FR2623266A1 - INDIVIDUAL CAM FOR TUBULAR CAMSHAFT; AND METHOD FOR MANUFACTURING SUCH A CAM - Google Patents
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Abstract
Came individuelle avec un renflement de came et un alésage pour un arbre à cames constitué par un tube pouvant être dilaté et par des éléments de construction qui sont assemblés-fixés à celui-ci par une liaison par adhérence. On prévoit, au moins sur le renflement de came 2, une couche marginale 4 qui peut être durcie à une dureté supérieure à 56 HRC (dureté Rockwell), et la résistance à la déformation radiale est plus grande dans la région de l'alésage 1 de la came que la résistance de la matière du tube prévu pour l'assemblage.Individual cam with a cam bulge and a bore for a camshaft consisting of an expandable tube and construction elements which are assembled-fixed to it by a bonding connection. At least on the cam bulge 2, a marginal layer 4 is provided which can be cured to a hardness greater than 56 HRC (Rockwell hardness), and the resistance to radial deformation is greater in the region of the bore 1 of the cam as the resistance of the material of the tube intended for assembly.
Description
L'invention concerne une cane individuelle avec un renflement de came etThe invention relates to an individual cane with a cam bulge and
un alésage pour un arbre à cames constitué par un tube pouvant être dilaté et par des éléments de construction qui sont assemblés-fixés à celui-ci par une liaison par adhérence, ces éléments de construction pouvant être, par exemple, des cames, des pignons et a bore for a camshaft consisting of a tube which can be expanded and by construction elements which are assembled-fixed thereto by an adhesion connection, these construction elements can be, for example, cams, pinions and
des manchons de palier de glissement. sliding bearing sleeves.
L'invention concerne en outre un procédé de fabrication d'une came. Lors de la réalisation d'arbres à cases du type indiqué, dans ]0 lesquels la dilatation du tube s'effectue en principe par portions dans la région des éléments de construction emboîtés sur ce tube, il convient de considérer particulièrement certains problèmes indiqués ci-après. D'une part, il faut réaliser un assemblage ayant une solidité assurant que les couples appliqués seront-supportés sans déplacement The invention further relates to a method of manufacturing a cam. When producing box shafts of the type indicated, in which the expansion of the tube is carried out in principle in portions in the region of the construction elements fitted on this tube, it is appropriate to consider in particular certain problems indicated below. after. On the one hand, it is necessary to carry out an assembly having a solidity ensuring that the couples applied will be supported without displacement
angulaire de l'élément de construction par rapport au tube. angle of the building element with respect to the tube.
Pour cela, on a d'abord considéré qu'il était avantageux de recourir à l'acier pour réaliser notamment les canes. I1 est toutefois déja connu, par les arbres à cames classiques d'une seule pièce, que les pistes de contact des cames faites en acier s'endommagent dans certaines conditions de fonctionnement,. dans le cas des moteurs à combustion interne récents, fortement charges, notamment du type avec For this, it was first considered that it was advantageous to use steel to produce in particular the canes. I1 is however already known, from conventional one-piece camshafts, that the contact tracks of cams made of steel are damaged under certain operating conditions. in the case of recent internal combustion engines, heavy loads, in particular of the type with
culasse à nombreuses soupapes.cylinder head with many valves.
Pour cette raison, certains constructeurs ont préféré utiliser des arbres à cames en fonte, notamment en fonte dite moulée-trempée en coquille, avec lesquels il n'y a pas lieu d'envisager de tels endommagements des pistes des cames. Toutefois, par rapport aux arbres du type mentionné au début, ces arbres présentent des For this reason, certain manufacturers have preferred to use camshafts of cast iron, in particular of cast iron known as molded-quenched in shell, with which there is no reason to consider such damage to the tracks of the cams. However, compared to trees of the type mentioned at the beginning, these trees have
inconvénients inhérents à leur poids. disadvantages inherent in their weight.
On a tenté de fabriquer des cames individuelles en matière moulée et de fixer de telles cames, par liaison d'adhérence, sur un tube dilaté hydrauliquement, et l'on a constaté que de telles cames présentaient des caractéristiques d'élasticité insuffisantes et étaient Attempts have been made to make individual cams out of molded material and to fix such cams, by bonding, to a hydraulically expanded tube, and it has been found that such cams have insufficient elasticity characteristics and are
le siège de ruptures lors de l'opération de dilatation. the seat of ruptures during the dilation operation.
La présente invention a pour but de réaliser une came individuelle qui satisfera à' tous les impératifs de solidité lors de la réalisation d'un arbre à cames par expansion, autrement dit par dilatation, du corps tubulaire emboîté et à tous les impératifs de durabilité et de capacité de transmission de couples Lors du fonctionnement. Selon l'invention, une came individuelle pour un arbre à cames composé, constitué par un tube pouvant être dilaté ou évasé au-delà de la limite élastique et par des éléments de construction qui sont assembLés-fixés à ce tube par une liaison par adhérence exclusivement, la came étant susceptible d'être durcie à une dureté supérieure à 56 HRC (dureté Rockwell) est caractérisée en ce que The object of the present invention is to produce an individual cam which will satisfy all the requirements for solidity when producing a camshaft by expansion, in other words by expansion, of the nested tubular body and all the requirements for durability and torque transmission capacity During operation. According to the invention, an individual cam for a compound camshaft, constituted by a tube which can be expanded or flared beyond the elastic limit and by construction elements which are assembled-fixed to this tube by an adhesion connection exclusively, the cam being capable of being hardened to a hardness greater than 56 HRC (Rockwell hardness) is characterized in that
la came est faite d'une matière de base qui est durcie sur le pour- the cam is made of a base material which is hardened on the pros
tour, au moins dans la région de son renflement de came, mais uni- turn, at least in the region of its cam bulge, but uni-
quement dans une couche marginale, que le gradient de la dureté en direction radiale ne dépasse pas 150 HV/mm (dureté Vickers), y compris dans la zone de transition de la couche marginale à la matière de base, et que la résistance à la traction de la matière de base dans la région de l'alésage de la came est supérieure d'au moins 20 % à celle du tube prévu pour l'assemblage. Une came de ce genre permet d'obtenir immédiatement, par le procédé hydraulique d'assemblage connu, un produit de haute qualité satisfaisant à tous les impératifs de fonctionnement, le durcissement pouvant déjà avoir lieu avant l'assemblage et une rectification de finition only in a marginal layer, that the hardness gradient in the radial direction does not exceed 150 HV / mm (Vickers hardness), including in the transition zone from the marginal layer to the base material, and that the resistance to traction of the base material in the region of the bore of the cam is at least 20% greater than that of the tube intended for assembly. A cam of this kind makes it possible to immediately obtain, by the known hydraulic assembly process, a high quality product satisfying all the operating requirements, the hardening possibly already taking place before assembly and a finishing correction.
pouvant encore avoir lieu ensuite.can still take place afterwards.
Les cames en une matière durcissable, acier, fonte ou matière frittée étant envisageables, peuvent alors, dès avant l'assemblage au tube, être mises en paquet en ayant la même orientation au sein du paquet et être durcies sur leurs pistes, par exemple par un Cams made of a curable material, steel, cast iron or sintered material being possible, can then, from before assembly to the tube, be packaged with the same orientation within the package and be hardened on their tracks, for example by a
procédé de trempe par induction ou de durcissement au laser. induction hardening or laser hardening process.
Des assemblages particulièrement avantageux, résistants à la torsion, peuvent être obtenus entre came et tube si la résistance à la traction de la matière de base est d'au moins 20 %, notamment jusqu'à 50 %, supérieure à celle de la matière du tube prévu pour l'assemblage. Ainsi, les pressions de dilatation peuvent être portées à de très fortes valeurs sans qu'il y ait d'endommagement Particularly advantageous assemblies, resistant to torsion, can be obtained between cam and tube if the tensile strength of the base material is at least 20%, in particular up to 50%, greater than that of the material of the tube provided for assembly. Thus, the expansion pressures can be brought to very high values without there being damage
de la couche marginale durcie et peu apte à l'allongement. hardened marginal layer which is not very suitable for elongation.
Il est particulièrement avantageux que l'épaisseur de la couche marginale soit établie de manière à être, à la pointe du renflement de came, le double de ce qu'elle est aux flancs de ce renflement, de manière qu'aux endroits o des forces de pression particulièrement élevées se produisent sur la piste de la came il It is particularly advantageous that the thickness of the marginal layer is established so as to be, at the point of the cam bulge, double what it is at the sides of this bulge, so that at the points o of the forces particularly high pressures occur on the cam track there
n'y ait dans le domaine sous-jacent aucune déformabilité suscep- there is no suscep- tible deformability in the underlying domain
tible de conduire à un endommagement. Par ailleurs, dans une forme de réalisation particulièrement avantageuse, la couche marginale tible to lead to damage. Furthermore, in a particularly advantageous embodiment, the marginal layer
durcie doit présenter une profondeur de 6 mm au maximum, de préfé- hardened must have a maximum depth of 6 mm, preferably
rence de 4 mm au maximum, afin de ne pas influencer défavorablement la déformabilité élastique indispensable dans la région de rence of 4 mm maximum, so as not to adversely affect the elastic deformability essential in the region of
l'alésage de la came.the bore of the cam.
Il est particulièrement avantageux, du point de vue précité, que la couche marginale durcie ne soit formée que dans la région du renflement de came, et que le cercle de base, o l'épaisseur de paroi est uniforme, reste non durci puisque cela est possible du point de vue de la charge exercée sur la piste de la came, et puisque, d'autre part, on élimine ainsi le risque relativement élevé de fissuration d'une couche durcie profonde située sur une couche non durcie peu importante. Si l'on prévoit néanmoins un durcissement sur cette épaisseur marginale radiale constante sur ce cercle de base, il faut alors que la couche marginale ait une épaisseur n'excédant pas 0,3 mm, pour les raisons précitées. Dans ce cas, l'épaisseur de la couche marginale ne doit pas excéder 50 %, avantageusement 30 %, de l'épaisseur totale de la paroi. Cela a également pour but d'autoriser un assemblage solide, avec de fortes pressions de dilatation, sans que la came risque de présenter des fissures dans la couche durcie. Le durcissement doit s'effectuer sur tout le pourtour, à chaque fois de manière qu'il n'y ait pas d'effets de bord sur les côtés, mais que la couche marginale présente une épaisseur constante sur toute la largeur de la came, Jusqu'aux faces latérales, afin d'éviter des phénomènes d'écaillage sur les bords. A cet effet, le traitement de durcisseient de plusieurs cames rassemblées avec une môme orientation et serrées It is particularly advantageous, from the above point of view, that the hardened marginal layer is formed only in the region of the cam bulge, and that the base circle, where the wall thickness is uniform, remains uncured since this is possible from the point of view of the load exerted on the track of the cam, and since, on the other hand, this thus eliminates the relatively high risk of cracking of a deep hardened layer situated on a small unhardened layer. If provision is nevertheless made for hardening on this constant radial marginal thickness on this base circle, then the marginal layer must have a thickness not exceeding 0.3 mm, for the aforementioned reasons. In this case, the thickness of the marginal layer must not exceed 50%, advantageously 30%, of the total thickness of the wall. This is also intended to allow a solid assembly, with high expansion pressures, without the cam being likely to present cracks in the hardened layer. The hardening must be carried out all around, each time so that there are no edge effects on the sides, but that the marginal layer has a constant thickness over the entire width of the cam, Up to the lateral faces, in order to avoid chipping phenomena on the edges. For this purpose, the hardening treatment of several cams assembled with the same orientation and tightened
les unes contre les autres, convient particulièrement bien. against each other, is particularly suitable.
Lors du traitement de durcissement de la couche marginale, il convient de considérer notamment aussi, en plus de l'épaisseur absolue, le respect de certains gradients de dureté, c'est-à-dire qu'il convient d'éviter les "sauts" de dureté susceptibles de conduire à des contraintes internes dans la matière, lesquelles peuvent être évitées dans la mesure o, selon un mode de mise en èuve préféré, le gradient de dureté en direction radiale n'excède pas 150 HV /mm, de préférence During the hardening treatment of the marginal layer, it is also necessary to consider in particular also, in addition to the absolute thickness, the respect of certain hardness gradients, that is to say that it is necessary to avoid "jumps" "of hardness likely to lead to internal stresses in the material, which can be avoided to the extent that, according to a preferred method of baking, the hardness gradient in the radial direction does not exceed 150 HV / mm, preferably
120 HV/mm.120 HV / mm.
En plus de la forme habituelle de tranche ou corps à faces latérales parallèles continues, les cames individuelles peuvent permettre, indépendamment de leur type de fabrication et de leur matière, c'est-àdire aussi bien dans le cas des cames forgées que dans celui des cames moulées ou frittées, de réduire encore le poids de l'arbre à cames à réaliser si, au niveau de la came individuelle, les faces latérales de celles-ci sont dotées d'évidements dans la région du renflement de came, une âme, notamment située en position médiane, étant ainsi formée entre les fonds des deux évidements. Dans ce cas, on veillera avantageusement à ce qu'en dehors de cette âme la ]0 couche marginale soit soutenue par une couche de matière de base, cela sur toute la largeur de la came, à défaut de quoi des phénomènes de In addition to the usual shape of slice or body with continuous parallel lateral faces, the individual cams can allow, regardless of their type of manufacture and of their material, that is to say both in the case of forged cams and in that of molded or sintered cams, to further reduce the weight of the camshaft to be produced if, at the level of the individual cam, the lateral faces of these have recesses in the region of the cam bulge, a core, especially located in the middle position, thus being formed between the bottoms of the two recesses. In this case, it will advantageously be ensured that outside this core the] 0 marginal layer is supported by a layer of base material, this over the entire width of the cam, failing which phenomena of
cassure de bord risqueraient de se produire. edge breakage may occur.
Pour assurer les caractéristiques de la came selon l'invention, on peut indiquer, en fonction de la matière, certaines valeurs To ensure the characteristics of the cam according to the invention, it is possible to indicate, depending on the material, certain values
particulièrement préférées, contribuant à améliorer les résultats. particularly preferred, helping to improve results.
Dans le cas de cames en acier, la matière de base non durcie devrait présenter une grosseur de grain maximale se situant aux environs de 8 ASTI, c'est-à-dire que les valeurs numériques ASTN peuvent être égales ou supérieures à 8. Par contre, pour la couche marginale qui doit notamment consister en martensite à grain fin, il convient que la grosseur de grain maximale soit de l'ordre de 6 ASTN, In the case of steel cams, the uncured base material should have a maximum grain size of around 8 ASTI, that is, the numerical values ASTN may be equal to or greater than 8. Par on the other hand, for the marginal layer which must in particular consist of fine-grained martensite, the maximum grain size should be of the order of 6 ASTN,
c'est-à-dire que la valeur numérique ASTN soit égale ou supérieure à 6. that is, the numerical value ASTN is equal to or greater than 6.
Comme déjà indiqué, des matières de moulage conviennent aussi pour les cames ayant les caractéristiques selon l'invention, notamment les cames en matière de moulage durcissable telle que, de préférence, As already indicated, molding materials are also suitable for cams having the characteristics according to the invention, in particular cams made of curable molding material such as, preferably,
la fonte malléable à coeur noir.malleable iron with a black heart.
Dans le cas o la came est réalisée en tant que pièce métallique frittée, la matière durcissable qu'il faut prévoir doit notamment être In the case where the cam is produced as a sintered metal part, the hardenable material which must be provided must in particular be
obtenue par addition d'agents de formation de carbures. obtained by adding carbide forming agents.
Dans le cas o elle est en acier, une came individuelle selon l'invention peut être réalisée, conformément au procédé selon l'invention, de manière qu'il y ait à la surface de la piste de la came un apport de chaleur limité dans le temps, après quoi, lors du refroidissement, il se produit une transforation martensitique dans la couche marginale et une transformation structurale dans la matière de base. A cette fin, comme mentionné, on peut recourir à un échauffement par chauffage par induction ou par laser. La transformation structurale dans la matière de base s'effectue, dans un mode approprié, essentiellement sous l'effet de la transmission de chaleur par voie métallique, à la couche marginale préalablement refroidie pour donner de la martensite, c'est-à-dire que le contenu calorifique de la came est utilisé pour la transformation structurale. Les résultats désirés sont alors obtenus avec une bonne fiabilité si l'échauffement de la couche marginale s'effectue Jusqu'à une profondeur d'au moins 1 mm, à ]C une température de l'ordre de 850 C. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront In the case where it is made of steel, an individual cam according to the invention can be produced, in accordance with the method according to the invention, so that there is a limited heat input to the surface of the track of the cam. time, after which, upon cooling, a martensitic transformation occurs in the marginal layer and a structural transformation in the base material. To this end, as mentioned, heating by induction heating or by laser can be used. The structural transformation in the base material is carried out, in an appropriate mode, essentially under the effect of heat transmission by metal, to the marginal layer previously cooled to give martensite, that is to say that the heat content of the cam is used for structural transformation. The desired results are then obtained with good reliability if the marginal layer is heated Up to a depth of at least 1 mm, at] C a temperature of the order of 850 C. The characteristics and advantages of the invention will appear
plus complètement dans la description présentée dans ce qui suit, à more fully in the description presented in the following, at
titre d'exemple non limitatif, en se reportant au dessin -annexé dont les figures représentent: ]5 - la figure 1, à gauche, une vue frontale et, à droite, une vue en coupe longitudinale d'une came selon l'invention, dotée de faces latérales uniformes; - la figure 2, à gauche, une vue frontale et, à droite, une vue en coupe longitudinale d'une came selon l'invention, dotée de faces by way of nonlimiting example, with reference to the appended drawing, the figures of which represent:] 5 - FIG. 1, on the left, a front view and, on the right, a view in longitudinal section of a cam according to the invention , with uniform side faces; - Figure 2, on the left, a front view and, on the right, a longitudinal section view of a cam according to the invention, provided with faces
latérales munies d'évidements.side with recesses.
Sur la figure 1, on peut voir la came selon l'invention, comportant un alésage central 1, un renflement de came 2 et un cercle de base d'épaisseur constante. Une ligne en tireté indique la limite entre une couche marginale durcie 4 et la matière de base 5. On peut voir que la came est réalisée sous la forme d'une tranche' ou corps à faces latérales parallèles uniformes 6. La couche marginale durcie 4 est représentée avec des hachures plus rapprochées que celles de la matière de base non durcie 5. On peut en outre voir que la couche marginale durcie présente la môme épaisseur sur toute la largeur de la piste de la came. Dans la région du renflement de came 2, l'épaisseur In FIG. 1, the cam according to the invention can be seen, comprising a central bore 1, a cam bulge 2 and a base circle of constant thickness. A dashed line indicates the limit between a hardened marginal layer 4 and the base material 5. It can be seen that the cam is produced in the form of a wafer or body with uniform parallel side faces 6. The hardened marginal layer 4 is shown with hatching closer together than that of the unhardened base material 5. It can also be seen that the hardened marginal layer has the same thickness over the entire width of the track of the cam. In the region of the cam bulge 2, the thickness
est globalement un peu plus forte que dans le cercle de base 3. is generally a little stronger than in base circle 3.
Sur la figure 2, on a représenté une came selon l'invention, avec un alésage central 1, un renflement de came 2 et un cercle de base d'épaisseur constante 3. Des évidements' latéraux 7 sont prévus dans le renflement de came 2. Une ligne en tireté représente la limite entre une couche marginale durcie et la matière de base non durcie 5. La couche marginale durcie ne s'étend ici que sur le renflement de came, c'est-àdire sur la pointe et les flancs de la came. Sur la vue en coupe, on peut voir les évidements 7 et une âme médiane 8. En outre, les hachures dessinées plus rapprochées pour la couche marginale durcie 4 font apparaître que la matière de base 5 soutient la couche durcie 4 sur toute la largeur de la came, à l'extérieur des évidements 7. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par 0Jo l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement A titre d'exemple non limitatif, sans sortir du In Figure 2, there is shown a cam according to the invention, with a central bore 1, a cam bulge 2 and a base circle of constant thickness 3. Lateral recesses 7 are provided in the cam bulge 2 A dashed line represents the boundary between a hardened edge layer and the unhardened base material 5. The hardened edge layer here only extends over the cam bulge, i.e. on the tip and flanks of drug. In the sectional view, we can see the recesses 7 and a central core 8. In addition, the more closely-drawn hatching for the hardened marginal layer 4 shows that the base material 5 supports the hardened layer 4 over the entire width of the cam, outside the recesses 7. Of course, various modifications can be made by a person skilled in the art to the devices or methods which have just been described only by way of nonlimiting example, without departing from the
cadre de l'invention.part of the invention.
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