FR2901165A1

FR2901165A1 - Helical spring fabricating method for motor vehicle, involves cutting tube helically using laser, by sawing or with cutting tool, where tube has inner and outer diameter corresponding to inner and outer diameter of spring

Info

Publication number: FR2901165A1
Application number: FR0651789A
Authority: FR
Inventors: Philippe Martel; Alain Blanc
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2006-05-17
Filing date: 2006-05-17
Publication date: 2007-11-23
Anticipated expiration: 2026-05-17
Also published as: FR2901165B1

Abstract

The method involves cutting a tube (16) helically using laser, by sawing or with cutting tool, where the tube has an inner diameter and an outer diameter corresponding to inner and outer diameter of a spring to be fabricated. An axial traction force is exerted on the spring to rejoin coils (S1-S6) after cutting. The tube has a molded external part that has a spiral electric conductor. Independent claims are also included for the following: (1) a tool carrier for implementing a helical spring fabricating method (2) a helical spring obtained by implementation of a helical spring fabricating method (3) a steering assembly of a vehicle.

Description

"Procédé de fabrication d'un ressort hélicoïdal à spires plates, un"Method of manufacturing a helical spring with flat turns, a

ressort hélicoïdal obtenu par la mise en oeuvre de ce procédé, ainsi qu'un ensemble de direction comportant un tel ressort ". helical spring obtained by the implementation of this method, and a steering assembly comprising such a spring ".

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un ressort hélicoïdal à spires plates, un tel ressort obtenu par ce procédé, ainsi qu'un ensemble de direction de véhicule comportant un tel ressort. Un tel ressort est destiné notamment à équiper un ensemble de direction de véhicule, notamment de véhicule automobile, comportant un dispositif de volant à moyeu fixe. Ce ressort équipe ainsi un volant pour maintenir le moyeu dans une position fixe lorsque ce volant est manoeuvré en rotation, ce volant restant mécaniquement lié en rotation à une barre de direction liée en mouvement aux roues avant du véhicule. Ce montage permet notamment l'implantation dans le moyeu du volant d'un sac gonflable de sécurité, ou airbag, de type asymétrique, c'est-à-dire ayant par exemple un volume plus important vers la droite du conducteur que vers sa gauche de manière à obstruer efficacement une zone située vers le centre de l'habitacle. The invention relates to a method for manufacturing a helical spring with flat turns, such a spring obtained by this method, and a vehicle steering assembly comprising such a spring. Such a spring is intended in particular to equip a vehicle steering assembly, including a motor vehicle, comprising a fixed hub flywheel device. This spring thus equips a steering wheel to maintain the hub in a fixed position when the steering wheel is operated in rotation, the steering wheel remaining mechanically connected in rotation to a steering bar linked in motion to the front wheels of the vehicle. This arrangement allows the implantation in the hub of the steering wheel of an airbag, or airbag, asymmetrical type, that is to say having for example a larger volume to the right of the driver than to his left in order to effectively block an area located towards the center of the passenger compartment.

Un tel ensemble de direction, représenté en figure 1, s'étend le long d'un axe principal CX coïncidant avec la barre de direction 1 qui est portée par un élément de structure fixe 2 au moyen de deux paliers 3 et 4. Cet ensemble comprend un volant 6 rigidement lié à la barre de direction 1, et un moyeu 7 monté rotatif par rapport à la barre de direction 1 en étant engagé sur un palier central 8 porté par ladite barre 1. Un ressort hélicoïdal 9 entoure la barre de direction 1 en ayant une première extrémité 11 fixée à l'élément de structure 2, et une seconde extrémité 12 fixée au moyeu 7. Such a steering assembly, shown in Figure 1, extends along a main axis CX coinciding with the steering bar 1 which is carried by a fixed structural member 2 by means of two bearings 3 and 4. This set comprises a flywheel 6 rigidly connected to the steering bar 1, and a hub 7 rotatably mounted relative to the steering bar 1 being engaged on a central bearing 8 carried by said bar 1. A helical spring 9 surrounds the steering bar 1 having a first end 11 fixed to the structural element 2, and a second end 12 fixed to the hub 7.

Le volant 6 est solidarisé à la barre de direction 1 par une platine ou des bras repérés par 13 et 14. La platine ou les bras traversent un espace délimité par deux spires consécutives du ressort 9, ces deux spires consécutives étant situées sensiblement à mi-longueur du ressort 9. Lorsque le volant pivote, la platine ou les bras 13 et 14 glissent le long des spires du ressort 9 qui maintiennent le moyeu 7 fixe en rotation. The flywheel 6 is secured to the steering bar 1 by a plate or arms identified by 13 and 14. The plate or the arms pass through a space defined by two consecutive turns of the spring 9, these two consecutive turns being located substantially midway. 9. When the steering wheel pivots, the plate or the arms 13 and 14 slide along the turns of the spring 9 which hold the hub 7 fixed in rotation.

Compte tenu de l'utilisation spécifique qui est faite du ressort 9 dans cette application, ce ressort doit avoir une forte raideur de torsion autour de l'axe AX et une souplesse importante en compression axiale. A cet effet, il est nécessaire d'utiliser un ressort à spires plates, c'est à dire dans lequel ces spires ont une section rectangulaire ayant un long côté orienté radialement, le rapport du petit côté sur le long côté de ce rectangle étant généralement compris entre un vingtième et un cinquième. Given the specific use that is made of the spring 9 in this application, this spring must have a high torsional stiffness around the axis AX and a high flexibility in axial compression. For this purpose, it is necessary to use a spring with flat turns, that is to say in which these turns have a rectangular section having a long radially oriented side, the ratio of the short side on the long side of this rectangle being generally between one twentieth and one fifth.

La fabrication de ce type de ressort nécessite cependant de déformer un composant de base tel qu'une lame plate droite en lui imposant des déformations plastiques très importantes pour la courber et l'enrouler afin de former le ressort. The manufacture of this type of spring, however, requires deforming a base component such as a flat straight blade by imposing very large plastic deformations to bend and wind to form the spring.

Le but de l'invention est de proposer un procédé de fabrication d'un ressort à grande raideur en torsion et à faible raideur en compression axiale, pouvant être exploité en grande série. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un ressort hélicoïdal dans lequel on découpe hélicoïdalement un tube ayant un diamètre interne et un diamètre externe correspondant au diamètre interne et au diamètre externe du ressort à fabriquer. L'invention concerne également un procédé tel que 35 défini ci-dessus, dans lequel la découpe est réalisée au laser, par sciage, ou avec un outil d'usinage. The object of the invention is to provide a method of manufacturing a spring with high stiffness in torsion and low stiffness in axial compression, which can be operated in large series. To this end, the subject of the invention is a method for manufacturing a helical spring in which a tube having an internal diameter and an external diameter corresponding to the internal diameter and the external diameter of the spring to be produced is cut helically. The invention also relates to a method as defined above, in which the cutting is carried out by laser, by sawing, or with a machining tool.

L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, comprenant une étape supplémentaire dans laquelle on exerce un effort de traction axiale sur le ressort obtenu pour disjoindre ses spires après découpe. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans laquelle on utilise un tube comprenant une partie externe surmoulée incluant des conducteurs électriques en spirale. The invention also relates to a method as defined above, comprising an additional step in which an axial tensile force is exerted on the spring obtained to disjoin its turns after cutting. The invention also relates to a method as defined above, in which a tube comprising an overmolded external part including spiral electrical conductors is used.

L'invention concerne également un porte outil pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, comprenant un tube externe de diamètre supérieur au diamètre externe du tube, et une barre ayant un diamètre inférieur au diamètre interne du tube, le tube externe et la barre étant rigidement solidaires l'un de l'autre, l'outil s'étendant radialement en ayant une extrémité encastrée dans la barre et une autre extrémité encastrée dans le tube externe. L'invention porte en outre sur le ressort hélicoïdal obtenu par la mise en oeuvre du procédé décrit ci-avant et sur un ensemble de direction de véhicule comportant : - une barre de direction montée libre en rotation par rapport à un élément de structure fixe du véhicule, et dont l'extrémité opposée à celle reliée au roues directrices du véhicule s'étend au-delà de l'élément de structure fixe et porte un moyeu de volant de direction, monté à rotation par rapport à ladite barre de direction ; -un volant de direction rigidement solidaire de la colonne ; et - un ressort hélicoïdal tel que décrit ci-dessus, ledit ressort étant interposé entre le moyeu et l'élément de structure fixe en ayant une extrémité rigidement solidaire du moyeu, l'extrémité opposée étant rigidement solidaire de l'élément de structure fixe. L'invention sera maintenant décrite plus en détail, et en référence aux figures annexées. The invention also relates to a tool holder for implementing the above method, comprising an outer tube of diameter greater than the outer diameter of the tube, and a bar having a diameter smaller than the internal diameter of the tube, the outer tube and the bar being rigidly secured to one another, the tool extending radially having one end embedded in the bar and another end embedded in the outer tube. The invention furthermore relates to the helical spring obtained by implementing the method described above and to a vehicle steering assembly comprising: a steering bar mounted free to rotate with respect to a fixed structure element of the vehicle, and whose opposite end to that connected to the vehicle's steered wheel extends beyond the fixed structural member and carries a steering wheel hub, rotatably mounted relative to said steering bar; a steering wheel rigidly secured to the column; and - a helical spring as described above, said spring being interposed between the hub and the fixed structural element having an end rigidly secured to the hub, the opposite end being rigidly secured to the fixed structural element. The invention will now be described in more detail and with reference to the appended figures.

La figure 1 est une représentation schématique d'un volant à moyeu fixe ; La figure 2 montre en perspective un tube destiné à la fabrication d'un ressort à spires plates ; La figure 3 est une illustration schématique du procédé selon l'invention avec un outil d'usinage ; La figure 4 montre en perspective un tube partiellement découpé pour former un ressort hélicoïdal à spires plates ; La figure 5 montre en perspective un ressort obtenu 15 avec le procédé selon l'invention ; La figure 6 montre en perspective la mise en oeuvre du procédé avec un porte outil selon l'invention. L'invention consiste notamment à mettre en oeuvre un usinage classique, tel qu'une opération de tournage, mais 20 à détourner cet usinage en faisant en sorte que la pièce finale soit le copeau résultant de cet usinage, et non pas la pièce initiale comme c'est habituellement le cas. Le ressort est fabriqué par découpage hélicoïdal d'un tube tel que le tube 16 représenté en figure 2. Ce 25 tube a un diamètre interne d et un diamètre externe D qui correspondent au diamètre interne et au diamètre externe du ressort à fabriquer, c'est-à-dire aux diamètres interne et externe des spires de ce ressort. Cette découpe peut être réalisée avec un outil 17 30 maintenu dans une position fixe et par rapport auquel le tube 16 est déplacé, ce qui est le cas dans l'exemple de la figure 3. Le tube 16 est alors déplacé en rotation autour de son axe de symétrie AX et en translation le long de cet 35 axe AX, selon une avance prédéterminée, pour générer une trajectoire hélicoïdale de l'outil le long du tube. Figure 1 is a schematic representation of a fixed hub flywheel; Figure 2 shows in perspective a tube for the manufacture of a coil spring flat; Figure 3 is a schematic illustration of the method according to the invention with a machining tool; Figure 4 shows in perspective a partially cut tube to form a helical spring with flat turns; Figure 5 shows in perspective a spring obtained with the method according to the invention; Figure 6 shows in perspective the implementation of the method with a tool holder according to the invention. The invention consists in particular in implementing a conventional machining, such as a turning operation, but in diverting this machining by making sure that the final piece is the chip resulting from this machining, and not the initial piece as this is usually the case. The spring is made by helically cutting a tube such as the tube 16 shown in FIG. 2. This tube has an inner diameter d and an outer diameter D which correspond to the inner diameter and the outer diameter of the spring to be produced. that is, the inner and outer diameters of the turns of this spring. This cutting can be performed with a tool 17 held in a fixed position and relative to which the tube 16 is moved, which is the case in the example of Figure 3. The tube 16 is then moved in rotation around its axis of symmetry AX and in translation along this axis AX, in a predetermined advance, to generate a helical path of the tool along the tube.

Dans le cas d'une découpe réalisée avec un outil d'usinage, la vitesse de rotation est déterminée à partir des diamètres d et D du tube 16 pour correspondre à une vitesse de coupe conditionnée par le type d'outil utilisé et le matériau du tube. L'avance du tube, c'est-à-dire sa vitesse de déplacement le long de l'axe AX est ensuite déterminée de telle façon que le déplacement longitudinal du tube pendant un temps correspondant à un tour complet du tube, avec la vitesse de rotation déterminée ci-dessus, correspond à l'épaisseur de spire souhaitée pour le ressort à fabriquer. Comme illustré en figure 3, cette découpe peut être réalisée avec un outil 17 qui peut être une lame de découpe. Mais cet outil peut aussi être une scie effectuant des mouvements de translation alternatifs radialement par rapport à l'axe AX pour faciliter la découpe. En figure 4, on a représenté un tube 16 dont la découpe hélicoïdale a été partiellement effectuée, ce qui montre une première spire S1 partiellement réalisée. Le début de cette spire, repéré par 18, et situé en face supérieure du tube 16 correspond à l'entrée de l'outil 17 dans cette face supérieure lors du début de la découpe. In the case of a cut made with a machining tool, the speed of rotation is determined from the diameters d and D of the tube 16 to correspond to a cutting speed conditioned by the type of tool used and the material of the tube. The advance of the tube, that is to say its speed of movement along the axis AX is then determined so that the longitudinal displacement of the tube for a time corresponding to a complete revolution of the tube, with the speed rotation determined above, corresponds to the desired coil thickness for the spring to be manufactured. As illustrated in FIG. 3, this cutting can be carried out with a tool 17 which can be a cutting blade. But this tool can also be a saw performing reciprocal translational movements radially relative to the axis AX to facilitate cutting. In Figure 4, there is shown a tube 16 whose helical cut has been partially performed, which shows a first turn partially completed S1. The beginning of this turn, marked 18, and located on the upper face of the tube 16 corresponds to the input of the tool 17 in this upper face at the beginning of cutting.

Après réalisation de la totalité de la découpe hélicoïdale, le ressort obtenu a l'allure représentée en figure 5, dans laquelle toutes ses spires, qui sont repérées par S1-S6, sont réalisées, mais dans laquelle toutes ces spires sont jointives. After completion of the entire helical cut, the spring obtained has the appearance shown in Figure 5, in which all its turns, which are identified by S1-S6, are performed, but in which all these turns are contiguous.

Après l'opération de découpe, le ressort de la figure 5 peut être soumis à un effort de traction axial, le long de l'axe AX, pour déformer ses spires dans le domaine de déformation plastique de manière à les écarter les unes des autres définitivement. Cette opération supplémentaire permet de donner au ressort un pas correspondant à un pas souhaité. After the cutting operation, the spring of FIG. 5 can be subjected to an axial tensile force along the axis AX, to deform its turns in the plastic deformation range so as to separate them from each other definitely. This additional operation makes it possible to give the spring a step corresponding to a desired step.

Le ressort ainsi fabriqué peut encore être soumis à une opération de laminage de ses spires, destinée à améliorer le cas échéant l'état de surface de ces spires. L'amélioration de l'état de surface permet de faciliter le glissement des bras radiaux 13 et 14 du volant le long des spires lorsque le volant est manoeuvré. L'outil de découpe 17 de la figure 3 peut être monté sur une structure porteuse telle que celle représentée en figure 6, et qui est destinée à assurer le maintien de l'outil 17 radialement tout en lui permettant de supporter des efforts de coupe élevés. Cette structure comprend un tube externe 19 et une barre interne 21 rigidement solidaires l'une de l'autre. L'outil d'usinage 17 qui s'étend radialement comprend une première extrémité 17a encastrée radialement dans la barre interne 21, et une seconde extrémité 17b, opposée à la première, qui est encastrée radialement dans la paroi du tube externe 19. La barre interne a un diamètre inférieur au diamètre d du ressort à fabriquer, et le tube externe a un diamètre intérieur qui est supérieur au diamètre externe du tube 16. Cette structure porteuse peut par exemple être positionnée face au tube 16 sur un tour parallèle, ce tube 16 étant mis en rotation, et la structure étant déplacée en translation pour produire une trajectoire hélicoïdale de l'outil 17 par rapport au tube 16, de manière à constituer un ressort tel que celui de la figure 5. Dans les exemples ci-dessus, la découpe du tube 16 est réalisée avec un outil d'usinage 17, ou avec une scie. Cette découpe peut encore être facilitée en chauffant le tube 16 à une certaine température de manière à diminuer les efforts de coupe. Cette découpe peut aussi être effectuée avec un procédé au laser ou bien avec un procédé de découpe par jet d'eau sous pression, ou encore avec un procédé d'électroérosion, le tube 16 étant par exemple déplacé de façon appropriée par rapport à une source de laser ou d'eau sous pression qui est fixe. Le matériau de base dans lequel le tube est réalisé est par exemple de l'acier, mais le procédé s'applique également à un tube de base en plastique, voire à un tube de base 16 comprenant une partie interne en acier et une partie externe en matière plastique. Avantageusement, le tube de base comprend une partie interne métallique, et une partie externe surmoulée en plastique. La partie externe comprend avantageusement des conducteurs électriques enroulés hélicoïdalement, selon le pas de découpe prévu. De manière analogue, le procédé peut être mise en oeuvre avec un tube de base ayant une partie externe métallique, et une partie interne surmoulée en plastique. Les conducteurs électriques enroulés hélicoïdalement selon le pas de découpe prévu sont alors compris dans la partie interne surmoulée. Le ressort obtenu est ainsi pourvu d'un ou plusieurs conducteurs électriques permettant de faire passer un signal depuis l'une vers l'autre de ses extrémités, ce qui permet par exemple de déclencher la libération d'un coussin gonflable de sécurité contenu dans le moyeu fixe. The spring thus manufactured can still be subjected to a rolling operation of its turns, intended to improve if necessary the surface condition of these turns. The improvement of the surface condition facilitates the sliding of the radial arms 13 and 14 of the flywheel along the turns when the steering wheel is maneuvered. The cutting tool 17 of FIG. 3 can be mounted on a bearing structure such as that represented in FIG. 6, and which is intended to hold the tool 17 radially while allowing it to withstand high cutting forces. . This structure comprises an outer tube 19 and an inner bar 21 rigidly secured to one another. The machining tool 17 which extends radially comprises a first end 17a embedded radially in the inner bar 21, and a second end 17b, opposite to the first, which is embedded radially in the wall of the outer tube 19. The bar internal has a diameter smaller than the diameter d of the spring to be manufactured, and the outer tube has an inner diameter which is greater than the outer diameter of the tube 16. This bearing structure may for example be positioned facing the tube 16 on a parallel lathe, this tube 16 being rotated, and the structure being moved in translation to produce a helical path of the tool 17 relative to the tube 16, so as to form a spring such as that of Figure 5. In the examples above, the cutting of the tube 16 is performed with a machining tool 17, or with a saw. This cutting can be further facilitated by heating the tube 16 to a certain temperature so as to reduce the cutting forces. This cutting can also be performed with a laser process or with a method of cutting by jet of water under pressure, or with a spark erosion process, the tube 16 being for example appropriately displaced with respect to a source laser or pressurized water that is fixed. The base material in which the tube is made is, for example, steel, but the method is also applicable to a plastic base tube, or even to a base tube 16 comprising an inner part made of steel and an outer part made of plastic Advantageously, the base tube comprises a metal inner part, and an outer molded plastic part. The outer part advantageously comprises helically wound electrical conductors, according to the planned cutting step. Similarly, the method can be implemented with a base tube having a metal outer part, and an inner molded plastic part. The electrical conductors wound helically according to the planned cutting step are then included in the molded inner part. The spring obtained is thus provided with one or more electrical conductors for passing a signal from one to the other of its ends, which allows for example to trigger the release of an airbag contained in the fixed hub.

Claims

1. A method of manufacturing a helical spring in which is cut helically a tube (16) having an inner diameter (d) and an outer diameter (D) corresponding to the inner diameter and outer diameter of the spring to be manufactured.

The method of claim 1, wherein the cutting is performed by laser, sawing, or with a machining tool (17).

3. Method according to one of the preceding claims, comprising an additional step in which an axial tensile force is exerted on the spring obtained to disjoin its turns (S1-S6) after cutting.

4. Method according to one of the preceding claims, wherein using a tube (16) comprising an overmolded outer portion including spiral electrical conductors. 20

5. Tool holder for carrying out the method according to one of the preceding claims, comprising an outer tube (19) of greater diameter than the outer diameter (D) of the tube (16), and a bar (21) of smaller diameter. to the inner diameter (d) of the tube (16), the outer tube (19) and the bar (21) being rigidly secured to one another, the tool (17) extending radially having one end (17b) embedded in the bar (21) and another end (17a) embedded in the outer tube (19). 30

6. Coil spring obtained by implementing the method according to any one of claims 1 to 4.

7. A vehicle steering assembly comprising a steering rod (1) rotatably mounted relative to a fixed structural element (2) of the vehicle, and whose opposite end to that connected to the steering wheels of the vehicle extends beyond the stationary destructure element (2) and carries a steering wheel hub (7), rotatably mounted relative to said steering bar (1), said assembly further comprising a steering wheel (6). ) rigidly secured to the column (1), and a helical spring (9) interposed between the hub (7) and the fixed structural element (2) having an end (12) rigidly secured to the hub (7) , the opposite end (11) being rigidly secured to the fixed structural element (2), characterized in that the coil spring (9) conforms to a spring according to claim 6.