Outillage pour la fabrication de pièces frittées à surfaces hélicoidales

Abstract

 L'invention concerne un outillage pour la réalisation de pièces à surfaces hélicoïdales, exécutées en matériaux frittes.
Les poinçons utilisés (4, 4'), présentant des surfaces hélicoïdales (2) qui s'engagent dans les surfaces conjuguées de la matrice, et qui s'appuient sur les plateaux de la presse (21) par l'intermédiaire de butées hydrauliques. Il en résulte une rotation en l'absence quasi totale de frottements, et une grande précision de positionnement, par l'intermédiaire d'une butée de réglage.
Cet outillage est particulièrement adapté à la fabrication en série d'engrenages hélicoïdaux avec grande fiabilité, et productivité.

Description

[0001] L'invention concerne un outillage pour la réalisation de pièces à surfaces hélicoidales, exécutées en matériaux frittés.

[0002] On sait que la compression de matériaux pulvérulents dans une matrice, et le frittage ultérieur de la pièce comprimée, permettent de réaliser des objets de forme complexe, dont la fabrication était difficile, onéreuse ou même impossible par coulée, déformation à chaud ou à froid et/ou usinage.

[0003] La compression de telles pièces est généralement exécutée à l'aide de presses mécaniques ou hydrauliques, dans une matrice en acier trempé, ou en carbure de tungstène, à parois finement polies, par l'intermédiaire de poinçons, également polis, pénétrant dans la màtrice avec un faible jeu.

[0004] Dans le cas d'obtention de pièces à surfaces hélicoïdales, le (ou les) poinçon(s) se déplace(nt) suivant l'axe d'hélice tout en subissant autour de cet axe, une rotation proportionnelle à leur avance, fonction du pas de l'hélice considérée.

[0005] Dans les réalisations antérieures, telles que celle décrite dans le brevet français 1 416 918 et qui est relative à la compression de poudres pour obtenir des pignons hélicoïdaux, les poinçons sont commandés en rotation en fonction de leur avance, de façon positive, par deux longues chaînes cinématiques, complexes et encàmbrantes. Celles-ci comprennent, entre autres, de nombreux pignons hélicoïdaux (F/F'), (11-12), (12-3), (27-30), (29-25), destinés à imposer un pas prédéterminé lors de l'avance du (ou des) poinçon(s).

[0006] Ce type de dispositif présente cependant les inconvénients majeurs suivants :

1°) En raison du grand nombre de pignons, de leur jeu relatif ou de leurs usures respectives, il arrive que, au bout d'un certain nombre d'opérations, le poinçon ne reprenne pas sa position géométriquement exacte devant la matrice ; il peut en résulter notamment des bris d'outillage, lors de l'opération suivante.

2°) Il faut évidemment autant de jeux d'engrenages différents que de pas d'hélice à réaliser, d'où un investissement très lourd. De plus, cela implique leur montage et démontage sur la presse entre chaque série de pièces, d'où des pertes de temps et de productivité.

3°) La transmission des efforts axiaux, très importants (jusqu'à plusieurs dizaines de tonnes) par l'intermédiaire de butées à bille font que celles-ci sont volumineuses et encombrantes ; malgré leurs dimensions, elles peuvent même subir des détériorations locales (écaillages) qui empêchent leur bon fonctionnement conduisant aussi à des dégradations ou ruptures d'outillages de la presse proprement dite ; da plus, en raison du nombre élevé d'organes mobiles en rotation, elles sont également très nombreuses, ce qui accroît les risques de pannes.

[0007] L'invention de la demanderesse permet de supprimer tous ces inconvénients. Elle apporte une solution élégante au problème de production en série d'un grand nombre de pièces ( par exemple \ 10.000), à surface hélicoïdale, avec une grande fiabilité, un faible prix de revient et une grande productivité.

[0008] Selon l'invention, le (ou les) poinçon(s) s'appuie(nt) sur le(s) plateau(x) de la presse par l'intermédiaire de butée(s) hydraulique(s) qui permettent la rotation de ce(s) poinçon(s) autour de leur axe, qui est aussi l'axe des surfaces hélicoïdales des pièces concernées ; cette rotation est pratiquement libre, c'est-à-dire qu'elle ne présente qu'un couple résistant négligeable. Les frottements et usures sont donc réduits de façon considérable, ce qui assure à la fois une moindre consommation énergétique, une grande longévité du dispositif et une grande précision des positionnements relatifs des pièces mobiles.

[0009] Les poinçons sont évidemment munis à leur extrémité de surfaces hélicoïdales qui s'engagent dans les surfaces hélicoïdales conjuguées de la matrice. La rotation du (ou des) poinçon(s) sous l'effet de leur déplacement, n'est assurée que par le guidage desdites surfaces hélicoïdales.

[0010] Le positionnement correct du poinçon et de la matrice, lorsque ceux- ci viennent en contact, est assuré par une butée réglable solidaire du bâti de la presse.

[0011] L'invention sera mieux comprise à l'aide de l'exemple suivant, relatif à la fabrication de pignons hélicoidaux dont l'axe est supposé être en position verticale.

[0012] Les figures représentent :

Figure 1 : coupe axiale schématique du dispositif,

Figure 2 : coupe axiale de la butée hydraulique,

Figure 3 : vue de dessous de la butée hydraulique (supérieure).

[0013] La matrice (1) dont le profil intérieur (2) est hélicoïdal, est montée dans une frette (3) solidaire de la presse (P). La matricé est fermée à sa partie inférieure par le sommet du poinçon (4), dont le profil externe hélicoïdal (5) correspond à celui de la matrice (2). Le poinçon inférieur (4) est également muni d'un noyau (6) pour former l'alésage du pignon. La poudre à comprimer (7) est placée dans l'espace annulaire entre le noyau et la matrice.

[0014] Le poinçon inférieur est fixé à la butée hydraulique inférieure.

[0015] Le poinçon supérieur (4'), de structure semblable au poinçon inférieur, est fixé à la butée hydraulique supérieure.

[0016] Les butées hydrauliques comprennent :

- un cylindre (10) fermé par un piston (11) solidaire du poinçon (4 ou 4'), lequel est muni de joints haute pression (12) connus en eux-mêmes. L'espace (13) entre le cylindre et le piston est complètement rempli par un fluide hydraulique approprié tel que de l'huile;

[0017] Le cylindre (10) s'appuie sur l'un des plateaux (21), mobile ou fixe, de la presse (P).

[0018] Le piston supérieur (4) est, en plus, solidaire, par l'intermédiaire de vis (20) de deux bras de positionnement (14), qui s'appuient, sous l'action d'un petit vérin (non représenté) exerçant la force F, sur une butée mécanique réglable (15), constituée d'une vis (16) et d'un contre-écrou (17). Célle-ci a pour but de permettre de positionner exactement le poinçon supérieur (4') pour son engagement précis dans la matrice (1) lorsqu'ils viennent en contact, sans aucun risque de détérioration.

[0019] Le cylindre (10) est fermé par un couvercle (18) qui s'appuie sur le piston (11) par l'intermédiaire d'une butée à billes (19).

[0020] La tête du poinçon (8) (dont les diamètres sont variables) est centrée dans le logement (22) du piston (11) à l'aide d'entretoises annulaires appropriées (9).

[0021] Au cours de la fabrication des pièces, le dispositif est utilisé soit pour la compression des poudres avant frittage, soit pour le calibrage à froid des pièces après frittage (dans le cas de matériaux ductiles), ou pour les deux opérations.

[0022] L'un des poinçons, en général le poinçon inférieur, est, de plus, utilisé en tant qu'éjecteur en fin de cycle de compression à l'aide d'un mouvement relatif (ascendant) par rapport à la matrice.

[0023] Une des utilisations principales de ce dispositif est la fabrication de pignons hélicoïdaux simples. Cependant, le dispositif est également utilisable pour la fabrication de pièces comportant deux surfaces hélicoïdales distinctes telles que des engrenages en chevron, les axes et les pas d'hélice de chacune des surfaces pouvant être différents ; ceci nécessite, cependant, une adaptation connue de la matrice (en deux parties).

Revendications

1⁰) Outillage pour la fabrication de pièces à surfaces hélicoïdales (2) en matériaux frittés, caractérisé en ce que la (ou les) tête(s) (8) de poinçon(s) (4, 4') s'appuie(nt) sur le (ou les) plateau(x) de la presse (21) par l'intermédiaire d'une butée axiale hydraulique permettant leur libre rotation.

2°) Outillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la butée axiale hydraulique comprend essentiellement un cylindre (10) et un piston (11) délimitant entre eux un espace complètement rempli par un liquide (13).

3°) Outillage suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le liquide est une huile.

4°) Outillage suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les axes de déplacement des poinçons sont différents.

5°) Outillage suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les pas des surfaces hélicoïdales (2) sont différents.

6°) Outillage suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le (ou les) poinçon(s) (4) est (sont) solidaire(s) d'au moins une butée de réglage (15) de sa (leur)position angulaire initiale autour de l'axe.

Dessins