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REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'un segment de piston, comprenant le
fait de réaliser une ébauche de segment dont le diamétre de la
surface périphérique extérieure est supérieur et le diamètre de la
surface périphérique intérieure est inférieur à ceux que doit présenter
le segment terminé, le fait de ménager une fente dans l'ébauche de
segment pour réaliser deux extrémités libres, puis d'usiner les surfa
ces périphériques intérieure et extérieure de l'ébauche de segment,
caractérisé par le fait qu'on perce deux trous dans l'ébauche de
segment aprés que celle-ci a été réalisée, amène deux chevilles sensi
blement parallèles, situées à une distance déterminée l'une de l'autre,
d'une position rétractée,
dans laquelle elles sont en alignement avec
les axes des trous respectifs préalablement percés et dans laquelle elles sont hors d'engagement avec l'ébauche de segment, dans une position déployée, dans laquelle ces chevilles s'engagent dans les
trous percés pour placer l'ébauche de segment dans un état dans
lequel elle n'est soumise à aucune force extérieure, la fente étant réalisée soit avant soit après le perçage, pour former deux extrémités libres, les positions des trous étant telles que chaque trou est adjacent à une extrémité libre, puis qu'on réduit la distance entre les chevilles pour amener l'ébauche de segment en position fermée, et enfin
qu'on serre une ou plusieurs desdites ébauches de segments en position fermée et on usine les surfaces périphériques intérieure et extérieure de chaque ébauche de segment de façon qu'elles soient circulaires.
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on perce les deux trous simultanément et qu'on déploie les deux chevilles simultanément.
3. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que, pour percer et maintenir l'ébauche de segment (10), il comprend des moyens de perçage (63) mobiles de façon à pouvoir être approchés et éloignés de l'ébauche de segment pour percer deux trous dans celle-ci, deux chevilles (51) se déplaçant entre une position rétractée, dans laquelle elles sont en alignement avec les axes respectifs desdits trous et dans laquelle elles sont hors de contact avec l'ébauche de segment, et une position déployée, dans laquelle elles s'engagent dans les trous respectifs pour amener l'ébauche de segment dans une position dans laquelle celle-ci n'est soumise à aucune force extérieure, des moyens de découpage (69) pour couper une fente dans l'ébauche de segment entre les deux trous, soit avant soit après que ceux-ci ont été percés,
les deux trous étant adjacents aux extrémités libres respectives de l'ébauche de segment ménagés par le découpage, des moyens (50) pour déplacer lesdites chevilles et réduire la distance qui les sépare de telle manière que les deux extrémités de l'ébauche de segment soient amenées en position fermée, des moyens de serrage (60; 80) pour serrer une ou plusieurs ébauches de segments dans ladite position fermée et des moyens d'usinage (78) pour usiner les surfaces périphériques intérieure et extérieure de la ou des ébauches de segments ainsi serrées et les amener à être circulaires.
4. Appareil suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que les moyens de perçage comprennent un appareil pour percer deux trous simultanément dans l'ébauche de segment, des moyens étant prévus pour amener les chevilles simultanément de leur position rétractée dans leur position déployée.
5. Segment de piston pour moteur ou compresseur à mouvements alternatifs, obtenu par le procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il présente une fente qui y est découpée pour former deux extrémités libres, un trou étant ménagé dans chaque extrémité libre et s'étendant parallèlement à l'axe du segment de piston.
La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un segment de piston, comprenant le fait de réaliser une ébauche de segment dont le diamètre extérieur est supérieur et le diamètre intérieur est inférieur à ce qui est désiré pour le segment fini, à ménager une fente dans l'ébauche de segment pour former deux extrémités libres, puis à usiner les surfaces périphériques intérieure et extérieure de l'ébauche de segment, ce procédé étant appelé ci-après procédé du type mentionné; I'invention a également pour objet un appareil pour la mise en oeuvre du procédé du type mentionné et un segment de piston pour des moteurs ou compresseurs à mouvements alternatifs.
Il est à remarquer que, lorsqu'un segment de piston, en particulier, mais non exclusivement, un segment de compression qui présente une seule fente, de section droite rectangulaire ou de toute autre section droite connue ou convenable, est monté dans un moteur, la périphérie extérieure du segment doit être circulaire et doit exercer une pression élastique vers l'extérieur de telle manière qu'il maintienne un contact étanche avec l'alésage du cylindre sur toute sa périphérie. Lorsque le segment et l'alésage sont neufs, la fente doit être faible ou même fermée.
Il est également désirable que, au fur et à mesure que l'alésage du cylindre et/ou le segment de piston s'usent au cours de la marche du moteur, le contact étanche élastique entre le segment et l'alésage soit maintenu sur toute la périphérie, encore qu'il soit évident que, lorsque le diamètre du segment augmente de 0,5% par exemple, le jeu augmentera de façon correspondante. En outre, pour réaliser une bonne étanchéité et réduire le frottement, il est désirable que la force élastique dirigée vers l'extérieur soit aussi uniforme que possible sur toute la périphérie.
Dans la description qui suit et dans les revendications, le terme de diamètre est utilisé pour désigner les surfaces périphériques intérieure et extérieure d'une ébauche de segment, bien que ces surfaces périphériques de l'ébauche puissent ne pas être absolument circulaires mais puissent, avant l'usinage, être légèrement ovales ou elliptiques. Néanmoins, les surfaces périphériques de l'ébauche de segment seront approximativement circulaires, de sorte que le terme de diamètre sera utilisé dans un but de commodité. Ainsi, les références, dans la description et dans les revendications, au diamètre de l'ébauche de segment doivent-elles être considérées en conséquence.
L'adjectif fermé, utilisé ici pour définir l'état de l'ébauche de segment présentant une fente, désigne l'état de l'ébauche selon lequel la fente est réduite, par comparaison avec une position de l'ébauche de segment dans laquelle elle est libre, non soumise à des forces extérieures, ou dans laquelle les extrémités libres butent légèrement l'une contre l'autre. Dans la plupart des cas, cependant, il reste encore un petit jeu entre les extrémités libres à l'état fermé. Le segment terminé, lorsqu'il est contracté pour s'adapter à un alésage de cylindre, peut être dans l'état fermé tel que défini ci-dessus.
L'adjectif circulaire, utilisé ici pour désigner l'usinage d'une ou de plusieurs ébauches de segments serrées, doit être considéré comme signifiant que la circularité se trouve dans les limites des tolérances que les moyens d'usinage sont capables d'atteindre.
Jusqu'à présent, afin de résoudre ce problème, les segments de piston ont été réalisés par l'un ou l'autre de deux procédés du type mentionné, qui peuvent être décrits comme suit:
Selon la première méthode, le segment de piston est usiné de façon à avoir ses diamètres intérieur et extérieur tous deux circulaires avant que soit découpée la fente. La fente est alors découpée et le segment de piston est formé à chaud en le plaçant sur un mandrin et en le soumettant à une haute température de telle manière qu'il soit dilaté dans sa limite d'élasticité afin de recevoir un écartement permanent. La valeur de celui-ci est telle que, lors du montage du segment de piston dans un moteur, la fente étant fermée, le diamètre extérieur est circulaire et que le segment a une force élastique intrinsèque qui le maintient en contact avec l'alésage du cylindre.
La seconde méthode connue consiste à tourner le segment de piston avant de couper sa fente de telle manière que ses diamètres intérieur et extérieur aient une forme non circulaire conditionnée habituellement par la forme d'une came de la machine dont l'outil de coupe suit le mouvement du suiveur de came. Une fente est alors coupée, agencée de façon que, lors du montage, lorsque cette fente
est fermée, la périphérie extérieure du segment soit circulaire et exerce une force élastique extérieure.
Cette dernière méthode présente l'inconvénient que les calculs de la forme non circulaire impliquent que le matériau soit homogène, ce qui, en pratique, n'est jamais le cas.
Il a été proposé, dans l'exposé de la République fédérale allemande No 1025751, un procédé du type susmentionné dans lequel on utilise une pluralité de rouleaux agencés de façon à être espacés les uns des autres autour de la périphérie extérieure de l'ébauche de segment pour resserrer et maintenir cette dernière, L'usinage étant réalisé par une meule à rectifier rectifiant la surface périphérique extérieure de l'ébauche de segment.
Cette machine présente de nombreux et sérieux désavantages: tout d'abord, les extrémités libres de l'ébauche de segment ne sont pas maintenues à la même distance tout au cours de l'usinage.
Ensuite, au lieu que l'ébauche de segment puisse prendre, entre ses extrémités libres, sa forme naturelle, tenant compte des tensions intérieures et de la non-homogénéité du matériau, elle est sollicitée par un certain nombre, en l'occurrence douze, de rouleaux distants les uns des autres, de telle sorte que la périphérie aura une petite mais non négligeable ondulation, le rayon étant le plus petit aux points de contact avec les rouleaux et le plus grand entre ceux-ci. Troisièmement, L'ébauche de segment n'est pas serrée entre les éléments de serrage agissant sur ses faces parallèles, pour l'empêcher de se déplacer lors de l'usinage. Quatrièmement, L'ébauche de segment, dans cette machine, est meulée pour atteindre sa cote, progressivement, tout autour de sa périphérie.
Dès lors, la partie de l'ébauche qui a été meulée et qui, par conséquent, a un rayon plus petit que la partie qui n'a pas encore été meulée doit se déplacer vers l'extérieur pour maintenir le contact avec les rouleaux. Cela implique que le centre de l'ébauche de segment se déplace progressivement, au fur et à mesure que l'ébauche de segment est déplacée en rotation, pour que les parties successives de sa circonférence soient amenées en position d'usinage. Mais, à moins que le centre de l'ébauche de segment reste dans la même partie, le meulage de sa périphérie n'aura pas pour effet de réaliser un segment dont la surface extérieure soit un cercle parfait.
Le but de l'invention est de réduire ou d'éliminer ces inconvénients.
En conséquence, un premier aspect de l'invention consiste en un procédé de réalisation d'une ébauche de segment, caractérisé par le fait qu'on perce deux trous dans l'ébauche de segment après que celle-ci a été réalisée, amène deux chevilles sensiblement parallèles, situées à une distance prédéterminée l'une de l'autre, d'une position rétractée, dans laquelle elles sont en alignement avec les axes des trous respectifs préalablement percés et dans laquelle elles sont hors d'engagement avec l'ébauche de segment, dans une position déployée, dans laquelle ces chevilles s'engagent dans les trous percés pour placer l'ébauche de segment dans un état dans lequel elle n'est soumise à aucune force extérieure, la fente étant réalisée soit avant soit après le perçage, pour former deux extrémités libres, les positions des trous étant telles que chaque trou est adjacent à une extrémité libre,
puis qu'on réduit la distance entre les chevilles pour amener l'ébauche de segment en position fermée, et enfin qu'on serre une ou plusieurs desdites ébauches de segments en position fermée et on usine les surfaces périphériques intérieure et extérieure de chaque ébauche de segment de façon qu'elles soient circulaires.
Un deuxième aspect de l'invention consiste en un appareil pour la mise en oeuvre du procédé susmentionné, caractérisé par le fait que, pour percer et maintenir l'ébauche de segment, il comprend des moyens de perçage mobiles de façon à pouvoir être approchés et éloignés de l'ébauche de segment pour percer deux trous dans celleci, deux chevilles, se déplaçant entre une position rétractée, dans laquelle elles sont en alignement avec les axes respectifs desdits trous et dans laquelle elles sont hors de contact avec l'ébauche de segment, et une position déployée, dans laquelle elles s'engagent dans les trous respectifs pour amener l'ébauche de segment dans une position dans laquelle celle-ci n'est soumise à aucune force extérieure, des moyens de découpage pour couper une fente dans l'ébauche de segment entre les deux trous,
soit avant soit après que ceux-ci ont été percés, les deux trous étant adjacents aux extrémités libres respectives de l'ébauche de segment ménagés dans le découpage, des moyens pour déplacer lesdites chevilles et réduire la distance qui les sépare de telle manière que les deux extrémités de l'ébauche de segment soient amenées en position fermée, des moyens de serrage pour serrer une ou plusieurs ébauches de segments dans ladite position fermée et des moyens d'usinage pour usiner les surfaces périphériques intérieure et extérieure de la ou des ébauches de segments ainsi serrées et les amener à être circulaires.
Un troisième aspect de l'invention consiste en un segment de piston pour moteur à combustion interne obtenu par le procédé défini ci-dessus, caractérisé par le fait qu'il présente une fente qui y est découpée pour former deux extrémités libres, un trou étant ménagé dans chaque extrémité libre et s'étendant parallèlement à l'axe du segment de piston.
Une forme d'exécution de l'objet de l'invention sera décrite spécifiquement, à titre d'exemple, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels:
la fig. 1 est une vue en élévation d'une ébauche de segment de piston;
la fig. 2 est une vue en élévation de l'ébauche de segment de piston de la fig. 1 illustrant les trous percés dans l'ébauche et une fente ménagée dans celle-ci;
la fig. 3 est une vue en élévation, avec coupe partielle, d'une partie d'un appareil pour fermer et maintenir des ébauches de segments de piston;
la fig. 4 est une coupe de l'appareil de la fig. 3 représentant une unité de perçage de celui-ci;
la fig. 5 est une vue similaire à celle de la fig. 3, mais représentant l'ébauche de segment de piston avec sa fente ménagée dans celle-ci;
la fig. 6 est une coupe de l'appareil à l'état représenté à la fig. 5, mais représentant une unité de sciage;
;
la fig. 7 est une vue similaire à celles des fig. 3 et 5, mais représentant l'ébauche de segment de piston dans une position lui permettant d'être serrée et usinée et une paire de bras qui la centrent, et
la fig. 8 est une vue latérale en élévation, partiellement en coupe, d'une machine pour serrer, percer et tourner une ébauche de segment de piston.
Dans la technique des segments de piston, il est usuel de désigner la dimension radiale du segment comme étant son épaisseur, et la dimension axiale du segment comme étant sa largeur.
Le rapport du diamètre à l'épaisseur d'un segment de piston varie habituellement de 20:1 à 30:1 selon le matériau utilisé.
La fig. 1 représente un segment de piston 10 qui a, lorsqu'il est terminé, sortant d'usinage, un diamètre extérieur de 60 mm, une épaisseur de 2,5 mm et une largeur de 2 mm. Il est décrit et représenté comme étant un segment de compression, de section rectangulaire, bien qu'il puisse présenter un grand nombre de sections connues ou convenables. Le segment de piston peut être un segment de compression ou un segment racleur, bien qu'il puisse être aussi, si nécessaire, un segment de retenue d'huile par exemple, en une ou plusieurs pièces.
L'ébauche de segment peut être coulée ou produite de toute autre manière convenable, et elle présente, de préférence, un léger degré d'ovalité bien que, dans certains cas, c'est-à-dire lorsque le jeu ou la fente requise est faible, elle puisse être parfaitement circulaire.
Les ébauches de segments ainsi réalisées auront des tolérances de fabrication dont la raison apparaîtra plus loin. Ainsi, le diamètre extérieur sera plus grand et le diamètre inférieur plus petit que les dimensions terminées par exemple 1 mm pour chacun. L'ébauche de segment peut présenter une encoche ou une saillie 12 en un point de sa circonférence dans le but de permettre l'orientation correcte de l'ébauche lors de l'usinage. Ses faces latérales 11 sont rectifiées de façon à être parallèles l'une à l'autre à la distance correspondant à la largeur voulue.
Comme le montrent les fig. 2 à 6,1'ébauche de segment 10, en forme d'anneau fermé, est montée dans une unité où elle est tout d'abord positionnée en reposant sur une tige faisant saillie 48 qui peut, si désiré, coopérer avec le repère 12 de l'ébauche de segment, et est centrée au moyen de deux pièces d'appui 49 disposées symétriquement. L'unité comprend une paire de coulisseaux 50 se déplaçant sur des coulisses convergentes 52. Deux chevilles 51 sont prévues, une sur chaque coulisseau, ces chevilles 51 pouvant être rétractées et déployées dans des perçages de guidage 53 ménagés dans les coulisseaux 50. A cet effet, les chevilles 51 sont fixées aux extrémités de leviers pivotants 55.
Ceux-ci sont sollicités par des ressorts 56 dans la position dans laquelle les chevilles 51 sont rétractées et peuvent être amenés, au moyen d'autres leviers 57 et de chevilles 58, dans la position dans laquelle les chevilles 51 sont déployées. Le déploiement des chevilles 51 est effectué au moyen d'un actuateur 59 agissant sur les leviers 57.
L'unité présente une base 60 qui est sensiblement annulaire et qui présente le même rayon moyen mais une épaisseur légèrement plus petite que les dimensions requises du segment terminé, mais qui présente une découpure 61 à son sommet (fig. 3). La surface de la base 6Q est coplanaire avec la surface des extrémités des coulisseaux 50 dans lesquels les perçages de guidage 53 sont ménagés.
Les axes de rotation de deux forets 62 sont alignés sur les axes des perçages de guidage 53 (fig. 4). Ces forets 62 sont entraînés de toute manière convenable. L'unité de perçage 63 comporte une plaque 64 de serrage de l'ébauche de segment et un actuateur associé 65 qui serre l'ébauche 10 contre la surface de la base 60 et contre les extrémités des coulisseaux 50 avant le perçage. L'unité de perçage 63 est alors avancée et mise en service pour percer deux trous 13 dans l'ébauche de segment 10 à une distance l'un de l'autre prédéterminée, de telle manière que ces trous 13 soient proches des extrémités libres du segment après qu'une fente y a été pratiquée et à midistance entre ses surfaces périphériques intérieure et extérieure.
Lorsque les forets 62 sont retirés, l'actuateur 59 est actionné pour amener les deux chevilles 51 à se déployer, chacune s'engageant dans un des trous 13. Pour faciliter cette opération, les chevilles 51 peuvent être d'un diamètre légèrement inférieur à celui des forets 62.
Ainsi, l'ébauche de segment 10 se trouve dans une position dans laquelle elle est libre de toute tension due à des forces extérieures.
L'unité de perçage 63 est alors retirée et une unité de sciage 66 est ensuite utilisée (fig. 5 et 6). Une plaque 67 de serrage de l'ébauche de segment et un actuateur 68 serrent l'ébauche 10 contre la surface de la base 60 et contre les extrémités des coulisseaux 50 comme décrit ci-dessus en se référant aux fig. 3 et 4. La tige d'orientation 48 est retirée par l'actuateur 48a (fig. 4), comme sont aussi retirées les pièces d'appui 49. La fente est alors découpée par exemple au moyen de deux scies circulaires 69 (fig. 2 et 6) placées de part et d'autre de l'axe de symétrie, de telle manière que la partie de l'ébauche 10 contenant le repère 12 soit éliminée. La plaque de serrage 69 est alors relâchée.
Les deux coulisseaux 50 sont ensuite déplacés sur leurs coulisses convergentes 52 jusqu'à ce que leurs faces opposées 71 qui servent de butées d'appui viennent en contact l'une avec l'autre. Ainsi, au moyen des chevilles faisant saillie 51 L'ébauche de segment est amenée en position fermée dans laquelle la fente est réduite ou dans laquelle les extrémités libres 15 sont même légèrement en appui l'une contre l'autre. En outre, l'ébauche de segment 10 est, du fait de ce mouvement des coulisseaux 50, amenée dans une position dans laquelle elle coïncide sensiblement avec la base 60, bien que l'épaisseur radiale de cette dernière soit inférieure à celle de l'ébauche de segment pour permettre l'usinage.
Les extrémités des coulisseaux 50 remplissent sensiblement la partie découpée 61 de la base 60, l'épais- seur radiale de ces extrémités étant également inférieure à celle de l'ébauche de segment.
Les coulisses 52 étant disposées symétriquement de part et d'autre d'un plan vertical, le mouvement des deux coulisseaux 50 peut être synchronisé au moyen d'une traverse horizontale 45 s'engageant dans une gorge correspondante 44 des coulisseaux 50, et d'un levier vertical 46 relié à la traverse horizontale qui est relevé ou abaissé au moyen d'un vérin pneumatique convenable 47. La traverse 45 est emprisonnée entre la face postérieure du bâti dans lequel les coulisses 52 sont ménagées et une plaque de couvercle, la face antérieure des coulisseaux 40 affleurant la face antérieure de la traverse 45.
Lorsque l'ébauche de segment 10 est dans sa position fermée, dans laquelle elle est maintenue, appliquée contre la base 60, par les chevilles 51, elle est centrée au moyen d'une unité de centrage, représentée à la fig. 7, qui consiste en une paire de pignons 74 en prise l'un avec l'autre montés rotativement dans des paliers (non représentés) et qui portent des bras respectifs 73. Un actuateur 75 est relié à l'un des pignons 74 pour amener les bras 73 à se déplacer symétriquement, en raison de l'engagement des dents des pignons 74, de chaque côté d'un plan dans lequel se trouve la position désirée du centre de l'ébauche de segment 10, ce plan étant perpendiculaire au plan de la base 60.
Les extrémités libres 76 des bras 73 sont en contact avec l'ébauche de segment 10 dans une position angulaire distante d'environ 120 des extrémités libres 15, supportée par les chevilles 51, de manière à centrer l'ébauche de segment 10.
La fig. 8 illustre une unité de tournage et d'alésage 78 qui est ensuite amenée en alignement avec l'axe central de l'ébauche de segment 10 ainsi maintenue. L'unité 78 est mobile comme un tout pour pouvoir être approchée et éloignée de l'ébauche de segment 10, par exemple sur des coulisses. La tête d'usinage de cette unité présente trois parties concentriques. La partie intérieure 79 et la partie extérieure 81 sont fixées l'une à l'autre et sont montées sur un coulisseau 82 au moyen de paliers 83. La partie extérieure 81 porte un manchon 84 coulissant dans celle-ci et qui est soumis à l'action d'un ressort de rappel 85.
Un élément de serrage annulaire intermédiaire 80 est pivoté dans la partie extérieure 81 et peut tourner par rapport aux parties intérieure et extérieure, un palier de butée 86 étant interposé entre cet élément 80 et le manchon 84. L'élément intermédiaire 80 présente une première partie annulaire 80a comportant une face de serrage annulaire 87 de rayon moyen et d'épaisseur sensiblement les mêmes que la base 60. La partie 80a présente une face convexe en forme de segment de sphère 88 coopérant avec une face concave en forme de segment de sphère 89 d'une seconde partie annulaire 90 de l'élément intermédiaire 80, le centre commun de ces faces en forme de segments de sphère se trouvant dans le plan de la face de serrage 87.
La partie intérieure 79 est munie d'un outil d'alésage 91 et la partie extérieure 81 d'un outil de tournage 92, ces outils étant montés à leurs extrémités, près de la face de serrage annulaire de l'élément intermédiaire 80.
En fonctionnement, l'unité 78 avance vers l'ébauche de segment
10 et sa face 87 s'applique sur l'ébauche 10 pour presser et serrer celle-ci contre la base 60 et contre les surfaces des extrémités inférieures des coulisseaux 50 sur lesquelles l'ébauche de segment est maintenue. Les bras 73 sont retirés soit avant cet engagement, soit au moment où celui-ci se produit. La poursuite du mouvement de l'unité 78 produit le serrage des faces latérales 11 de l'ébauche de segment 10 entre la face de serrage 87 et la base 60 qui forme un élément de serrage fixe. La force de serrage est partiellement fournie par le ressort 85.
Les parties intérieure et extérieure 79 et 81, y compris le manchon 84 et le ressort à boudin 85, sont entraînées en rotation par tout moyen d'entraînement convenable et, lors de la poursuite de l'avance de l'unité 78, l'outil d'alésage 91 usine la surface périphé- rique intérieure, et l'outil de tournage 92 usine la surface périphérique extérieure de l'ébauche de segment 10 en se déplaçant le long de la largeur de celle-ci. L'avance de l'unité 78 comprime le ressort 85 à l'intérieur du manchon 84 et produit ainsi un accroissement de la
force de serrage qui s'exerce par l'intermédiaire du palier de butée 86 et de l'élément intermédiaire 80 sur l'ébauche de segment 10.
Les surfaces en forme de segments de sphère correspondantes 88
et 89 permettent à la face 87 de porter de façon égale sur l'ébauche
de segment 10 sur toute sa circonférence, même si l'axe de la face 60
n'est pas parfaitement en alignement avec l'axe de l'élément intermé diaire 80. L'outil d'alésage 91 et l'outil de tournage 92 agissent en des points respectifs des surfaces de l'ébauche de segment se trouvant sur un rayon commun de l'ébauche alors qu'ils tournent autour de celle-ci. Cela a pour effet que la somme des forces appliquées sur l'ébauche de segment par les outils n'a pas de composante radiale.
Si désiré, l'appareil pourra comporter une unité de tournage et d'alésage grossiers et une unité de tournage et d'alésage fins. Il résultera du retrait de l'élément 80 que l'ébauche de segment 10 sera desserrée entre les opérations des deux unités d'usinage. Toute discontinuité telle que gorge, épaulement, chanfrein, etc., de la section de l'ébauche de segment pourra être usinée de façon similaire au moyen d'un outil convenable.
Au lieu que les trous soient percés de part en part dans la largeur axiale du segment, lorsque celui-ci est de largeur suffisante, les trous peuvent être percés seulement sur une partie de la largeur. Le critère réside dans le fait que les chevilles, qu'elles soient montées sur un outil à main ou sur une face d'une machine-outil, lorsqu'elles sont engagées dans les trous, doivent présenter une surface de portée suffisante pour permettre que le jeu du segment soit maintenu à une distance de fermeture prédéterminée. En outre, lorsque les trous sont percés sur toute la largeur du segment, les chevilles peuvent être engagées dans les trous avec jeu, la partie en saillie des chevilles permettant à la fente d'être fermée par un outil ou des coulisseaux convenables, la partie en saillie étant ensuite meulée.
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CLAIMS
1. A method of manufacturing a piston ring, comprising the
making a segment blank with the diameter of the
outer peripheral surface is greater and the diameter of the
inner peripheral surface is less than that which must present
the finished segment, the fact of making a slit in the blank of
segment to make two free ends, then to machine the surfaces
these inner and outer peripherals of the segment blank,
characterized by the fact that two holes are drilled in the blank of
segment after this one has been carried out, bring two sensitive ankles
clearly parallel, located at a determined distance from each other,
from a retracted position,
in which they are in alignment with
the axes of the respective holes previously drilled and in which they are out of engagement with the segment blank, in a deployed position, in which these pegs engage in the
holes drilled to place the segment blank in a state in
which it is not subjected to any external force, the slit being produced either before or after drilling, to form two free ends, the positions of the holes being such that each hole is adjacent to a free end, then reducing the distance between the pins to bring the segment blank to the closed position, and finally
that one or more of said segment blanks are clamped in the closed position and the inner and outer peripheral surfaces of each segment blank are machined so that they are circular.
2. Method according to claim 1, characterized in that the two holes are drilled simultaneously and that the two pins are deployed simultaneously.
3. Apparatus for implementing the method according to claim 1, characterized in that, to pierce and maintain the segment blank (10), it comprises piercing means (63) movable so that they can be approached and away from the segment blank to drill two holes therein, two pins (51) moving between a retracted position, in which they are in alignment with the respective axes of said holes and in which they are out of contact with the segment blank, and a deployed position, in which they engage in the respective holes to bring the segment blank into a position in which the latter is not subjected to any external force, cutting means ( 69) to cut a slit in the segment blank between the two holes, either before or after they have been drilled,
the two holes being adjacent to the respective free ends of the segment blank formed by cutting, means (50) for moving said pins and reducing the distance between them so that the two ends of the segment blank are brought into the closed position, clamping means (60; 80) for clamping one or more segment blanks in said closed position and machining means (78) for machining the inner and outer peripheral surfaces of the segment blank (s) thus tightened and cause them to be circular.
4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the piercing means comprise an apparatus for drilling two holes simultaneously in the segment blank, means being provided for bringing the pins simultaneously from their retracted position into their deployed position.
5. Piston ring for reciprocating engine or compressor, obtained by the method according to claim 1, characterized in that it has a slot which is cut therein to form two free ends, a hole being formed in each free end and extending parallel to the axis of the piston ring.
The subject of the present invention is a method of manufacturing a piston ring, comprising the fact of producing a segment blank whose outer diameter is greater and the inner diameter is less than that which is desired for the finished segment, to be provided a slot in the segment blank to form two free ends, and then to machine the inner and outer peripheral surfaces of the segment blank, this method being hereinafter called the method of the type mentioned; The invention also relates to an apparatus for implementing the method of the type mentioned and a piston ring for motors or compressors with reciprocating movements.
It should be noted that, when a piston ring, in particular, but not exclusively, a compression segment which has a single slot, of rectangular cross section or of any other known or suitable cross section, is mounted in an engine, the outer periphery of the segment must be circular and must exert an elastic pressure towards the outside in such a way that it maintains tight contact with the bore of the cylinder over its entire periphery. When the segment and the bore are new, the slot must be weak or even closed.
It is also desirable that, as the cylinder bore and / or the piston ring wear out during engine operation, the elastic tight contact between the segment and the bore is maintained throughout. the periphery, although it is obvious that, when the diameter of the segment increases by 0.5% for example, the clearance will increase correspondingly. In addition, to achieve a good seal and reduce friction, it is desirable that the elastic force directed towards the outside is as uniform as possible over the entire periphery.
In the following description and in the claims, the term diameter is used to designate the inner and outer peripheral surfaces of a segment blank, although these peripheral surfaces of the blank may not be absolutely circular but may, before machining, be slightly oval or elliptical. However, the peripheral surfaces of the segment blank will be approximately circular, so the term diameter will be used for convenience. Thus, the references, in the description and in the claims, to the diameter of the segment blank should be considered accordingly.
The closed adjective, used here to define the state of the segment blank having a slit, denotes the state of the blank according to which the slit is reduced, in comparison with a position of the segment blank in which it is free, not subject to external forces, or in which the free ends abut slightly against each other. In most cases, however, there is still a small clearance between the free ends in the closed state. The completed segment, when contracted to fit a cylinder bore, may be in the closed state as defined above.
The adjective circular, used here to designate the machining of one or more blanks of tight segments, should be considered to mean that the circularity is within the limits of the tolerances that the machining means are capable of achieving.
So far, in order to solve this problem, the piston rings have been produced by one or the other of two methods of the type mentioned, which can be described as follows:
According to the first method, the piston ring is machined so as to have its internal and external diameters, both circular before the slot is cut. The slot is then cut and the piston ring is hot formed by placing it on a mandrel and subjecting it to a high temperature so that it is expanded within its elastic limit in order to receive a permanent spacing. The value thereof is such that, when mounting the piston ring in an engine, the slot being closed, the outside diameter is circular and the segment has an intrinsic elastic force which keeps it in contact with the bore of the cylinder.
The second known method consists in turning the piston ring before cutting its slot so that its inside and outside diameters have a non-circular shape usually conditioned by the shape of a machine cam whose cutting tool follows the movement of the cam follower. A slot is then cut, arranged so that, during assembly, when this slot
is closed, the outer periphery of the segment is circular and exerts an external elastic force.
The latter method has the disadvantage that the calculations of the non-circular shape imply that the material is homogeneous, which, in practice, is never the case.
It has been proposed, in the presentation of the German Federal Republic No. 1025751, a method of the aforementioned type in which a plurality of rollers are used arranged so as to be spaced from each other around the outer periphery of the blank of segment to tighten and maintain the latter, The machining being carried out by a grinding wheel rectifying the outer peripheral surface of the segment blank.
This machine has many serious disadvantages: first of all, the free ends of the segment blank are not kept at the same distance throughout the machining.
Then, instead of the segment blank being able to assume its natural shape between its free ends, taking into account the internal tensions and the non-homogeneity of the material, it is requested by a certain number, in this case twelve, rollers distant from each other, so that the periphery will have a small but not insignificant undulation, the radius being the smallest at the points of contact with the rollers and the largest between them. Third, the segment blank is not clamped between the clamps acting on its parallel faces, to prevent it from moving during machining. Fourth, The segment blank, in this machine, is ground to gradually reach its dimension all around its periphery.
Consequently, the part of the blank which has been ground and which, consequently, has a smaller radius than the part which has not yet been ground, must move outwards to maintain contact with the rollers. This implies that the center of the segment blank gradually moves, as the segment blank is rotated, so that the successive parts of its circumference are brought into the machining position. But, unless the center of the segment blank remains in the same part, the grinding of its periphery will not have the effect of producing a segment whose outer surface is a perfect circle.
The object of the invention is to reduce or eliminate these drawbacks.
Consequently, a first aspect of the invention consists in a method of producing a segment blank, characterized in that two holes are drilled in the segment blank after it has been produced, leads to two substantially parallel pins, located at a predetermined distance from each other, from a retracted position, in which they are in alignment with the axes of the respective holes previously drilled and in which they are out of engagement with the blank segment, in a deployed position, in which these pins engage in the drilled holes to place the segment blank in a state in which it is not subjected to any external force, the slit being produced either before or after the drilling, to form two free ends, the positions of the holes being such that each hole is adjacent to a free end,
then that the distance between the pins is reduced to bring the segment blank in the closed position, and finally that one or more of said segment blanks are tightened in the closed position and the inner and outer peripheral surfaces of each blank are machined segment so that they are circular.
A second aspect of the invention consists of an apparatus for implementing the above-mentioned method, characterized in that, to pierce and maintain the segment blank, it comprises mobile drilling means so that it can be approached and spaced from the segment blank to drill two holes therein, two pegs, moving between a retracted position, in which they are in alignment with the respective axes of said holes and in which they are out of contact with the segment blank , and a deployed position, in which they engage in the respective holes to bring the segment blank into a position in which the latter is not subjected to any external force, cutting means for cutting a slot in the segment outline between the two holes,
either before or after these have been drilled, the two holes being adjacent to the respective free ends of the segment blank provided in the cutout, means for moving said pins and reducing the distance between them so that the two ends of the segment blank are brought into the closed position, clamping means for clamping one or more segment blanks in said closed position and machining means for machining the inner and outer peripheral surfaces of the one or more blanks thus tight segments and cause them to be circular.
A third aspect of the invention consists of a piston ring for an internal combustion engine obtained by the method defined above, characterized in that it has a slot which is cut therein to form two free ends, one hole being formed in each free end and extending parallel to the axis of the piston ring.
An embodiment of the object of the invention will be described specifically, by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which:
fig. 1 is an elevational view of a piston ring blank;
fig. 2 is an elevational view of the piston ring blank of FIG. 1 illustrating the holes drilled in the blank and a slot formed therein;
fig. 3 is an elevational view, partially in section, of part of an apparatus for closing and holding blanks of piston rings;
fig. 4 is a section through the apparatus of FIG. 3 showing a drilling unit thereof;
fig. 5 is a view similar to that of FIG. 3, but showing the piston ring blank with its slot formed therein;
fig. 6 is a section through the device in the state shown in FIG. 5, but representing a sawing unit;
;
fig. 7 is a view similar to those of FIGS. 3 and 5, but representing the piston ring blank in a position allowing it to be tightened and machined and a pair of arms which center it, and
fig. 8 is a side elevational view, partially in section, of a machine for clamping, drilling and turning a piston ring blank.
In the piston ring technique, it is usual to designate the radial dimension of the segment as being its thickness, and the axial dimension of the segment as being its width.
The ratio of diameter to thickness of a piston ring usually varies from 20: 1 to 30: 1 depending on the material used.
Fig. 1 shows a piston ring 10 which, when it is finished, exits from machining, an outside diameter of 60 mm, a thickness of 2.5 mm and a width of 2 mm. It is described and represented as being a compression segment, of rectangular section, although it may have a large number of known or suitable sections. The piston ring can be a compression segment or a scraper segment, although it can also be, if necessary, an oil retaining segment for example, in one or more parts.
The segment blank can be cast or produced in any other suitable manner, and it preferably has a slight degree of ovality although in some cases, i.e. when the required clearance or slit is weak, it can be perfectly circular.
The segment blanks thus produced will have manufacturing tolerances, the reason for which will appear later. Thus, the outside diameter will be larger and the lower diameter smaller than the finished dimensions, for example 1 mm for each. The segment blank may have a notch or a projection 12 at a point on its circumference in order to allow correct orientation of the blank during machining. Its side faces 11 are rectified so as to be parallel to each other at the distance corresponding to the desired width.
As shown in fig. 2 to 6.1, segment segment 10, in the form of a closed ring, is mounted in a unit where it is first positioned by resting on a protruding rod 48 which can, if desired, cooperate with the reference 12 of the segment blank, and is centered by means of two support pieces 49 arranged symmetrically. The unit comprises a pair of slides 50 moving on convergent slides 52. Two pins 51 are provided, one on each slide, these pins 51 can be retracted and deployed in guide holes 53 formed in the slides 50. At this indeed, the pins 51 are fixed to the ends of pivoting levers 55.
These are biased by springs 56 in the position in which the pins 51 are retracted and can be brought, by means of other levers 57 and pins 58, in the position in which the pins 51 are deployed. The pins 51 are deployed by means of an actuator 59 acting on the levers 57.
The unit has a base 60 which is substantially annular and which has the same mean radius but a thickness slightly smaller than the required dimensions of the finished segment, but which has a cutout 61 at its top (fig. 3). The surface of the base 6Q is coplanar with the surface of the ends of the slides 50 in which the guide holes 53 are formed.
The axes of rotation of two drills 62 are aligned with the axes of the guide holes 53 (FIG. 4). These drills 62 are driven in any suitable manner. The drilling unit 63 comprises a plate 64 for clamping the segment blank and an associated actuator 65 which clamps the blank 10 against the surface of the base 60 and against the ends of the slides 50 before drilling. The drilling unit 63 is then advanced and put into operation to drill two holes 13 in the segment blank 10 at a predetermined distance from each other, so that these holes 13 are close to the free ends of the segment after a slit has been made and at mid-distance between its inner and outer peripheral surfaces.
When the drills 62 are removed, the actuator 59 is actuated to cause the two pins 51 to deploy, each engaging in one of the holes 13. To facilitate this operation, the pins 51 may be of a diameter slightly less than that of forests 62.
Thus, the segment blank 10 is in a position in which it is free from any tension due to external forces.
The drilling unit 63 is then removed and a sawing unit 66 is then used (FIGS. 5 and 6). A plate 67 for clamping the segment blank and an actuator 68 clamps the blank 10 against the surface of the base 60 and against the ends of the slides 50 as described above with reference to FIGS. 3 and 4. The orientation rod 48 is removed by the actuator 48a (fig. 4), as are also the support pieces 49. The slot is then cut for example by means of two circular saws 69 (fig .2 and 6) placed on either side of the axis of symmetry, so that the part of the blank 10 containing the reference 12 is eliminated. The clamping plate 69 is then released.
The two slides 50 are then moved on their converging slides 52 until their opposite faces 71 which serve as support stops come into contact with one another. Thus, by means of the projecting pegs 51 The segment blank is brought into the closed position in which the slot is reduced or in which the free ends 15 are even slightly in contact with one another. In addition, the segment blank 10 is, due to this movement of the slides 50, brought into a position in which it substantially coincides with the base 60, although the radial thickness of the latter is less than that of the segment blank to allow machining.
The ends of the slides 50 substantially fill the cut-out part 61 of the base 60, the radial thickness of these ends also being less than that of the segment blank.
The slides 52 being arranged symmetrically on either side of a vertical plane, the movement of the two slides 50 can be synchronized by means of a horizontal crosspiece 45 engaging in a corresponding groove 44 of the slides 50, and a vertical lever 46 connected to the horizontal cross member which is raised or lowered by means of a suitable pneumatic cylinder 47. The cross member 45 is trapped between the rear face of the frame in which the slides 52 are formed and a cover plate, the face anterior of the slides 40 flush with the anterior face of the crosspiece 45.
When the segment blank 10 is in its closed position, in which it is held, applied against the base 60, by the pins 51, it is centered by means of a centering unit, shown in FIG. 7, which consists of a pair of pinions 74 in engagement with each other rotatably mounted in bearings (not shown) and which carry respective arms 73. An actuator 75 is connected to one of the pinions 74 to bring the arms 73 to move symmetrically, due to the engagement of the teeth of the pinions 74, on each side of a plane in which is the desired position of the center of the segment blank 10, this plane being perpendicular to the plane from base 60.
The free ends 76 of the arms 73 are in contact with the segment blank 10 in an angular position approximately 120 away from the free ends 15, supported by the pins 51, so as to center the segment blank 10.
Fig. 8 illustrates a turning and boring unit 78 which is then brought into alignment with the central axis of the segment blank 10 thus maintained. The unit 78 is movable as a whole so that it can be approached and moved away from the segment blank 10, for example on slides. The machining head of this unit has three concentric parts. The internal part 79 and the external part 81 are fixed to each other and are mounted on a slide 82 by means of bearings 83. The external part 81 carries a sleeve 84 sliding therein and which is subjected to the action of a return spring 85.
An intermediate annular clamping element 80 is pivoted in the external part 81 and can rotate relative to the internal and external parts, a thrust bearing 86 being interposed between this element 80 and the sleeve 84. The intermediate element 80 has a first part annular 80a having an annular clamping face 87 of average radius and thickness substantially the same as the base 60. The part 80a has a convex face in the form of a sphere segment 88 cooperating with a concave face in the form of a sphere segment 89 of a second annular part 90 of the intermediate element 80, the common center of these faces in the form of sphere segments lying in the plane of the clamping face 87.
The inner part 79 is provided with a boring tool 91 and the outer part 81 with a turning tool 92, these tools being mounted at their ends, near the annular tightening face of the intermediate element 80.
In operation, the unit 78 advances towards the segment blank
10 and its face 87 is applied to the blank 10 to press and tighten the latter against the base 60 and against the surfaces of the lower ends of the slides 50 on which the segment blank is maintained. The arms 73 are removed either before this engagement, or when it occurs. Continued movement of the unit 78 produces the clamping of the lateral faces 11 of the segment blank 10 between the clamping face 87 and the base 60 which forms a fixed clamping element. The clamping force is partially provided by the spring 85.
The inner and outer parts 79 and 81, including the sleeve 84 and the coil spring 85, are rotated by any suitable drive means and, when the unit 78 continues to advance, the boring tool 91 machines the inner peripheral surface, and the turning tool 92 machines the outer peripheral surface of the segment blank 10 by moving along the width thereof. The advance of the unit 78 compresses the spring 85 inside the sleeve 84 and thus produces an increase in the
clamping force exerted by the thrust bearing 86 and the intermediate element 80 on the segment blank 10.
The surfaces in the form of corresponding sphere segments 88
and 89 allow the face 87 to bear evenly on the blank
of segment 10 over its entire circumference, even if the axis of the face 60
is not perfectly aligned with the axis of the intermediate element 80. The boring tool 91 and the turning tool 92 act at respective points on the surfaces of the segment blank lying on a common radius of the blank as they revolve around it. This has the effect that the sum of the forces applied to the segment blank by the tools has no radial component.
If desired, the apparatus may include a coarse turning and boring unit and a fine turning and boring unit. It will result from the removal of the element 80 that the segment blank 10 will be loose between the operations of the two machining units. Any discontinuity such as groove, shoulder, chamfer, etc., of the section of the segment blank can be machined in a similar manner using a suitable tool.
Instead of the holes being drilled right through the axial width of the segment, when the latter is of sufficient width, the holes can be drilled only over part of the width. The criterion lies in the fact that the dowels, whether mounted on a hand tool or on a face of a machine tool, when they are engaged in the holes, must have a sufficient surface area to allow that the segment play is maintained at a predetermined closing distance. In addition, when the holes are drilled over the entire width of the segment, the pins can be engaged in the holes with play, the projecting part of the pins allowing the slot to be closed by a suitable tool or slides, the part protruding then being ground.