WO2005113841A2 - Procédé de réalisation d'un arbre de lanceur de démarreur - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a motor vehicle starter launcher shaft.
  • the invention relates more particularly to a starter shaft for a starter of the type comprising a starter which comprises a starter pinion slidably mounted axially on the starter shaft, between a rear rest position and a front working position, the starter comprising a body, a sleeve of which is slidably mounted on the starter shaft and the internal bore of which comprises a splined section, the internal splines of which cooperate with the external splines of a splined section of the starter shaft.
  • Stop means are also provided for limiting the axial sliding stroke of the starter pinion relative to the starter shaft towards at least one determined rear axial position of rest.
  • the steel launcher shaft successively comprises at least a first section before guiding in axial sliding of the starter launcher, a second fluted intermediate section comprising the external splines capable of cooperating with the complementary internal splines of the launcher, and a third rear section comprising at least one annular transverse face of shoulder oriented towards the front which constitutes a rear abutment face for determining a determined rear axial position of rest of the launcher.
  • the launcher can cooperate directly with this annular abutment face, which is for example planar in radial orientation, or else indirectly through a ring or an abutment washer which bears axially rearwards against this abutment face which can this effect belong to an internal radial groove of the shaft in which the stop ring is mounted.
  • the starter shaft can also extend axially rearward to form the rotor shaft of the electric starter motor.
  • the process for manufacturing such a launcher shaft comprises the following stages: - machining to obtain the raw profile by means of a cutting tool on a turning lathe; - Production by cold deformation of the outer helical splines and knurling of the rotor shaft to maintain the package of sheets of the rotor armature; - cleaning of the shaft to remove cutting oils, lubricants so as not to disturb the subsequent heat treatment; - heat treatment of surface hardening by induction localized on a surface layer up to a given depth according to the program parameters in order to modify and optimize the mechanical characteristics of the shaft, the shaft being for example kept in vertical position and the surface hardening by induction being carried out "at runway” by placing the shaft in rotation in an inductor which runs axially along the shaft (as a variant, the heat treatment can be carried out by means of an inductor "of shape ", axially static with respect to the shaft); - Straightening of the shaft which is held by its ends, a force being
  • Such a manufacturing process introduces residual constraints which have essentially two origins. These are either constraints of mechanical origin resulting from the stages of the manufacturing process upstream of the heat treatment, or constraints of thermal origin resulting from the heat treatment of surface quenching. These residual stresses are of such a level that cracking occurs on the surface, which is revealed during the surface hardening operation by induction, by exceeding the mechanical characteristics of the material of the tree in this area, which is a low carbon steel whose carbon content is between 0.38% and 0.55%, and preferably between 0.45% and 0.51%.
  • the invention proposes a method for producing a steel starter starter shaft which successively comprises at least a first section before guiding in axial sliding of a starter starter, a second fluted intermediate section comprising external splines capable of cooperating with complementary internal splines of the launcher, and a third rear section comprising at least one annular transverse face of shoulder oriented towards the front which constitutes a rear abutment face to determine a determined axial position of the launcher, the method comprising at least the following successive steps: - a) machining of the first three, second and third sections; - b) production of the outer grooves of the second intermediate section; - c) surface heat treatment of at least one axial part of the launcher shaft; characterized in that the method comprises an additional step,
  • said additional step is a step of annealing at least one axial portion of the launcher shaft;
  • the additional step of annealing at least one axial portion of the launcher shaft is a surface heating operation by induction along said axial portion;
  • the additional step of annealing by surface heating by induction comprises a heating period during which the inductor is axially static with respect to said portion of the launcher shaft;
  • the static heating time is between 0.5s and 15s;
  • - the static heating time is between 1.9 and
  • the axial length of the inductor is substantially equal to the axial length of said portion of the starter shaft; - The axial length of the inductor is less than the axial length of said portion of the starter shaft, and the inductor is driven in axial translation relative to the starter shaft; - The relative speed of axial translation of the inductor relative to the starter shaft is between 100mm / min and 700mm / min; - The relative speed of axial translation of the inductor relative to the starter shaft is between 450mm / min and 550mm / min, and is preferably equal to 500mm / min; - the heating power by induction is less than 10kW; - the heating power by induction is between 4.5kW and 7kW; - the launcher shaft is rotated relative to the inductor at a rotational speed of less than 200 rpm; - The internal profile of the inductor is complementary to the external profile of said portion of the starter shaft; - According to another
  • the duration of the launcher shaft heating operation is between 30mn and 120mn; - The duration of the launcher shaft heating operation is between 55mn and 65mn, preferably equal to 60mn;
  • the heating operation of the launcher shaft in an oven is a heating operation at constant temperature;
  • the operation of heating the starter shaft in an oven is followed by a slow cooling operation at room temperature;
  • Said step c) of surface heat treatment of at least one axial part of the launcher shaft is a step of surface hardening by induction;
  • - Said additional steps of surface heating by induction and surface hardening by induction are carried out successively with the same means of induction heating;
  • the method comprises a step, after the step of surface heat treatment, of mechanical straightening of at least one axial part of the launcher shaft;
  • the method comprises a step of rectifying certain portions of the surface of the launcher shaft which is subsequent to the step of surface heat treatment of at least one axial part of the launcher shaft
  • FIG. 1 is a view of a tree motor vehicle starter launcher produced in accordance with the teachings of the invention
  • - Figure 2 is a view similar to that of Figure 1 which shows an intermediate state of manufacture of the shaft of Figure 1 after machining operations by turning
  • - Figure 3 is a half view in axial section and on a larger scale of the third section T3 of the shaft of Figure 1 in association with a schematic representation of means of induction heating to perform the additional annealing step in accordance with the teachings of the invention.
  • FIG. 1 a starter shaft 10, also called starter shaft which is in the form of a cylindrical piece of axis XX which extends from front to back.
  • the shaft 10 successively comprises from front to back, a first smooth section of front axial end 12 for guiding the rotation of the shaft 10 in a front bearing, not shown, belonging to a starter housing or nose element, a smooth section 14 for sliding guide of the launcher, not shown, of the starter, external helical splines 16 intended to cooperate with internal splines, not shown, of the launcher to link the latter in rotation with the shaft 10, an internal radial groove 18 is intended to receive an axial abutment ring, not shown, to define or delimit a rear axial position known as the launcher rest position.
  • the sections 12, 14, 16 and 18 constitute the launcher shaft proper.
  • the launcher shaft here extends axially towards the rear by a knurled section 20 which is intended to receive a packet or stack of sheets, not shown, belonging to the armature of the electric starter motor.
  • the shaft 10 ends with a smooth rear axial end section 21 which, like the section 12, ensures the rotary guide of the shaft 10 in a rear bearing of the starter.
  • the first axial front section T1 which corresponds to the section 14, the second intermediate axial section T2 which includes the splines 16, the third axial section are defined successively, as indicated in FIG. 1.
  • rear T3 and finally the rear axial section T4 which extends the starter shaft beyond the section T3 and which generally corresponds to the knurled section 20.
  • the groove 18 of the rear section T3 is delimited axially towards the rear by a transverse face of radial orientation 22 oriented towards the front which extends radially outwards to the cylindrical surface 24 of larger outside diameter D1, which is here for example equal to 13 millimeters, from section T3.
  • the groove 18 is also delimited axially towards the front by a transverse face of radial orientation 26 oriented towards the rear which extends radially outwards to an outside diameter smaller than that D1 of the face 22.
  • the manufacture of the shaft 10 begins by machining by turning a "rough" or piece of steel in order to end up with the blank illustrated in FIG.
  • the cylindrical profile of the piece is modified by removal of material by a cutting tool on a turning lathe. This operation introduces residual stresses on the surface of the shaft 10, in particular on the rear transverse face 22 (see FIG. 3) oriented towards the front of the groove 18 intended to receive a stop ring. These constraints appear over a depth of a few microns.
  • the grooves 16 and the knurling 20 are produced by cold deformation, or alternatively by removal of material.
  • the shapes of the helical grooves 16 which, in a known manner for example from document FR-2,745,855, also provide a function of axial stop forwards for the launcher, as well as the shapes of the knurling are obtained by a series of operations cold deformation of the low-cut surface of the corresponding sections of the shaft by passing a rack by applying pressure. This operation introduces additional residual stresses within the material over several millimeters deep. These shapes can also be obtained by using cylindrical rollers or by removing material.
  • the manufacturing can then include a washing step which is a cleaning operation of the shaft to remove cutting oils, lubricants so as not to disturb the subsequent heat treatment.
  • the method of manufacturing the shaft 10 includes an additional annealing step with a view to obtaining a relaxation of the residual stresses mentioned above which result from the mechanical transformation steps and which are at origin of the appearance of inadmissible cracks.
  • stress relieving makes it possible to reduce or eliminate the residual mechanical stresses of the part in order to remain within acceptable limits of the material to continue the subsequent operations of the known manufacturing process.
  • the relaxation annealing step can be carried out using a bulk heating installation such as an oven (not shown) or also by means of a surface induction heating installation.
  • the thermal treatment of relaxation annealing is carried out on the whole part.
  • the reduction in residual stresses is obtained by carrying out the following operations: - an operation of heating the entire shaft to a temperature between 500 ° C and 700 ° C, preferably equal to 550 ° C + 10 ° C to avoid any modification of the microstructure of the shaft body; an isothermal maintenance at this heating temperature for 30 minutes to 120 minutes, preferably for 60 minutes, the heating time depending in particular on the load placed in the oven for a relaxation heating cycle; - a slow cooling operation in calm air or in the oven.
  • the expected effect of reducing residual stresses without modifying the microstructure can be obtained by carrying out a thermal treatment of induction relaxation annealing on all or part of the shaft 10, and preferably of the section T3 defined in FIG.
  • This solution has the advantage of being integrated into the manufacturing cycle on the one hand, and of being able to be carried out with the surface treatment heat treatment by induction hardening already used in the manufacturing process whose frequency is less than 400kHz and preferably between 320 and 360kHz. To do this, and as can be seen in FIG.
  • annular inductor 30 whose effective axial length of heating L is for example of the order of 5 mm and whose internal diameter D2 is such that 'There is a clearance radiai or air gap between 1 mm and 3 mm between its internal concave cylindrical surface 32, and preferably equal to 2.5mm, and the convex cylindrical surface facing the bearing 24.
  • the inductor and the shaft have a relative "fixed" relative axial position defined so that the heating zone corresponds, as illustrated in FIG. 3, to the shoulder 22 of the groove 18.
  • This relative axial position of the inductor 30 with respect to the shaft 10 is kept “fixed” during a heating, or heating, static period of between 0.5 seconds and 15 seconds, preferably equal to 2.1 seconds, during which the inductor is supplied with a power less than or equal to 10 kilowatts, and preferably between 4.5 kilowatts and 7 kilowatts.
  • a heating, or heating, static period of between 0.5 seconds and 15 seconds, preferably equal to 2.1 seconds, during which the inductor is supplied with a power less than or equal to 10 kilowatts, and preferably between 4.5 kilowatts and 7 kilowatts.
  • the shaft 10 is rotated about its axis of rotation XX with a speed of rotation less than 200 rpm.
  • the inductor is then moved axially forwards according to the arrow F in FIG.
  • the shaft 10 with a running speed of between 100 and 700 millimeters per minute, preferably equal to 500mm / min by traveling successively the different zones which follow the shoulder 22 forwards along the section T3.
  • the running speed of the inductor depends on the power supplied to the inductor.
  • the scrolling that is to say the relative displacement of the inductor 30 along the shaft 10
  • the latter is also preferably driven in rotation as defined above and the power of the inductor is lower or equal to 10 kilowatts, and preferably between 4.5 kilowatts and 7 kilowatts.
  • the manufacturing of the shaft 10 continues in a known manner by a step of heat treatment of surface hardening by induction of the front axial parts P1 and rear P2 shown in Figure 1. As mentioned in the preamble, this is a hardening heat treatment located on a surface layer up to a given depth.
  • the surface quenching operation of the rear part P2 of the shaft 10 can advantageously be carried out on the same induction heating station as that used for the relaxation annealing step according to the invention.
  • the localized hardening heat treatment operation also induces residual stresses of thermal origin in the material, but if this step is correctly carried out, the accumulation of residual stresses does not reach a sufficient value to result in the formation. cracks as this is the case for the residual stresses of mechanical origin mentioned above.
  • the surface hardening by induction hardening can also be carried out in the "parade” or with a form inductor.
  • the method can then include a straightening step during which the shaft is held by its ends and a force is applied locally to deform it plastically between these two points and finally the rectification step in order to eliminate the calamine layer formed during heat treatment on the bearing surfaces 12 and 22 of the shaft 10.
  • the invention can be applied to any portion of the shaft in which it is desired to achieve relaxation or relaxation of the mechanical stresses.

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Abstract

L'invention propose un procédé de réalisation d'un arbre (10) qui comporte un premier tronçon, un deuxième tronçon cannelé et un troisième tronçon (T3) comportant une face (22) d'épaulement de butée pour le lanceur, comportant les étapes suivantes : - a) usinage de ces trois tronçons; - b) réalisation des cannelures extérieures du deuxième tronçon; - c) traitement thermique de surface d'au moins une partie axiale de l'arbre de lanceur (10); caractérisé en ce que le procédé comporte une étape supplémentaire, préalable à l'étape de traitement thermique, pour réduire les contraintes mécaniques résiduelles résultant des étapes antérieures au traitement thermique. Cette étape supplémentaire est une étape de recuit, notamment par chauffage par induction, d'au moins une portion axiale (18-22, T3) de l'arbre de lanceur (10).

Description

"Procédé de réalisation d'un arbre de lanceur de démarreur"
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé de réalisation d'un arbre de lanceur de démarreur de véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement un arbre de lanceur pour un démarreur du type comportant un lanceur qui comprend un pignon de lanceur monté coulissant axialement sur l'arbre de lanceur, entre une position arrière de repos et une position avant de travail, le lanceur comportant un corps dont un manchon est monté coulissant sur l'arbre de lanceur et dont l'alésage interne comporte un tronçon cannelé dont les cannelures intérieures coopèrent avec les cannelures extérieures d'un tronçon cannelé de l'arbre de lanceur. Il est aussi prévu des moyens de butée pour limiter la course de coulissement axial du pignon de lanceur par rapport à l'arbre de lanceur vers au moins une position axiale arrière déterminée de repos. A cet effet, l'arbre de lanceur en acier comporte successivement au moins un premier tronçon avant de guidage en coulissement axial du lanceur du démarreur, un deuxième tronçon intermédiaire cannelé comportant les cannelures extérieures susceptibles de coopérer avec les cannelures intérieures complémentaires du lanceur, et un troisième tronçon arrière comportant au moins une face transversale annulaire d'épaulement orientée vers l'avant qui constitue une face de butée arrière pour déterminer une position axiale arrière déterminée de repos du lanceur. Le lanceur peut coopérer directement avec cette face annulaire de butée, qui est par exemple plane d'orientation radiale, ou bien indirectement à travers un anneau ou une rondelle de butée qui prend appui axialement vers l'arrière contre cette face de butée qui peut à cet effet appartenir à une gorge radiale interne de l'arbre dans laquelle est monté l'anneau de butée. L'arbre de lanceur peut aussi se prolonger axialement vers l'arrière pour constituer l'arbre du rotor du moteur électrique du démarreur. ÉTAT DE LA TECHNIQUE Le procédé de fabrication d'un tel arbre de lanceur comporte les étapes suivantes : - usinage pour l'obtention du profil brut au moyen d'un outil coupant sur un tour de décolletage ; - réalisation par déformation à froid des cannelures hélicoïdales extérieures et du moletage de l'arbre de rotor pour le maintien du paquet de tôles de l'induit du rotor ; - nettoyage de l'arbre pour éliminer les huiles de coupe, les lubrifiants afin de ne pas perturber le traitement thermique postérieur ; - traitement thermique de trempe superficielle par induction localisé sur une couche superficielle jusqu'à une profondeur donnée en fonction des paramètres du programme afin de modifier et d'optimiser les caractéristiques mécaniques de l'arbre, l'arbre étant par exemple maintenu en position verticale et la trempe superficielle par induction étant effectuée "au défilé" en plaçant l'arbre en rotation dans un inducteur qui défile axialement le long de l'arbre (en variante, le traitement thermique peut être effectué au moyen d'un inducteur "de forme", statique axialement par rapport à l'arbre) ; - redressage de l'arbre qui est maintenu par ses extrémités, un effort étant appliqué de façon localisée pour le déformer plastiquement entre ces deux points ; - rectification pour éliminer la couche de calamine formée lors du traitement thermique sur les portées cylindriques de l'arbre, et obtention de la rugosité, des cotes finales et des spécifications géométriques telles que la circularité, la concentricité, etc. sur ces zones. Un tel procédé de fabrication introduit des contraintes résiduelles qui ont essentiellement deux origines. Ce sont soit des contraintes d'origine mécaniques résultant des étapes du procédé de fabrication en amont du traitement thermique, soit des contraintes d'origine thermiques résultant du traitement thermique de trempe superficielle. Ces contraintes résiduelles sont d'un niveau tel qu'il se produit une fissuration initiée en surface qui est révélée lors de l'opération de trempe superficielle par induction, par dépassement des caractéristiques mécaniques du matériau de l'arbre dans cette zone, qui est un acier à bas carbone dont la teneur en carbone est comprise entre 0.38% et 0.55%, et preferentiellement entre 0.45% et 0.51 %. On a constaté que ce phénomène de fissuration aboutissait notamment à l'apparition de fissures circulaires localisées dans ladite face transversale annulaire d'épaulement orientée vers l'avant qui constitue une face de butée, directe ou indirecte, du lanceur. RÉSUME DE L'INVENTION L'invention propose un procédé de réalisation d'un arbre de lanceur de démarreur en acier qui comporte successivement au moins un premier tronçon avant de guidage en coulissement axial d'un lanceur du démarreur, un deuxième tronçon intermédiaire cannelé comportant des cannelures extérieures susceptibles de coopérer avec des cannelures intérieures complémentaires du lanceur, et un troisième tronçon arrière comportant au moins une face transversale annulaire d'épaulement orientée vers l'avant qui constitue une face de butée arrière pour déterminer une position axiale déterminée du lanceur, le procédé comportant au moins les étapes successives suivantes : - a) usinage des trois premier, deuxième et troisième tronçons; - b) réalisation des cannelures extérieures du deuxième tronçon intermédiaire ; - c) traitement thermique de surface d'au moins une partie axiale de l'arbre de lanceur ; caractérisé en ce que le procédé comporte une étape supplémentaire, préalable à l'étape de traitement thermique, pour réduire les contraintes mécaniques résiduelles résultant des étapes antérieures au traitement thermique, notamment de l'étape d'usinage. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - ladite étape supplémentaire est une étape de recuit d'au moins une portion axiale de l'arbre de lanceur ; - l'étape supplémentaire de recuit d'au moins une portion axiale de l'arbre de lanceur est une opération de chauffage superficiel par induction le long de ladite portion axiale ; - l'étape supplémentaire de recuit par chauffage superficiel par induction comporte une durée de chauffe au cours de laquelle l'inducteur est statique axialement par rapport à ladite portion de l'arbre de lanceur ; - la durée de chauffe statique est comprise entre 0,5s et 15s ; - la durée de chauffe statique est comprise entre 1 ,9s et
2,3s, et est de préférence égale à 2, 1 s ; - la longueur axiale de l'inducteur est sensiblement égale à la longueur axiale de ladite portion de l'arbre de lanceur ; - la longueur axiale de l'inducteur est inférieure à la longueur axiale de ladite portion de l'arbre de lanceur, et l'inducteur est entraîné en translation axiale par rapport à l'arbre de lanceur ; - la vitesse relative de translation axiale de l'inducteur par rapport à l'arbre de lanceur est comprise entre 100mm/mn et 700mm/mn ; - la vitesse relative de translation axiale de l'inducteur par rapport à l'arbre de lanceur est comprise entre 450mm/mn et 550mm/mn, et est de préférence égale à 500mm/mn ; - la puissance de chauffe par induction est inférieure à 10kW ; - la puissance de chauffe par induction est comprise entre 4,5kW et 7kW ; - l'arbre de lanceur est entraîné en rotation par rapport à l'inducteur à une vitesse de rotation inférieure à 200trs/mn ; - le profil interne de l'inducteur est complémentaire du profil externe de ladite portion de l'arbre de lanceur ; - selon un autre mode de mise en oeuvre, ladite étape supplémentaire de recuit d'au moins une portion axiale de l'arbre de lanceur est une opération de chauffage de l'arbre de lanceur dans un four ; - la température de chauffage est comprise entre 500°C et 700 °C ; - la température de chauffage est comprise entre 540°C et
560°C, de préférence égale à 550°C ; - la durée de l'opération de chauffage de l'arbre de lanceur est comprise entre 30mn et 120mn ; - la durée de l'opération de chauffage de l'arbre de lanceur est comprise entre 55mn et 65mn, de préférence égale à 60mn ; - l'opération de chauffage de l'arbre de lanceur dans un four est une opération de chauffage à température constante ; - l'opération de chauffage de l'arbre de lanceur dans un four est suivie d'une opération de refroidissement lent à température ambiante ; - ladite étape c) de traitement thermique de surface d'au moins une partie axiale de l'arbre de lanceur est une étape de trempe superficielle par induction ; - lesdites étapes supplémentaire de chauffage superficiel par induction et de trempe superficielle par induction sont réalisées successivement avec les mêmes moyens de chauffage par induction ; - le procédé comporte une étape, postérieure à l'étape de traitement thermique de surface, de redressage mécanique d'au moins une partie axiale de l'arbre de lanceur ; - le procédé comporte une étape de rectification de certaines portions de la surface de l'arbre de lanceur qui est postérieure à l'étape de traitement thermique de surface d'au moins une partie axiale de l'arbre de lanceur ; - ladite face transversale annulaire d'épaulement orientée vers l'avant du troisième tronçon arrière de l'arbre de lanceur appartient à une gorge radiale interne qui reçoit un anneau élastique de butée arrière pour déterminer ladite position axiale déterminée du lanceur ; - l'arbre de lanceur se prolonge axialement au-delà dudit troisième tronçon arrière pour constituer l'arbre du rotor du moteur électrique du démarreur ; - l'arbre de rotor comporte un tronçon moleté réalisé par déformation à froid, et ladite étape supplémentaire pour réduire les contraintes mécaniques résiduelles est postérieure à l'étape de réalisation par déformation à froid du tronçon moleté de l'arbre de rotor. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue d'un arbre de lanceur de démarreur de véhicule automobile réalisé conformément aux enseignements de l'invention ; - la figure 2 est une vue similaire à celle de la figure 1 qui représente un état intermédiaire de fabrication de l'arbre de la figure 1 après les opérations d'usinage par décolletage ; - la figure 3 est une demie vue en section axiale et à plus grande échelle du troisième tronçon T3 de l'arbre de la figure 1 en association avec une représentation schématique de moyens de chauffage par induction pour réaliser l'étape supplémentaire de recuit conformément aux enseignements de l'invention. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES FIGURES Dans la description qui va suivre et dans les revendications, on adoptera à titre non limitatif une orientation avant-arrière en référence à l'orientation gauche-droite des figures. On a représenté à la figure 1 un arbre de lanceur 10, aussi appelé arbre de démarreur qui se présente sous la forme d'une pièce cylindrique d'axe X-X qui s'étend d'avant en arrière. De manière connue, dans cet exemple de réalisation, l'arbre 10 comporte successivement d'avant en arrière, un premier tronçon lisse d'extrémité axiale avant 12 pour le guidage à rotation de l'arbre 10 dans un palier avant, non représenté, appartenant à un élément de boîtier ou nez de démarreur, un tronçon lisse 14 de guidage en coulissement du lanceur, non représenté, du démarreur, des cannelures hélicoïdales extérieures 16 destinées à coopérer avec des cannelures intérieures, non représentées, du lanceur pour lier ce dernier en rotation à l'arbre 10, une gorge radiale interne 18 est destinée à recevoir un anneau de butée axiale, non représenté, pour définir ou délimiter une position axiale arrière dit de repos du lanceur. Les tronçons 12,14, 16 et 18 constituent l'arbre de lanceur proprement dit. L'arbre de lanceur se prolonge ici axialement vers l'arrière par un tronçon moleté 20 qui est destiné à recevoir un paquet ou empilement de tôles, non représenté, appartenant à l'induit du moteur électrique du démarreur. Enfin, l'arbre 10 se termine par un tronçon lisse d'extrémité axiale arrière 21 qui, comme le tronçon 12, assure le guidage à rotation de l'arbre 10 dans un palier arrière du démarreur. Au sens de l'invention on définit successivement, comme indiqué sur la figure 1 , le premier tronçon axial avant T1 qui correspond au tronçon 14, le deuxième tronçon axial intermédiaire T2 qui comporte les cannelures 16, le troisième tronçon axial arrière T3, et enfin le tronçon axial arrière T4 qui prolonge l'arbre de lanceur au-delà du tronçon T3 et qui correspond globalement au tronçon moleté 20. Comme on peut le voir à la figure 3, la gorge 18 du tronçon arrière T3 est délimitée axialement vers l'arrière par une face transversale d'orientation radiale 22 orientée vers l'avant qui s'étend radialement vers l'extérieur jusqu'à la portée cylindrique 24 de plus grand diamètre extérieur D1 , qui est ici par exemple égal à 13 millimètres, du tronçon T3. La gorge 18 est aussi délimitée axialement vers l'avant par une face transversale d'orientation radiale 26 orientée vers l'arrière qui s'étend radialement vers l'extérieur jusqu'à un diamètre extérieur plus petit que celui D1 de la face 22. De manière connue, la fabrication de l'arbre 10 débute par l'usinage par décolletage d'un "brut" ou lopin d'acier afin d'aboutir à l'ébauche illustrée à la figure 2 qui, si on la compare à l'arbre de la figure 1 , ne comporte pas encore les cannelures 16, ni le moletage 20 du tronçon T4. Le profil cylindrique du lopin est modifié par enlèvement de matière par un outil coupant sur un tour de décolletage. Cette opération introduit des contraintes résiduelles à la surface de l'arbre 10, en particulier sur la face transversale arrière 22 (voir figure 3) orientée vers l'avant de la gorge 18 destinée à recevoir un anneau d'arrêt. Ces contraintes apparaissent sur une profondeur de quelques microns Les cannelures 16 et le moletage 20 sont réalisés par déformation à froid, ou en variante par enlèvement de matière. Les formes des cannelures hélicoïdales 16 qui, de manière connue par exemple du document FR-2.745.855, assurent aussi une fonction de butée axiale vers l'avant pour le lanceur, ainsi que les formes du moletage sont obtenues par une série d'opérations de déformation à froid de la surface décolletée des tronçons correspondants de l'arbre par passage d'une crémaillère en appliquant une pression. Cette opération introduit des contraintes résiduelles supplémentaires au sein de la matière sur plusieurs millimètres de profondeur. On peut aussi obtenir ces formes en utilisant des molettes cylindriques ou encore par enlèvement de matière. La fabrication peut ensuite comporter une étape de lavage qui est une opération de nettoyage de l'arbre pour éliminer les huiles de coupe, les lubrifiants afin de ne pas perturber le traitement thermique ultérieur. Conformément aux enseignements de l'invention, le procédé de fabrication de l'arbre 10 comporte une étape supplémentaire de recuit en vue d'obtenir une relaxation des contraintes résiduelles mentionnées ci-dessus qui résultent des étapes de transformation mécaniques et qui sont à l'origine de l'apparition de fissures non admissibles. Le traitement thermique de recuit de relaxation ou de
"détensionnement" selon l'invention permet de réduire ou d'éliminer les contraintes mécaniques résiduelles de la pièce afin de rester dans des limites acceptables du matériau pour poursuivre les opérations ultérieures du procédé connu de fabrication. On peut effectuer l'étape de recuit de relaxation en utilisant une installation de chauffage dans la masse telle qu'un four (non représenté) ou encore au moyen d'une installation de chauffage superficiel par induction. Dans le premier cas et selon un premier mode de réalisation de l'invention, le traitement thermique de recuit de relaxation est réalisé sur toute la pièce. La diminution des contraintes résiduelles est obtenue en effectuant les opérations suivantes : - une opération de chauffage de la totalité de l'arbre jusqu'à une température comprise entre 500°C et 700°C, de préférence égale à 550°C+10°C pour ne pas avoir de modification de la microstructure du corps de l'arbre ; - un maintien isotherme à cette température de chauffage pendant 30 minutes à 120 minutes, de préférence pendant 60 minutes, la durée de chauffage dépendant notamment de la charge placée dans le four pour un cycle de chauffage de relaxation ; - une opération de refroidissement lent à l'air calme ou dans le four. Dans le second cas du chauffage superficiel, ou en surface, par induction, l'effet escompté de diminution des contraintes résiduelles sans modification de la microstructure peut être obtenu en effectuant un traitement thermique de recuit de relaxation par induction sur tout ou partie de l'arbre 10, et de préférence du tronçon T3 défini à la figure 1 , notamment afin de réduire la durée de cette étape supplémentaire selon l'invention de recuit de relaxation des contraintes résiduelles. Cette solution présente l'avantage de s'intégrer dans le cycle de fabrication d'une part, et de pouvoir être réalisée avec l'installation de traitement thermique de trempe superficielle par induction déjà utilisée dans le procédé de fabrication dont la fréquence est inférieure à 400kHz et de préférence comprise entre 320 et 360kHz. Pour ce faire, et comme on peut le voir à la figure 3, il est par exemple prévu un inducteur annulaire 30 dont la longueur axiale efficace de chauffage L est par exemple de l'ordre de 5mm et dont le diamètre intérieur D2 est tel qu'il existe un jeu radiai ou entrefer compris entre 1 mm et 3 mm entre sa surface cylindrique concave interne 32, et de préférence égal à 2,5mm, et la surface cylindrique convexe en vis-à-vis de la portée 24. L'inducteur et l'arbre ont une position axiale relative "fixe" définie de manière que la zone de chauffage corresponde, comme cela est illustré à la figure 3, à l'épaulement 22 de la gorge 18. Cette position axiale relative de l'inducteur 30 par rapport à l'arbre 10 est maintenue "fixe" pendant une durée de chauffage, ou de chauffe, statique comprise entre 0.5 seconde et 15 secondes, de préférence égale à 2, 1 secondes, pendant laquelle l'inducteur est alimenté avec une puissance inférieure ou égale à 10 kilowatts, et de préférence comprise entre 4.5 kilowatts et 7 kilowatts. Durant cette phase de chauffage statique, l'arbre 10 est entraîné en rotation autour de son axe rotation X-X avec une vitesse de rotation inférieure à 200trs/min. On déplace ensuite l'inducteur axialement vers l'avant selon la flèche F de la figure 3 le long de l'arbre 10 avec une vitesse de défilement comprise entre 100 et 700 millimètres par minute, de préférence égale à 500mm/min en parcourant successivement les différentes zones qui suivent l'épaulement 22 vers l'avant le long du tronçon T3. La vitesse de défilement de l'inducteur dépend de la puissance fournie à l'inducteur. Au cours du défilement, c'est à dire du déplacement relatif de l'inducteur 30 le long de l'arbre 10, ce dernier est aussi de préférence entraîné en rotation comme défini ci-dessus et la puissance de l'inducteur est inférieure ou égale à 10 kilowatts, et de préférence comprise entre 4.5 kilowatts et 7 kilowatts. A titre de variante, il est possible d'utiliser un inducteur dont la longueur efficace de chauffe L est suffisante pour "englober" toute la zone à recuire, Par exemple la totalité du tronçon T3, le recuit de relaxation se faisant alors par simple chauffe statique, L'inducteur peut aussi être un inducteur de forme ou de profil intérieur complémentaire de celui du tronçon à recuire de l'arbre. Après avoir procédé à l'étape de recuit de relaxation conformément aux enseignements de l'invention, la fabrication de l'arbre 10 se poursuit de manière connue par une étape de traitement thermique de trempe superficielle par induction des parties axiales avant P1 et arrière P2 indiquées à la figure 1 . Comme rappelé en préambule, il s'agit d'un traitement thermique de durcissement localisé sur une couche superficielle jusqu'à une profondeur donnée. L'opération de trempe superficielle de la partie arrière P2 de l'arbre 10 peut avantageusement être réalisée sur le même poste de chauffage par induction que celui utilisé pour l'étape de recuit de relaxation selon l'invention. L'opération de traitement thermique de durcissement localisé induit aussi et à nouveau des contraintes résiduelles d'origine thermique dans la matière mais, si cette étape est correctement réalisée, le cumul des contraintes résiduelles n'atteint pas une valeur suffisante pour aboutir à la formation de fissures comme cela est le cas pour les contraintes résiduelles d'origine mécanique mentionnées précédemment. La trempe superficielle de durcissement par induction peut aussi être effectuée au "défilé" ou encore avec un inducteur de forme. Le procédé peut ensuite comporter une étape de redressage au cours de laquelle l'arbre est maintenu par ses extrémités et un effort est appliqué de façon localisée pour le déformer plastiquement entre ces deux points et enfin l'étape de rectification en vue d'éliminer la couche de calamine formée lors du traitement thermique sur les portées 12 et 22 de l'arbre 10. L'invention peut s'appliquer à toute portion de l'arbre dans laquelle on souhaite réaliser une relaxation ou relâchement des contraintes mécaniques.

Claims

REVENDICATIONS 1 . Procédé de réalisation d'un arbre (10) de lanceur de démarreur en acier qui comporte successivement au moins un premier tronçon avant (T1 ) de guidage en coulissement axial d'un lanceur du démarreur, un deuxième tronçon intermédiaire cannelé (T2) comportant des cannelures extérieures (16) susceptibles de coopérer avec des cannelures intérieures complémentaires du lanceur, et un troisième tronçon arrière (T3) comportant au moins une face transversale annulaire (22) d'épaulement orientée vers l'avant qui constitue une face de butée arrière pour déterminer une position axiale déterminée du lanceur, le procédé comportant au moins les étapes successives suivantes : - a) usinage des trois premier, deuxième et troisième tronçons (T1 , T2, T3) ; - b) réalisation des cannelures extérieures (16) du deuxième tronçon intermédiaire (T2) ; - c) traitement thermique de surface d'au moins une partie axiale (P1 ) de l'arbre de lanceur (10) ; caractérisé en ce que le procédé comporte une étape supplémentaire, préalable à l'étape de traitement thermique, pour réduire les contraintes mécaniques résiduelles résultant des étapes antérieures au traitement thermique.
2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite étape supplémentaire est une étape de recuit d'au moins une portion axiale (18-22, T3) de l'arbre de lanceur (10).
3. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite étape supplémentaire de recuit d'au moins une portion axiale (18-22, T3) de l'arbre de lanceur (10) est une opération de chauffage superficiel par induction le long de ladite portion axiale.
4. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape supplémentaire de recuit par chauffage superficiel par induction comporte une durée de chauffe au cours de laquelle l'inducteur est statique axialement par rapport à ladite portion de l'arbre de lanceur (10).
5. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la durée de chauffe statique est comprise entre 0,5s et 15s.
6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la longueur axiale (L) de l'inducteur (30) est sensiblement égale à la longueur axiale de ladite portion de l'arbre de lanceur (10).
7. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la longueur axiale (L) de l'inducteur (est inférieure à la longueur axiale de ladite portion de l'arbre de lanceur (10), et en ce que l'inducteur est entraîné en translation axiale par rapport à l'arbre de lanceur (10).
8. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la vitesse relative de translation axiale de l'inducteur par rapport à l'arbre de lanceur (10) est comprise entre 100mm/mn et 700mm/mn.
9. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la puissance de chauffe par induction est inférieure à 10kW.
10. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'arbre de lanceur (10) est entraîné en rotation par rapport à l'inducteur à une vitesse de rotation inférieure à 200trs/mn.
11. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le profil interne de l'inducteur est complémentaire du profil externe de ladite portion de l'arbre de lanceur (10).
12. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite étape supplémentaire de recuit d'au moins une portion axiale (18-22, T3) de l'arbre de lanceur (10) est une opération de chauffage de l'arbre de lanceur dans un four.
13. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la température de chauffage est comprise entre 500°C et 700°C.
14. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la durée de l'opération de chauffage de l'arbre de lanceur (10) est comprise entre 30mn et 120mn.
15. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'opération de chauffage de l'arbre de lanceur (10) dans un four est une opération de chauffage à température constante.
16. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'opération de chauffage de l'arbre de lanceur (10) dans un four est suivie d'une opération de refroidissement lent à température ambiante.
17. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ladite étape c) de traitement thermique de surface d'au moins une partie axiale (P1 , P2) de l'arbre de lanceur (10) est une étape de trempe superficielle par induction.
18. Procédé selon la revendication précédente prise en combinaison avec la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites étapes supplémentaire de chauffage superficiel par induction et de trempe superficielle par induction sont réalisées successivement avec les mêmes moyens de chauffage par induction.
19. Procédé la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte une étape, postérieure à l'étape de traitement thermique de surface, de redressage mécanique d'au moins une partie axiale de l'arbre de lanceur (10).
20. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte une étape de rectification de certaines portions (12, 21 ) de la surface de l'arbre de lanceur (10) qui est postérieure à l'étape de traitement thermique de surface d'au moins une partie axiale (P1 , P2) de l'arbre de lanceur.
21. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ladite face transversale annulaire d'épaulement (22) orientée vers l'avant du troisième tronçon arrière de l'arbre de lanceur (10) appartient à une gorge radiale interne (18) qui reçoit un anneau élastique de butée arrière pour déterminer ladite position axiale déterminée du lanceur.
22. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'arbre de lanceur (10) se prolonge axialement au-delà dudit troisième tronçon arrière (T3) pour constituer l'arbre (T4) du rotor du moteur électrique du démarreur.
23. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit arbre de rotor comporte un tronçon (T4) moleté (20) réalisé par déformation à froid, et en ce que ladite étape supplémentaire pour réduire les contraintes mécaniques résiduelles est postérieure à l'étape de réalisation par déformation à froid du tronçon moleté de l'arbre de rotor.
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