FR2878807A1

FR2878807A1 - PROCESS FOR MANUFACTURING A MECHANICAL ROD, AND ROD OBTAINED BY THIS METHOD

Info

Publication number: FR2878807A1
Application number: FR0412871A
Authority: FR
Inventors: Philippe Durand
Original assignee: Koyo Steerring Europe SAS
Current assignee: JTEKT Europe SAS
Priority date: 2004-12-03
Filing date: 2004-12-03
Publication date: 2006-06-09
Anticipated expiration: 2024-12-03
Also published as: DE102005054699B4; DE102005054699A1; FR2878807B1

Abstract

L'invention concerne la fabrication de rotules comprenant un boîtier de rotule (2) avec partie annulaire (5) sertie autour de la tête sphérique (13) d'un pivot (12), une cage (8) en matière synthétique étant insérée entre le boîtier (2) et la tête sphérique (13). Après réalisation du boîtier (2), on forme directement la cage (8) à l'intérieur de la cavité (3) de ce boîtier, par une opération de surmoulage, puis on introduit la tête sphérique (13) du pivot (2) dans la cage surmoulée. Enfin, on procède au sertissage de la partie annulaire (5) du boîtier (2), en déformant simultanément la partie correspondante (10) de la cage surmoulée.Application : rotule axiale pour direction à crémaillère de véhicule automobile.The invention relates to the production of ball joints comprising a ball joint housing (2) with an annular part (5) crimped around the spherical head (13) of a pivot (12), a plastic cage (8) being inserted between the housing (2) and the ball head (13). After production of the housing (2), the cage (8) is directly formed inside the cavity (3) of this housing, by an overmolding operation, then the spherical head (13) of the pivot (2) is introduced. in the overmolded cage. Finally, the annular part (5) of the housing (2) is crimped, simultaneously deforming the corresponding part (10) of the overmolded cage.Application: axial ball joint for motor vehicle rack and pinion steering.

Description

La présente demande concerne, de façon générale, un procédé industrielThe present application relates, in general, to an industrial process

pour la fabrication de rotules mécaniques. Cette invention s'applique plus particulièrement, mais non exclusivement, à la fabrication de rotules for the manufacture of mechanical ball joints. This invention applies more particularly, but not exclusively, to the manufacture of ball joints

mécaniques faisant partie des ensembles de direction pour véhicules automobiles, telles que notamment les rotules dites "rotules axiales", par lesquelles les extrémités de la crémaillère d'une direction de véhicule sont liées de façon articulée aux biellettes de connexion correspondantes. mechanical components forming part of steering assemblies for motor vehicles, such as in particular the so-called "axial ball joints", by which the ends of the rack of a vehicle steering are hingedly connected to the corresponding connecting rods.

Une rotule mécanique, constituant une articulation multidirectionnelle autour d'un point central, entre deux composants mécaniques, comprend habituellement un pivot à tête sphérique, solidaire de l'un des deux composants, et un boîtier de rotule solidaire de l'autre composant, le boîtier logeant la tête sphérique du pivot, avec interposition d'une cage. A mechanical ball joint constituting a multidirectional articulation about a central point, between two mechanical components, usually comprises a spherical head pivot, integral with one of the two components, and a ball joint box integral with the other component, the housing housing the spherical head of the pivot, with the interposition of a cage.

Le boîtier de rotule est habituellement une pièce métallique, notamment en acier forgé, tandis que la cage logée dans la cavité du boîtier est réalisée en matière synthétique à bonnes qualités de glissement, telle que polyoxyméthylène (POM). Dans le procédé de fabrication actuellement mis en oeuvre, la cage est une pièce individuelle, fabriquée séparément notamment par moulage par injection, puis insérée clans le boîtier de rotule. Après avoir introduit dans cette cage un lubrifiant tel que graisse, puis la tête sphérique du pivot, le boîtier de rotule est serti sur ladite tête sphérique, l'opération de sertissage consistant ici à resserrer la partie annulaire du boîtier qui entoure son ouverture circulaire par laquelle ont été introduites la cage et la tête sphérique du pivot. Une partie de la cage, emprisonnée entre le boîtier et la tête sphérique, subit alors une déformation qui "suit" celle résultant du sertissage du boîtier. The ball housing is usually a metal part, especially forged steel, while the cage housed in the cavity of the housing is made of synthetic material with good sliding qualities, such as polyoxymethylene (POM). In the manufacturing method currently used, the cage is an individual piece, manufactured separately, in particular by injection molding, and then inserted into the ball housing. After having introduced into this cage a lubricant such as grease, then the spherical head of the pivot, the ball housing is crimped on said spherical head, the crimping operation here consisting in tightening the annular portion of the housing which surrounds its circular opening by which have been introduced the cage and the spherical head of the pivot. Part of the cage, trapped between the housing and the spherical head, then undergoes a deformation that "follows" that resulting from the crimping of the housing.

Ce procédé nécessite donc une fabrication et un stockage séparés des boîtiers de rotule d'une part, et des cages d'autre part, puis leur assemblage, ce qui conduit à un prix de revient relativement élevé des rotules. This process therefore requires separate manufacture and storage of the ball casing on the one hand, and the cages on the other hand, and their assembly, which leads to a relatively high cost price of the ball joints.

De plus, les imprécisions ou dispersions dimensionnelles des boîtiers s'ajoutent à celles des cages, ainsi qu'aux éventuelles imprécisions de positionnement des cages dans les boîtiers, d'où une faible précision résultante pour les rotules obtenues. En particulier, dans le cas des rotules axiales pour directions de véhicules automobiles, il en résulte un manque de précision de la distance entre, d'une part, la face plane du boîtier de rotule contre laquelle prend appui, en position montée, l'extrémité correspondante de la crémaillère et, d'autre part, le centre de rotation de la tête sphérique du pivot. Cette imprécision a, elle-même, des répercussions sur la précision de l'ensemble de la direction. Moreover, the inaccuracies or dimensional dispersions of the casings are added to those of the cages, as well as to any inaccuracies in positioning the cages in the casings, resulting in a low precision resulting for the patches obtained. In particular, in the case of axial bearings for motor vehicle steering, this results in a lack of precision in the distance between, on the one hand, the flat face of the ball joint housing against which, in the assembled position, it bears. corresponding end of the rack and, secondly, the center of rotation of the spherical head of the pivot. This vagueness itself has repercussions on the precision of the entire management.

La présente invention vise à remédier à ces inconvénients, en fournissant un procédé perfectionné qui, tout en réduisant le coût de fabrication de telles rotules, en améliore sensiblement la précision dimensionnelle. The present invention aims to remedy these drawbacks, by providing an improved method which, while reducing the cost of manufacturing such ball joints, substantially improves the dimensional accuracy.

A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une rotule mécanique, du genre de celles comportant un pivot à tête sphérique, et un boîtier de rotule avec partie annulaire à sertir autour de la tête sphérique du pivot, une cage notamment en matière synthétique étant logée dans le boîtier et ainsi insérée entre ce dernier et la tête sphérique du pivot, ce procédé étant essentiellement caractérisé en ce que, successivement: - on réalise le boîtier de rotule, - on forme directement la cage à l'intérieur de la cavité du boîtier, par une opération de surmoulage, on introduit, dans la cage surmoulée, la tête sphérique du pivot, et on procède au sertissage de la partie annulaire précitée du boîtier, en déformant simultanément la partie correspondante de la cage surmoulée. For this purpose, the subject of the invention is a method for manufacturing a mechanical ball, of the type comprising a ball-head pivot, and a ball-and-socket box with an annular part to be crimped around the spherical head of the pivot, a cage including synthetic material being housed in the housing and thus inserted between the latter and the spherical head of the pivot, this method being essentially characterized in that, successively: - the ball housing is made, - the cage is formed directly to the inside the cavity of the housing, by an overmolding operation, is introduced into the overmolded cage, the spherical head of the pivot, and is carried out crimping the aforementioned annular portion of the housing, simultaneously deforming the corresponding portion of the cage molded.

Ainsi, le procédé de l'invention se distingue par une formation directe de la cage à l'intérieur du boîtier, au cours d'une opération de surmoulage, ce qui apporte les résultats avantageux suivants: D'une part, on supprime tout besoin de fabrication, stockage et transport séparé des cages de rotule, ainsi que toute opération d'assemblage des cages dans les boîtiers de rotule, ce qui simplifie la fabrication et la gestion de la production des rotules. D'autre part, on s'affranchit des dispersions dimensionnelles entre cages et boîtiers, et bien au contraire, le surmoulage de la cage dans un moule approprié permet de compenser les imprécisions éventuelles de forme et de dimensions du boîtier de rotule, ceci sans aucun usinage complémentaire. Thus, the method of the invention is distinguished by a direct formation of the cage inside the housing, during an overmolding operation, which provides the following advantageous results: On the one hand, it eliminates all need manufacturing, storage and separate transport of the ball cages, as well as any assembly operation of the cages in the ball housing, which simplifies the manufacture and management of the production of the ball joints. On the other hand, it eliminates the dimensional dispersions between cages and housings, and on the contrary, overmolding the cage in a suitable mold makes it possible to compensate for any inaccuracies in shape and dimensions of the ball housing, without any complementary machining.

Il en résulte, en particulier, dans le cas d'une rotule axiale de 35 direction, un gain de précision sur la cote importante qui est la distance entre la face d'appui de la crémaillère sur le boîtier de rotule, d'une part, et le centre de la tête sphérique du pivot, d'autre part. This results, in particular, in the case of an axial steering ball joint, a gain in accuracy on the important dimension which is the distance between the bearing surface of the rack on the ball housing, on the one hand , and the center of the spherical head of the pivot, on the other hand.

La présente invention a aussi pour objet, en tant que produit industriel, une rotule mécanique et en particulier une rotule axiale pour direction à crémaillère de véhicule automobile, obtenue par le procédé défini ci-dessus, cette rotule comportant un pivot à tête sphérique, un boîtier de rotule avec partie annulaire sertie autour de la tête sphérique du pivot, et une cage en matière synthétique surmoulée dans la cavité du boîtier et ainsi insérée entre ce dernier et la tête sphérique du pivot. Une telle rotule constitue un produit industriel à la fois économique et d'une grande précision dimensionnelle. The subject of the present invention is also, as an industrial product, a mechanical ball and, in particular, an axial ball joint for rack-and-pinion steering of a motor vehicle, obtained by the process defined above, this ball joint comprising a ball-head pivot, a ball housing with annular portion crimped around the spherical head of the pivot, and a plastic cage overmolded in the housing cavity and thus inserted between the latter and the spherical head of the pivot. Such a ball joint is an industrial product that is both economical and of great dimensional accuracy.

L'invention sera de toute façon mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé illustrant, à titre d'exemple, un mode de mise en oeuvre de ce procédé de fabrication d'une rotule mécanique, et montrant la rotule obtenue par ce procédé : Figure 1 représente, dans son état initial, le boîtier de rotule, vu en coupe passant par son axe; Figure 2 représente, en coupe, ce boîtier après surmoulage de la cage; Figure 3 illustre l'amenée du pivot dans cette cage; Figure 4 illustre le résultat de l'opération de sertissage du boîtier, et représente ainsi la rotule dans son état final. The invention will in any case be better understood with the aid of the description which follows, with reference to the appended schematic drawing illustrating, by way of example, one embodiment of this method of manufacturing a mechanical ball joint, and showing the patella obtained by this method: Figure 1 represents, in its initial state, the ball housing, seen in section passing through its axis; Figure 2 shows, in section, the housing after overmoulding of the cage; Figure 3 illustrates the supply of the pivot in this cage; Figure 4 illustrates the result of the crimping operation of the housing, and thus represents the patella in its final state.

Les figures 1 à 4 illustrent les étapes successives de la fabrication d'une rotule mécanique, qui est notamment une rotule axiale appartenant à une direction à crémaillère de véhicule automobile. Figures 1 to 4 illustrate the successive steps of the manufacture of a mechanical ball joint, which is in particular an axial ball joint belonging to a steering rack of a motor vehicle.

La rotule axiale possède un boîtier de rotule, désigné dans son ensemble par le repère 2, qui est réalisé en métal et notamment en acier forgé. Le boîtier de rotule 2 possède la forme générale d'une cloche, avec une cavité principale 3 qui débouche vers l'extérieur par une ouverture circulaire 4, délimitée par une partie terminale annulaire 5 du boîtier 2. La partie terminale annulaire 5 possède, dans l'état initial (figure 1), une allure générale cylindrique, d'axe A. A l'opposé de cette partie terminale annulaire 5, le boîtier de rotule 2 comporte, suivant son axe A, un prolongement fileté 6, prévu pour le vissage de ce boîtier 2 sur l'extrémité correspondante de la crémaillère (non représentée) de la direction. The axial ball has a ball housing, generally designated by the reference 2, which is made of metal and in particular forged steel. The ball housing 2 has the general shape of a bell, with a main cavity 3 which opens outwards through a circular opening 4, delimited by an annular end portion 5 of the housing 2. The annular end portion 5 has, in the initial state (FIG. 1), a cylindrical overall shape, of axis A. Opposite this annular end portion 5, the ball housing 2 comprises, along its axis A, a threaded extension 6, provided for the screwing this housing 2 on the corresponding end of the rack (not shown) of the direction.

Dans l'exemple illustré, la cavité principale 3 du boîtier de rotule 2 comporte un évidement secondaire 7, creusé dans son fond hémisphérique et centré sur l'axe A. Le boîtier de rotule 2, conformé comme il vient d'être décrit, est introduit dans un moule d'injection où est formée, par surmoulage, une cage 8 en matière synthétique (voir figure 2). Plus particulièrement, la cage 8 par exemple en polyoxyméthylène (POM) est formée directement contre la paroi de la cavité principale 3 du boîtier 2, et en suivant aussi le profil de l'évidement secondaire 7. Ainsi, cette cage 8 est formée avec un fond 9 de forme hémisphérique, prolongé par une partie 10 du genre manchon, qui tapisse l'intérieur de la partie terminale annulaire:5 du boîtier 2. Le fond 9 de la cage 8 comporte lui-même, en son centre, un évidement 11 qui correspond à l'évidement secondaire 7 du boîtier 2. In the illustrated example, the main cavity 3 of the ball housing 2 comprises a secondary recess 7, hollowed in its hemispherical bottom and centered on the axis A. The ball housing 2, shaped as just described, is introduced into an injection mold where is formed by overmolding, a cage 8 of synthetic material (see Figure 2). More particularly, the cage 8, for example polyoxymethylene (POM) is formed directly against the wall of the main cavity 3 of the housing 2, and also following the profile of the secondary recess 7. Thus, this cage 8 is formed with a bottom 9 of hemispherical shape, extended by a portion 10 of the sleeve type, which lines the inside of the annular end portion 5 of the housing 2. The bottom 9 of the cage 8 itself comprises, at its center, a recess 11 which corresponds to the secondary recess 7 of the housing 2.

Dans une étape suivante (figure 3), un pivot 12 avec tête sphérique 13 est approché du boîtier de rotule 2, et engagé selon la flèche FI à l'intérieur de la cage 8 précédemment formée, donc aussi à l'intérieur du boîtier de rotule 2. Le diamètre extérieur de la tête sphérique 13 du pivot 12 correspond au diamètre intérieur du fond 9 hémisphérique de la cage 8. In a next step (FIG. 3), a pivot 12 with spherical head 13 is approached to the ball housing 2, and engaged along the arrow FI inside the cage 8 previously formed, thus also inside the housing. 2. The outer diameter of the spherical head 13 of the pivot 12 corresponds to the inside diameter of the hemispherical bottom 9 of the cage 8.

Enfin, comme l'illustre la figure 4, il est procédé à une opération de sertissage (selon les flèches F2) de la partie terminale annulaire 5 du boîtier de rotule 2, de manière à resserrer cette partie annulaire 5 et à réduire ainsi l'ouverture circulaire 4 par laquelle la cavité principale 3 du boîtier 2 débouche à l'extérieur. Cette opération de sertissage de la partie terminale annulaire 5 s'accompagne d'une déformation correspondante de la partie 10 du genre manchon de la cage 8. En fin de sertissage, cette partie 10 s'applique contre la tête sphérique 13 du pivot 12, laquelle se trouve ainsi emprisonnée. La partie 10 de la cage 8 peut être continue, ou comporte une succession de fentes favorisant sa déformation en limitant les contraintes au moment du sertissage. Finally, as illustrated in FIG. 4, a crimping operation (according to the arrows F2) of the annular end portion 5 of the ball housing 2 is carried out so as to tighten this annular portion 5 and thus reduce the circular opening 4 through which the main cavity 3 of the housing 2 opens out. This crimping operation of the annular end portion 5 is accompanied by a corresponding deformation of the part 10 of the sleeve type of the cage 8. At the end of crimping, this part 10 is applied against the spherical head 13 of the pivot 12, which is thus imprisoned. The portion 10 of the cage 8 may be continuous, or comprises a succession of slots promoting its deformation by limiting the constraints at the time of crimping.

On obtient ainsi une rotule axiale, dont le boîtier 2 peut être vissé, par son prolongement fileté 6, sur l'extrémité correspondante de la crémaillère, tandis que le pivot 12 est solidarisé avec une biellette de connexion de la direction. Il est formé ainsi une articulation multidirectionnelle, autour du centre C commun à la cage 8 et à la tête sphérique 13 du pivot 12. On notera que, grâce à l'opération de surmoulage de la cage 8 dans le boîtier de rotule 2, l'on obtient ici une grande précision de la distance D entre la face plane 14 du boîtier 2, contre laquelle prend appui l'extrémité de la crémaillère, et le centre C de la tête sphérique 13 du pivot 12. Thus, an axial ball joint, the housing 2 can be screwed, by its threaded extension 6, on the corresponding end of the rack, while the pivot 12 is secured with a connecting rod of the direction. It is thus formed a multidirectional articulation around the center C common to the cage 8 and to the spherical head 13 of the pivot 12. It will be noted that, thanks to the overmolding operation of the cage 8 in the ball housing 2, the here we obtain a high precision of the distance D between the plane face 14 of the housing 2, against which the end of the rack rests, and the center C of the spherical head 13 of the pivot 12.

L'évidement 11, qui subsiste entre la cage 8 et la tête sphérique 13 du pivot 12, peut servir de réserve de graisse, auquel cas la graisse est également introduite au cours du processus de fabrication précédemment décrit. The recess 11, which remains between the cage 8 and the spherical head 13 of the pivot 12, can serve as a reserve of grease, in which case the grease is also introduced during the manufacturing process described above.

L'opération de sertissage de la partie terminale annulaire 5 du boîtier de rotule 2 peut être réalisée, de manière contrôlée, en appliquant un procédé connu en soi, par exemple par la demande de brevet français N 02.08844 du 12 juillet 2002 au nom du Demandeur. The operation of crimping the annular end portion 5 of the ball housing 2 can be carried out in a controlled manner, by applying a method known per se, for example by the French patent application N 02.08844 of July 12, 2002 in the name of the Applicant .

Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas au seul mode de mise en oeuvre de ce procédé de fabrication d'une rotule mécanique qui a été décrit ci-dessus, à titre d'exemple; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. C'est ainsi, notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention en modifiant des détails de forme ou de matières des composants de la rotule, ou en appliquant le procédé à la fabrication de toutes rotules, qu'il s'agisse de rotules appartenant à des ensembles de direction pour véhicules automobiles, ou d'autres rotules mécaniques analogues, utilisées dans le domaine automobile ou dans tous autres secteurs. It goes without saying that the invention is not limited to the only mode of implementation of this method of manufacturing a mechanical ball which has been described above, for example; it embraces, on the contrary, all variants of implementation and application respecting the same principle. Thus, in particular, that one would not depart from the scope of the invention by modifying details of shape or materials of the components of the patella, or by applying the method to the manufacture of all patches, that they are ball joints belonging to steering assemblies for motor vehicles, or other similar mechanical joints, used in the automotive field or in all other sectors.

Claims

A method of manufacturing a mechanical ball, of the kind having a spherical head (12) with a spherical head (13), and a ball-and-socket housing (2) with an annular portion (5) to be crimped around the spherical head ( 13) of the pivot (12), a cage (8) in particular of synthetic material being housed in the housing (2) and thus inserted between the latter and the spherical head (13) of the pivot (12), characterized in that, successively : - the ball casing (2) is produced, - the cage (8) is formed directly inside the cavity (3) of the casing (2), by an overmoulding operation, - (FI) is introduced, in the overmolded cage (8), the spherical head (13) of the pivot (12), and - crimping (F2) of the aforementioned annular portion (5) of the housing (2), simultaneously deforming the corresponding part (10) of the overmolded cage (8).

2 Mechanical spindle, in particular axial spindle for rack-and-pinion steering of a motor vehicle, obtained by the method according to claim 1, this spherical joint having a pivot (12) with a spherical head (13), a ball-and-socket housing (2) with an annular part. (5) crimped around the spherical head (13) of the pivot (12), and a cage (8) of synthetic material molded into the cavity (3) of the housing (2) and thus inserted between the latter and the spherical head ( 13) of the pivot (12).