FR2467646A1 - Pre-stressing for coil spring - entails application of axial compression together with coil torque with 225 degrees twist - Google Patents

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Abstract

The post-stressing and twisting process is applied to a fabricated coil spring (1), for an increase of the springs in service strength. The spring is stressed axially by the application of a compressive force (C), one of its ends being simultaneously twisted by the application of a coiling torque (T). It (1) may be treated at a temp. of 120 to 400 degrees centigrade, subjected to a post force (C) of some 650 daN. The torque (T) may be of the order of 47 daNn, effecting a twisting of some 225 degrees of a terminal coil, and applied to a free end (5) of the spring wire.

Description

La presente invention, due à la collaboration de M. G. DECOUZON et
M. B. CRIQUI, se rapporte à un procédé de fabrication de ressorts hélicoidaux ayant subi de fortes précontraintes leur permettant de travailler dans de meilleures conditions et, de ce fait, autorisant des gains de poids importants.The present invention, due to the collaboration of MG DECOUZON and
MB CRIQUI, relates to a method of manufacturing helicoidal springs that have undergone strong prestressing, enabling them to work under better conditions and, consequently, allowing significant weight gains.

On sait qu'un ressort venant de fabrication, à froid ou à chaud, subit généralement une compression à spires jointives, dite "à bloc", ce qui permet d'obtenir dans sa masse une précontrainte de l'ordre de 110 hbars.It is known that a spring coming from manufacture, cold or hot, generally undergoes compression contiguous turns, called "block", which allows to obtain in its mass a prestress of the order of 110 hbars.

Une telle pratique permet d'homogénéiser sa structure cristalline, en répartissant alors les contraintes subies de faqon plus uniforme, et d'éliminer les déformations qui pourraient survenir au cours de son fonctionnement ultérieur.Such a practice makes it possible to homogenize its crystalline structure, by then distributing the stresses undergone in a more uniform manner, and to eliminate the deformations that might occur during its subsequent operation.

Dans certaines conditions, si le diamètre d'enroulement du ressort est inférieur à dix fois le diamètre du fil, il est alors possible de précontraindre jusqu'à 130 hbars.Under certain conditions, if the winding diameter of the spring is less than ten times the diameter of the wire, then it is possible to preload up to 130 hours.

Nais un tel taux de précontrainte n'est pas possible pour les ressorts dont le diamètre d'enroulement est supérieur à douze fois environ le diamètre du fil.But such prestressing rate is not possible for springs whose winding diameter is greater than about twelve times the diameter of the wire.

Dans ces conditions, on doit se limiter à une précontrainte de l'ordre de 107 à 110 hbars.Under these conditions, it should be limited to a prestressing of the order of 107 to 110 hbars.

Le but de la présente invention est de permettre de réhausser cette limite de 110 hbars à 130 hbars dans le cas précédent. Ceci permet, tout en conservant les mêmes caractéristiques mécaniques, d'utiliser un fil de diamètre inférieur avec lequel on établit des spires en moins grand nombre, de diamètre d'enroulement plus petit et par suite d'obtenir un gain de poids important.The purpose of the present invention is to allow to raise this limit from 110 hbars to 130 hbs in the previous case. This makes it possible, while maintaining the same mechanical characteristics, to use a wire of smaller diameter with which turns are made in smaller numbers, of smaller winding diameter and consequently to obtain a significant weight gain.

L'invention sera décrite au regard des figures 1 à 7 ci-jointes, données à titre d'exemples non limitatifs, qui représentent respectivement : - figure 1 : une portion de ressort avant et pendant la compression, - figure 2 : un dispositif permettant de traiter le ressort suivant le procédé de l'invention vu en perspective, - figure 3 : une vue analogue d'une portion grossie du dispositif précédent, - figures 4 a et b ç deux variantes de forme des extrémités dlun ressort selon l'invention, - figures 5 a, b et c : trois variantes de conformation de la derniere spire d'un ressort selon l'invention, - figures 6 et 7 : deux variantes supplémentaires du dispositif de fixation d'une extrémité du ressort.The invention will be described with reference to Figures 1 to 7 attached, given by way of non-limiting examples, which respectively represent: - Figure 1: a portion of spring before and during compression, - Figure 2: a device allowing to treat the spring according to the method of the invention seen in perspective, - Figure 3: a similar view of a magnified portion of the previous device - Figures 4 a and b - two variants of shape of the ends of a spring according to the invention - Figures 5a, b and c: three conformation variants of the last turn of a spring according to the invention, - Figures 6 and 7: two additional variants of the fastening device of a spring end.

Comme il a été précisé précédemment, lorsque le diamètre d'enroulement d'un ressort est supérieur à douze fois environ le diamètre du fil, il n'est pas possible de lui affecter un taux de contrainte élevé à 130 hbars, ce qui serait cependant souhaitable sous l'angle du gain de poids.As previously stated, when the winding diameter of a spring is greater than about twelve times the diameter of the wire, it is not possible to assign a high stress ratio to it at 130 hbar, which would however be desirable in terms of weight gain.

En effet, lorsqu'un tel ressort est comprimé dans les conditions précédentes, le diamètre extérieur du ressort augmente au cours de la compression et la contrainte effectivement prise n'est que de 105 hbars.Indeed, when such a spring is compressed under the above conditions, the outer diameter of the spring increases during compression and the stress actually taken is only 105 hbars.

Ceci est illustré à la figure 1 où on voit que le diamètre d du ressort avant compression est sensiblement inférieur au diamètre D du même ressort lors de la compression.This is illustrated in Figure 1 where we see that the diameter of the spring before compression is substantially smaller than the diameter D of the same spring during compression.

Le procédé selon l'invention, qui pallie l'inconvénient précédent,- consiste à combiner la compression traditionnelle du ressort sortant de fabrication avec une rotation sous fort couple d'une spire extrême dans le sens de l'enroulement.The method according to the invention, which overcomes the above drawback, consists in combining the traditional compression of the spring coming out of production with a rotation under strong torque of an extreme turn in the direction of the winding.

Ceci est obtenu par enroulement dudit ressort sur un mandrin qui lui sert de support, ce qui empêche le diamètre extérieur du ressort d'augmenter et la valeur de la contrainte prise par le il de chuter.This is achieved by winding said spring on a mandrel which serves as a support, which prevents the outer diameter of the spring from increasing and the value of the stress taken by it to fall.

Cette pratique permet d'obtenir effectivement dans le fil une contrainte conjuguée de cisaillement et de flexion égale à 130 hbars, tout en rattrapant par la rotation l'augmentation du diamètre extérieur due au basculement des spires se produisant dans le cas de la compression simple.This practice makes it possible to effectively obtain in the wire a combined shear and bending stress equal to 130 hbars, while catching by rotation the increase in the outer diameter due to the tilting of the turns occurring in the case of simple compression.

On voit à la figure 2 un dispositif qui permet d'atteindre ce résultat.We see in Figure 2 a device that achieves this result.

Un ressort 1, destiné à être fortement précontraint, est bloqué par une de ses extrémité 3 sur un support fixe 2.A spring 1, intended to be highly prestressed, is blocked by one of its ends 3 on a fixed support 2.

Le ressort est enroulé sur un mandrin 4 et son autre extrémité 5 est solidarisée à un manchon mobile 6 pouvant à la fois se mouvoir en glissant longitudinalement sur le manchon 4 et en rotation dans le sens des spires.The spring is wound on a mandrel 4 and its other end 5 is secured to a movable sleeve 6 that can both move by sliding longitudinally on the sleeve 4 and in rotation in the direction of the turns.

La figure 3 représente une possibilité de blocage de l'une ou des deux extrémités du ressort respectivement sur le support fixe 2 ou sur le manchon coulissant 6.FIG. 3 shows a possibility of blocking one or both ends of the spring respectively on the fixed support 2 or on the sliding sleeve 6.

Dans ce cas, les extrémités du ressort sont conformées comme indiqué sur les figures 4 a et 4 b, par exemple par écrasement, par forgeage et comportent une tête de retenue 7-7' de section circulaire ou ovale de diamètre supérieur à celui du fil.In this case, the ends of the spring are shaped as shown in Figures 4a and 4b, for example by crushing, forging and comprise a retaining head 7-7 'of circular or oval section of diameter greater than that of the wire .

L'extrémité correspondante du support 2 ou du manchon 6 est pourvue d'un doigt 8, dans lequel est disposée une fente transversale 9 de diamètre légèrement supérieur à celui du fil, mais inférieur à celui de la tête 7-7'.The corresponding end of the support 2 or the sleeve 6 is provided with a finger 8, in which is disposed a transverse slot 9 of diameter slightly greater than that of the wire, but less than that of the head 7-7 '.

On voit que, le fil étant introduit dans la fente, la rotation par tout moyen d'entralnement connu du manchon coulissant dans le sens des spires entralne avec lui la spire terminale correspondante et crée un couple dans le ressort, conformément à ce qui est recherché. En même temps, un déplacement longitudinal du manchon 6 sur le mandrin 4 en direction du support 2 provoque le blocage en compression simultanée du ressort 1 et donc sa précontrainte dans les conditions de l'invention.It can be seen that, since the wire is introduced into the slot, the rotation by any known drive means of the sleeve sliding in the direction of the turns entralne with it the corresponding terminal turn and creates a couple in the spring, in accordance with what is sought . At the same time, a longitudinal displacement of the sleeve 6 on the mandrel 4 in the direction of the support 2 causes the blocking in simultaneous compression of the spring 1 and thus its prestressing under the conditions of the invention.

Dans ce cas, le ressort est guidé par son diamètre intérieur par le mandrin 4. On pourrait également envisager de guider le ressort par son diamètre extérieur ou même de ne pas le guider du tout Si la machine effectuant une telle compression rotative est conque en conséquence.In this case, the spring is guided by its internal diameter by the mandrel 4. One could also consider guiding the spring by its outer diameter or even not to guide it at all If the machine performing such a rotary compression is conque accordingly .

On opére cette compression de préférence à une température moyenne, c'est-à-dire aux environs de 1200C..et éventuellement jusqu a 400 C.This compression is preferably carried out at an average temperature, that is to say around 1200C..and possibly up to 400 C.

Les figures 5 a, 5 b et 5 c montrent une autre fanon de traiter les extrémités de la spire terminale afin de donner prise au manchon rotatif générateur de couple. On opère, dans ce cas, par coudage de ladite extrémité, respectivement vers l'extérieur, vers l'intérieur ou latéralement.Figures 5a, 5b and 5c show another baleon treating the ends of the end turn to give grip to the rotating torque generating sleeve. In this case, the said end is bent, respectively outwardly, inwardly or laterally.

Une autre fanon de bloquer une extrémité du ressort pour lui transmettre le couple ci-dessus est de procéder à l'aide d'un dispositif illustré à la figure 6.Another dewlamp to block one end of the spring to transmit the above torque is to proceed with the aid of a device shown in Figure 6.

Ladite extrémité est introduite entre au moins deux cliquets 10 et 11 montés sur un porte-cliquet 12 entraîné en rotation par tout moyen conli, mécanique ou hydraulique, dans le sens de la flèche. Au cours du déplacement angulaire du porte-cliquet 10 qui seen suit, les cliquets 10 - il mobile s librement autour de leurs axes 13 - t sont autocoinces contre l'extrémité 15 du ressort 1.Said end is introduced between at least two pawls 10 and 11 mounted on a ratchet 12 rotated by any means, mechanical or hydraulic, in the direction of the arrow. During the angular displacement of the ratchet holder 10 which follows, the ratchets 10 - it movable freely around their axes 13 - t are autocoinces against the end 15 of the spring 1.

Une autre variante de la fixation de lextrémité de la spire terminale sur le manchon mobile 6 est représentée à la figure 7 Selon cette variante, on utilise une extrémité de spire usinée 20 de fanon à con former une tete qui est bloquée entre deux demiabagues 21 - 22 dont la périphérie à la forme d'un tronc de cône mâle et coopère avec une cavité de forme correspondante 23 du doigt d'entra'inement 24 du manchon mobile 6.Another variant of fixing the end of the end turn on the movable sleeve 6 is shown in FIG. 7 According to this variant, a machined winding end 20 of a bale is used to form a head which is locked between two half-sleeves 21. 22 whose periphery in the form of a male cone frustum and cooperates with a correspondingly shaped cavity 23 of the drive finger 24 of the movable sleeve 6.

A titre d'exemple, on traite un ressort de hauteur libre de 800 mm, dont le diamètre d'enroulement est de 162 mm, fait à partir d'un fil de 13,9 mm de diamètre et qui possède une flexibilité de 75 mm Z daN. Il est chauffé entre 120 et 41)00pendant qu'il est comprimé à 650 daN et qu'il subit un couple de torsion de 47 mdaN, occasionnant une rotation de 2250 de l'extrémité de la spire terminale correspondante.By way of example, a spring with a free height of 800 mm, with a winding diameter of 162 mm made from a 13.9 mm diameter wire and having a flexibility of 75 mm, is treated. Z daN. It is heated between 120 and 41 while it is compressed to 650 daN and subjected to a torque of 47 mdaN, causing a rotation of 2250 of the end of the corresponding terminal turn.

Après décharge, la perte de hauteur libre est de l'ordre de 200mm. After discharge, the loss of free height is of the order of 200mm.

Nous remarquons qu'au cours de ltopération de blocage précédente, les contraintes suivantes ont été relevées dans le fil - cisaillement : 110 hbars, - flexion : 175 175 hbars ?, ce qui correspond effectivement à un taux de contrainte conjugué théorique de 135 hbars.We note that during the previous blocking procedure, the following constraints were found in the wire-shear: 110 hbar, - bending: 175 175 hbar ?, which effectively corresponds to a theoretical conjugated stress rate of 135 hbar.

Des essais ont été faits en comparant deux ressorts, à précontraintes élevées, obtenus selon le procédé de l'invention à un ressort à précontrainte classique fabriqué selon la technique antérieure.Tests have been made by comparing two springs, with high prestresses, obtained according to the method of the invention with a conventional prestressed spring manufactured according to the prior art.

Il s'agit de ressorts testés sur les suspensions avant dlun véhicule ayant une masse en charge de soe kg sur l'avant. These are springs tested on the suspensions before a vehicle with a mass of load of SOE kg on the front.

Les caractéristiques de ces différents ressorts sont réunies dans le tableau récapitulatif ci-dessous

Figure img00040001
The characteristics of these different jurisdictions are summarized in the summary table below.
Figure img00040001

<tb> <SEP> Ressort <SEP> à <SEP> Ressort <SEP> à <SEP> précontrainte
<tb> <SEP> élevée
<tb> <SEP> précontrainte <SEP>
<tb> <SEP> classique <SEP> Solution <SEP> n <SEP> 1 <SEP> Solution <SEP> n <SEP> 2
<tb> Raideur <SEP> ressort <SEP> (daN/mm) <SEP> 1,019
<tb> <SEP> du <SEP> fil <SEP> (mm) <SEP> 10,618 <SEP> 9,63 <SEP> 9,89 <SEP>
<tb> 9 <SEP> d'enroulement <SEP> moyen <SEP> (m'a) <SEP> 125 <SEP> 109,45 <SEP> 121,56
<tb> Spires <SEP> utiles <SEP> 5,85 <SEP> 4,85 <SEP> 4,85
<tb> Poids <SEP> (daN) <SEP> 1,83 <SEP> 1,i24 <SEP> 1,31
<tb> Effort <SEP> choc <SEP> (daN) <SEP> 307,59 <SEP> 301 <SEP> 30759
<tb> <SEP> charge <SEP> " <SEP> 235,6 <SEP> 232,5 <SEP> 235,6
<tb> <SEP> rebond <SEP> " <SEP> i29,14 <SEP> 93,5 <SEP> 124,14
<tb> Contraites <SEP> bloc <SEP> (hbar) <SEP> 104,7 <SEP> 1315 <SEP> 130,97
<tb> <SEP> choc <SEP> " <SEP> 91,8 <SEP> 105 <SEP> 110,00
<tb> <SEP> charge <SEP> " <SEP> 70,16 <SEP> 81 <SEP> 84,26
<tb> <SEP> rebond <SEP> " <SEP> 41,14 <SEP> 32,5 <SEP> 49,76
<tb>
Les efforts auxquels on a soumis le ressort en positions de choc, de charge et de rebond correspondent respectivement aux efforts fournis pour amener la suspension dans les positions de compression maximale, d'équilibre du véhicule et d'extension maximale.<tb><SEP> Spring <SEP> to <SEP> Spring <SEP> to <SEP> prestressed
<tb><SEP> high
<tb><SEP> prestressing <SEP>
<tb><SEP> classic <SEP> Solution <SEP> n <SEP> 1 <SEP> Solution <SEP> n <SEP> 2
<tb> Stiffness <SEP> spring <SEP> (daN / mm) <SEP> 1,019
<tb><SEP> of the <SEP> thread <SEP> (mm) <SEP> 10.618 <SEP> 9.63 <SEP> 9.89 <SEP>
<tb> 9 <SEP> winding <SEP> medium <SEP> (me) <SEP> 125 <SEP> 109.45 <SEP> 121.56
<tb> Useful <SEP> Spikes <SEP> 5.85 <SEP> 4.85 <SEP> 4.85
<tb> Weight <SEP> (daN) <SEP> 1.83 <SEP> 1, i24 <SEP> 1.31
<tb> Effort <SEP> shock <SEP> (daN) <SEP> 307.59 <SEP> 301 <SEP> 30759
<tb><SEP> load <SEP>"<SEP> 235.6 <SEP> 232.5 <SEP> 235.6
<tb><SEP> rebound <SEP>"<SEP> i29.14 <SEP> 93.5 <SEP> 124.14
<tb> Contracts <SEP> block <SEP> (hbar) <SEP> 104.7 <SEP> 1315 <SEP> 130.97
<tb><SEP> shock <SEP>"<SEP> 91.8 <SEP> 105 <SEP> 110.00
<tb><SEP> load <SEP>"<SEP> 70.16 <SEP> 81 <SEP> 84.26
<tb><SEP> rebound <SEP>"<SEP> 41.14 <SEP> 32.5 <SEP> 49.76
<Tb>
The stresses to which the spring was subjected in shock, load and rebound positions respectively correspond to the forces provided to bring the suspension into the positions of maximum compression, vehicle balance and maximum extension.

Les contraintes mentionnées sont celles qui sont mesurées dans les trois positions précédentes du ressort auxquelles s'ajoute la position "bloc" lorsque le ressort est comprimé à spires jointives.The constraints mentioned are those which are measured in the three preceding positions of the spring to which is added the "block" position when the spring is compressed with contiguous turns.

On constate à la lecture de ce tableau que la solution nO 2 qui présente les mêmes caractéristiques mécaniques que celles du ressort test classique permet de gagner 28 % en poids par rapport à ce dernier.It can be seen from this table that solution No. 2, which has the same mechanical characteristics as those of the conventional test spring, makes it possible to gain 28% by weight with respect to the latter.

On notera encore que ce procédé de blocage par compression rotative peut être également appliqué sur des ressorts dont la contrainte en choc reste à 100 hbars, mais qui ont des problemes de fluage.It will be further noted that this method of blocking by rotary compression can also be applied to springs whose impact stress remains at 100 bar, but which have creep problems.

Enfin, il est possible que des contraintes de blocage plus élevées puissent également être appliquées sur des ressorts dont le fil possede des caractéristiques correspondantes. Finally, it is possible that higher locking stresses may also be applied to springs whose wire has corresponding characteristics.

Claims (7)

REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication drun ressort hélicoidal léger fortement précontraint, caractérisé par le fait que l'on combine la compression traditionnelle à laquelle on soumet le ressort sortant de fabrication avec une rotation sous fort couple d'une spire extrême dans le sens de ltenroulement. 1 - A method of manufacturing a lightweight helicoidal spring heavily prestressed, characterized in that it combines the traditional compression to which the spring coming from manufacturing is subjected to a rotation under strong torque of an extreme turn in the direction of winding. 2 - Procédé de fabrication d'un ressort hélicoidal selon la revendication 1, caractérisé en ce que ltopération de compression rotative s'effectue de préférence à une température de l'ordre de 1200 - 4000C.2 - A method of manufacturing a helical spring according to claim 1, characterized in that lterération rotary compression is preferably carried out at a temperature of the order of 1200 - 4000C. 3 - Procédé de fabrication d'un ressort hélicoidal selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la compression du ressort se fait avec une contrainte de l'ordre de 650 daN et sous un couple de torsion d'environ 47 mdaN, entraînant une rotation de l'extrémité libre d'une spire terminale correspondante voisine de 225 . 3 - A method of manufacturing a helical spring according to claims 1 and 2, characterized in that the compression of the spring is with a stress of the order of 650 daN and under a torque of about 47 mdaN torque, causing a rotation of the free end of a corresponding terminal turn close to 225. 4 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le ressort devant être soumis à la la compression rotative est enroulé sur un mandrin guidant son diamètre intérieur, les deux extrémités dudit ressort étant bloquéesrespecti- vement sur un support fixe et sur un manchon mobile à la fois en rotation et en translation sur le mandrin de guidage.4 - Apparatus for implementing the method according to claim 1, characterized in that the spring to be subjected to the rotary compression is wound on a mandrel guiding its inner diameter, the two ends of said spring being blockedrespectively on a fixed support and a sleeve movable both in rotation and in translation on the guide mandrel. 5 - Dispositif pour la réalisation de ressorts hélicoidaux selon la recendication 1, caractérisé en ce que le manchon mobile comporte un doigt pourvu d'une fente dans laquelle est introduite l'extrémité libre de la spire terminale du ressort qui, lors d'une opération précédente, a été déformée par tout moyen connu, tel que le forgeage, coudage, afin de créer une tête de retenue de dimensions supérieures à celles de la fente.5 - Device for producing helicoidal springs according to recendication 1, characterized in that the movable sleeve comprises a finger provided with a slot into which is inserted the free end of the end coil of the spring which, during an operation previous, has been deformed by any known means, such as forging, bending, to create a retaining head of dimensions greater than those of the slot. 6 - Dispositif pour la réalisation de ressorts hélicoidaux selon la revendication 1, caractérise en ce que le blocage de l'extrémité libre du ressort pour l'entraîner en rotation est effectué au moyen d'au moins deux cliquets montés sur un support mobile en rotation, dont le sens impose une action autoserrante desdits cliquets sur l'extrémité du ressort.6 - Device for producing helicoidal springs according to claim 1, characterized in that the locking of the free end of the spring to drive it in rotation is performed by means of at least two pawls mounted on a rotatable mobile support whose direction imposes a self-locking action of said pawls on the end of the spring. 7 - Dispositif pour la réalisation de ressorts hélicoidaux selon la revendication 1, caractérisé en ce que le blocage de l'extrémité dtun ressort comportant une tête est effectué au moyen de deux demi-bagues qui l'enserrent et dont la périphérie à la forme d'un traicde cône mâle coopérant avec une cavité de forme correspondante du doigt d'entraînement du manchon mobile. 7 - Device for producing helicoidal springs according to claim 1, characterized in that the locking of the end of a spring comprising a head is effected by means of two half-rings which surround it and whose periphery has the shape of a a traicde male cone cooperating with a correspondingly shaped cavity of the drive finger of the movable sleeve.
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