FR2672831A1 - Machine de soudage par friction a haute cadence. - Google Patents

Abstract

La machine de soudage comporte un ensemble (2) comprenant une broche rotative (6) munie de moyens de serrage d'une première pièce (20), un coulisseau (4) monté mobile sur le bâti (1) dans une direction horizontale alignée avec l'axe (5) de la broche (6), des moyens de fixation d'une seconde pièce (60) sur le coulisseau (4), des moyens de déplacement du coulisseau (4) et de poussée sur le coulisseau (4) et sur la seconde pièce (60) et un plateau tournant (8) de chargement de la seconde pièce (60). La machine comporte un premier moyen de déplacement rapide (30, 31) du coulisseau (4) entre une position hors service et une position de service, un premier vérin (28) de poussée sur le coulisseau (4) et un second vérin (40) de maintien de la seconde pièce (60) monté sur le coulisseau (4). Le moyen de déplacement rapide (30, 31), le premier vérin (28) et le second vérin (40) ont des axes d'actionnement alignés confondus avec l'axe de la broche rotative. Le plateau tournant (8) est monté sur le coulisseau (4) dans une position verticale et avec son axe horizontal. Le plateau tournant (8) de la machine est déplacé en rotation, de manière à présenter des étaux de serrage (50a, 50b) de la seconde pièce (60), successivement, au niveau d'un poste de chargement, d'un poste de soudure et d'un poste de déchargement. La machine fonctionne à haute cadence et peut être utilisée pour réaliser le soudage de têtes de soupape sur des queues de soupape.

Description

L'invention concerne une machine de soudage par friction à haute cadence de deux pièces disposées bout à bout pendant le soudage.

On connaît des machines de soudage par friction de deux pièces généralement de forme cylindrique disposées bout à bout dans le prolongement axial l'une de l'autre.

Les deux pièces dont l'une est mise en rotation à grande vitesse et dont l'autre est fixe en rotation sont mises en contact avec une certaine pression, de manière à réaliser une plastification du métal des pièces, au voisinage de la zone de jonction.

Après plastification du métal dans la zone de contact, on augmente la pression de contact entre les deux pièces, de manière à réaliser une liaison des deux pièces et une déformation à chaud, ou forgeage, du métal dans la zone de contact.

Un bourrelet qui se forme dans la zone de contact par refoulement du métal doit être éliminé, dans une phase auxiliaire du procédé.

Ce procédé est particulièrement bien adapté au cas de deux pièces en des métaux de natures différentes.

Les machines de soudage par friction suivant l'art antérieur comportent généralement un bâti, un ensemble comprenant une broche rotative munie de moyens de serrage de l'une des pièces et un coulisseau monté mobile sur le bâti dans une direction horizontale alignée avec l'axe de la broche. La seconde pièce peut être fixée sur le coulisseau, de manière à être placée en position de travail, dans le prolongement de la première pièce fixée sur la broche rotative. La machine comporte également des moyens de déplacement du coulisseau suivant la direction axiale de la broche correspondant à la direction axiale des deux pièces à souder et des moyens de poussée sur le coulisseau et sur la seconde pièce, de manière à obtenir les pressions de contact voulues, pendant la plastification et pendant le- forgeage.

La machine comporte un ensemble de moyens d'approvisionnement et de chargement des pièces, de manière à les placer successivement en position de travail sur les éléments correspondants de la machine. Ces moyens d'approvisionnement et de chargement peuvent comporter un plateau tournant de chargement comportant plusieurs postes de travail, sur lequel la seconde pièce peut être fixée par au moins un mors de serrage.

Le soudage par friction peut être utilisé de manière avantageuse pour réaliser le soudage d'éléments constitutifs de pièces mécaniques, tels qu'une queue et une tête de soupape.

Les machines de soudage par friction connues de l'art antérieur donnent généralement satisfaction en ce qui concerne la qualité des soudures réalisées mais ces machines peuvent présenter des cadences de soudage des pièces qui sont insuffisantes dans le cas de lignes de fabrication en série à haute productivité, dans certaines industries telles que l'industrie automobile.

Le but de l'invention est donc de proposer une machine de soudage par friction à haute cadence de deux pièces disposées bout à bout pendant le soudage, comportant un bâti, un ensemble comprenant une broche rotative munie de moyens de serrage d'une première pièce, un coulisseau monté mobile sur le bâti dans une direction horizontale alignée avec l'axe de la broche, des moyens de fixation de la seconde pièce sur le coulisseau, des moyens de déplacement du coulisseau et de poussée sur le coulisseau et sur la seconde pièce et un plateau tournant de chargement de la seconde pièce qui est fixée sur le plateau par au moins un mors de serrage, caractérisée par le fait - que les moyens de déplacement et de poussée comportent un premier moyen de déplacement rapide du coulisseau entre une position hors service et une position de service, un premier vérin de poussée sur le coulisseau et un second vérin de maintien de la seconde pièce monté sur le coulisseau, le moyen de déplacement, le premier vérin et le second vérin ayant des axes d'actionnement alignés confondus avec l'axe de la broche rotative, - et que le plateau tournant est monté sur le coulisseau dans une position verticale et avec son axe horizontal, de manière à présenter la seconde pièce en position de soudage dans le prolongement de la première pièce introduite dans la broche rotative.

Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limitatif, une machine de soudage par friction selon l'invention utilisée pour souder des queues de soupape sur des têtes de soupape.

La figure 1 est une vue en élévation latérale et en coupe partielle de la machine de soudage par friction suivant l'invention.

La figure 1A est une vue agrandie du détail A de la figure 1.

La figure 2 est une vue de dessus de la machine de soudage par friction.

La figure 3 est une vue de côté suivant 3 de la figure 1.

La figure 4 est une vue en coupe à plus grande échelle montrant les moyens de fixation et de poussée de la seconde pièce et les deux pièces dont on assure le soudage bout à bout.

Sur la figure 1, on voit la machine de soudage qui comporte un bâti désigné de manière générale par le repère 1 et un ensemble à broche rotative 2 disposé à l'intérieur d'une cabine d'insonorisation 3.

Sur la face supérieure du bâti 1, un coulisseau 4 est monté mobile sur des glissières disposées dans une direction horizontale parallèle à l'axe 5 de la broche rotative 6 de l'ensemble 2 constituant l'axe de travail de la machine de soudage.

Comme il est visible sur les figures 1 et 2, le coulisseau 4 porte un bâti vertical 7 sur lequel est monté rotatif autour d'un axe horizontal, un plateau tournant vertical 8.

L'ensemble à broche rotative 2 comporte un moteur d'entraînement 10 dont l'arbre de sortie est relié à un embrayage multidisques 11 et à un frein hydraulique multidisques 12 placés en série et disposés à 1' intérieur d'un carter à circulation d'huile 13.

Sur l'arbre de sortie de l'ensemble à embrayage et à frein hydraulique 11, 12 est fixée une poulie d'entraînement 14 assurant, par l'intermédiaire d'une courroie 15, l'entraînement d'une seconde poulie 17 solidaire de la broche rotative 6.

Sur la surface supérieure du bâti de l'ensemble à broche rotative 13 est monté un vérin pneumatique 18 comportant une tige de poussée 19 de grande longueur disposée suivant l'axe de travail 5 de la machine de soudage.

Le vérin 18 est utilisé pour réaliser la mise en position de travail à l'intérieur de la broche rotative 6, des queues de soupape destinées à être soudées par friction, chacune à une tête de soupape.

Sur la figure 1, on a représenté une queue de soupape 20 reposant sur la surface supérieure du bâti de l'ensemble 13, dans le prolongement axial de la tige 19 du vérin 18, dans une position initiale, préalablement à son engagement à l'intérieur de la broche rotative 6.

La broche 6 est montée mobile en rotation autour de l'axe de travail 5 de la machine, à l'intérieur d'un carter 22, par l'intermédiaire de deux paliers à roulement à contact oblique.

La broche 6 est traversée suivant son axe 5 et sur toute sa longueur, par une ouverture cylindrique dont le diamètre est supérieur au diamètre des queues de soupape 20. Par actionnement du vérin 18 et par déplacement axial de la tige 19, on peut réaliser le chargement de la queue de soupape 20, par l'une des extrémités de la machine de soudage et la mise en position de travail de cette queue de soupape 20 dans la partie d'extrémité antérieure de la broche rotative 6.

La position de la queue de soupape 20 suivant la direction axiale 5 est fixée de manière précise par une butée 80 basculable rappelée par un ressort (figure 1A) qui se trouve en position relevée (en pointillés sur la figure 1A) pendant la mise en place de la queue de soupape, le coulisseau 4 étant en position reculée. Lors de l'avance du coulisseau 4, le galet 81 solidaire du coulisseau provoque le basculement de la butée 80 en position effacée (en traits pleins sur la figure 1A). On assure ainsi un positionnement précis de la zone de contact entre les pièces à joindre par soudage.

Comme il est visible sur les figures 1, 1A et 2, la partie antérieure de la broche rotative constitue un mandrin de serrage qui est actionné, dans le sens du serrage par des rondelles Belleville 23 et dans le sens du desserrage, par une fourchette 24 articulée sur le carter 22 et actionnée par un vérin 25.

La queue de soupape 20 est introduite et placée en position de travail à l'intérieur de la broche rotative 6 en position desserrée, le vérin 25 étant actionné, puis serrée dans la partie d'extrémité de la broche 6, par relâchement du vérin 25.

La broche 6 peut être mise en rotation à une vitesse de 3000 tr/mn, grâce au moteur 10 et à l'embrayage hydraulique 11.

Le coulisseau 4 est solidaire, par l'intermédiaire d'un écrou 26 fixé sur le bâti vertical 7, de la tige 28a d'un vérin hydraulique 28 constituant le vérin de travail de la machine de soudage.

Le corps du vérin 28 est relié de manière articulée à la tête d'une bielle 30, par l'intermédiaire de tourillons 28b.

L'extrémité de la bielle 30 opposée à la tête 30a est reliée de manière articulée, par l'intermédiaire d'un palier à roulement 29, à une manivelle 31 portant à l'une de ses extrémités un manneton 31a engagé dans le palier 29.

La bielle 31 est solidaire, à son extrémité opposée au manneton 31a, d'un tourillon 31b monté rotatif dans un palier à roulement 32 fixé sur le support 1.

Le tourillon 31b est solidaire de la tige 33a d'un vérin rotatif 33 dont le corps est fixé sur le support du palier 32.

L'axe de rotation du vérin 33 et l'axe d'articulation du palier 29 sont parallèles entre eux et perpendiculaires à l'axe de travail 5 de la machine de soudure, de sorte que la bielle 31 puisse être déplacée entre une première position où cette bielle se trouve dans la direction de l'axe 5 et dirigée vers l'extérieur de la machine de soudage et une seconde position définie par une butée 34 dans laquelle la bielle 31 est dirigée vers l'intérieur de la machine de soudage et inclinée vers le bas et fait un angle de quelques degrés avec l'axe de travail 5 de la machine de soudage.

Le déplacement en rotation de la bielle 31 entre ses deux positions extrêmes, comme représenté par le cercle 37 en traits mixtes sur la figure 1, permet de déplacer la bielle 30, le vérin 28 et le coulisseau 4, entre une position de recul et de chargement et une position avancée de service.

Le déplacement du coulisseau entre sa position reculée et sa position de service peut être obtenu de manière rapide, avec des accélérations et des decelera- tions très progressives, grâce au système bielle-manivelle 30, 31, de sorte qu'on peut obtenir des temps d'approche et de retour très courts du coulisseau et des conditions de fonctionnement satisfaisantes de la machine.

Le coulisseau 4 porte deux pièces 38 et 39 qui sont assemblées entre elles de manière à délimiter une chambre de vérin 40 dans laquelle est monté coulissant un piston 40a solidaire d'une tige 40b montée coulissante et étanche par l'intermédiaire d'un joint 41 dans un alésage traversant la pièce 39 dans la direction de l'axe de travail 5 de la machine de soudage. Le piston 40a et la tige 40b sont montés coulissants dans la direction de l'axe de travail 5.

Le piston 40a du vérin est en appui sur une pièce de butée 42 montée dans un alésage de direction axiale de la pièce 38.

Les axes d'actionnement et de déplacement du système bielle-manivelle 30, 31, du vérin 28 ou premier vérin et du vérin 40 ou second vérin sont alignés entre eux et confondus avec l'axe de travail 5 de la machine de soudage.

Le plateau tournant 8 comporte un support 8a solidaire du bâti vertical 7 du coulisseau et une partie mobile en rotation 8b constituant le plateau tournant proprement dit.

Comme il est visible sur les figures 1 et 3, le plateau tournant 8b est disposé verticalement et fixé à sa partie centrale sur un arbre 45 assurant sa mise en rotation autour d'un axe horizontal parallèle à l'axe de travail 5 de la machine.

L'arbre 45 est monté rotatif dans un palier 46 solidaire du bâti 7 et relié, par l'intermédiaire d'un système à galets, à l'arbre de sortie d'un motoréducteur 47 assurant des accélérations et des décélérations progressives dans un temps très court.

Le motoréducteur 47 permet de placer successivement le plateau 8b dans des positions d'indexage situées à 1200 l'une de l'autre autour de l'axe de rotation du plateau-, grâce à une table d'indexage.

Le sens de rotation du plateau 8b est donné par la flèche 48 représentée sur la figure 3.

Le plateau tournant 8b porte trois étaux 50a, 50b et 50c ayant une structure identique.

Cette structure sera décrite en se référant à l'étau 50a représenté sur les figures 1 et 3.

L'étau comporte un corps tubulaire 51 engagé dans une ouverture traversant le plateau 8b, un support 52 solidaire du corps 51 et fixé sur la face du plateau tournant 8b dirigée vers la broche rotative 6, un vérin d'actionnement 54 fixé sur le support 52 et deux mors de serrage 55 et 56. Le mors de serrage 55 est fixé sur le support 52 et le mors de serrage 56 qui est un mors mobile est solidaire de la tige 54a du vérin hydraulique à double effet 54.

Les mors 55 et 56 comportent deux -surfaces actives venant en contact dans la position de fermeture de l'étau (position de l'étau 50a) comportant chacune un logement semi-cylindrique de réception de la pièce à serrer.

Les logements de serrage des mors 55 et 56 débouchent, du côté de la face externe du plateau 8b dirigée vers la broche rotative 6, dans une cavité 57.

Les vérins de serrage 54 à double effet sont alimentes par un raccord tournant à six voies 59.

Le raccord 59 permet de réaliser l'alimentation des vérins 54 des étaux, de manière à assurer leur ouverture ou leur fermeture, en fonction du cycle de fonctionnement de la machine de soudage.

Pour chacune des positions du plateau tournant 8b, chacun des trois étaux 50a, 50b et 50c est placé soit au poste de chargement des têtes de soupape constituant la seconde pièce dont la machine assure le soudage sur la première pièce 20 constituée par la queue de soupape, soit au poste de travail où l'on assure le soudage de la tête et de la queue de soupape, soit au poste de déchargement des soupapes, après soudure.

Sur la figure 3, l'étau 50a se trouve au poste de travail, l'étau 50b au poste de déchargement des soupapes après soudure et l'étau 50c au poste de chargement des têtes de soupape.

Il est bien évident que par une rotation de 1200 du plateau tournant 8b dans le sens de la flèche 48, l'étau 50a est déplacé du poste de travail au poste de déchargement, l'étau 50b du poste de déchargement au poste de chargement et l'étau 50c du poste de chargement au poste de travail.

Les vérins 54 des étaux 50a, 50b et 50c sont commandés de manière à assurer l'ouverture ou la fermeture des mors des trois étaux, lorsque le plateau est immobilisé, en fonction de la position de chacun des étaux.

Sur la figure 3, on a représenté de manière schématique les moyens de manutention 58 des têtes de soupape 60 permettant leur introduction dans l'étau 50c dont les mors sont en position ouverte, au poste de chargement. Le dispositif de manutention 58 comporte des pinces 61 entre lesquelles est serrée la tête de soupape 60, pendant son transfert entre la sortie d'un bol vibrant de distribution de pièces et l'espace ménagé entre les mors de l'étau 50c.

Les pinces 61 peuvent être introduites à l'intérieur de la cavité 57 des mors 55 et 56 pour assurer la mise en place de la tête de soupape 60 au niveau du mors mobile 56. Le vérin 54 de l'étau 50c est ensuite commandé de manière à refermer les mors 55 et 56 et à assurer la retenue de la tête de soupape 60.

Sur la figure 3, on a également représenté le dispositif de manutention 63 des soupapes 62, au poste de déchargement des pièces soudées.

Le dispositif de manutention 63 comporte des pinces 64 permettant d'assurer le serrage de la soupape 62, les pinces 64 pouvant être introduites dans la cavité 57 des mors 55 et 56 de l'étau 50b, pour assurer la prise de la soupape 62.

Comme il est visible sur la figure 1, une entretoise 65 est disposée à l'intérieur de l'alésage de la partie tubulaire 51 de l'étau 50a et engagée dans une ouverture traversant le fond du corps tubulaire 51 pour venir en appui sur la butée 42a du vérin 40, pendant la phase de soudure de la tête de soupape 60 sur la queue de soupape 20.

La poussée du vérin de travail 28 est transmise à la tête de soupape 60, par l'intermédiaire du vérin 40, de la butée 42 et de l'entretoise 65.

Sur la figure 4, on a représenté l'étau 50b porté par le plateau tournant 8b en position au poste de déchargement d'une soupape 70 comportant une queue de soupape 20 et une tête de soupape 60 dont on a effectué préalablement la soudure par friction.

Les mors de serrage 55, 56 de l'étau 50b sont dans leur position d'ouverture de manière à permettre l'évacuation de la soupape 70 latéralement par le disposi tif d'évacuation 63, comme représenté schématiquement sur la figure 3.

Le poste de déchargement comporte une première butée 68 sur laquelle l'extrémité de l'entretoise 65 vient en appui et une seconde butée 69 assurant la mise en appui de la partie d'extrémité de la tige 20 de la soupape 70, lors de l'éjection du bourrelet de soudure, comme il sera expliqué plus loin. La butée 69 comporte un éjecteur 71 commandé par un vérin monté coulissant sur la tige d'appui 72 de la butée 69 disposée à l'aplomb d'un bac 73 de récupération des bourrelets de soudure.

Sur la figure 4, on a représenté en pointillés une tête de soupape 60 constituée par un barreau dont on effectue la mise en forme par refoulement dans une phase ultérieure à la soudure par friction de la tige de soupape. La tige 20 est fixée à la tête 60 en forme de barreau au niveau du joint de soudure 75.

On a également représenté dans diverses positions fonctionnelles une tête de soupape 60' dont la formage a été réalisé préalablement à la fixation par soudure de la tête de soupape 60' sur la queue de soupape 20.

La machine de soudage par friction suivant l'invention permet de réaliser aussi bien la soudure de têtes de soupapes 60 constituées par des ébauches en forme de barreaux que des têtes de soupapes préformées 60'.

Cependant, dans la suite du texte, le fonctionnement de la machine sera décrit dans le cas où les têtes de soupapes 60 sont constituées par des ébauches en forme de barreaux.

On va maintenant décrire, en se référant à l'ensemble des figures, le fonctionnement de la machine au cours d'un cycle permettant d'effectuer le soudage d'une tige de soupape 20 sur une tête de soupape 60 en forme de barreau.

La queue de soupape 20 est placée en position de chargement sur le bâti de l'ensemble 2 à broche rotative.

La queue 20 est placée en position de soudure à l'intérieur de la broche creuse 6, par déplacement axial de la tige 19 du vérin 18 et arrêt par la butée 80.

Le vérin 25 est relâché de manière à permettre le serrage de la partie d'extrémité de la broche rotative 6 dans laquelle est engagée la tige de soupape 20.

Une tête de soupape constituée par un barreau cylindrique 60 a été chargée entre les mâchoires des mors de serrage de l'étau 50a, au poste de chargement, comme décrit précédemment. Les mors de serrage 55 et 56 de l'étau 50a sont refermés par actionnement du vérin 54, de manière à assurer le maintien de la tête de soupape 60 sur l'étau 50a. Les mors 55 et 56 ne sont cependant pas serrés à la force de serrage maximale.

On fait effectuer un déplacement de 120C au plateau tournant 8b, dans le sens de la flèche 48, de manière à placer l'étau 50a au poste de travail, comme représenté sur la figure 3. La tête de soupape 60 est alors placée suivant l'axe de travail 5 de la machine.

Les opérations de chargement et de déchargement s'effectuent pendant la phase de soudure, le coulisseau 2 étant en position avancée.

Pendant la rotation du plateau d'un angle de 120 , le coulisseau 4 est en position reculée, la biellette 31 étant dans sa position horizontale dirigée vers l'extérieur de la machine de soudure.

On réalise alors un mouvement d'avance rapide du coulisseau en actionnant le vérin rotatif 33 qui permet de placer le coulisseau 4 et le plateau tournant 8 dans leur position de travail en un temps très court, par l'intermédiaire du système bielle-manivelle 30, 31.

Le vérin 40 n'est pas alimenté. La tête de soupape 60 vient en contact avec la queue de soupape 20 dont la position est fixée par la butée 80. La tête de soupape glisse dans les mors de l'étau (50a) qui ne sont pas serrés au maximum.

En fin d'avance rapide du coulisseau 4, la bielle 31 et l'articulation 29 sont arrêtées par la butée 34, au-delà de l'axe 5 ; il se produit un léger recul (de 4 à 6/10 de mm) de la tête de soupape 60 par rapport à la queue de soupape 20. La broche 6 est mise en rotation alors que les pièces 20 et 60 ne sont pas en contact. On obtient ainsi un gain de puissance sur la chaîne cinématique assurant l'entraînement de la broche 6.

On alimente ensuite le vérin 40, de manière à assurer, par l'intermédiaire de l'entretoise 65, la liaison entre le coulisseau 4 et la tête de soupape 20 et le maintien de la tête de soupape dans sa position d'assemblage. Les mors de serrage de l'étau sont serrés à leur maximum.

Le vérin de travail 28 est alimenté de manière à assurer une mise en contact avec une certaine pression, de l'ordre de 4kg/mm2, des surfaces de raccordement de la tête de soupape 60 et de la queue de soupape 20. On réalise ainsi la plastification du métal de la tête de soupape et du métal de la queue de soupape, au voisinage de la zone de raccordement.

Pendant la plastification, on mesure avec précision, grâce à un capteur de longueur monté sur le coulisseau 4, le déplacement de la tige du vérin 28, de manière à contrôler l'état de plastification des extrémités de la tête et de la queue de soupape.

Lorsque l'avance du vérin 28, par rapport à sa position de départ atteint une certaine valeur de l'ordre de 3 à 5 millimètres, on estime que la plastification des matériaux à souder est suffisante.

On arrête alors la rotation de la broche 6, en utilisant le frein 11, puis on alimente le vérin 28, de manière à augmenter l'effort exercé par ce vérin sur le coulisseau et sur la tête de soupape 60 et la pression de contact de la tête de soupape avec la queue de soupape qui atteint alors une valeur voisine de 15 kg/mm2 pendant la phase de soudage et de forgeage de la soupape. Le forgeage du métal de la soupape se traduit par un refoulement provoquant la formation d'un bourrelet dans la zone de jonction de la tête et de la queue de soupape.

On relâche alors la pression dans le vérin 40, de sorte que le coulisseau 4 est alors susceptible de se déplacer dans le sens de l'avance par rapport au piston et à la tige de vérin 40a, à l'entretoise 65 et aux pièces soudées 60 et 20. Les mâchoires des mors de serrage 55 et 56 dont l'effort de serrage est très inférieur à l'effort exercé par le vérin 28 se déplacent en contact frottant avec la surface extérieure de la soupape. On réalise ainsi, au poste de travail, le cisaillage du bourrelet de soudure qui est encore à haute température et à l'état plastique. Le bourrelet de soudure reste enfilé sur la tige de soupape 20, à l'issue du cisaillement.

La pression dans le vérin 28 est relâchée et le coulisseau 4 est déplacé de manière rapide dans le sens du recul par le système bielle-manivelle 30, 31.

Le plateau tournant 8 est déplacé en rotation de 120C dans le sens de la flèche 48, de manière à présenter l'étau 50a dans lequel est fixée la soupape 70, au poste de déchargement, comme représenté sur la figure 4 (position de l'étau 50b).

On réalise alors l'avance rapide du coulisseau 4, de manière à réaliser dans un premier temps la mise en appui de l'extrémité de la queue de soupape 20 contre la tige 72 de la butée 69 et dans un deuxième temps le déplacement par glissement du bourrelet de soudure le long de la queue de soupape 20, sous l'effet du déplacement des mâchoires des mors de serrage 55 et 56.

En fin de déplacement du coulisseau, le bourrelet de soudage se trouve enfilé sur la tige 72.

La soupape 70 est prise en charge par le dispositif de manutention 63 et évacuée.

On commande alors le recul rapide du coulisseau 4. L'entretoise 65 qui est libre à l'intérieur de l'avec sage de l'étau 50a vient en appui contre la butée arrière 68 fixée sur le bâti 1. L'entretoise 65 est ainsi remise en place et le plateau 8 peut être mis en rotation.

Le bourrelet de soudage est éjecté par actionnement du vérin de la butée 69 et déplacement de l'éjecteur 71. Le bourrelet de soudage tombe dans le bac de récupération 73.

On a ainsi effectué l'évacuation du bourrelet de soudage au poste de déchargement.

Il est bien évident que, simultanément aux opérations effectuées sur l'étau 50a, on effectue aux postes correspondants, les opérations de chargement, de soudure et de déchargement, sur d'autres éléments de soupape, en utilisant les étaux 50b et 50c.

Il apparaît donc que la cadence de production de la machine de soudage peut être très élevée, dans la mesure où la machine ne comporte que trois postes permettant de réaliser le chargement, la soudure, le déchargement ainsi que le cisaillage et l'évacuation du bourrelet de soudure.

La durée totale du cycle de soudage d'une soupape est de 4,5 secondes, ce qui permet d'obtenir une cadence de 800 pièces par heure, pour une soudeuse par friction à une seule tête.

Le temps nécessaire pour la plastification par friction du métal de la soupape est de 1,8 seconde et le temps de forgeage de 0,6 seconde.

Ces performances se comparent très favorablement aux performances des machines connues de l'art antérieur qui ne permettent d'atteindre qu'une cadence de l'ordre de 400 pièces par heure pour une soudeuse de même type.

La machine de soudage est équipée de trois capteurs de longueurs permettant d'effectuer un contrôle dimensionnel précis de la soupape avant et après soudure.

Un premier capteur est constitué par le capteur porté par le coulisseau 4 qui permet de déterminer la fin de la phase de plastification.

Un second capteur est monté sur la tige du vérin 18 et permet de connaître la position de la tige de poussée 19 par rapport à la broche.

Un troisième capteur est monté sur la tige du vérin 40 et permet de connaître la position de l'entretoise 65 par rapport au coulisseau 4.

Les signaux du second et du troisième capteurs sont traités par un sommateur qui permet d'obtenir la longueur exacte de la soupape 70 avant et après soudure.

En outre, la machine de soudage suivant l'invention présente un mode de fonctionnement simple qui peut être entièrement automatisé. Ces résultats sont obtenus en particulier grâce à la disposition du moyen de déplacement rapide du coulisseau, du vérin de travail et du vérin de maintien de la tête de soupape dont les axes d'actionnement sont alignés.

L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été décrit.

C'est ainsi que le dispositif de déplacement rapide du coulisseau peut être réalisé sous une forme différente d'un système à bielle et manivelle.

Le vérin 40 de maintien de la tête de soupape peut être monté sur le coulisseau d'une manière différente de celle qui a été décrite.

Les étaux fixés sur le plateau tournant peuvent avoir une forme et une structure différente de celle qui a été décrite.

L'ensemble des moyens de commande et de déplacement des organes de la machine peut être réalisé sous une forme différente de celle qui a été décrite.

Enfin, la machine de soudage par friction suivant l'invention peut être utilisée pour réaliser le soudage bout à bout de pièces différentes d'une tête et d'une queue de soupape.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1.- Machine de soudage par friction de deux pièces (20, 60) disposées bout à bout pendant le soudage, comportant un bâti (1), un ensemble (2) comprenant une broche rotative (6) munie de moyens de serrage (24, 25) de l'une des pièces (20), un coulisseau (4) monté mobile sur le bâti (1) dans une direction horizontale alignée avec l'axe de la broche (6), des moyens de fixation (50a, 50b, 50c) de la seconde pièce (60) sur le coulisseau (4), des moyens de déplacement (30, 31, 28, 40) du coulisseau (4) et de poussée sur le coulisseau (4) et sur la seconde pièce (60) et un plateau tournant (8) de chargement de la seconde pièce (60) qui est fixée sur le plateau (8), par au moins un mors de serrage (55, 56), caractérisée par le fait que les moyens de déplacement et de poussée comportent un premier moyen de déplacement rapide (30, 31) du coulisseau (4) entre une position hors service et une position de service, un premier vérin de poussée (28) sur le coulisseau (4) et un second vérin (40) de maintien de la seconde pièce (60) monté sur le coulisseau (4), le moyen de déplacement (30, 31), le premier vérin (28) et le second vérin (40) ayant des axes d'actionnement alignés confondus avec l'axe (5) de la broche rotative (6), et que le plateau tournant (8) est monté sur le coulisseau (4) dans une position verticale et avec son axe horizontal de manière à présenter la seconde pièce (60) en position de soudage dans le prolongement de la première pièce (20) introduite dans la broche rotative (6).

2.- Machine suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le premier moyen de déplacement rapide du coulisseau (4) est constitue par un ensemble à bielle (30) et à manivelle (31) actionné par un vérin rotatif (33).

3.- Machine suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que le second vérin de maintien (40) comporte une partie mobile (40a) venant en appui contre une entretoise (65) montée librement coulissante à l'intérieur du plateau tournant (8), pour réaliser par l'intermédiaire de l'entretoise (65), le maintien de la seconde pièce (60) en position de soudure.

4.- Machine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que la broche rotative (6) comporte un alésage de direction axiale sur toute sa longueur permettant l'introduction de la première pièce (20) par l'extrémité de la broche (6) opposée aux moyens de serrage (24, 25) et sa mise en position de soudage, grâce à un troisième vérin (18).

5.- Machine suivant la revendication 4, caractérisée par le fait que le coulisseau (4), la tige du second vérin (40) et la tige du troisième vérin (18) portent trois capteurs de longueurs respectifs permettant le contrôle de la longueur de l'ensemble (70) obtenu par soudage de la première et de la seconde pièce (20, 60) et de l'opération de soudage.

6.- Machine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que le plateau tournant (8) porte trois étaux (50a, 50b, 50c) comportant des mors de serrage (55, 56) de la seconde pièce (60) et des moyens de déplacement en rotation (47, 46, 45), autour de l'axe horizontal du plateau tournant (8), suivant un angle de rotation de 1200 permettant de placer successivement chacun des trois étaux (50a, 50b, 50c), à un poste de chargement de la seconde pièce (60), à un poste de soudure de la seconde pièce (60) sur la première pièce (20) et à un poste de déchargement de la pièce soudée (70) obtenue.

7.- Machine suivant la revendication 6, caractérisée par le fait que le poste de déchargement comporte une première butée fixe (69, 72), pour la mise en appui de l'extrémité de la première pièce (20) avant le déchargement de l'ensemble (70) des pièces soudées (20, 60).

8.- Machine suivant la revendication 7, dans le cas où la première pièce (20) a la forme d'une tige cylindrique caractérisée par le fait que la butée (69) comporte une tige (72) dont le diamètre est sensiblement identique au diamètre de la première pièce (20), pour la mise en appui de la première pièce (20) et un éjecteur (71) mobile par glissement le long de la tige (72) et commandé par un vérin pour son déplacement le long de la tige (72).

9.- Machine suivant l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisée par le fait que le poste de déchargement comporte une seconde butée fixe permettant la remise en place de l'entretoise (65) par recul du coulisseau (4).

10.- Procédé de soudage par friction en utilisant une machine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, consistant à mettre en rotation autour de son axe à grande vitesse, la pièce (20) placée en contact avec la seconde pièce (60), pour réaliser la plastification du métal de la première pièce (20) et de la seconde pièce (60), au voisinage de leur zone de contact et à exercer une poussée sur la seconde pièce (60) après plastification du métal, de manière à réaliser la soudure et le forgeage de la première pièce (20) et de la seconde pièce (60), caractérisé par le fait que pendant la plastification du métal et la soudure des pièces (20, 60), le second vérin (40) de maintien de la seconde pièce (60) est alimenté de manière à transmettre la poussée du premier vérin (28) à la seconde pièce (60) en contact avec la première pièce (20) et qu'à l'issue de la phase de soudure, la pression est relâchée dans le second vérin (40) de maintien de la seconde pièce, de manière à provoquer un déplacement du coulisseau (4) par rapport à la seconde pièce (60) fixée à la première pièce (20) et un cisaillage d'un bourrelet forme par refoulement du métal des pièces (20, 60) au niveau de leur zone de contact, par déplacement du mors de serrage (55, 56) de la seconde pièce (60) en contact frottant avec la surface extérieure des pièces (20, 60).

ll.- Procédé suivant la revendication 10, caractérisé par le fait qu'on réalise un mouvement d'avance du coulisseau (4) au poste de déchargement, de manière à mettre la pièce (70) obtenue par soudure de la première pièce (20) et de la seconde pièce (6) en appui sur une butée fixe (69, 72) et à réaliser un déplacement du mors de serrage (55, 56) de la seconde pièce (60), le long de la pièce (70) obtenue par soudure de la première pièce (20) et de la seconde pièce (60), pour déplacer le bourrelet de soudage le long de la pièce (70) et réaliser son évacuation.

12.- Utilisation d'une machine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9 et d'un procédé suivant l'une quelconque des revendications 10 et 11, pour réaliser la soudure d'une tête de soupape (60) sur une queue de soupape (20).