FR2837731A1

FR2837731A1 - METHOD FOR MANUFACTURING A FORGED CONNECTING ROD AND TOOLS FOR IMPLEMENTING THIS METHOD

Info

Publication number: FR2837731A1
Application number: FR0204035A
Authority: FR
Inventors: Andre Niclas
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2003-10-03
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: ATE346703T1; EP1348501A1; EP1348501B1; FR2837731B1; ES2276024T3; DE60309950T2; DE60309950D1

Abstract

The connecting rod (1) is made from a blank cut from a rail of the required cross-section, having a head, body and foot. The blank is compressed between matrices to distribute the material and produce a rough connecting rod with no burrs, and bores (3, 7) are made in the head and foot by heating the blank to a temperature of between 0 and 1250 deg C and applying a stamping press or punch.

Description

revendications 1 à 7.claims 1 to 7.

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une bielle forgée pour moteur à combustion interne ainsi qu'un outillage de fabrication The present invention relates to a method of manufacturing a forged connecting rod for an internal combustion engine and to a manufacturing tool.

pour la mise en _uvre de ce procédé. for the implementation of this process.

L'invention concerne également une bielle forgée obtenue par un tel procédé. Les bielles sont des éléments du moteur chargées de transmettre les efforts des pistons au vilebrequin et comportent une tête munie d'un alésage, The invention also relates to a forged connecting rod obtained by such a method. The connecting rods are elements of the engine responsible for transmitting the forces from the pistons to the crankshaft and comprise a head provided with a bore,

un corps et un pied également muni d'un alésage. a body and a foot also provided with a bore.

Ces bielles sont généralement fabriquées par un procédé de forgeage à chaud ou à mi-chaud qui comporte plusieurs étapes consistant notamment à la fabrication d'une pré-ébauche par laminage d'un lopin préalablement chauffé à une température appropriée, à l'estampage ou au matriçage de la pré-ébauche et à une opération d'usinage des alésages de la These connecting rods are generally produced by a hot or semi-hot forging process which comprises several stages consisting notably in the production of a pre-blank by rolling a piece previously heated to an appropriate temperature, by stamping or to the die-cutting of the pre-blank and to a machining operation of the bores of the

tête et du pied pour obtenir une bielle brute. head and foot to obtain a raw rod.

Mais, ce procédé présente des inconvénients qui résident principalement dans la présence de bavures qui nécessitent une opération d'usinage supplémentaire consistant à réaliser le dressage des faces latérales de la bielle brute pour éliminer ces bavures pouvant entraner lors de cette opération une déformation de la pièce. De plus, pour certaines géométries de bielles, le point faible en sollicitation de fatigue est situé au niveau des bavures qui sont However, this method has drawbacks which mainly reside in the presence of burrs which require an additional machining operation consisting in carrying out the dressing of the lateral faces of the raw connecting rod to eliminate these burrs which can cause during this operation a deformation of the part. . In addition, for certain rod geometries, the weak point in fatigue stress is located at the burrs which are

localisées dans le plan de joint situé au niveau de la partie médiane de la bielle. located in the joint plane located at the middle part of the connecting rod.

Or, il s'avère que la taille et la localisation de ces bavures sont difficilement contrôlables et sont inhérentes à l'estampage en matrice ouverte However, it turns out that the size and location of these burrs are difficult to control and are inherent in stamping in an open matrix.

utilisée dans le procédé précédemment mentionné. used in the previously mentioned process.

Mais, la tendance actuelle des constructeurs automobiles est d'alléger les véhicules et de réduire les coûts ce qui les amènent à demander However, the current trend of car manufacturers is to lighten vehicles and reduce costs which leads them to ask

des bielles brutes de plus en plus précises. increasingly precise raw rods.

En effet, les bielles doivent présenter une dispersion géométrique générale de plus en plus faible, en particulier en ce qui concerne les déformations, et des répartitions de masses alternative et rotative très fines. En plus, ces bielles doivent être obtenues à partir d'une bielle brute peu onéreuse et Indeed, the connecting rods must have an increasingly weak general geometric dispersion, in particular with regard to the deformations, and very fine alternating and rotary mass distributions. In addition, these rods must be obtained from an inexpensive raw rod and

nécessitant le moins d'opérations d'usinage possible. requiring the least possible machining operations.

Ces exigences sont difficilement réalisables avec les procédés These requirements are difficult to achieve with the processes

utilisés jusqu'à présent.used so far.

L'invention a pour but d'éviter ces inconvénients en proposant un procédé de mise en forme d'une bielle forgée permettant de réaliser une économie de matière et de diminuer les opérations d'usinage, tout en obtenant des tolérances de plus en plus précises et une bonne précision en poids ainsi The object of the invention is to avoid these drawbacks by proposing a method of shaping a forged connecting rod making it possible to save material and reduce the machining operations, while obtaining increasingly precise tolerances. and good weight accuracy as well

qu'une répartition répétitive de la matière pour une fabrication en grande série. than a repetitive distribution of the material for mass production.

L'invention a donc pour objet un procédé de fabrication d'une bielle forgée à partir d'une ébauche comportant une tête, un corps et un pied, caractérisé en ce que: - on forme l'ébauche par découpage transversal d'un profilé présentant une section transversale correspondant au profil de ladite ébauche, - on effectue dans un jeu de matrices une étape de finition par une répartition de la matière iongitudinalement, transversalement et en épaisseur de l'ébauche pour obtenir une bielle brute sans bavure, et - on réalise un alésage dans la tête et un alésage dans le pied de The invention therefore relates to a method of manufacturing a forged connecting rod from a blank comprising a head, a body and a foot, characterized in that: - the blank is formed by transverse cutting of a profile having a cross section corresponding to the profile of said blank, - a finishing step is carried out in a set of dies by distributing the material horizontally, transversely and in thickness of the blank to obtain a crude rod without burr, and - on makes a bore in the head and a bore in the foot of

la bielle brute pour obtenir la bielle forgée. the raw rod to obtain the forged rod.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les alésages de ia tête et du pied sont réalisés sur une presse à estamper ou par usinage avec un According to another characteristic of the invention, the bores of the head and the foot are produced on a stamping press or by machining with a

outil à défoncer.smashing tool.

L'invention concerne également un outillage de fabrication d'une biel le forgée pour la mise en _uvre d u procédé précédemment mention né, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un jeu de matrices de finition par une répartition de la matière longitudinalement, transversalement et en épaisseur d'une ébauche de bielle comportant une tête, un corps et un pied pour obtenir The invention also relates to a tool for manufacturing a forged biel for the implementation of the previously mentioned process, characterized in that it further comprises a set of finishing dies by distributing the material longitudinally , transversely and in thickness of a connecting rod blank comprising a head, a body and a foot to obtain

une bielle brute sans bavure.a rough rod without burr.

Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - le jeu de matrices comprend une matrice inférieure comportant une empreinte fermée et une matrice supérieure formant poinçon et coulissant dans la matrice inférieure avec un jeu compris entre 0,3 et 0,05mm, - I'empreinte de la matrice inférieure et la matrice supérieure According to other characteristics of the invention: - the set of dies comprises a lower die comprising a closed cavity and an upper die forming a punch and sliding in the lower die with a play of between 0.3 and 0.05 mm, - I footprint of the lower matrix and the upper matrix

présentent des rayons de raccordement des faces compris entre 0,5 et 1, 5mm. have radii for connection of the faces between 0.5 and 1.5 mm.

- I'empreinte de la matrice inférieure présente une pente d'éjection - the footprint of the lower matrix has an ejection slope

comprise entre 0,5 et 3 .between 0.5 and 3.

L'invention a aussi pour objet une bielle forgée pour moteur à combustion interne, caractérisée en ce qu'elle est obtenue par le procédé précédemment mentionné. Another subject of the invention is a forged connecting rod for an internal combustion engine, characterized in that it is obtained by the previously mentioned method.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui The invention will be better understood on reading the description which

va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la Fig. 1 est une vue de dessus d'une bielle forgée, - la Fig. 2 est une vue schématique en coupe selon la ligne 2-2 de la Fig. 1, - la Fig. 3 est une vue schématique en perspective d'une ébauche de bielle, - la Fig. 4 est une vue schématique en perspective d'un profilé à partir duquel sont formées les ébauches de bielle, - la Fig. 5 est une vue schématique en perspective des ébauches de bielles obtenues à partir du profilé, - la Fig. 6 est une vue schématique en coupe verticale d'un jeu de matrices d'un outillage pour réaliser une bielle brute, - la Fig. 7 est une vue schématique de dessous de la matrice supérieure du jeu de matrices, - la Fig. 8 est une vue de dessus de la matrice inférieure du jeu de matrices. Sur les Figs. 1 et 2, on a représenté schématiquement une bielle désignée par la référence générale 1 et qui est constituée d'une tête 2 comportant un alésage 3 et deux oreilles 4a et 4b, d'un corps 5 et d'un pied 6 will follow, given solely by way of example and made with reference to the appended drawings, in which: - FIG. 1 is a top view of a forged connecting rod, - FIG. 2 is a schematic sectional view along line 2-2 of FIG. 1, - Fig. 3 is a schematic perspective view of a connecting rod blank, - FIG. 4 is a schematic perspective view of a profile from which the rod blanks are formed, - FIG. 5 is a schematic perspective view of the rods blanks obtained from the profile, - FIG. 6 is a schematic view in vertical section of a set of dies of a tool for producing a raw connecting rod, - FIG. 7 is a schematic view from below of the upper matrix of the set of dies, - FIG. 8 is a top view of the lower die of the die set. In Figs. 1 and 2, there is shown schematically a connecting rod designated by the general reference 1 and which consists of a head 2 comprising a bore 3 and two ears 4a and 4b, a body 5 and a foot 6

comportant un alésage 7.having a bore 7.

Cette bielle 2 est formée à partir d'une ébauche 10 représentée à la Fig. 3 et qui présente une forme externe générale approchant la forme externe de ladite bielle 1. Ainsi, I'ébauche 10 comporte une tête 11, un corps 12 et un This connecting rod 2 is formed from a blank 10 shown in FIG. 3 and which has a general external shape approaching the external shape of said connecting rod 1. Thus, the blank 10 comprises a head 11, a body 12 and a

pied 13.foot 13.

L'ébauche 10 est obtenue à partir d'un profilé 15 représenté à la Fig. 4 et qui présente une section transversale correspondant au profil de cette The blank 10 is obtained from a profile 15 shown in FIG. 4 and which has a cross section corresponding to the profile of this

ébauche 10. Le profilé 15 est formé par exemple par laminage ou par profilage. blank 10. The section 15 is formed for example by rolling or by profiling.

Le profilé 15 est découpé transversalement par exemple par S cisaillage ou par sciage en une multitude d'éléments, comme montré à la Fig. 5, Profile 15 is cut transversely, for example by shearing or sawing into a multitude of elements, as shown in FIG. 5

formant chacun une ébauche 10 d'épaisseur déterminée. each forming a blank 10 of determined thickness.

Chaque ébauche 10 est ensuite transformée en une bielle brute Each blank 10 is then transformed into a raw rod

par un jeu de matrices 20 représenté sur les Figs. 6 à 8. by a set of dies 20 shown in Figs. 6 to 8.

Le jeu de matrices 20 comprend une matrice inférieure 21 munie sur sa face supérieure d'une empreinte 22 fermée dont la forme correspond à la forme de la bielle brute à obtenir, c'est à dire à ia forme générale de la bielle 1 The set of dies 20 comprises a lower die 21 provided on its upper face with a closed imprint 22 whose shape corresponds to the shape of the raw connecting rod to be obtained, that is to say to the general shape of the connecting rod 1

représentée sur les Figs. 1 et 2, sans les alésages 3 et 7. shown in Figs. 1 and 2, without bores 3 and 7.

Le jeu de matrices 20 comprend également une matrice supérieure 23 qui forme un poinçon destiné à coulisser dans l'empreinte 22 et, à cet effet, cette matrice supérieure 23 présente un profil externe (Fig. 7) correspondant au profil interne de l'empreinte 22 de la matrice inférieure 21 (Fig. 8). La face inférieure de la matrice supérieure 23 a la forme représentée à la Fig. 7 et qui correspond à la forme de l'une des faces principales de la bielle brute à obtenir. ll en est de même pour le fond de l'empreinte 22 de la matrice inférieure 21 qui a une forme qui correspond à la forme de l'autre face The set of dies 20 also comprises an upper die 23 which forms a punch intended to slide in the cavity 22 and, for this purpose, this upper matrix 23 has an external profile (FIG. 7) corresponding to the internal profile of the cavity 22 of the lower die 21 (Fig. 8). The underside of the upper die 23 has the shape shown in FIG. 7 and which corresponds to the shape of one of the main faces of the raw rod to be obtained. It is the same for the bottom of the imprint 22 of the lower matrix 21 which has a shape which corresponds to the shape of the other face

principale de cette bielle brute.main part of this raw rod.

Le jeu entre les matrices inférieure 21 et supérieure 23 est compris entre 0,3 et 0,05mm et l'empreinte 22 de la matrice inférieure 21 et la matrice supérieure 23 présentent des rayons de raccordement les plus petits The clearance between the lower 21 and upper 23 dies is between 0.3 and 0.05 mm and the cavity 22 of the lower die 21 and the upper die 23 have the smallest connecting radii

possibles et qui sont compris entre 0,5 et 1,5mm. possible and which are between 0.5 and 1.5mm.

De plus, les parois latérales de l'empreinte 22 de la matrice In addition, the side walls of the imprint 22 of the matrix

inférieure 21 présentent une pente d'éjection comprise entre 0,5 et 3 . lower 21 have an ejection slope of between 0.5 and 3.

L'ébauche 10 est placée dans l'empreinte 22 de la matrice inférieure 21 et la descente de la matrice supérieure 23 imprime dans la matière The blank 10 is placed in the impression 22 of the lower die 21 and the descent of the upper die 23 prints in the material

les formes finales de la bielle brute. the final forms of the raw rod.

Au cours de cette étape de finition, il se produit une répartition de la matière longitudinalement, transversalement et surtout verticalement pour faire monter la matière dans les gravures des faces en vis à vis de la matrice inférieure 21 et de la matrice supérieure 23 avec un déplacement vertical de cette matière. Après cette étape de flnition, les alésages 3 et 7 respectivement de la tête 2 et du pied 6 de la bielle 1 sont réalisés par exemple sur une presse à During this finishing step, there is a distribution of the material longitudinally, transversely and above all vertically to make the material rise in the engravings of the faces opposite the lower die 21 and the upper die 23 with a displacement vertical of this material. After this flnition step, the bores 3 and 7 respectively of the head 2 and of the foot 6 of the connecting rod 1 are produced for example on a

estamper ou par usinage avec un outil à défoncer. stamp or by machining with a knockout tool.

L'utilisation d'une matrice fermée dans le procédé selon l'invention permet d'éviter la formation de bavures extérieures ainsi que les variations de masse au cours de la formation de la bielle brute, car la matière, au lieu de partir dans les bavures comme dans les procédés d'estampage utilisés jusqu'à maintenant, ira se loger dans l'espace laissé par les rayons de raccordement plus petits. Les bielles obtenues par le procédé selon l'invention sont en The use of a closed matrix in the process according to the invention makes it possible to avoid the formation of external burrs as well as the variations in mass during the formation of the crude rod, because the material, instead of leaving in the burrs as in the stamping processes used until now, will be housed in the space left by the smaller connecting spokes. The connecting rods obtained by the process according to the invention are in

acier. Ce procédé permet d'obtenir également des bielles en fonte et par frittage. steel. This process also makes it possible to obtain rods in cast iron and by sintering.

Le procédé selon l'invention ainsi que l'outillage pour la mise en _uvre de ce procédé permettent de réaliser une économie de matière lors de la fabrication des bielles ce qui est important étant donné que dans le calcul du prix de revient d'une bielle, le prix de la matière est compris entre un tiers et la moitié The process according to the invention as well as the tools for implementing this process make it possible to save material during the production of the connecting rods, which is important since in the calculation of the cost price of a connecting rod , the price of the material is between a third and a half

du prix de revient total.of the total cost price.

De plus, ils permettent de réaliser une économie d'usinage puisque de nombreuses surfaces usinées jusqu'à présent sont obtenues sans bavure sur la bielle brute assurant ainsi une simplification de la gamme d'usinage et les tolérances obtenues sont de plus en plus précises ce qui permet de dimensionner les bielles au plus juste entraînant de ce fait un allègement du moteur à combustion interne, en évitant de surdimensionner les pièces moteurs afin de tenir compte de la dispersion de la matière dans les bielles obtenues In addition, they make it possible to save on machining since many surfaces machined so far are obtained without burrs on the raw rod thus ensuring a simplification of the machining range and the tolerances obtained are more and more precise. which allows the connecting rods to be dimensioned as accurately as possible, thereby reducing the weight of the internal combustion engine, avoiding oversizing the engine parts in order to take account of the dispersion of the material in the connecting rods obtained

suivant les procédés de fabrication selon l'état de la technique. according to the manufacturing processes according to the state of the art.

Claims

1. Method of manufacturing a forged connecting rod (1) from a blank (10) comprising a head (11), a body (12) and a foot (13), characterized in that: - l blank (10) by transverse cutting of a profile (15) having a cross section corresponding to the profile of said blank (10), - a step of finishing is carried out in a set of dies (20) by distributing the material longitudinally, transversely and in thickness of the blank to obtain a crude rod without burr, and - a bore (3) is made in the head and a bore (7) in the

base of the raw connecting rod to obtain the forged connecting rod (1).

2. Method according to claim 1, characterized in that the bores (3, 7) of the head and the foot are produced on a stamping press or

by machining with a knockout tool.

3. Tool for manufacturing a forged connecting rod (1) for implementing the method according to claim 1 or 2, characterized in that it further comprises a set of dies (20) finishing by distribution of the material longitudinally, transversely and in thickness of a rod blank (10) comprising a head, a body and a foot for obtaining a raw rod

without burr.

4. Tool according to claim 3, characterized in that the set of dies (20) comprises a lower die (21) comprising an imprint (22) fermoe and an upper die (23) forming a punch and sliding in the

lower die (21) with a clearance between 0.3 and 0.05mm.

5. Tool according to claim 3 or 4, characterized in that the imprint (22) of the lower matrix (21) and the upper matrix (23)

have radii for connection of the faces between 0.5 and 1.5 mm.

6. Tool according to any one of claims 3 to 5,

characterized in that the imprint (22) of the lower matrix (21) has a

ejection slope between 0.5 and 3.

7. Forged connecting rod for internal combustion engine, characterized in