EP4327162A1 - Method for manufacturing a pivot staff of the timepiece type - Google Patents

Method for manufacturing a pivot staff of the timepiece type

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Publication number
EP4327162A1
EP4327162A1 EP22723119.8A EP22723119A EP4327162A1 EP 4327162 A1 EP4327162 A1 EP 4327162A1 EP 22723119 A EP22723119 A EP 22723119A EP 4327162 A1 EP4327162 A1 EP 4327162A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
equal
blank
pivot
machining
preferably less
Prior art date
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Pending
Application number
EP22723119.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Philippe Jacot
Ivan Calderon
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Acrotec R&d Sa
Original Assignee
Acrotec R&d Sa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Acrotec R&d Sa filed Critical Acrotec R&d Sa
Publication of EP4327162A1 publication Critical patent/EP4327162A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B17/00—Mechanisms for stabilising frequency
    • G04B17/04—Oscillators acting by spring tension
    • G04B17/06—Oscillators with hairsprings, e.g. balance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B23K26/0624—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses using ultrashort pulses, i.e. pulses of 1ns or less
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • G04B1/00—Driving mechanisms
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    • G04B1/16—Barrels; Arbors; Barrel axles
    • G—PHYSICS
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    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
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    • G04B13/02—Wheels; Pinions; Spindles; Pivots
    • G—PHYSICS
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    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B15/00—Escapements
    • G04B15/14—Component parts or constructional details, e.g. construction of the lever or the escape wheel

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a pivot pin suitable for use in a watch movement, said finished pin comprising functional portions having a surface of revolution of roughness Ra less than or equal to 500 nm, preferably less than or equal at 100 nm and more preferably less than or equal to 50 nm, said functional portions comprising at least one pivot at at least one end of the axis.
  • the present invention also relates to a horological pivot axis obtained by the implementation of such a method.
  • the present invention also relates to a timepiece movement and a timepiece comprising such a timepiece pivot axis.
  • the axes of watch movements are important components of the movement of a watch.
  • the balance staff is an essential component of the watchmaking regulating organ. It comprises at each end a functional part constituted by a shank extending by a pivot.
  • the rods and pivots of the axle constituting zones of lesser mechanical resistance are provided to take up the forces involved. against their respective bearing due to their small dimensions, in particular their small diameter.
  • the pivot axis must therefore:
  • Watch axes are traditionally turned to define different active surfaces (bearing, shoulder, pivots, etc.) from bars in 20AP or Finemac steel, then hardened. Stress relieving ensures the release of internal stresses and prevents these axes from breaking like glass during impact.
  • the pins are then rolled to obtain the required surface condition and surface hardness. The hardness typically reaches at least 700 HV after heat treatment and rolling. However, annealing degrades the yield strength of the pin material.
  • pins in 20AP steel or Finemac there are alternatives to these pins in 20AP steel or Finemac, with pins in austenitic steel or austenitic alloys based on cobalt or nickel hardened by implantation of carbon or nitrogen ions. They are also rolled to improve their properties. Shafts have been made of austenitic stainless steel type 316L, in order to minimize field sensitivity magnetic, but the resistances obtained, as well as the hardnesses, are below the characteristics required to ensure resistance to wear.
  • Patent application EP2757423 discloses a solution for hardening an austenitic steel or an austenitic cobalt alloy or an austenitic nickel alloy by means of a thermochemical treatment, aimed at integrating into the interstitial sites of the crystal lattice of the alloy of carbon or nitrogen atoms intended to reinforce the material before rolling the pivot, while limiting the risks of corrosion of the axis.
  • the hardnesses thus reached are close to 1000 HV, which theoretically positions this type of part at a better level than 20AP steel parts.
  • Such axes also require rolling at the level of the pivots to reach the final dimension, in particular in order to obtain a surface finish that makes it possible to obtain adequate performance in terms of chronometry.
  • Such a solution requires at least two processing steps for the shaft: a surface hardening step followed by a second rolling step.
  • laser polishing involves the use of continuous laser or laser with pulse durations up to 100 ns. The laser attacks the part in a way normal to the surface to be treated, and melts part of said surface, the smoothing being done thanks to the interfacial tension, without removing material.
  • the disadvantage is that laser polishing is characterized by a distribution of the roughness Ra linked to the formation of undulations giving a “mirage” effect.
  • An alternative described in patent application EP2757424 and making it possible to avoid rolling is to constitute all or part of the axle, but in any case the pivot(s), in metal material hardened by hard ceramic particles (composite metal matrix or MMC). It is a material partially composed of particles with a hardness greater than or equal to 1000 HV, with a size between 0.1 and 5 microns.
  • the example materials have 92% of the tungsten carbide (WC) particles embedded in a nickel matrix, which are mixed before being injected into a mold in the shape of the axis. After injection, the blank thus obtained is sintered and the axle is polished, in particular at the level of the pivots, using a diamond paste.
  • a metal matrix composite axle with 92% WC and 8% nickel has a toughness of 8 MPa.m1/2 and a hardness greater than 1300 HV.
  • the use of composites comprising particles which risk detaching from them entails a risk .
  • watch spindles are manufactured by bar turning operations followed by finishing operations (in particular: heat treatments, surface treatments, tribofinishing and rolling).
  • Patent application EP 3 663 865 describes a process which uses the loading of bars of metal to be machined (for example Inconel), similar to the bar loading for bar turning, laser turning along the full length of the bar, and a tribological finishing step, such as tribofinishing.
  • patent application CH 716 071 or EP 3 722 887 describes a femtosecond laser machining process combined with a turning phase over the entire length of the axis and a finishing step by tribofinishing for the production of watch axes and pivots, in particular in ceramic materials.
  • the present invention aims to remedy these drawbacks by proposing a method of manufacturing such a pivot pin, allowing extremely simple and economical production, making it possible to increase productivity, while making it possible to obtain a pivot pin having all the mechanical properties required for a watchmaker type pivot pin, particularly in terms of toughness, hardness and roughness.
  • Another object of the invention is to propose a pivot pin of the pivot pin type improved compared to the watchmakers' pins known from the prior art, having all the mechanical properties required for a pivot pin of the watchmaker's type, in particular in terms of elastic limit, tenacity, hardness, and comprising at its ends pivots having an improved polished surface condition compared to known pivots, in order to optimize the quality factor and the isochronism of the timepiece that it crew.
  • the invention relates to a method of manufacturing a pivot pin arranged to be able to be used as a horological pivot pin, said finished axis comprising functional portions having a surface of revolution with a roughness Ra less than or equal to 500 nm, preferably less than or equal to 100 nm and more preferably less than or equal to 50 nm, said functional portions comprising at least one pivot at least one end of the axle.
  • said method comprises: a) a step of producing a pin blank by a manufacturing method not using precision machining without force, said pin blank corresponding to the functional configuration of the pivot axis finished with the exception of the parts intended to constitute the functional portions; and b) a last step consisting of precision machining without force at least of the parts intended to constitute said functional portions in order to obtain said finished pivot axis whose functional portions have said roughness Ra less than or equal to 500 nm, preferably less than or equal to 100 nm, and more preferably less than or equal to 50 nm.
  • the method according to the invention makes it possible to significantly reduce the production time and to reduce the number of operations necessary for the manufacture of a horological pivot axis, while obtaining an axis which has the mechanical properties compatible with the requirements required in the watchmaking field, particularly in terms of hardness and roughness, in comparison with watchmaking pivot pins traditionally made from different metal alloys.
  • the method according to the invention makes it possible to avoid rolling operations or other finishing operations.
  • the process also makes it possible to optimize the effective passage time and the number of operations in the operating range.
  • the supply chain is greatly improved and optimized by the combination of the sequence of operations proposed by the method.
  • the present invention also relates to a horological pivot pin obtained by the method as defined above, comprising at least one pivot at at least one of its ends, at least said pivot having a surface hardness greater than or equal to 700 HV, and preferably greater than or equal to 800 HV, and a roughness Ra less than or equal to 9 nm, and more preferably between 5 nm and 9 nm, limits included.
  • the pivot axis for a watch movement according to the invention is ultra-precise, and has a very high hardness, as well as an extremely low roughness, making it possible to greatly optimize the quality factor and the isochronism of the timepiece in which it is used.
  • the present invention also relates to a timepiece movement and a timepiece comprising a timepiece pivot axis as defined above.
  • FIG. 1 is a schematic view of a pivot of a pivot axis according to the invention.
  • FIG. 2 is a schematic representation of the steps of a method according to the invention.
  • the present invention relates to a watchmaking pivot axis 1 comprising at each of its ends at least one pivot 2, in the extension of a shank 4.
  • said pivots have a surface of revolution, and are each intended to pivot in a bearing, typically in an orifice of a stone or ruby.
  • the horological pivot axis 1 has a diameter less than or equal to 2 mm and the pivot 2 has an outside diameter less than or equal to 200 ⁇ m, preferably less than or equal to 100 miti, preferably less than or equal to 90 ⁇ m, and more preferably less than or equal to 70 ⁇ m, when the pivot axis 1 is in the finished state, ready to be used.
  • the pivot 2 is of the conical type for example.
  • the horological pivot pin 1 is a balance pin, comprising a plurality of sections of different diameters, conventionally defining bearing surfaces and shoulders, such as plate 6 and section 8 for receiving the balance (not shown ), arranged along a rod 10 between the two end portions defining the two pivots 2.
  • horological pivot axes can be envisaged, such as, for example, horological mobile axes, typically pinions exhaust, barrel arbors or anchor rods.
  • the pivot axis may include functional elements related to its use.
  • the axle may include a toothing, a thread or a hook for fixing the spring in the case of a barrel arbor.
  • Parts of this type have, at the level of the body, diameters that are preferably less than 2 mm, and pivots with a diameter that is preferably less than 0.2 mm as described above, with an accuracy of a few microns.
  • At least the pivots 2 constitute functional portions, ensuring a guiding function to ensure the pivoting of the axis 1 in its bearings.
  • the functional portions treated according to the invention can comprise other sections of the pivot axis 1, such as the rods 4, the plate 6 and the section 8 to receive the balance.
  • the functional portions are defined as being the portions of the pivot axis for which in particular a certain value of roughness Ra is necessary to ensure the function of said portion, for example the guiding for the pivots or the driving for plate 6 and section 8.
  • At least the functional portions comprising the pivots 2, and preferably the entire horological pivot axis 1, are made of materials chosen so that the horological pivot axis 1 obtained has all the satisfactory performance characteristics specific to horological pivot axes for which one seeks, on the surface, a hardness greater than 700 HV in order to resist wear, a low coefficient of friction to limit lubrication ( ⁇ 0.2, preferably ⁇ 0.1), a state smooth (Ra ⁇ 0.5 miti) for friction and isochronism, and for which a core with high rigidity, toughness and breaking strength Rm (high elastic limit) is sought.
  • the functional portions comprising the pivots 2, and preferably the entire horological pivot axis 1, present(s), in the finished state, ready for use, a surface hardness greater than or equal to 700 HV, and preferably greater than or equal to 800 HV.
  • Vickers hardness test methods are defined in the following standards ASTM C1327 and ISO 6507.
  • the functional portions comprising the pivots 2 have, in the finished state, ready for use, a roughness Ra less than or equal to 500 nm, uniform at ⁇ 20%, preferably less than or equal to 100 nm, preferably less than or equal to 50 nm, preferably less than or equal to 30 nm, preferably less than or equal to 25 nm, preferably less than or equal to 20 nm, preferably less than or equal to 15 nm, and more preferably less than or equal to 12 nm.
  • the functional portions comprising the pivots 2 according to the invention may have, in the finished state, ready for use, a uniform roughness Ra less than or equal to 9 nm, and more preferably between 5 nm and 9 nm , terminals included, in particular when they are made of metallic material.
  • the roughness Ra is defined according to the ISO 4287 standard.
  • the other parts of the pivot axis 1, different from the functional portions, may have a roughness greater than or equal to that of the functional portions, for example a roughness Ra of the order of 50 nm to 200 nm.
  • At least the pivot 2, and preferably the entire horological pivot pin 1 is made of a metallic material, of metallic glass, also called an amorphous metallic alloy, or based on silicon carbide.
  • a hardenable steel such as a 20AP or Finemac steel.
  • the invention also relates to the method of manufacturing a horological pivot pin 1 as described above.
  • the method according to the invention advantageously comprises the following steps: a) a step of producing a pin blank by a manufacturing method not using precision machining without force, said pin blank corresponding to the functional configuration of the finished pivot pin 1, that is to say that the pin blank obtained according to step a), with the exception of the parts intended to constitute the functional portions, has all the characteristics allowing it to perform its function and required for its use as a pivot pin, in particular in terms of hardness, roughness, dimensions and geometry, and therefore no longer requires any other subsequent processing step to modify its configuration functional, with the exception of the parts intended to constitute the functional portions; and b) a last step consisting of precision machining without force at least of the parts intended to constitute said functional portions in order to obtain said fully finished pivot axis, said functional portions comprising the pivots 2 obtained according to step b) having maintaining their final functional configuration, so that the axle assembly has all the characteristics required for its use as a pivot axle, in
  • the functional portions comprising the pivots 2, finished have a roughness Ra less than or equal to 500 nm, uniform at ⁇ 20%, preferably less than or equal to 100 nm, preferably less than or equal to 50 nm, preferably less than or equal to equal to 25 nm, preferably less than or equal to 20 nm, preferably less than or equal to 15 nm, and preferably less than or equal to 12 nm, and more preferably strictly less than 10 nm, and more preferably less than or equal to 9 nm, and more preferably between 5 nm and 9 nm, limits included.
  • the axle blank is made according to step a) so that the parts intended to constitute the functional portions comprising the pivots 2 have, at the end of step a), a diameter greater by 2% to 20%, and preferably by 5% to 15%, to the diameter of the finished corresponding functional portions obtained in step b), making it possible to obtain the desired final geometric characteristics of the functional portions during step finishing b).
  • the pin blank produced during step a) can be produced, for example, by removing chips using a traditional bar turning or conventional machining process, or any other method of removing material other than machining of precision without force, such as femto laser turning, electrochemical turning (ECM), or spark erosion turning (eg wire EDM).
  • ECM electrochemical turning
  • wire EDM spark erosion turning
  • step a) can be carried out by injection molding.
  • the step of producing the pin blank a) comprises the sub-steps: a1) providing a first blank; a2) machining said first blank by a manufacturing process not using precision machining without force, for example by a traditional bar turning or conventional machining process or any other method of removing material other than machining of precision without force, to obtain said axis blank.
  • Sub-step a2) may include a step of machining said first blank by a manufacturing process not using precision machining without force to form functional elements related to the use of the pivot axis, such as a cutting, a tapping or a spring fixing hook in the case of a barrel arbor.
  • the sub-step a2) can also comprise a step of trovalisation (mechanical-chemical polishing) of the first blank to deburr the first blank, so as to obtain an axle blank having for example a roughness Ra of the order of 200 n.
  • the first drafts are produced with the necessary dimensions to obtain a pivot pin ultimately having the desired geometric characteristics, taking into account all the stages of the process.
  • step b) which consists of precision machining without force at least of the parts intended to constitute the functional portions comprising the pivots 2 of the axis of horological pivot.
  • This last step b) advantageously makes it possible to obtain, in one and the same step, the same results as the conventional combination of the machining step followed by the termination or finishing step. No subsequent finishing operation as such, such as a rework, on another machine to finish the pivot pins is necessary.
  • the pivot pin is obtained without interrupting the process by continuous processing, in one step and on a single machine from the pin blank.
  • the method of the invention makes it possible to use a single machining machine continuously, without requiring the process to be interrupted to use another machine to implement any termination step.
  • machining without force is called unconventional machining according to which there is no mechanical action transmitted by direct contact and force between a tool and the part, unlike conventional machining where there is direct contact. between the tool and the workpiece and in which large cutting forces are involved. Machining without force is therefore machining without direct contact between the part to be machined and a machining tool which would be likely to exert a force or a constraint on said part.
  • the forceless precision machining carried out during step b) is a forceless material removal process by femto laser turning, electrochemical turning (ECM), or electroerosion turning. (e.g. wire EDM).
  • the machining operations of this step are advantageously carried out by femtosecond pulsed laser micromachining with a laser of wavelengths comprised for example between 200 nm and 2000 nm, preferably between 400 nm and 1000 nm, limits included.
  • the parameters of the laser can be for example: average power between 1 W and 100 W, energy per pulse between 20 m ⁇ and 4000 m ⁇ , frequency between 100 kHz and 1000 kHz, pulse duration between 100 fs and 2 ps.
  • the femto laser allows material ablation without heat transfer to the rest of the material and not surface melting which is used during laser polishing in traditional finishing operations.
  • ECM electrochemical machining
  • EDM electrical discharge machining
  • the final step b) makes it possible to achieve surface states with a roughness Ra of less than 500 nm, uniform at ⁇ 20%, and preferably less than or equal to at 100nm.
  • step b) by playing on the last depth of cut, on the rotational speed of the pivot axis and on the oscillation of the laser added to its primary movement with respect to the axis blank, it is possible, to a particularly advantageous way of obtaining, at the end of step b), at least functional portions comprising the finished pivots 2 which have a uniform roughness Ra preferably less than or equal to 50 nm, preferably less than or equal at 25 nm, preferably less than or equal to 20 nm, preferably less than or equal to 15 nm, and preferably less than or equal to 12 nm, and more preferably strictly less than 10 nm, and more preferably less than or equal to 9 nm, and more preferably between 5 nm and 9 nm, limits included.
  • Ra uniform roughness Ra preferably less than or equal to 50 nm, preferably less than or equal at 25 nm, preferably less than or equal to 20 nm, preferably less than or equal to 15 nm, and preferably less than or equal
  • a spot with a diameter of less than or equal to 8 ⁇ m is preferably used, the laser beam attacking the pivot axis in rotation radially.
  • the cone angle of the beam is preferably less than 4° and more preferably less than 2°.
  • the femto laser control system makes it possible to bring the axis draft extremely precisely to 1 or 2 ⁇ m from the final dimension, the last pass of the femto laser being planned to reach at the same time the height and the roughness Ra sought.
  • step b) is advantageously implemented under permanent air or nitrogen blowing in order to evacuate the dust generated by the machining. An aspiration of this same dust is located opposite the blowing.
  • a finishing step in particular a tribological finish, such as rolling or tribofinishing.
  • the method according to the invention does not include, after step b), any termination or finishing step on another machine, in particular any tribological processing step, such as rolling or tribofinishing, since the functional portions comprising the finished pivots, obtained according to step b), already have the required dimensions, hardness and roughness, which are traditionally obtained only after a rolling and/or tribofinishing operation.
  • any tribological processing step such as rolling or tribofinishing
  • the step of producing the pin blank a) advantageously comprises the following sub-steps, described in relation to FIG. 2: a′1) supplying a metal bar 12; a′2) machining the metal bar 12 by a manufacturing process that does not use precision machining without force, for example by a traditional bar-turning process such as chip removal, by conventional machining or any other method of removal of different material from precision machining without force, to obtain a first blank 14; a′3) optionally machining said first blank 14 by a manufacturing process that does not use precision machining without force to form functional elements linked to the use of the pivot axis, such as a cut, a tapping or a spring fixing hook in the case of a barrel arbor; a′4) optionally heat-treating the first blank 14 obtained according to steps a′2) or a′3) so as to obtain the hardness required for the finished pivot pin 1; a'5) optionally trovaliser the first blank 14 obtained according to steps a'2) or a'3) or a'4) to
  • the blank axis 16 obtained according to step a) has its final functional configuration, requiring no further processing to modify its functional configuration.
  • the heat treatment sub-step a'4) comprises quenching followed by a heat treatment intended to relieve the stresses and carried out so as to obtain a pin blank 16 having a surface hardness greater than or equal to 700 HV, and preferably greater than or equal to 800 HV, corresponding to the hardness required for a finished pivot pin, which makes it possible to avoid a subsequent rolling operation to increase the hardness.
  • step b) the parts of the pin blank 16 intended to constitute the functional portions are processed according to step b) described above to obtain the pivot pin 1.
  • the processing of the pin blank 16 only requires a single operation, and therefore a single tightening, to obtain a finished pivot pin.
  • the last step of said method is a machining step which makes it possible to obtain a finished shaft with a certain roughness precision Ra, advantageously performing machining and finishing in a single step, without requiring a subsequent finishing operation as such, like a rework, on another machine to finish the parts.
  • the swivel axis is obtained without interruption of the process by continuous processing, in a single step and on a single processing machine from the blank.
  • the process of the invention does not include any termination step in a finishing phase, which means an interruption of the process after the machining step in order to position the part on another machine and produce an operation other than machining.
  • the method according to the invention makes it possible to obtain a horological pivot axis having all the required mechanical properties, in particular a high elastic limit, a very high hardness, a very low roughness, in a simple and economical manner.
  • the method according to the invention makes it possible to avoid the annealing operation as well as a final rolling and/or tribofinishing operation traditionally used, so that the number of operations necessary for the manufacture of the axle watchmaking pivoting time is reduced, the production time being considerably reduced.
  • the process according to the invention provides, in an advantageous manner, to produce in step a) a blank shaft by standard and conventional processes, well known and mastered by those skilled in the art, different from a precision machining without force such as machining by femto laser, in which the parts intended to constitute the functional portions comprising the pivots are formed but not finished, so that only the said parts intended to constitute the functional portions undergo the step of finishing b) by precision machining without force.
  • a precision machining without force such as machining by femto laser
  • pivot pin described here is configured to suit preferably watchmaking applications, but it is obvious that it can be used in any other application requiring the same pivot pin configuration.

Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing a pivot staff (1) designed to be able to be used as a timepiece pivot staff, the finished pivot staff (1) comprising functional portions having a surface of revolution with a roughness Ra less than or equal to 500 nm, preferably less than or equal to 100 nm and more preferably less than or equal to 50 nm, the functional portions comprising at least one pivot (2) at at least one end of the pivot staff (1). The method comprises: a) a step of producing a staff blank (16) by a manufacturing method that does not involve force-free precision machining, the staff blank (16) corresponding to the functional configuration of the finished pivot staff (1) except for the parts intended to constitute the functional portions; and b) a final step consisting in force-free precision machining of at least the parts intended to constitute the functional portions in order to obtain the finished pivot staff (1).

Description

PROCEDE DE FABRICATION D’UN AXE DE PIVOTEMENT DE TYPE HORLOGER Domaine technique METHOD FOR MANUFACTURING A WATCHMAKER TYPE PIVOT AXIS Technical field
La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un axe de pivotement convenant à une utilisation dans un mouvement horloger, ledit axe fini comprenant des portions fonctionnelles présentant une surface de révolution de rugosité Ra inférieure ou égale à 500 nm, de préférence inférieure ou égale à 100 nm et plus préférentiellement inférieure ou égale à 50 nm, lesdites portions fonctionnelles comprenant au moins un pivot à au moins une extrémité de l’axe. The present invention relates to a method of manufacturing a pivot pin suitable for use in a watch movement, said finished pin comprising functional portions having a surface of revolution of roughness Ra less than or equal to 500 nm, preferably less than or equal at 100 nm and more preferably less than or equal to 50 nm, said functional portions comprising at least one pivot at at least one end of the axis.
La présente invention concerne également un axe de pivotement horloger obtenu par la mise en œuvre d’un tel procédé. The present invention also relates to a horological pivot axis obtained by the implementation of such a method.
La présente invention concerne également un mouvement horloger et une pièce d’horlogerie comprenant un tel axe de pivotement horloger. The present invention also relates to a timepiece movement and a timepiece comprising such a timepiece pivot axis.
Etat de la technique State of the art
Les axes des mouvements horlogers sont des composants importants du mouvement d’une montre. Notamment, l’axe de balancier est un composant essentiel de l’organe réglant horloger. Il comprend à chaque extrémité une partie fonctionnelle constituée par un tigeron se prolongeant par un pivot. Lors de chocs, les tigerons et les pivots de l’axe constituant des zones de moindre résistance mécanique sont prévus pour reprendre les efforts en jeu. Néanmoins, dans certains cas, notamment lors de chocs de forte intensité, les pivots peuvent être matés à l’encontre de leur palier respectif du fait de leurs faibles dimensions, notamment de leur faible diamètre. The axes of watch movements are important components of the movement of a watch. In particular, the balance staff is an essential component of the watchmaking regulating organ. It comprises at each end a functional part constituted by a shank extending by a pivot. During impacts, the rods and pivots of the axle constituting zones of lesser mechanical resistance are provided to take up the forces involved. against their respective bearing due to their small dimensions, in particular their small diameter.
L’axe de pivotement doit donc: The pivot axis must therefore:
» avoir une haute limite élastique pour ne pas se déformer plastiquement lors de chocs importants, » have a high elastic limit so as not to deform plastically during major shocks,
* être tenace pour ne pas se rompre lors des chocs importants, et • être dur, principalement au niveau des pivots, de manière à ne pas s’user ni se marquer lors des chocs courants, et afin d’optimiser le facteur de qualité et l’isochronisme de la pièce d’horlogerie qu’il équipe, l’axe étant constamment en mouvement. * be tenacious so as not to break during major shocks, and • be hard, mainly at the level of the pivots, so as not to wear out or be marked during common shocks, and in order to optimize the quality factor and the isochronism of the timepiece it equips, the axis being constantly in motion.
Les axes horlogers sont traditionnellement décolletés pour définir différentes surfaces actives (portée, épaulement, pivots etc.) à partir de barres dans un acier 20AP ou Finemac, puis trempés. Un recuit de détente permet d’assurer une libération des contraintes internes et évite que ces axes ne se brisent comme du verre lors des chocs. Les pivots sont ensuite roulés pour obtenir l’état de surface et la dureté superficielle requis. La dureté atteint typiquement au moins 700 HV après traitement thermique et roulage. Toutefois, le recuit dégrade la limite élastique du matériau de l’axe. Watch axes are traditionally turned to define different active surfaces (bearing, shoulder, pivots, etc.) from bars in 20AP or Finemac steel, then hardened. Stress relieving ensures the release of internal stresses and prevents these axes from breaking like glass during impact. The pins are then rolled to obtain the required surface condition and surface hardness. The hardness typically reaches at least 700 HV after heat treatment and rolling. However, annealing degrades the yield strength of the pin material.
Les axes en acier 20AP ou réalisés dans d’autres matériaux métalliques, qu’ils aient été durcis ou non, nécessitent cette opération de roulage au niveau des pivots pour en assurer la précision de fabrication, la tenue dans le temps, par rapport à l’usure mais également par rapport aux chocs, par rapport à la résistance à la corrosion ainsi que pour assurer le fonctionnement optimal du mouvement par la maîtrise des paramètres tribologiques. Shafts made of 20AP steel or made of other metallic materials, whether they have been hardened or not, require this rolling operation at the level of the pivots to ensure manufacturing precision, durability, in relation to the wear but also in relation to shocks, in relation to corrosion resistance and to ensure the optimal functioning of the movement by controlling the tribological parameters.
Cette opération, qui consiste en des étapes de polissage et d’écrouissage superficiel de la surface du pivot, est complexe et délicate, et requiert un grand savoir-faire qui est fortement lié à la maîtrise du procédé par l’homme du métier qui l’applique. This operation, which consists of steps of polishing and surface hardening of the surface of the pivot, is complex and delicate, and requires a great deal of know-how which is strongly linked to the mastery of the process by the person skilled in the art who performs it. 'applied.
Ces axes en acier 20AP ou en Finemac sont également ferromagnétiques et peuvent induire des perturbations de la marche si les mouvements dont ils sont équipés sont soumis à des champs magnétiques, par magnétisation résiduelle. These axes in 20AP steel or Finemac are also ferromagnetic and can induce disturbances in rate if the movements with which they are equipped are subjected to magnetic fields, by residual magnetization.
Des alternatives à ces axes en acier 20AP ou en Finemac existent, avec des axes en acier austénitique ou en alliages austénitiques à base de cobalt ou de nickel durcis par implantation d’ions carbone ou azote. Ils sont également roulés pour améliorer leurs propriétés. Des axes ont été réalisés dans un acier inoxydable austénitique de type 316L, dans le but de minimiser la sensibilité aux champs magnétiques, mais les résistances obtenues, de même que les duretés, sont en deçà des caractéristiques requises pour assurer la tenue à l’usure. There are alternatives to these pins in 20AP steel or Finemac, with pins in austenitic steel or austenitic alloys based on cobalt or nickel hardened by implantation of carbon or nitrogen ions. They are also rolled to improve their properties. Shafts have been made of austenitic stainless steel type 316L, in order to minimize field sensitivity magnetic, but the resistances obtained, as well as the hardnesses, are below the characteristics required to ensure resistance to wear.
La solution d’y apposer un revêtement de type DLC (Diamond Like Carbon) a été essayée, mais des effets de délamination important ont été identifiés. De même, un traitement de surface par nitruration ou carburation destiné à former des nitrures ou des carbures de chrome aurait l’effet envisagé en termes de durcissement de la surface, mais entraînerait une perte de tenue en corrosion préjudiciable à la qualité des composants et du produit. La demande de brevet EP2757423 divulgue une solution de durcissement d’un acier austénitique ou d’un alliage de cobalt austénitique ou d’un alliage de nickel austénitique au moyen d’un traitement thermochimique, visant à intégrer dans les sites interstitiels du réseau cristallin de l’alliage des atomes de carbone ou d’azote destinés à renforcer la matière avant de procéder au roulage du pivot, tout en limitant les risques de corrosion de l’axe. Les duretés ainsi atteintes sont proches de 1000 HV, ce qui positionne théoriquement ce type de pièces à un meilleur niveau que les pièces en acier 20AP. The solution of applying a DLC (Diamond Like Carbon) type coating was tried, but significant delamination effects were identified. Similarly, a surface treatment by nitriding or carburizing intended to form chromium nitrides or carbides would have the envisaged effect in terms of surface hardening, but would lead to a loss of corrosion resistance detrimental to the quality of the components and the product. Patent application EP2757423 discloses a solution for hardening an austenitic steel or an austenitic cobalt alloy or an austenitic nickel alloy by means of a thermochemical treatment, aimed at integrating into the interstitial sites of the crystal lattice of the alloy of carbon or nitrogen atoms intended to reinforce the material before rolling the pivot, while limiting the risks of corrosion of the axis. The hardnesses thus reached are close to 1000 HV, which theoretically positions this type of part at a better level than 20AP steel parts.
De tels axes nécessitent toutefois aussi un roulage au niveau des pivots pour atteindre la dimension finale, afin d’obtenir notamment un état de surface permettant d’obtenir des performances adéquates en termes de chronométrie. Une telle solution requiert à minima deux étapes de traitement de l’axe : une étape de durcissement superficielle suivie d’une deuxième étape de roulage. However, such axes also require rolling at the level of the pivots to reach the final dimension, in particular in order to obtain a surface finish that makes it possible to obtain adequate performance in terms of chronometry. Such a solution requires at least two processing steps for the shaft: a surface hardening step followed by a second rolling step.
Une autre solution est proposée dans la demande de brevet CH 716 669 qui décrit un procédé de fabrication d'un axe de balancier en verre métallique comprenant une étape de fabrication d’une ébauche en verre métallique ainsi qu'une étape de terminaison de l’ébauche pour obtenir l'arbre de balancier. L’étape de terminaison peut être précédée par une étape d’usinage. Pour obtenir un axe de balancier, cette étape d’usinage doit être suivie de l'étape de terminaison qui fait référence à des opérations de finition, telles que traitement de surfaces, rectification, roulage, polissage laser ou mécano-chimique, tribofinition ou polissage vrac. Une telle étape de terminaison signifie une interruption du processus après l’étape d’usinage et de déplacer l’axe de balancier afin par exemple de le positionner sur une autre machine pour réaliser l’opération de finition en tant que telle, différente d’un usinage. Cela signifie un temps de production important pour obtenir un axe de balancier terminé. De telles étapes de terminaison présentent également l’inconvénient de se faire au détriment de la qualité géométrique de la pièce (arrondissement des surfaces, pertes de précision, etc.). De plus, le polissage laser implique l’utilisation de laser continu ou de laser avec des durées d’impulsion allant jusqu’à 100 ns. Le laser attaque la pièce de façon normale à la surface à traiter, et met en fusion une partie de ladite surface, le lissage se faisant grâce à la tension interfaciale, sans enlèvement de matière. L’inconvénient est que le polissage laser se caractérise par une distribution de la rugosité Ra liée à la formation d’ondulations donnant un effet « mirage ». Another solution is proposed in patent application CH 716 669 which describes a process for manufacturing a balance shaft in metallic glass comprising a step of manufacturing a blank in metallic glass as well as a step of terminating the blank to obtain the balance shaft. The termination step can be preceded by a machining step. To obtain a balance staff, this machining step must be followed by the finishing step, which refers to finishing operations, such as surface treatment, grinding, rolling, laser or mechanical-chemical polishing, tribofinishing or polishing bulk. Such a termination step means interrupting the process after the machining step and moving the balance shaft in order for example to position it on another machine to carry out the finishing operation as such, different of machining. This means a significant production time to obtain a finished balance shaft. Such termination steps also have the disadvantage of being done to the detriment of the geometric quality of the part (rounding of the surfaces, loss of precision, etc.). In addition, laser polishing involves the use of continuous laser or laser with pulse durations up to 100 ns. The laser attacks the part in a way normal to the surface to be treated, and melts part of said surface, the smoothing being done thanks to the interfacial tension, without removing material. The disadvantage is that laser polishing is characterized by a distribution of the roughness Ra linked to the formation of undulations giving a “mirage” effect.
Une alternative décrite dans la demande de brevet EP2757424 et permettant de s’affranchir du roulage est de constituer tout ou partie de l’axe, mais en tous les cas le ou les pivots, en matière métallique durcie par des particules dures en céramique (composite à matrice métallique ou MMC). Il s’agit d’une matière partiellement composée de particules de dureté supérieure ou égale à 1000 HV, de taille entre 0.1 et 5 microns. Les matières données en exemple comportent 92% des particules de carbure de tungstène (WC) intégrées à une matrice de nickel, qui sont mélangées avant d’être injectées dans un moule à la forme de l’axe. Après injection, l’ébauche ainsi obtenue est frittée et l’axe est poli, notamment au niveau des pivots, à S’aide d’une pâte diamantée. Un axe en composite à matrice métallique à 92% de WC et 8% de nickel présente une ténacité de 8 MPa.m1/2 et une dureté supérieure à 1300 HV. Au vu des dimensions typiques des pivots, de l’ordre de 60 microns, et de l’importance de la concentricité et de l’état de surface, l’utilisation de composites comprenant des particules qui risquent de s’en détacher comporte un risque. An alternative described in patent application EP2757424 and making it possible to avoid rolling is to constitute all or part of the axle, but in any case the pivot(s), in metal material hardened by hard ceramic particles (composite metal matrix or MMC). It is a material partially composed of particles with a hardness greater than or equal to 1000 HV, with a size between 0.1 and 5 microns. The example materials have 92% of the tungsten carbide (WC) particles embedded in a nickel matrix, which are mixed before being injected into a mold in the shape of the axis. After injection, the blank thus obtained is sintered and the axle is polished, in particular at the level of the pivots, using a diamond paste. A metal matrix composite axle with 92% WC and 8% nickel has a toughness of 8 MPa.m1/2 and a hardness greater than 1300 HV. In view of the typical dimensions of pivots, of the order of 60 microns, and the importance of concentricity and surface condition, the use of composites comprising particles which risk detaching from them entails a risk .
Comme déjà introduit, traditionnellement les axes horlogers sont fabriqués par des opérations de décolletage suivies d’opérations de finition (notamment: traitements thermiques, traitements de surfaces, tribofinition et roulage). As already introduced, traditionally watch spindles are manufactured by bar turning operations followed by finishing operations (in particular: heat treatments, surface treatments, tribofinishing and rolling).
Des alternatives à ces méthodes existent, notamment le tournage au femto laser. Alternatives to these methods exist, in particular femto laser filming.
La demande de brevet EP 3 663 865 décrit un procédé qui utilise le chargement de barres de métal à usiner (par exemple de l’Inconel), similaire au chargement de barres pour le décolletage, le tournage laser sur toute la longueur de la barre, et une étape de finition tribologique, telle qu’une tribofinition. D’autre part, la demande de brevet CH 716 071 ou EP 3 722 887 décrit un procédé d’usinage par laser femto seconde combiné avec une phase de tournage sur toute la longueur de l’axe et une étape de finition par tribofinition pour la réalisation d’axes et pivots horlogers notamment dans des matériaux céramiques. Patent application EP 3 663 865 describes a process which uses the loading of bars of metal to be machined (for example Inconel), similar to the bar loading for bar turning, laser turning along the full length of the bar, and a tribological finishing step, such as tribofinishing. On the other hand, patent application CH 716 071 or EP 3 722 887 describes a femtosecond laser machining process combined with a turning phase over the entire length of the axis and a finishing step by tribofinishing for the production of watch axes and pivots, in particular in ceramic materials.
Toutefois, le taux d’enlèvement de matière avec ces procédés ne permet pas de réaliser une production efficace de composants par tournage laser. De plus, le tournage laser ne permet pas de tailler le composant pour former une denture. D’autre part, le chargement par barres (pour l’Inconel) rend très laborieuse l’obtention de : However, the rate of material removal with these processes does not allow efficient production of components by laser turning. In addition, laser turning does not allow the component to be cut to form a toothing. On the other hand, loading by bars (for Inconel) makes it very laborious to obtain:
» composants conformes géométriquement avec les tolérances usuelles pour ces usinages » components geometrically compliant with the usual tolerances for these machining operations
• temps de cycle de production raisonnables. • reasonable production cycle times.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de fabrication d’un tel axe de pivotement, permettant une réalisation extrêmement simple et économique, permettant d’augmenter la productivité, tout en permettant d’obtenir un axe de pivotement présentant toutes les propriétés mécaniques requises pour un axe de pivotement de type horloger, notamment en termes de ténacité, de dureté et de rugosité. The present invention aims to remedy these drawbacks by proposing a method of manufacturing such a pivot pin, allowing extremely simple and economical production, making it possible to increase productivity, while making it possible to obtain a pivot pin having all the mechanical properties required for a watchmaker type pivot pin, particularly in terms of toughness, hardness and roughness.
Un autre but de l’invention est de proposer un axe de pivotement de type axe de pivotement amélioré par rapport aux axes horlogers connus de l’art antérieur, présentant toutes les propriétés mécaniques requises pour un axe de pivotement de type horloger, notamment en termes limite élastique, de ténacité, de dureté, et comportant à ses extrémités des pivots présentant un état de surface poli amélioré par rapport aux pivots connus, afin d’optimiser le facteur de qualité et l’isochronisme de la pièce d’horlogerie qu’il équipe. Another object of the invention is to propose a pivot pin of the pivot pin type improved compared to the watchmakers' pins known from the prior art, having all the mechanical properties required for a pivot pin of the watchmaker's type, in particular in terms of elastic limit, tenacity, hardness, and comprising at its ends pivots having an improved polished surface condition compared to known pivots, in order to optimize the quality factor and the isochronism of the timepiece that it crew.
Divulgation de l’invention Disclosure of Invention
A cet effet, l’invention concerne un procédé de fabrication d’un axe de pivotement agencé pour pouvoir être utilisé comme axe de pivotement horloger, ledit axe fini comprenant des portions fonctionnelles présentant une surface de révolution de rugosité Ra inférieure ou égale à 500 nm, de préférence inférieure ou égale à 100 nm et plus préférentiellement inférieure ou égale à 50 nm, lesdites portions fonctionnelles comprenant au moins un pivot à au moins une extrémité de l’axe. To this end, the invention relates to a method of manufacturing a pivot pin arranged to be able to be used as a horological pivot pin, said finished axis comprising functional portions having a surface of revolution with a roughness Ra less than or equal to 500 nm, preferably less than or equal to 100 nm and more preferably less than or equal to 50 nm, said functional portions comprising at least one pivot at least one end of the axle.
Selon l’invention, ledit procédé comprend : a) une étape de réalisation d’une ébauche d’axe par un procédé de fabrication n’utilisant pas d’usinage de précision sans force, ladite ébauche d’axe correspondant à la configuration fonctionnelle de l’axe de pivotement fini à l’exception des parties destinées à constituer les portions fonctionnelles; et b) une dernière étape consistant en un usinage de précision sans force au moins des parties destinées à constituer lesdites portions fonctionnelles afin d’obtenir ledit axe de pivotement fini dont les portions fonctionnelles présentent ladite rugosité Ra inférieure ou égale à 500 nm, de préférence inférieure ou égale à 100 nm, et plus préférentiellement inférieure ou égale à 50 nm. According to the invention, said method comprises: a) a step of producing a pin blank by a manufacturing method not using precision machining without force, said pin blank corresponding to the functional configuration of the pivot axis finished with the exception of the parts intended to constitute the functional portions; and b) a last step consisting of precision machining without force at least of the parts intended to constitute said functional portions in order to obtain said finished pivot axis whose functional portions have said roughness Ra less than or equal to 500 nm, preferably less than or equal to 100 nm, and more preferably less than or equal to 50 nm.
Le procédé selon l’invention permet de diminuer notablement le temps de production et de réduire le nombre d’opérations nécessaires pour la fabrication d’un axe de pivotement horloger, tout en obtenant un axe qui présente les propriétés mécaniques compatibles avec les exigences requises dans le domaine horloger, notamment en termes de dureté et de rugosité, par comparaison avec les axes de pivotement horlogers fabriqués traditionnellement à partir de différents alliages métalliques. De façon remarquable, le procédé selon l’invention permet d’éviter les opérations de roulage ou autre opération de finition. The method according to the invention makes it possible to significantly reduce the production time and to reduce the number of operations necessary for the manufacture of a horological pivot axis, while obtaining an axis which has the mechanical properties compatible with the requirements required in the watchmaking field, particularly in terms of hardness and roughness, in comparison with watchmaking pivot pins traditionally made from different metal alloys. Remarkably, the method according to the invention makes it possible to avoid rolling operations or other finishing operations.
Le procédé permet aussi d’optimiser le temps de passage effectif et le nombre des opérations de la gamme opératoire. D’autre part, la chaîne logistique se trouve très améliorée et optimisée par la combinaison de la suite d’opérations proposées par la méthode. The process also makes it possible to optimize the effective passage time and the number of operations in the operating range. On the other hand, the supply chain is greatly improved and optimized by the combination of the sequence of operations proposed by the method.
La présente invention concerne également un axe de pivotement horloger obtenu par le procédé tel que défini ci-dessus, comprenant au moins un pivot à au moins une de ses extrémités, au moins ledit pivot présentant une dureté de surface supérieure ou égale à 700 HV, et de préférence supérieure ou égale à 800 HV, et une rugosité Ra inférieure ou égale à 9 nm, et plus préférentiellement comprise entre 5 nm et 9 nm, bornes incluses. The present invention also relates to a horological pivot pin obtained by the method as defined above, comprising at least one pivot at at least one of its ends, at least said pivot having a surface hardness greater than or equal to 700 HV, and preferably greater than or equal to 800 HV, and a roughness Ra less than or equal to 9 nm, and more preferably between 5 nm and 9 nm, limits included.
L’axe de pivotement pour mouvement horloger selon l’invention est ultraprécis, et présente une dureté très élevée, ainsi qu’une rugosité extrêmement faible, permettant d’optimiser grandement le facteur de qualité et l’isochronisme de la pièce d’horlogerie dans laquelle il est utilisé. The pivot axis for a watch movement according to the invention is ultra-precise, and has a very high hardness, as well as an extremely low roughness, making it possible to greatly optimize the quality factor and the isochronism of the timepiece in which it is used.
La présente invention concerne également un mouvement horloger et une pièce d’horlogerie comprenant un axe de pivotement horloger tel que défini ci- dessus. The present invention also relates to a timepiece movement and a timepiece comprising a timepiece pivot axis as defined above.
Brève description des dessins Brief description of the drawings
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante d’un mode de réalisation de l’invention, donné à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : Other characteristics and advantages of the present invention will appear on reading the following detailed description of an embodiment of the invention, given by way of non-limiting example, and made with reference to the appended drawings in which:
- la figure 1 est une vue schématisée d’un pivot d’un axe de pivotement selon l'invention; et - Figure 1 is a schematic view of a pivot of a pivot axis according to the invention; and
- la figure 2 est une représentation schématique des étapes d'un procédé selon l'invention. - Figure 2 is a schematic representation of the steps of a method according to the invention.
Modes de réalisation de l’invention Embodiments of the Invention
En référence à la figure 1 , la présente invention concerne un axe de pivotement horloger 1 comprenant à chacune de ses extrémités au moins un pivot 2, dans le prolongement d’un tigeron 4. Classiquement, lesdits pivots présentent une surface de révolution, et sont destinés à venir chacun pivoter dans un palier, typiquement dans un orifice d'une pierre ou rubis. Referring to Figure 1, the present invention relates to a watchmaking pivot axis 1 comprising at each of its ends at least one pivot 2, in the extension of a shank 4. Conventionally, said pivots have a surface of revolution, and are each intended to pivot in a bearing, typically in an orifice of a stone or ruby.
L’axe de pivotement horloger 1 présente un diamètre inférieur ou égal à 2 mm et le pivot 2 présente un diamètre extérieur inférieur ou égal à 200 pm, de préférence inférieur ou égal à 100 miti, préférentiellement inférieur ou égal à 90 pm, et plus préférentiellement inférieur ou égal à 70 pm, quand l’axe de pivotement 1 est à l’état fini, prêt à être utilisé. Le pivot 2 est de type conique par exemple. The horological pivot axis 1 has a diameter less than or equal to 2 mm and the pivot 2 has an outside diameter less than or equal to 200 μm, preferably less than or equal to 100 miti, preferably less than or equal to 90 μm, and more preferably less than or equal to 70 μm, when the pivot axis 1 is in the finished state, ready to be used. The pivot 2 is of the conical type for example.
De préférence, l’axe de pivotement horloger 1 est un axe de balancier, comportant une pluralité de sections de diamètres différents, définissant classiquement des portées et des épaulements, tels que l’assiette 6 et la section 8 pour recevoir le balancier (non représenté), arrangés le long d’une tige 10 entre les deux portions d'extrémité définissant les deux pivots 2. Bien évidemment, d'autres types d'axes de pivotement horlogers sont envisageables comme par exemple des axes de mobiles horlogers, typiquement des pignons d'échappement, des arbres de barillet ou encore des tiges d'ancre. Dans ce cas, l’axe de pivotement peut comporter des éléments fonctionnels liés à son utilisation. Par exemple, l’axe peut comporter une denture, un taraudage ou un crochet pour la fixation du ressort dans le cas d’un arbre de barillet. Les pièces de ce type présentent au niveau du corps des diamètres inférieurs de préférence à 2 mm, et des pivots de diamètre inférieur de préférence à 0.2 mm comme décrit ci-dessus, avec une précision de quelques microns. Preferably, the horological pivot pin 1 is a balance pin, comprising a plurality of sections of different diameters, conventionally defining bearing surfaces and shoulders, such as plate 6 and section 8 for receiving the balance (not shown ), arranged along a rod 10 between the two end portions defining the two pivots 2. Of course, other types of horological pivot axes can be envisaged, such as, for example, horological mobile axes, typically pinions exhaust, barrel arbors or anchor rods. In this case, the pivot axis may include functional elements related to its use. For example, the axle may include a toothing, a thread or a hook for fixing the spring in the case of a barrel arbor. Parts of this type have, at the level of the body, diameters that are preferably less than 2 mm, and pivots with a diameter that is preferably less than 0.2 mm as described above, with an accuracy of a few microns.
Au moins les pivots 2 constituent des portions fonctionnelles, assurant une fonction de guidage pour assurer le pivotement de l’axe 1 dans ses paliers. At least the pivots 2 constitute functional portions, ensuring a guiding function to ensure the pivoting of the axis 1 in its bearings.
En plus des pivots 2, les portions fonctionnelles traitées selon l’invention peuvent comprendre d’autres sections de l’axe de pivotement 1 , telles que les tigerons 4, l’assiette 6 et la section 8 pour recevoir le balancier. Dans la présente description, on définit les portions fonctionnelles comme étant les portions de l’axe de pivotement pour lesquelles notamment une certaine valeur de rugosité Ra est nécessaire pour assurer la fonction de ladite portion, par exemple le guidage pour les pivots ou le chassage pour l’assiette 6 et la section 8. In addition to the pivots 2, the functional portions treated according to the invention can comprise other sections of the pivot axis 1, such as the rods 4, the plate 6 and the section 8 to receive the balance. In the present description, the functional portions are defined as being the portions of the pivot axis for which in particular a certain value of roughness Ra is necessary to ensure the function of said portion, for example the guiding for the pivots or the driving for plate 6 and section 8.
Au moins les portions fonctionnelles comprenant les pivots 2, et de préférence tout l’axe de pivotement horloger 1, sont réalisées dans des matériaux choisis de sorte que l’axe de pivotement horloger 1 obtenu présente toutes les performances satisfaisantes propres aux axes de pivotement horlogers pour lesquels on recherche, en surface, une dureté supérieure à 700 HV afin de résister à l’usure, un coefficient de frottement faible pour limiter la lubrification (< 0.2, de préférence < 0.1), un état lisse (Ra < 0.5 miti) pour le frottement et l’isochronisme, et pour lesquels on recherche un cœur présentant une rigidité, une ténacité et une résistance à la rupture Rm élevées (haute limite élastique). At least the functional portions comprising the pivots 2, and preferably the entire horological pivot axis 1, are made of materials chosen so that the horological pivot axis 1 obtained has all the satisfactory performance characteristics specific to horological pivot axes for which one seeks, on the surface, a hardness greater than 700 HV in order to resist wear, a low coefficient of friction to limit lubrication (<0.2, preferably <0.1), a state smooth (Ra < 0.5 miti) for friction and isochronism, and for which a core with high rigidity, toughness and breaking strength Rm (high elastic limit) is sought.
Les portions fonctionnelles comprenant les pivots 2, et de préférence tout l’axe de pivotement horloger 1, présente(nt), à l’état fini, prêt à l’emploi, une dureté de surface supérieure ou égale à 700 HV, et de préférence supérieure ou égale à 800 HV. Les méthodes d’essais de dureté Vickers sont définies dans les normes suivantes ASTM C1327 et ISO 6507. The functional portions comprising the pivots 2, and preferably the entire horological pivot axis 1, present(s), in the finished state, ready for use, a surface hardness greater than or equal to 700 HV, and preferably greater than or equal to 800 HV. Vickers hardness test methods are defined in the following standards ASTM C1327 and ISO 6507.
D’une manière particulièrement avantageuse, les portions fonctionnelles comprenant les pivots 2 présentent, à l’état fini, prêt à l’emploi, une rugosité Ra inférieure ou égale à 500 nm, uniforme à ± 20%, de préférence inférieure ou égale à 100 nm, de préférence inférieure ou égale à 50 nm, de préférence inférieure ou égale à 30 nm, de préférence inférieure ou égale à 25 nm, de préférence inférieure ou égale à 20 nm, de préférence inférieure ou égale à 15 nm, et plus préférentiellement inférieure ou égale à 12 nm. In a particularly advantageous manner, the functional portions comprising the pivots 2 have, in the finished state, ready for use, a roughness Ra less than or equal to 500 nm, uniform at ± 20%, preferably less than or equal to 100 nm, preferably less than or equal to 50 nm, preferably less than or equal to 30 nm, preferably less than or equal to 25 nm, preferably less than or equal to 20 nm, preferably less than or equal to 15 nm, and more preferably less than or equal to 12 nm.
De préférence, les portions fonctionnelles comprenant les pivots 2 selon l’invention peuvent présenter, à l’état fini, prêt à l’emploi, une rugosité Ra uniforme inférieure ou égale à 9 nm, et plus préférentiellement comprise entre 5 nm et 9 nm, bornes incluses, notamment lorsqu’elles sont réalisées en matériau métallique. Preferably, the functional portions comprising the pivots 2 according to the invention may have, in the finished state, ready for use, a uniform roughness Ra less than or equal to 9 nm, and more preferably between 5 nm and 9 nm , terminals included, in particular when they are made of metallic material.
La rugosité Ra est définie selon la norme ISO 4287. The roughness Ra is defined according to the ISO 4287 standard.
Les autres parties de l’axe de pivotement 1 , différentes des portions fonctionnelles, peuvent présenter une rugosité supérieure ou égale à celle des portions fonctionnelles, par exemple une rugosité Ra de l’ordre de 50 nm à 200 nm. The other parts of the pivot axis 1, different from the functional portions, may have a roughness greater than or equal to that of the functional portions, for example a roughness Ra of the order of 50 nm to 200 nm.
De préférence, au moins le pivot 2, et de préférence tout l’axe de pivotement horloger 1 , est réalisé en matériau métallique, en verre métallique, appelé également alliage métallique amorphe, ou à base de carbure de silicium. Preferably, at least the pivot 2, and preferably the entire horological pivot pin 1, is made of a metallic material, of metallic glass, also called an amorphous metallic alloy, or based on silicon carbide.
Avantageusement, on peut utiliser comme matériau métallique, un acier durcissable, tel qu’un acier 20AP ou Finemac. Advantageously, one can use as metallic material, a hardenable steel, such as a 20AP or Finemac steel.
L'invention se rapporte également au procédé de fabrication d'un axe de pivotement horloger 1 tel que décrit ci-dessus. Le procédé selon l'invention comporte avantageusement les étapes suivantes : a) une étape de réalisation d’une ébauche d’axe par un procédé de fabrication n’utilisant pas d’usinage de précision sans force, ladite ébauche d’axe correspondant à la configuration fonctionnelle de l’axe de pivotement 1 fini, c’est-à-dire que l’ébauche d’axe obtenue selon l’étape a), à l’exception des parties destinées à constituer les portions fonctionnelles, présente toutes les caractéristiques lui permettant d’assurer sa fonction et requises pour son utilisation en tant qu’axe de pivotement, notamment en termes de dureté, de rugosité, de dimensions et de géométrie, et ne nécessite donc plus aucune autre étape de traitement ultérieure pour modifier sa configuration fonctionnelle, à l’exception des parties destinées à constituer les portions fonctionnelles; et b) une dernière étape consistant en un usinage de précision sans force au moins des parties destinées à constituer lesdites portions fonctionnelles afin d’obtenir ledit axe de pivotement entièrement fini, lesdites portions fonctionnelles comprenant les pivots 2 obtenues selon l’étape b) présentant maintenant leur configuration fonctionnelle finale, de sorte que l’ensemble de l’axe présente toutes les caractéristiques requises pour son utilisation en tant qu’axe de pivotement, notamment en termes de dureté, de rugosité, de dimensions et de géométrie, et ne nécessite donc plus aucune autre étape de traitement ultérieure pour modifier sa configuration fonctionnelle, telle que les traditionnelles étapes de terminaison ou de finition. Notamment les portions fonctionnelles comprenant les pivots 2, finis, présentent une rugosité Ra inférieure ou égale à 500 nm, uniforme à ± 20%, de préférence inférieure ou égale à 100 nm, de préférence inférieure ou égale à 50 nm, de préférence inférieure ou égale à 25 nm, de préférence inférieure ou égale à 20 nm, de préférence inférieure ou égale à 15 nm, et préférentiellement inférieure ou égale à 12 nm, et plus préférentiellement strictement inférieure à 10 nm, et plus préférentiellement inférieure ou égale à 9 nm, et plus préférentiellement comprise entre 5 nm et 9 nm, bornes incluses. The invention also relates to the method of manufacturing a horological pivot pin 1 as described above. The method according to the invention advantageously comprises the following steps: a) a step of producing a pin blank by a manufacturing method not using precision machining without force, said pin blank corresponding to the functional configuration of the finished pivot pin 1, that is to say that the pin blank obtained according to step a), with the exception of the parts intended to constitute the functional portions, has all the characteristics allowing it to perform its function and required for its use as a pivot pin, in particular in terms of hardness, roughness, dimensions and geometry, and therefore no longer requires any other subsequent processing step to modify its configuration functional, with the exception of the parts intended to constitute the functional portions; and b) a last step consisting of precision machining without force at least of the parts intended to constitute said functional portions in order to obtain said fully finished pivot axis, said functional portions comprising the pivots 2 obtained according to step b) having maintaining their final functional configuration, so that the axle assembly has all the characteristics required for its use as a pivot axle, in particular in terms of hardness, roughness, dimensions and geometry, and does not require therefore no further subsequent processing steps to modify its functional configuration, such as the traditional termination or finishing steps. In particular the functional portions comprising the pivots 2, finished, have a roughness Ra less than or equal to 500 nm, uniform at ± 20%, preferably less than or equal to 100 nm, preferably less than or equal to 50 nm, preferably less than or equal to equal to 25 nm, preferably less than or equal to 20 nm, preferably less than or equal to 15 nm, and preferably less than or equal to 12 nm, and more preferably strictly less than 10 nm, and more preferably less than or equal to 9 nm, and more preferably between 5 nm and 9 nm, limits included.
D’une manière avantageuse, l’ébauche d’axe est réalisée selon l’étape a) de sorte que les parties destinées à constituer les portions fonctionnelles comprenant les pivots 2 présentent, à l’issue de l’étape a), un diamètre supérieur de 2% à 20%, et de préférence de 5% à 15%, au diamètre des portions fonctionnelles correspondantes finies obtenues à l’étape b), permettant d’obtenir les caractéristiques géométriques finales souhaitées des portions fonctionnelles lors de l’étape de finition b). Advantageously, the axle blank is made according to step a) so that the parts intended to constitute the functional portions comprising the pivots 2 have, at the end of step a), a diameter greater by 2% to 20%, and preferably by 5% to 15%, to the diameter of the finished corresponding functional portions obtained in step b), making it possible to obtain the desired final geometric characteristics of the functional portions during step finishing b).
L’ébauche d’axe réalisée lors de l’étape a) peut être réalisée par exemple par enlèvement de copeaux via un procédé de décolletage traditionnel ou d’usinage conventionnel, ou toute autre méthode d’enlèvement de matière différente d’un usinage de précision sans force, tel qu’un tournage par femto laser, un tournage électrochimique (ECM), ou un tournage par électroérosion (par exemple EDM par fil). The pin blank produced during step a) can be produced, for example, by removing chips using a traditional bar turning or conventional machining process, or any other method of removing material other than machining of precision without force, such as femto laser turning, electrochemical turning (ECM), or spark erosion turning (eg wire EDM).
Lorsque l’axe de pivotement horloger 1 est constitué entièrement de verre métallique, l’étape a) peut être réalisée par moulage par injection. When the horological pivot pin 1 consists entirely of metallic glass, step a) can be carried out by injection molding.
D’une manière avantageuse, l’étape de réalisation de l’ébauche d’axe a) comprend les sous-étapes : a1) fournir une première ébauche ; a2) usiner ladite première ébauche par un procédé de fabrication n’utilisant pas d’usinage de précision sans force, par exemple par un procédé de décolletage traditionnel ou d’usinage conventionnel ou toute autre méthode d’enlèvement de matière différente d’un usinage de précision sans force, pour obtenir ladite ébauche d’axe. Advantageously, the step of producing the pin blank a) comprises the sub-steps: a1) providing a first blank; a2) machining said first blank by a manufacturing process not using precision machining without force, for example by a traditional bar turning or conventional machining process or any other method of removing material other than machining of precision without force, to obtain said axis blank.
La sous-étape a2) peut comprendre une étape d’usinage de ladite première ébauche par un procédé de fabrication n’utilisant pas d’usinage de précision sans force pour former des éléments fonctionnels liés à l’utilisation de l’axe de pivotement, tel qu’un taillage, un taraudage ou un crochet de fixation du ressort dans le cas d’un arbre de barillet. La sous-étape a2) peut également comprendre une étape de trovalisation (polissage mécano-chimique) de la première ébauche pour ébavurer la première ébauche, de manière à obtenir une ébauche d’axe présentant par exemple une rugosité Ra de l’ordre de 200 nm. Sub-step a2) may include a step of machining said first blank by a manufacturing process not using precision machining without force to form functional elements related to the use of the pivot axis, such as a cutting, a tapping or a spring fixing hook in the case of a barrel arbor. The sub-step a2) can also comprise a step of trovalisation (mechanical-chemical polishing) of the first blank to deburr the first blank, so as to obtain an axle blank having for example a roughness Ra of the order of 200 n.
Si besoin, les premières ébauches sont produites avec les cotes nécessaires pour obtenir un axe de pivotement présentant au final les caractéristiques géométriques recherchées, en tenant compte de toutes les étapes du procédé. If necessary, the first drafts are produced with the necessary dimensions to obtain a pivot pin ultimately having the desired geometric characteristics, taking into account all the stages of the process.
Après l’étape a), la dernière étape du procédé de l’invention est l’étape b) qui consiste en un usinage de précision sans force au moins des parties destinées à constituer les portions fonctionnelles comprenant les pivots 2 de l’axe de pivotement horloger. Cette dernière étape b) permet avantageusement d’obtenir, en une seule et même étape, les mêmes résultats que la combinaison classique étape d’usinage suivie de l’étape de terminaison ou finition. Aucune opération de finition ultérieure en tant que telle, comme une reprise, sur une autre machine pour terminer les axes de pivotement n’est nécessaire. Dans le procédé de l’invention, l’axe de pivotement est obtenu sans interruption du processus par un traitement continu, en une seule étape et sur une seule machine d’usinage à partir de l’ébauche d’axe. Le procédé de l’invention permet d'utiliser une seule machine d'usinage en continu, sans nécessiter d'interrompre le processus pour utiliser une autre machine pour mettre en œuvre une étape de terminaison quelconque. After step a), the last step of the method of the invention is step b) which consists of precision machining without force at least of the parts intended to constitute the functional portions comprising the pivots 2 of the axis of horological pivot. This last step b) advantageously makes it possible to obtain, in one and the same step, the same results as the conventional combination of the machining step followed by the termination or finishing step. No subsequent finishing operation as such, such as a rework, on another machine to finish the pivot pins is necessary. In the method of the invention, the pivot pin is obtained without interrupting the process by continuous processing, in one step and on a single machine from the pin blank. The method of the invention makes it possible to use a single machining machine continuously, without requiring the process to be interrupted to use another machine to implement any termination step.
Dans la présente description, on appelle usinage sans force un usinage non conventionnel selon lequel il n’y a pas d’action mécanique transmise par contact direct et effort entre un outil et la pièce, contrairement à un usinage conventionnel où il existe un contact direct entre l'outil et la pièce et dans lequel d’importantes forces de coupe sont impliquées. Un usinage sans force est donc un usinage sans contact direct entre la pièce à usiner et un outil d’usinage qui serait susceptible d’exercer un effort ou une contrainte sur ladite pièce. In the present description, machining without force is called unconventional machining according to which there is no mechanical action transmitted by direct contact and force between a tool and the part, unlike conventional machining where there is direct contact. between the tool and the workpiece and in which large cutting forces are involved. Machining without force is therefore machining without direct contact between the part to be machined and a machining tool which would be likely to exert a force or a constraint on said part.
D’une manière avantageuse, l’usinage de précision sans force réalisé lors de l’étape b) est un processus d’enlèvement de matière sans force par un tournage par femto laser, un tournage électrochimique (ECM), ou un tournage par électroérosion (par exemple EDM par fil). Les opérations d’usinage de cette étape se font avantageusement par micro usinage au laser pulsé femto seconde avec un laser de longueurs d’onde comprises par exemple entre 200 nm et 2000 nm, de préférence entre 400 nm et 1 000 nm, bornes incluses. Les paramètres du laser peuvent être par exemple : puissance moyenne entre 1 W et 100 W, énergie par puise entre 20 mϋ et 4000 mϋ, fréquence entre 100 kHz et 1000 kHz, durée d’impulsion entre 100 fs et 2 ps. Le femto laser permet une ablation de matière sans transfert de chaleur au reste de la matière et non une fusion de surface qui est utilisée lors du polissage par laser dans les opérations de finition traditionnelles. Advantageously, the forceless precision machining carried out during step b) is a forceless material removal process by femto laser turning, electrochemical turning (ECM), or electroerosion turning. (e.g. wire EDM). The machining operations of this step are advantageously carried out by femtosecond pulsed laser micromachining with a laser of wavelengths comprised for example between 200 nm and 2000 nm, preferably between 400 nm and 1000 nm, limits included. The parameters of the laser can be for example: average power between 1 W and 100 W, energy per pulse between 20 mϋ and 4000 mϋ, frequency between 100 kHz and 1000 kHz, pulse duration between 100 fs and 2 ps. The femto laser allows material ablation without heat transfer to the rest of the material and not surface melting which is used during laser polishing in traditional finishing operations.
Les méthodes d’usinage ECM (electrochemical machining) et EDM (electrical discharge machining) peuvent aussi être utilisées pour l’étape de finition. ECM (electrochemical machining) and EDM (electrical discharge machining) machining methods can also be used for the finishing stage.
Grâce à l’usinage de précision sans force, notamment par femto laser, l’étape b) finale permet d’atteindre des états de surface avec une rugosité Ra inférieure à 500 nm, uniforme à ± 20%, et de préférence inférieure ou égale à 100 nm. Plus particulièrement, en jouant sur la dernière profondeur de passe, sur la vitesse de rotation de l’axe de pivotement et sur l’oscillation du laser ajoutée à son mouvement primaire par rapport à l’ébauche d’axe, il est possible, d’une manière particulièrement avantageuse, d’obtenir à l’issue de l’étape b), au moins des portions fonctionnelles comprenant les pivots 2 finies qui présentent une rugosité Ra uniforme de préférence inférieure ou égale à 50 nm, de préférence inférieure ou égale à 25 nm, de préférence inférieure ou égale à 20 nm, de préférence inférieure ou égale à 15 nm, et préférentiellement inférieure ou égale à 12 nm, et plus préférentiellement strictement inférieure à 10 nm, et plus préférentiellement inférieure ou égale à 9 nm, et plus préférentiellement comprise entre 5 nm et 9 nm, bornes incluses. Thanks to precision machining without force, in particular by femto laser, the final step b) makes it possible to achieve surface states with a roughness Ra of less than 500 nm, uniform at ± 20%, and preferably less than or equal to at 100nm. More particularly, by playing on the last depth of cut, on the rotational speed of the pivot axis and on the oscillation of the laser added to its primary movement with respect to the axis blank, it is possible, to a particularly advantageous way of obtaining, at the end of step b), at least functional portions comprising the finished pivots 2 which have a uniform roughness Ra preferably less than or equal to 50 nm, preferably less than or equal at 25 nm, preferably less than or equal to 20 nm, preferably less than or equal to 15 nm, and preferably less than or equal to 12 nm, and more preferably strictly less than 10 nm, and more preferably less than or equal to 9 nm, and more preferably between 5 nm and 9 nm, limits included.
Notamment, pour un usinage de précision sans force par femto laser, on utilise de préférence un spot de diamètre inférieur ou égal à 8 pm, le faisceau laser attaquant l’axe de pivotement en rotation radialement. L’angle du cône du faisceau est de préférence inférieur à 4° et plus préférentiellement inférieur à 2°. D’une manière avantageuse, le système de pilotage du femto laser permet d’amener l’ébauche d’axe de façon extrêmement précise à 1 ou 2 pm de la cote finale, le dernier passage du femto laser étant prévu pour atteindre en même temps la cote et la rugosité Ra recherchées. In particular, for precision machining without force by femto laser, a spot with a diameter of less than or equal to 8 μm is preferably used, the laser beam attacking the pivot axis in rotation radially. The cone angle of the beam is preferably less than 4° and more preferably less than 2°. Advantageously, the femto laser control system makes it possible to bring the axis draft extremely precisely to 1 or 2 μm from the final dimension, the last pass of the femto laser being planned to reach at the same time the height and the roughness Ra sought.
De plus, l’étape b) est avantageusement mise en œuvre sous soufflage permanent d’air ou d’azote afin d’évacuer la poussière générée par l’usinage. Une aspiration de cette même poussière est localisée face au soufflage. In addition, step b) is advantageously implemented under permanent air or nitrogen blowing in order to evacuate the dust generated by the machining. An aspiration of this same dust is located opposite the blowing.
Les pivots 2 obtenus présentant une telle rugosité Ra, il n’est plus nécessaire de prévoir, après l’étape b) une étape de finition, notamment une finition tribologique, telles qu’un roulage ou une tribofinition. Since the pivots 2 obtained have such roughness Ra, it is no longer necessary to provide, after step b), a finishing step, in particular a tribological finish, such as rolling or tribofinishing.
Ainsi, de manière particulièrement avantageuse, le procédé selon l’invention ne comprend, après l’étape b), aucune étape de terminaison ou finition sur une autre machine, notamment aucune étape de traitement tribologique, telles qu’un roulage ou une tribofinition, puisque les portions fonctionnelles comprenant les pivots finies, obtenues selon l’étape b), présentent déjà les dimensions, la dureté et la rugosité requises, qui sont traditionnellement obtenues seulement après une opération de roulage et/ou de tribofinition. Thus, in a particularly advantageous manner, the method according to the invention does not include, after step b), any termination or finishing step on another machine, in particular any tribological processing step, such as rolling or tribofinishing, since the functional portions comprising the finished pivots, obtained according to step b), already have the required dimensions, hardness and roughness, which are traditionally obtained only after a rolling and/or tribofinishing operation.
Lorsque l’axe de pivotement est métallique, l’étape de réalisation de l’ébauche d’axe a) comprend avantageusement les sous-étapes suivantes, décrites en relation avec la figure 2 : a'1) fournir une barre métallique 12 ; a'2) usiner la barre métallique 12 par un procédé de fabrication n’utilisant pas d’usinage de précision sans force, par exemple par un procédé de décolletage traditionnel tel que enlèvement de copeaux, par usinage conventionnel ou toute autre méthode d’enlèvement de matière différente d’un usinage de précision sans force, pour obtenir une première ébauche 14 ; a'3) optionnellement usiner ladite première ébauche 14 par un procédé de fabrication n’utilisant pas d’usinage de précision sans force pour former des éléments fonctionnels liés à l’utilisation de l’axe de pivotement, tel qu’un taillage, un taraudage ou un crochet de fixation du ressort dans le cas d’un arbre de barillet ; a'4) optionnellement traiter thermiquement la première ébauche 14 obtenue selon les étapes a’2) ou a’3) de manière à obtenir la dureté requise pour l’axe de pivotement 1 fini ; a'5) optionnellement trovaliser la première ébauche 14 obtenue selon les étapes a’2) ou a’3) ou a’4) pour l’ébavurer; de manière à obtenir ladite ébauche d’axe 16 après la mise en œuvre de la dernière sous-étape a’2), a’3), a’4), ou a’5), ladite ébauche d’axe 16 correspondant à la première ébauche 14 si seule l’étape a’2) est mise en œuvre. When the pivot pin is metallic, the step of producing the pin blank a) advantageously comprises the following sub-steps, described in relation to FIG. 2: a′1) supplying a metal bar 12; a′2) machining the metal bar 12 by a manufacturing process that does not use precision machining without force, for example by a traditional bar-turning process such as chip removal, by conventional machining or any other method of removal of different material from precision machining without force, to obtain a first blank 14; a′3) optionally machining said first blank 14 by a manufacturing process that does not use precision machining without force to form functional elements linked to the use of the pivot axis, such as a cut, a tapping or a spring fixing hook in the case of a barrel arbor; a′4) optionally heat-treating the first blank 14 obtained according to steps a′2) or a′3) so as to obtain the hardness required for the finished pivot pin 1; a'5) optionally trovaliser the first blank 14 obtained according to steps a'2) or a'3) or a'4) to deburr it; so as to obtain said axle blank 16 after the implementation of the last sub-step a'2), a'3), a'4), or a'5), said axle blank 16 corresponding to the first draft 14 if only step a'2) is implemented.
A l’exception des parties destinées à constituer les portions fonctionnelles comprenant les pivots 2, les tigerons 4, l’assiette 6 et la section 8 pour recevoir le balancier qui sont formées par un usinage traditionnel ou conventionnel, mais non finies, l’ébauche d’axe 16 obtenue selon l’étape a) présente sa configuration fonctionnelle finale, ne nécessitant plus de traitement ultérieur pour modifier sa configuration fonctionnelle. With the exception of the parts intended to constitute the functional portions comprising the pivots 2, the rods 4, the plate 6 and the section 8 to receive the balance which are formed by traditional or conventional machining, but not finished, the blank axis 16 obtained according to step a) has its final functional configuration, requiring no further processing to modify its functional configuration.
D’une manière avantageuse, la sous-étape de traitement thermique a’4) comprend une trempe suivie d’un traitement thermique destiné à relaxer les contraintes et réalisé de manière à obtenir une ébauche d’axe 16 présentant une dureté de surface supérieure ou égale à 700 HV, et de préférence supérieure ou égale à 800 HV, correspondant à la dureté requise pour un axe de pivotement fini, ce qui permet d’éviter une opération de roulage ultérieure pour augmenter la dureté. Advantageously, the heat treatment sub-step a'4) comprises quenching followed by a heat treatment intended to relieve the stresses and carried out so as to obtain a pin blank 16 having a surface hardness greater than or equal to 700 HV, and preferably greater than or equal to 800 HV, corresponding to the hardness required for a finished pivot pin, which makes it possible to avoid a subsequent rolling operation to increase the hardness.
Puis les parties de l’ébauche d’axe 16 destinées à constituer les portions fonctionnelles sont traitées selon l’étape b) décrite ci-dessus pour obtenir l’axe de pivotement 1. Then the parts of the pin blank 16 intended to constitute the functional portions are processed according to step b) described above to obtain the pivot pin 1.
Ainsi, selon le procédé de l’invention, le traitement de l'ébauche d’axe 16 ne nécessite qu’une seule opération, et donc un seul serrage, pour obtenir un axe de pivotement fini. La dernière étape dudit procédé est une étape d'usinage qui permet d’obtenir un axe fini avec une certaine précision de rugosité Ra, en réalisant avantageusement en une seule étape usinage et finition, sans nécessiter une opération de finition ultérieure en tant que telle, comme une reprise, sur une autre machine pour terminer les pièces. L’axe de pivotement est obtenu sans interruption du processus par un traitement continu, en une seule étape et sur une seule machine d’usinage à partir de l’ébauche. Ainsi, contrairement aux procédés de fabrication traditionnels, le procédé de l’invention ne comprend aucune étape de terminaison dans une phase de finition qui signifie une interruption du processus après l’étape d’usinage afin de positionner la pièce sur une autre machine et réaliser une opération différente d’un usinage. Thus, according to the method of the invention, the processing of the pin blank 16 only requires a single operation, and therefore a single tightening, to obtain a finished pivot pin. The last step of said method is a machining step which makes it possible to obtain a finished shaft with a certain roughness precision Ra, advantageously performing machining and finishing in a single step, without requiring a subsequent finishing operation as such, like a rework, on another machine to finish the parts. The swivel axis is obtained without interruption of the process by continuous processing, in a single step and on a single processing machine from the blank. Thus, unlike traditional manufacturing processes, the process of the invention does not include any termination step in a finishing phase, which means an interruption of the process after the machining step in order to position the part on another machine and produce an operation other than machining.
Il est possible de prévoir une étape supplémentaire de finition à but esthétique et non fonctionnel, par un usinage de précision sans force, des autres parties de l’axe de pivotement, différentes des portions fonctionnelles, afin d’abaisser leur rugosité Ra, par exemple à des valeurs inférieures à 50 nm, pour leur conférer un aspect brillant, qui a disparu lors de la sous-étape de traitement thermique a’4). It is possible to provide an additional finishing step for aesthetic and non-functional purposes, by precision machining without force, of the other parts of the pivot axis, different from the functional portions, in order to lower their roughness Ra, for example at values below 50 nm, to give them a shiny appearance, which disappeared during the heat treatment sub-step a'4).
Le procédé selon l’invention permet d’obtenir un axe de pivotement horloger présentant toutes les propriétés mécaniques requises, notamment une haute limite élastique, une dureté très élevée, une très faible rugosité, de manière simple et économique. En effet, le procédé selon l’invention permet d’éviter l’opération de recuit ainsi qu’une opération finale de roulage et/ou de tribofinition traditionnellement utilisées, de sorte que le nombre d’opérations nécessaires à la fabrication de l’axe de pivotement horloger est réduit, le temps de production étant considérablement diminué. The method according to the invention makes it possible to obtain a horological pivot axis having all the required mechanical properties, in particular a high elastic limit, a very high hardness, a very low roughness, in a simple and economical manner. Indeed, the method according to the invention makes it possible to avoid the annealing operation as well as a final rolling and/or tribofinishing operation traditionally used, so that the number of operations necessary for the manufacture of the axle watchmaking pivoting time is reduced, the production time being considerably reduced.
Le procédé selon l’invention, prévoit, d’une manière avantageuse, de réaliser à l’étape a) une ébauche d’axe par des procédés standard et conventionnels, bien connus et maîtrisés par l’homme du métier, différents d’un usinage de précision sans force tel qu’un usinage par femto laser, dans laquelle les parties destinées à constituer les portions fonctionnelles comprenant les pivots sont formées mais non finies, de sorte que seules lesdites parties destinées à constituer les portions fonctionnelles subissent l’étape de finition b) par un usinage de précision sans force. De ce fait, il n’y a pas de perte superflue de matière. The process according to the invention provides, in an advantageous manner, to produce in step a) a blank shaft by standard and conventional processes, well known and mastered by those skilled in the art, different from a precision machining without force such as machining by femto laser, in which the parts intended to constitute the functional portions comprising the pivots are formed but not finished, so that only the said parts intended to constitute the functional portions undergo the step of finishing b) by precision machining without force. As a result, there is no unnecessary loss of material.
L’axe de pivotement décrit ici est configuré pour convenir de préférence aux applications horlogères, mais il est bien évident qu’il peut être utilisé dans toute autre application requérant la même configuration d’axe de pivotement. The pivot pin described here is configured to suit preferably watchmaking applications, but it is obvious that it can be used in any other application requiring the same pivot pin configuration.

Claims

Revendications Claims
1. Procédé de fabrication d’un axe de pivotement (1) agencé pour pouvoir être utilisé comme axe de pivotement horloger, ledit axe de pivotement (1) fini comprenant des portions fonctionnelles présentant une surface de révolution de rugosité Ra inférieure ou égale à 500 nm, de préférence inférieure ou égale à 100 nm et plus préférentiellement inférieure ou égale à 50 nm, lesdites portions fonctionnelles comprenant au moins un pivot (2) à au moins une extrémité de l’axe de pivotement (1), caractérisé en ce que ledit procédé comprend : a) une étape de réalisation d’une ébauche d’axe (16) par un procédé de fabrication n’utilisant pas d’usinage de précision sans force, ladite ébauche d’axe (16) correspondant à la configuration fonctionnelle de l’axe de pivotement (1) fini, à l’exception des parties destinées à constituer les portions fonctionnelles ; et b) une dernière étape consistant en un usinage de précision sans force au moins des parties destinées à constituer lesdites portions fonctionnelles afin d’obtenir ledit axe de pivotement (1) fini. 1. A method of manufacturing a pivot pin (1) arranged to be able to be used as a horological pivot pin, said finished pivot pin (1) comprising functional portions having a surface of revolution of roughness Ra less than or equal to 500 nm, preferably less than or equal to 100 nm and more preferably less than or equal to 50 nm, said functional portions comprising at least one pivot (2) at at least one end of the pivot axis (1), characterized in that said method comprises: a) a step of producing a pin blank (16) by a manufacturing method not using forceless precision machining, said pin blank (16) corresponding to the functional configuration the pivot axis (1) finished, with the exception of the parts intended to constitute the functional portions; and b) a last step consisting of precision machining without force at least of the parts intended to constitute said functional portions in order to obtain said finished pivot pin (1).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’ébauche d’axe (16) est réalisée selon l’étape a) de sorte que les parties destinées à constituer les portions fonctionnelles présentent un diamètre supérieur de 2% à 20%, et de préférence de 5% à 15%, au diamètre des portions fonctionnelles correspondantes finies obtenues à l’étape b). 2. Method according to claim 1, characterized in that the shaft blank (16) is produced according to step a) so that the parts intended to constitute the functional portions have a diameter greater by 2% to 20% , and preferably from 5% to 15%, to the diameter of the finished corresponding functional portions obtained in step b).
3. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pivot (2) présente un diamètre extérieur inférieur à 200 pm, de préférence inférieur à 100 pm, préférentiellement inférieur à 90 pm, et plus préférentiellement inférieur à 70 pm. 3. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the pivot (2) has an outside diameter of less than 200 μm, preferably less than 100 μm, preferably less than 90 μm, and more preferably less than 70 μm.
4. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins le pivot fini (2) présente une rugosité Ra inférieure ou égale à 25 nm, de préférence inférieure ou égale à 20 nm, de préférence inférieure ou égale à 15 nm, et préférentiellement inférieure ou égale à 12 nm, et plus préférentiellement strictement inférieure à 10 nm, et préférentiellement inférieure ou égale à 9 nm, et plus préférentiellement comprise entre 5 nm et 9 nm, bornes incluses. 4. Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least the finished pivot (2) has a roughness Ra less than or equal to 25 nm, preferably less than or equal to 20 nm, preferably less than or equal to 15 nm, and preferably less than or equal to 12 nm, and more preferably strictly less than 10 nm, and preferably less than or equal to 9 nm, and more preferably between 5 nm and 9 nm, limits included.
5. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’axe de pivotement (1) présente un diamètre inférieur ou égal à 2 mm. 5. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the pivot axis (1) has a diameter less than or equal to 2 mm.
6. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’axe de pivotement (1) est agencé pour former un axe de balancier. 6. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the pivot axis (1) is arranged to form a pendulum axis.
7. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’usinage de précision sans force réalisé lors de l’étape b) est un tournage par femto laser, un tournage électrochimique, ou un tournage par électroérosion. 7. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the precision machining without force carried out during step b) is a turning by femto laser, an electrochemical turning, or a turning by electroerosion.
8. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il ne comprend, après l’étape b), aucune étape de finition, et notamment aucune étape de traitement tribologique. 8. Method according to one of the preceding claims, characterized in that it does not include, after step b), any finishing step, and in particular no tribological treatment step.
9. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’étape de réalisation a) de l’ébauche d’axe (16) comprend les sous-étapes : a1) fournir une première ébauche (14) ; a2) usiner ladite première ébauche (14) par un procédé de fabrication n’utilisant pas d’usinage de précision sans force pour obtenir ladite ébauche d’axe (16). 9. Method according to one of the preceding claims, characterized in that step a) of producing the axle blank (16) comprises the sub-steps: a1) providing a first blank (14); a2) machining said first blank (14) by a manufacturing process not using precision machining without force to obtain said pin blank (16).
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la sous-étape a2) comprend une étape d’usinage de ladite première ébauche (14) par un procédé de fabrication n’utilisant pas d’usinage de précision sans force pour former des éléments fonctionnels liés à l’utilisation de l’axe de pivotement.10. Method according to claim 9, characterized in that sub-step a2) comprises a step of machining said first blank (14) by a manufacturing method not using precision machining without force to form functional elements related to the use of the pivot axis.
11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la sous-étape a2) comprend une étape de trovalisation de la première ébauche (14). 11. Method according to claim 9, characterized in that the sub-step a2) comprises a step of trovalisation of the first blank (14).
12. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’axe de pivotement est métallique, de préférence en acier durcissable. 12. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the pivot pin is metallic, preferably hardened steel.
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l’étape de réalisation de l’ébauche d’axe a) comprend les sous-étapes : a'1) fournir une barre métallique (12) ; a'2) usiner la barre métallique (12) par un procédé de fabrication n’utilisant pas d’usinage de précision sans force pour obtenir une première ébauche (14) ; a'3) optionnellement usiner ladite première ébauche (14) par un procédé de fabrication n’utilisant pas d’usinage de précision sans force pour former des éléments fonctionnels liés à l’utilisation de l’axe de pivotement ; a'4) optionnellement traiter thermiquement la première ébauche (14) obtenue selon les étapes a’2) ou a’3) de manière à obtenir la dureté requise pour l’axe de pivotement (1) fini ; a'5) optionnellement trovaliser la première ébauche (14) obtenue selon les étapes a’2) ou a’3) ou a’4); de manière à obtenir ladite ébauche d’axe (16) après la mise en œuvre de la dernière sous-étape a’2), a’3), a’4), ou a’5). 13. Method according to claim 12, characterized in that the step of producing the axle blank a) comprises the sub-steps: a′1) supplying a metal bar (12); a'2) machining the metal bar (12) by a manufacturing process not using precision machining without force to obtain a first blank (14); a'3) optionally machining said first blank (14) by a manufacturing process not using precision machining without force to form functional elements related to the use of the pivot axis; a'4) optionally heat treating the first blank (14) obtained according to steps a'2) or a'3) so as to obtain the hardness required for the finished pivot pin (1); a'5) optionally reviewing the first blank (14) obtained according to steps a'2) or a'3) or a'4); so as to obtain said axle blank (16) after the implementation of the last sub-step a'2), a'3), a'4), or a'5).
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la sous-étape de traitement thermique a’4) comprend une trempe suivie d’un traitement thermique destiné à relaxer les contraintes et réalisé de manière à obtenir une ébauche d’axe (16) présentant une dureté de surface supérieure ou égale à 700 HV, et de préférence supérieure ou égale à 800 HV. 14. Method according to claim 13, characterized in that the heat treatment sub-step a'4) comprises quenching followed by a heat treatment intended to relax the stresses and carried out so as to obtain a blank pin (16 ) having a surface hardness greater than or equal to 700 HV, and preferably greater than or equal to 800 HV.
15. Axe de pivotement horloger (1) comprenant au moins un pivot (2) à au moins une de ses extrémités, caractérisé en ce qu’au moins ledit pivot (2) présente une dureté de surface supérieure ou égale à 700 HV, et de préférence supérieure ou égale à 800 HV, et une rugosité Ra inférieure ou égale à 9 nm, et plus préférentiellement comprise entre 5 nm et 9 nm, bornes incluses. 15. Watchmaking pivot shaft (1) comprising at least one pivot (2) at at least one of its ends, characterized in that at least said pivot (2) has a surface hardness greater than or equal to 700 HV, and preferably greater than or equal to 800 HV, and a roughness Ra less than or equal to 9 nm, and more preferably between 5 nm and 9 nm, limits included.
16. Mouvement horloger comprenant un axe de pivotement horloger (1) selon la revendication 15. 16. Watch movement comprising a watch pivot axis (1) according to claim 15.
17. Pièce d’horlogerie comprenant un mouvement horloger selon la revendication 16 ou un axe de pivotement horloger (1) selon la revendication 15. 17. Timepiece comprising a timepiece movement according to claim 16 or a timepiece pivot axis (1) according to claim 15.
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