FR2874067A1 - Assemblage de roulements realise en acier a haute teneur en carbone - Google Patents

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Abstract

La présente invention se rapporte à un procédé de formage d'un composant de roulement à rouleaux consistant à :- prévoir un feuillard laminé à froid présentant une teneur en carbone supérieure à 0,65 % ;- transformer le feuillard pour réaliser une coquille (12) présentant un chemin de roulement circonférentiel ; et- positionner une pluralité d'éléments roulants dans la coquille (12) ;dans lequel le chemin de roulement circonférentiel présente une dureté Rockwell C de surface durcie d'au moins 58 sans appliquer de traitement de cémentation à la coquille (12).

Description

ASSEMBLAGE DE ROULEMENTS REALISE EN ACIER A HAUTE
TENEUR EN CARBONE
La présente invention se rapporte à des roulements à rouleaux munis d'un chemin de roulement formé à partir d'une tôle plate en métal. Plus particulièrement, la présente invention concerne un roulement à rouleaux du type comprenant un chemin de roulement formé à partir d'une tôle plate en métal à haute teneur en carbone.
Un procédé de fabrication d'un roulement à rouleaux consiste à former un chemin muni de brides d'extrémité à partir d'une tôle plate en métal. La tôle en métal est soumise à un procédé de formage afin de la transformer en une coquille 12 qui est fermée ou bridée à une extrémité 14 et ouverte à l'extrémité opposée 16 (cf. figure 1). Des exemples de procédés de formage comprennent l'emboutissage profond, le travail à la presse ou le formage à froid.
La figure 1 illustre un procédé de formage dans lequel la tôle plate en métal est emboutie ou transformée entre des matrices mâle et femelle 17 et 18, respectivement. Le procédé de formage peut être réalisé en une opération unique ou en une séquence d'opérations de formage. Le roulement à rouleaux 10 présente une pluralité de composants internes (non illustrés) installés à l'intérieur d'une coquille cylindrique 12.
L'extrémité ouverte 16 est alors pliée pendant le montage final pour retenir les composants internes. En variante, l'extrémité ouverte 16 est pliée puis les composants internes sont installés ultérieurement pour créer le montage final.
La tôle plate en métal utilisée pour former les coquilles est typiquement composée d'acier à faible teneur en carbone, par exemple un acier présentant une teneur en carbone inférieure à 0,35 Pour former un chemin de roulement suffisamment dur, la coquille est soumise à un procédé pour ajouter du carbone à la surface, par exemple, par cémentation au carbone, carbonitruration ou équivalent. Tous ces procédés dans lesquels on ajoute du carbone à la surface sont collectivement nommés dans la présente description en tant que cémentation au carbone. Un exemple d'un procédé de cémentation au carbone comprend l'exposition de la coquille, les composants internes étant installés ou non, à une atmosphère riche en carbone à des températures élevées, une température supérieure à 850 C par exemple, pendant une période prolongée de telle sorte que le carbone de l'atmosphère diffuse dans la coquille. Le procédé produit une couche de surface durcie à haute teneur en carbone, alors que le noyau de la coquille, entre les surfaces durcies, reste une zone moins dure à plus basse teneur en carbone. Le procédé peut être onéreux et long, particulièrement quand on souhaite une couche de surface durcie plus profonde.
Le brevet américain n 6 682 227 décrit un assemblage de roulements fabriqué à partir d'un feuillard laminé à froid dans lequel la teneur en carbone se situe entre 0,30 et 0,55 Après l'emboutissage de la coquille, le roulement est toujours soumis à un traitement de cémentation au carbone dans lequel on ajoute du carbone à la surface du roulement. Ce brevet US-6 682 227 décrit un procédé dans lequel le roulement est conservé dans une atmosphère à haute teneur en carbone à une température d'approximativement 850 C pendant 25 minutes, puis trempé. L'assemblage de roulement est alors soumis à un procédé de revenu dans lequel l'ensemble est chauffé à environ 170-200 C pendant un certain temps, puis refroidi. Alors que la durée de la cémentation au carbone peut être réduite, cette étape est toujours obligatoire, nécessitant ainsi toujours la fourniture d'une atmosphère riche en carbone à une température élevée pendant un certain temps.
Un autre inconvénient potentiel pour les coquilles de roulement réalisées à partir d'une tôle en métal à faible teneur en carbone est la qualité de la surface du chemin de roulement. Les aciers à faible teneur en carbone développent souvent des micro-fissures pendant le procédé de formage, conduisant ainsi à une surface présentant des irrégularités. Dans certaines applications, de telles irrégularités sont acceptables. Cependant, dans des applications plus précises, la coquille doit être soumise à un procédé de finition, par exemple un ponçage, afin de lisser la surface du roulement. De nouveau, ce procédé est onéreux et long.
Ce qui précède illustre les limitations que l'on connaît dans les dispositifs et procédés actuels. Il est ainsi clair qu'il serait avantageux de proposer une alternative destinée à surmonter un ou plusieurs des inconvénients indiqués ci-dessus. Par conséquent, une alternative convenable est proposée comprenant des caractéristiques décrites plus en détail ci-après.
La présente invention propose ainsi un assemblage de roulements à rouleaux et un procédé de formage d'un assemblage de roulement à rouleaux. L'assemblage de roulement comprend une coquille composée d'un feuillard laminé à froid présentant une teneur en carbone supérieure à 0,65 La coquille présente un chemin de roulement circonférentiel, et une pluralité d'éléments roulants est positionnée dans la coquille. Selon un aspect de la présente invention, le chemin de roulement circonférentiel présente une surface durcie de dureté Rockwell C ( HRC ) d'au moins 58 sans cémentation de la coquille. Selon un autre aspect de l'invention, le feuillard laminé à froid présente une teneur en carbone supérieure à 0,65 % et une taille de grain de grade 8 selon la norme ASTM ou plus fine. Le chemin de roulement circonférentiel présente une rugosité de surface Ra inférieure ou égale à 18 micropouces (0,4572 pm) sans l'application d'un quelconque procédé de finition à la coquille. Selon un autre aspect de l'invention, le feuillard laminé à froid présente une teneur en carbone supérieure à 0,65 % et une valeur limite de déformation plane ( FLo ) supérieure ou égale à 0,25. Avantageusement, l'étape de formage du feuillard laminé à froid comprend l'emboutissage profond, le travail à la presse, le formage à froid ou une combinaison de ces traitements.
D'autres caractéristiques et d'autres aspects de 30 la présente invention vont devenir plus clairs à l'étude de la description détaillée qui suit, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1, une vue en plan en coupe transversale partielle illustrant une coquille de roulements à rouleaux qui est un premier mode de réalisation de la présente invention réalisé par l'intermédiaire d'un procédé de formage, la figure 2, une vue en perspective isométrique d'une coquille de roulement, - la figure 3, une vue en coupe transversale le long de la ligne III-III de la figure 2, - la figure 4, une vue en coupe transversale similaire à la figure 3 illustrant les éléments roulants positionnés dans la coquille et avec l'extrémité ouverte qui est refermée, - la figure 5, une vue en coupe transversale similaire à la figure 3 illustrant une variante de réalisation de la coquille, et - la figure 6, un diagramme de déformation limite ( FLD ) de tôle pour une tôle d'acier à haute teneur en carbone destinée à être utilisée dans la présente invention.
La présente invention va être décrite en faisant référence aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels des références identiques représentent les mêmes éléments. Une certaine terminologie, par exemple supérieur , inférieur , droit , gauche , avant , vers l'avant , arrière , et vers l'arrière est utilisée dans la description qui suit pour des raisons de clarté relative de la description uniquement, et n'est donc pas destinée à être limitative.
En faisant référence aux figures 2 à 4, un assemblage de roulements à rouleaux 10, qui est un premier mode de réalisation de la présente invention, est illustré. L'assemblage de roulements 10 comprend une coquille cylindrique 12 qui est formée à partir d'un morceau de feuillard plat. La coquille 12 peut avoir diverses formes, par exemple cylindrique, conique ou en portion de sphère, et est représentée ici sous la forme d'un cylindre pour des raisons d'illustration uniquement. La coquille 12 est bridée au niveau d'une extrémité 14 et initialement ouverte au niveau de l'extrémité opposée 16. En faisant référence à la figure 5, la coquille 12' peut avoir une extrémité fermée 14' en face de l'extrémité ouverte 16. L'extrémité fermée 14' peut être munie d'une partie protubérante 15. Diverses autres configurations pour la coquille 12 peuvent également être prévues. L'extrémité ouverte 16 présente souvent une coupe transversale plus mince que celle qui est conventionnellement référencée comme lèvre 20. La coquille 12 loge une pluralité de composants internes, tels que des éléments roulants 22. Des composants internes supplémentaires peuvent comprendre une cage de retenue pour maintenir et guider les éléments roulants, un ou plusieurs joints et, moins couramment, des rondelles ou des bagues pour des utilisations plus spécifiques. Une fois les composants internes installés, la lèvre 20 est courbée, pliée ou tournée pour fermer l'extrémité ouverte 16 de la coquille 12. En variante, la lèvre 20 est courbée, pliée ou tournée pour fermer l'extrémité ouverte 16 de la coquille 12 avant l'installation des composants internes, ce montage étant réalisé lors d'une étape opérationnelle ultérieure.
Conventionnellement, les coquilles formées à partir d'un feuillard plat, par exemple par emboutissage profond, travail à la presse ou formage à froid, se sont généralement limitées à des aciers à faible ou moyenne teneur en carbone, avec une teneur en carbone inférieure ou égale à 0,55 %.
La Demanderesse a découvert que la coquille de roulements 12 de la présente invention peut être formée à partir d'un feuillard plat en acier à haute teneur en carbone présentant une teneur en carbone de 0,65 % ou supérieure. Le matériau présente de préférence la composition chimique suivante: - % de carbone: 0,65-0,90 %, - % de manganèse: 0,75-0,90 %, - % de chrome: 0,15-0,25 %, - % de silicium: 0,15-0,30 %, - % de phosphore: 0,025 % maximum, % de soufre: 0,025 % maximum, et - % d'aluminium 0,020-0,050 %.
Le matériau préféré présente également une taille de grain de grade 8 selon la norme ASTM ou plus fine.
Par exemple, la Demanderesse a réalisé le présent assemblage de roulements 10 en utilisant un feuillard d'acier au carbone SAE-1074 présentant une taille de grains de grade 8 selon la norme ASTM ou plus fine.
Alors que la Demanderesse a choisi le feuillard d'acier au carbone SAE1074 comme matériau préférable, d'autres aciers à haute teneur en carbone peuvent être utilisés. Il est préférable que de tels aciers à haute teneur en carbone aient une taille de grain de grade 8 selon la norme ASTM ou plus fine et une valeur limite de déformation plane ( FLo ) supérieure ou égale à 0,25. Tel qu'indiqué sur la figure 6 (qui concerne un acier Stanley à haute teneur en carbone 0,058: température ambiante du laboratoire, avec une déformation plane Flo de 0,27), la Demanderesse a découvert qu'un matériau de cette nature présente une valeur d'anisotropie R proche de 1,0 sans travailler le matériau, tel qu'il est généralement requis pour les aciers à faible teneur en carbone avec des tailles de grain plus grossières.
Les assemblages de roulements à rouleaux 10 fabriqués à l'aide du matériau préféré ont permis de former une coquille 12 présentant une très bonne concentricité et courbure. La coquille 12 présente également une dureté Rockwell C de roulement traité à chaud, par exemple, supérieure à 58, sans aucun procédé post-formage de cémentation au carbone en raison de la haute teneur en carbone. La coquille formée 12 est typiquement trempée pour augmenter la rigidité de la surface mais ne nécessite généralement pas de traitement de cémentation pour durcir la surface de roulement. La coquille formée 12 présente également une teneur en carbone sensiblement uniforme dans toute sa section transversale. En outre, en raison de la structure fine du grain, la coquille 12 ainsi formée présente une surface lisse ne nécessitant pas de finition supplémentaire. Par exemple, la coquille 12 aura de préférence une rugosité de surface moyenne Ra inférieure à 18 micropouces (0,4572 pm) et de préférence inférieure à 8 micropouces (0,2032 pm) sans aucun ponçage ou autre finition supplémentaire de la coquille 12.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Claims (20)

REVENDICATIONS
1. Procédé de formage d'un composant de roulements à rouleaux, caractérisé en ce qu'il consiste à : - prévoir un feuillard laminé à froid présentant une teneur en carbone supérieure à 0,65 % ; - transformer le feuillard pour réaliser une coquille (12) présentant un chemin de roulement circonférentiel; et - positionner une pluralité d'éléments roulants (22) dans la coquille (12) ; dans lequel le chemin de roulement circonférentiel présente une dureté Rockwell C de surface durcie d'au moins 58 sans appliquer de traitement de cémentation à la coquille (12).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de transformation du feuillard laminé à froid comprend l'emboutissage profond, le travail à la presse, le formage à froid ou une combinaison de ces traitements.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le feuillard laminé à froid présente une taille de grain de grade 8 selon la norme ASTM ou plus fine.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le chemin de roulement circonférentiel présente une rugosité de surface Ra inférieure ou égale à 18 micropouces (0,4572 pm) sans l'application d'un quelconque procédé de finition sur la coquille (12).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le feuillard laminé à froid présente une valeur limite de déformation plane ( FLo ) supérieure ou égale à 0,25.
6. Procédé de formage d'un composant de roulements à rouleaux, caractérisé en ce qu'il consiste à : - prévoir un feuillard laminé à froid présentant une teneur en carbone supérieure à 0,65 % ; et une taille de grain de grade 8 selon la norme ASTM ou plus fine; - transformer le feuillard pour réaliser une 10 coquille (12) présentant un chemin de roulement circonférentiel; et - positionner une pluralité d'éléments roulants (22) dans la coquille (12) .
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le chemin de roulement circonférentiel présente une rugosité de surface Ra inférieure ou égale à 18 micropouces (0,4572 pm) sans l'application d'un quelconque procédé de finition sur la coquille (12).
8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l'étape de transformation du feuillard laminé à froid comprend l'emboutissage profond, le travail à la presse, le formage à froid ou une combinaison de ces traitements.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le chemin de roulement circonférentiel présente une dureté Rockwell C de surface durcie d'au moins 58 sans appliquer de traitement de cémentation à la coquille (12).
10. Procédé selon l'une quelconque des
revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le
feuillard laminé à froid présente une valeur limite de déformation plane ( FLo ) supérieure ou égale à 0,25.
11. Procédé de formage d'un composant de roulements à rouleaux, caractérisé en ce qu'il consiste à . - prévoir un feuillard laminé à froid présentant une teneur en carbone supérieure à 0,65 % et une valeur limite de déformation plane ( FLo ) supérieure ou égale à 0,25; transformer le feuillard pour réaliser une coquille (12) présentant un chemin de roulement circonférentiel; et - positionner une pluralité d'éléments roulants (22) dans la coquille (12) .
12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'étape de transformation du feuillard laminé à froid comprend l'emboutissage profond, le travail à la presse, le formage à froid ou une combinaison de ces traitements.
13. Procédé selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que le feuillard laminé à froid présente une taille de grain de grade 8 selon la norme ASTM ou plus fine.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le chemin de roulement circonférentiel présente une rugosité de surface Ra inférieure ou égale à 18 micropouces (0,4572 pm) sans l'application d'un quelconque procédé de finition sur la coquille (12).
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que le chemin de roulement circonférentiel présente une dureté Rockwell C de surface durcie d'au moins 58 sans appliquer de traitement de cémentation à la coquille (12).
16. Assemblage de roulements à rouleaux (10), 5 caractérisé en ce qu'il est réalisé par un procédé consistant à . - prévoir un feuillard laminé à froid présentant une teneur en carbone supérieure à 0,65 % ; - transformer le feuillard pour réaliser une 10 coquille (12) présentant un chemin de roulement circonférentiel; et - positionner une pluralité d'éléments roulants (22) dans la coquille (12) ; dans lequel le chemin de roulement circonférentiel présente une dureté Rockwell C de surface durcie d'au moins 58 sans appliquer de traitement de cémentation à la coquille (12).
17. Assemblage de roulements à rouleaux (10) selon la revendication 16, caractérisé en ce que la coquille (12) présente une section transversale avec une teneur en carbone sensiblement uniforme sans appliquer de traitement de cémentation à la coquille formée (12).
18. Assemblage de roulements à rouleaux (10), caractérisé en ce qu'il est réalisé par un procédé consistant à : - prévoir un feuillard laminé à froid présentant une teneur en carbone supérieure à 0,65 % ; et une taille de grain de grade 8 selon la norme ASTM ou plus fine; - transformer le feuillard pour réaliser une coquille (12) présentant un chemin de roulement circonférentiel; et - positionner une pluralité d'éléments roulants 5 (22) dans la coquille (12).
19. Assemblage de roulements à rouleaux (10) selon la revendication 18, caractérisé en ce que le chemin de roulement circonférentiel présente une rugosité de surface Ra inférieure ou égale à 18 micropouces (0,4572 pm) sans l'application d'un quelconque procédé de finition à la coquille (12).
20. Assemblage de roulements à rouleaux (10) caractérisé en ce qu'il est réalisé par un procédé consistant à : - prévoir un feuillard laminé à froid présentant une teneur en carbone supérieure à 0,65 % et une valeur limite de déformation plane ( FLo ) supérieure ou égale à 0,25; transformer le feuillard pour réaliser une 20 coquille (12) présentant un chemin de roulement circonférentiel; et - positionner une pluralité d'éléments roulants (22) dans la coquille (12) .
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