte plusieurs bagues (10a) solidaires définissant un taux de formage variant de manière incrémentale d'une bague à l'autre.
  6. Equipement selon l'une des revendications précédentes, selon lequel le porte-outil (9) comporte une fenêtre d'extraction (9f) aménagée de manière qu'en position basse de post forgeage, la fenêtre d'extraction soit tournée pour permettre une mise en place du semi-produit et une extraction du semi-produit extrudé.
  7. Equipement selon l'une des revendications précédentes, selon lequel le support du poinçon (4) et la partie de serrage du contre poinçon (5) comportent des parties d'anti-déformation (4b, 5b, 5c) présentant des géométries complémentaires respectivement avec la partie centrale inférieure et la partie centrale supérieure du demi-produit pour coopérer avec la totalité de la partie centrale présentée par le semi-produit (3).
  8. Equipement selon la revendication 7, selon lequel le poinçon (4) et le contre poinçon (5) comportent des parties d'antidéformation coopérant avec la totalité de la partie centrale du semi-produit comportant une couronne seule ou associée avec un flasque et/ou un moyeu et/ou des formes additionnelles.
  9. Equipement selon l'une des revendications 3 à 8, selon lequel le dispositif de commande (13f) comporte un système d'asservissement d'actionneurs dont les déplacements sont mesurés par des capteurs.
  10. Procédé de forgeage de la denture d'engrenage d'un semi-produit à l'aide d'une machine de forgeage à chaud ou à mi-chaud comportant un système d'application (2b) d'une force verticale de compression sur un porte-outil comportant un outillage d'extrusion (10) se présentant sous la forme d'au moins une bague (10a) pourvue à partir de son alésage, de dents d'extrusion (10b) aménagées pour réaliser la denture d'engrenage sur la face de révolution extérieure du semi-produit, le procédé consistant dans une phase d'extrusion à :
    - placer le porte-outil (9) en position haute d'attente de forgeage ;
    - placer le semi-produit par sa partie centrale inférieure, sur le support d'un poinçon (4) fixe inférieur ;
    - abaisser verticalement un contre poinçon (5) en position inférieure afin d'immobiliser le semi-produit par sa partie centrale inférieure et sa partie centrale supérieure, entre le poinçon et le contre poinçon ;
    - activer la descente verticale du système d'application (2b) d'une force de compression pour déplacer le porte-outil (9) afin que l'outillage d'extrusion (10) traverse extérieurement le semi-produit pour réaliser la denture d'engrenage exclusivement par extrusion ;
    et caractérisé par
    - maintenir le porte-outil (9) dans une position basse de post forgeage, dans laquelle l'outillage d'extrusion (10) est situé entièrement au-dessous du support (4a) et autour du poinçon (4) pour, après la remontée du contre poinçon (5) à sa position supérieure permettant de libérer le semi-produit extrudé, récupérer le semi-produit extrudé ;
    - remonter le porte-outil (9) à sa position haute d'attente de forgeage.
  11. Procédé de fabrication selon la revendication 10 selon lequel le semi-produit extrudé est récupéré à travers une fenêtre d'extraction (9f) aménagée dans le porte-outil (9), avant la remontée du porte-outil (9) à sa position haute d'attente de forgeage.
  12. Procédé de fabrication selon la revendication 10 ou 11, consistant pour forger une denture d'engrenage hélicoïdale, à assurer la rotation du porte-outil (9) par rapport à un ensemble d'appui (9b) sur lequel est appliquée la force de compression du système d'application, cette rotation étant synchronisée au mouvement vertical de descente du porte-outil (9), en fonction de l'inclinaison de la denture d'engrenage hélicoïdale du semi-produit.
  13. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 10 à 12, selon lequel l'extrusion de la denture d'engrenage est réalisée avec une progression du taux de formage variant de façon incrémentale ou continue.
  14. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 10 à 13, selon lequel après la phase d'extrusion, le semi-produit extrudé est soumis à une opération de trempe superficielle.
  15. Machine de forgeage à chaud ou à mi-chaud comportant un équipement conforme à l'une des revendications 1 à 9.
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