EP0879661A1

EP0879661A1 - Process of manufacture of a conical, annular workpiece and workpiece obtained by said process

Info

Publication number: EP0879661A1
Application number: EP98401180A
Authority: EP
Inventors: Louis Lucien Denis Dufresne
Original assignee: FINANCIERE D'ETUDE ET DE DEVELOPPEMENT INDUSTRIEL ET TECHNOLOGIQUE Ste
Current assignee: FINANCIERE D'ETUDE ET DE DEVELOPPEMENT INDUSTRIEL ET TECHNOLOGIQUE Ste
Priority date: 1997-05-20
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 1998-11-25
Also published as: FR2763523B1; FR2763523A1

Abstract

The procedure involves cutting a metal wire (1) to the required length (2). The wire is then bent into a ring (3), the two ends (4,5) are welded together and then the resulting workpiece is compressed by a stamping press to give the required shape. The pressing can be carried out in two stages, first giving a flat ring and then a truncated conical one. After welding the ends of the ring together the weld can be heat treated to homogenise the mechanical performance in the weld zone. The completed ring is subjected to degreasing, drying and oiling operations.

Description

L'invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce annulaire tronconique telle que par exemple un jonc d'embrayage, ainsi qu'une pièce obtenue par ce procédé.The invention relates to a method of manufacturing a part. frustoconical annular such as for example a clutch rod, as well than a part obtained by this process.

Un premier procédé connu de fabrication de telles pièces consiste à :

découper un anneau dans une bande métallique,
former à la presse une pièce annulaire plate ou tronconique,
dégraisser la pièce obtenue,
soumettre la pièce annulaire à une tribofinition,
sécher et huiler la pièce.

A first known method of manufacturing such parts consists in:

cut a ring out of a metal strip,
press forming a flat or frustoconical annular part,
degrease the part obtained,
subject the annular part to a tribofinishing,
dry and oil the part.

Ce procédé connu présente l'inconvénient de générer d'importantes chutes de métal ce qui augmente de façon considérable le coût de fabrication par pièce.This known method has the drawback of generating large metal scraps which considerably increases the cost manufacturing per piece.

On connaít un second procédé, un peu plus économique, qui consiste à:

découper un flan circulaire dans une bande métallique,
emboutir le flan pour obtenir un cylindre creux de révolution à fond fermé,
soumettre le cylindre à un fluotournage pour obtenir une ébauche creuse cylindrique dont l'épaisseur de la jupe périphérique est constante,
découper des anneaux dans la jupe périphérique,
former à la presse à partir de ces anneaux des pièces plates ou tronconiques,
dégraisser les pièces obtenues,
passer les pièces à la tribofinition,
sécher et huiler les pièces.

We know a second process, a little more economical, which consists of:

cut a circular blank from a metal strip,
stamp the blank to obtain a hollow cylinder of revolution with a closed bottom,
subject the cylinder to a flow forming to obtain a hollow cylindrical blank whose thickness of the peripheral skirt is constant,
cut rings in the peripheral skirt,
form in the press from these rings flat or frustoconical parts,
degrease the parts obtained,
pass the parts to the tribofinishing,
dry and oil the parts.

Bien que ce second procédé permette de réduire les chutes de façon importante, celles-ci représentent encore environ 40% de la quantité de métal de départ. Ces chutes proviennent essentiellement de la découpe des flans dans la bande métallique, ainsi que du collet et du fond de l'ébauche cylindrique creuse qui subsistent après l'étape de découpage des anneaux.Although this second process makes it possible to reduce falls significantly, these still account for about 40% of the amount of starting metal. These falls come mainly from the cutting blanks in the metal strip, as well as the collar and the bottom of the hollow cylindrical blank which remain after the step of cutting the rings.

De plus :

les deux procédés connus présentent l'inconvénient de nécessiter un nombre important d'étapes de fabrication ce qui participe à accroítre le coût.
dans les deux procédés précités, l'étape de tribofinition des anneaux est impérative pour obtenir les caractéristiques souhaitées des pièces finales, notamment par élimination des bavures. Or, cette opération produit des résidus métalliques et requiert l'utilisation de dégraissants et d'abrasifs, qui sont très polluants pour l'environnement et nécessitent un traitement spécifique et coûteux pour leur mise en décharge. Enfin, cette étape de tribofinition est bruyante et nécessite une protection particulière pour le personnel.

Moreover :

the two known methods have the disadvantage of requiring a large number of manufacturing steps which contributes to increasing the cost.
in the two aforementioned methods, the tribofinishing step of the rings is imperative in order to obtain the desired characteristics of the final parts, in particular by eliminating burrs. However, this operation produces metallic residues and requires the use of degreasers and abrasives, which are very polluting for the environment and require a specific and costly treatment for their landfill. Finally, this tribofinishing step is noisy and requires special protection for personnel.

La présente invention vise à pallier ces divers inconvénients en proposant un procédé permettant de réaliser des pièces tronconiques de façon plus économique, tout en réduisant les quantités de résidus polluants.The present invention aims to overcome these various drawbacks by proposing a process for making frustoconical parts of more economically, while reducing the quantities of polluting residues.

A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une pièce annulaire tronconique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :

on découpe un tronçon d'un fil métallique de longueur prédéfinie,
on cintre ce tronçon de fil pour former un tore,
on soude les deux extrémités de ce tore pour obtenir une ébauche annulaire, et
on comprime ladite ébauche au moyen d'un outil pour former ladite pièce.

To this end, the subject of the invention is a method of manufacturing a frustoconical annular part, characterized in that it comprises the following steps:

a section of a metal wire of predefined length is cut,
we bend this section of wire to form a torus,
we weld the two ends of this torus to obtain an annular blank, and
said blank is compressed using a tool to form said part.

Le procédé selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

On forme une pièce annulaire plate en comprimant ladite ébauche en une seule opération de formage à la presse, et ensuite, on forme une pièce annulaire tronconique en comprimant la pièce annulaire plate lors d'une opération supplémentaire de formage à la presse.
On forme une pièce annulaire tronconique en une seule opération de formage à la presse.
On soude les deux extrémités du tore sans apport de métal.
On effectue les étapes de découpage, cintrage et soudage en un cycle automatique sur une même machine.
Après avoir soudé les deux extrémités du tore, on soumet au moins la zone de soudure de l'ébauche à un traitement thermique pour homogénéiser les caractéristiques mécaniques dans cette zone.
Après avoir obtenu la pièce, on la soumet successivement à un dégraissage, à un séchage et à un huilage.

The method according to the invention can also include one or more of the following characteristics:

A flat annular part is formed by compressing said blank in a single press forming operation, and then a frustoconical annular part is formed by compressing the flat annular part during an additional press forming operation.
A frustoconical annular part is formed in a single press forming operation.
The two ends of the toroid are welded without adding metal.
The cutting, bending and welding steps are carried out in an automatic cycle on the same machine.
After having welded the two ends of the torus, at least the welding zone of the blank is subjected to a heat treatment in order to homogenize the mechanical characteristics in this zone.
After obtaining the part, it is successively subjected to degreasing, drying and oiling.

L'invention a également pour objet une pièce réalisée par le procédé défini ci-dessus et comportant une zone radiale de soudure.The invention also relates to a part produced by the process defined above and comprising a radial weld zone.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple sans caractère limitatif en regard des dessins annexés, sur lesquels :

La figure 1 illustre des étapes initiales du procédé de l'invention,

La figure 2 est une vue schématique en coupe d'un premier outil pour obtenir une pièce annulaire plate, en position dégagée,

La figure 3 montre l'outil de la figure 2 en position de compression,

La figure 4 est une vue en coupe transversale d'une pièce annulaire plate réalisée selon le procédé de l'invention,

La figure 5 est une vue schématique en coupe d'un second outil pour obtenir une pièce annulaire tronconique, en position dégagée,

La figure 6 montre l'outil de la figure 5 en position de compression.

La figure 7 est une vue en coupe transversale d'une pièce annulaire tronconique réalisée selon le procédé de l'invention,

La figure 8 est une vue à plus grande échelle d'un détail de la pièce représentée à la figure 7,

La figure 9 est une vue analogue à celle de la figure 8 d'une variante d'une pièce tronconique réalisée selon le procédé de l'invention et

La figure 10 est une vue analogue à celle de la figure 9 d'une variante d'une pièce tronconique réalisée selon le procédé de l'invention.

Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the following description, given by way of example without limitation with regard to the appended drawings, in which:

FIG. 1 illustrates initial steps of the method of the invention,

FIG. 2 is a schematic sectional view of a first tool for obtaining a flat annular part, in the released position,

FIG. 3 shows the tool of FIG. 2 in the compression position,

FIG. 4 is a cross-sectional view of a flat annular part produced according to the method of the invention,

FIG. 5 is a schematic sectional view of a second tool for obtaining a frustoconical annular part, in the released position,

Figure 6 shows the tool of Figure 5 in the compression position.

FIG. 7 is a cross-sectional view of a frustoconical annular part produced according to the method of the invention,

FIG. 8 is an enlarged view of a detail of the part shown in FIG. 7,

FIG. 9 is a view similar to that of FIG. 8 of a variant of a frustoconical part produced according to the method of the invention and

Figure 10 is a view similar to that of Figure 9 of a variant of a frustoconical part produced according to the method of the invention.

Sur la figure 1 sont représentées les premières étapes du procédé selon l'invention.In Figure 1 are shown the first stages of the method according to the invention.

Lors d'une première étape, on découpe dans un fil métallique 1 de section circulaire déroulé par exemple d'une bobine de fil non représentée, un tronçon 2 de longueur prédéfinie.During a first step, we cut from a wire metallic 1 of circular section unwound for example from a coil of wire not shown, a section 2 of predefined length.

Le fil métallique 1 est de préférence en acier doux mais peut être en tout autre métal adapté à l'application ultérieure envisagée.The metal wire 1 is preferably made of mild steel but can be of any other metal suitable for the subsequent application envisaged.

Le diamètre du fil métallique 1 est choisi en fonction du volume recherché de la pièce finale. Dans un cas concret, on utilise par exemple au départ un fil métallique de 4,2mm de diamètre. Bien entendu, on peut aussi utiliser des fils métalliques de section elliptique ou autre.The diameter of the metal wire 1 is chosen according to the desired volume of the final part. In a concrete case, we use by example at the start a 4.2mm diameter metal wire. Of course, we may also use metal wires of elliptical or other cross section.

La longueur du tronçon 2 dépend également des dimensions recherchées de la pièce finale. Dans le cas concret évoqué ci-dessus, on a choisi une longueur de tronçon égale à 402,7mm.The length of section 2 also depends on desired dimensions of the final part. In the concrete case mentioned above, we chose a length of section equal to 402.7mm.

Lors de l'étape suivante, on cintre le tronçon 2 de fil pour former un tore 3. Puis, on soude les deux extrémités 4 et 5 de ce tore 3 sans apport de métal pour obtenir une ébauche 6 annulaire avec une zone radiale 6A de soudure.In the next step, we bend the section 2 of wire to form a torus 3. Then, weld the two ends 4 and 5 of this torus 3 without addition of metal to obtain an annular blank 6 with a radial zone 6A solder.

Avantageusement, on effectue les étapes de découpage, de cintrage et de soudage en un cycle automatique sur une machine de type connu commercialisée par des fabriquants spécialisés et qu'il est inutile de décrire.Advantageously, the cutting steps are carried out, bending and welding in an automatic cycle on a type machine known marketed by specialized manufacturers and it is useless to to describe.

Si nécessaire, on prévoit de soumettre au moins la zone 6A de soudure à un recuit localisé pour homogénéiser les caractéristiques mécaniques dans cette zone. Un tel traitement peut se révéler nécessaire pour adoucir la structure du métal dans le cas où l'on utilise au départ un fil métallique en un acier relativement dur.If necessary, provision is made to submit at least area 6A welding to localized annealing to homogenize the characteristics mechanical in this area. Such treatment may be necessary to soften the metal structure in the case where a wire is used at the start metallic to a relatively hard steel.

La figure 2 montre en position dégagée un premier outil ou une première presse 7 dont seules les matrices supérieure 8 et inférieure 9 sont représentées. Ces matrices définissent respectivement deux surfaces annulaires planes, parallèles 8A, 9A entre lesquelles on positionne de façon centrée l'ébauche 6.Figure 2 shows in the disengaged position a first tool or a first press 7 of which only the upper 8 and lower 9 dies are represented. These matrices respectively define two surfaces planar, parallel annulars 8A, 9A between which are positioned so centered the blank 6.

La pièce est formée en une seule opération comme représenté sur la figure 3, l'ébauche 6 subissant une déformation symétrique, avec fluage radial du métal en proportions égales vers l'extérieur et vers l'intérieur. La compression exercée par les matrices 8 et 9 est adaptée pour obtenir les dimensions et les propriétés mécaniques souhaitées de la pièce 13, notamment une bonne planéité et une dureté superficielle satisfaisante.The part is formed in a single operation as shown in FIG. 3, the blank 6 undergoing symmetrical deformation, with radial creep of the metal in equal proportions outwards and towards the interior. The compression exerted by the dies 8 and 9 is suitable for obtain the desired dimensions and mechanical properties of the part 13, in particular good flatness and satisfactory surface hardness.

La pièce annulaire plate 13 obtenue après cette étape de formage à la presse est représentée en coupe transversale à la figure 4. Sa section transversale comporte deux grands côtés 14 et 15 sensiblement parallèles entre eux et deux petits côtés 16 et 17 légèrement bombés, cette forme étant obtenue directement, sans aucun usinage supplémentaire.The flat annular part 13 obtained after this step of press forming is shown in cross section in Figure 4. Its cross section has two large sides 14 and 15 substantially parallel to each other and two slightly rounded sides 16 and 17, this form being obtained directly, without any additional machining.

A titre d'exemple, les dimensions d'une pièce annulaire plate 13 obtenue à partir d'un tronçon de fil de 4,2mm de diamètre et 402,7mm de longueur sont typiquement de 119,5mm pour le diamètre intérieur, 137,5mm pour le diamètre extérieur et comprise entre 1,5 et 1,6mm en ce qui concerne son épaisseur.For example, the dimensions of a flat annular part 13 obtained from a section of wire 4.2mm in diameter and 402.7mm length are typically 119.5mm for the inside diameter, 137.5mm for the outside diameter and between 1.5 and 1.6mm with regard to its thickness.

Ensuite, on soumet la pièce annulaire plate 13 obtenue à l'étape précédente à une seconde opération de formage à la presse. Then, the flat annular part 13 obtained is subjected to the previous step to a second press forming operation.

A cet effet, on la positionne dans un second outil 18 dont seules les matrices supérieure 19 et inférieure 20 sont représentées schématiquement en position dégagée sur la figure 5.To this end, it is positioned in a second tool 18, of which only the upper 19 and lower 20 matrices are shown schematically in the released position in FIG. 5.

La matrice inférieure 20 comporte une partie centrale 20A cylindrique et une partie périphérique annulaire 20B de formage. La partie centrale 20A est surélevée par rapport à la partie périphérique 20B et présente un diamètre légèrement inférieur au diamètre intérieur de la pièce annulaire plate 13 de sorte qu'en positionnant la pièce 13 sur la matrice inférieure 20, la pièce 13 est automatiquement centrée.The lower die 20 has a central part 20A cylindrical and an annular peripheral portion 20B for forming. The part central 20A is raised relative to the peripheral part 20B and has a diameter slightly smaller than the inside diameter of the part flat annular 13 so that by positioning the part 13 on the die lower 20, the part 13 is automatically centered.

La matrice supérieure 19 comporte d'une part un logement central cylindrique 19A de centrage sensiblement complémentaire de la partie centrale 20A de la matrice inférieure 20 et d'autre part un poinçon annulaire périphérique 19B destiné à coopérer avec la partie périphérique 20B lors du formage.The upper matrix 19 comprises on the one hand a housing cylindrical central 19A centering substantially complementary to the central part 20A of the lower die 20 and on the other hand a punch peripheral ring 19B intended to cooperate with the peripheral part 20B during forming.

Le poinçon 19B comporte une surface plane et annulaire de formage 19C qui est radialement inclinée vers le bas. La partie périphérique 20B comporte une surface de formage 20C qui est plane et parallèle à la surface de formage 19C à l'exception d'un bord externe 20D recourbé vers le haut pour obtenir un bord arrondi externe de la pièce finale.The punch 19B has a flat and annular surface of forming 19C which is radially inclined downwards. The peripheral part 20B has a forming surface 20C which is planar and parallel to the forming surface 19C except for an outer edge 20D curved towards the high to obtain an external rounded edge of the final part.

La forme exacte des surfaces de formage 19C et 20C dépend de la forme et des dimensions finales de la pièce à obtenir.The exact shape of the forming surfaces 19C and 20C depends on the final shape and dimensions of the part to be obtained.

Au cours de cette phase du procédé, la pièce annulaire plate 13 est comprimée entre les deux matrices 19 et 20 pour obtenir une pièce annulaire tronconique 23 comme cela est représenté sur la figure 6.During this phase of the process, the annular part plate 13 is compressed between the two dies 19 and 20 to obtain a frustoconical annular part 23 as shown in FIG. 6.

Ensuite, on soumet cette pièce annulaire tronconique 23 successivement à un dégraissage, un séchage et un huilage.Then, we submit this frustoconical annular part 23 successively degreasing, drying and oiling.

L'huilage de la pièce est seulement effectué pour la protéger lors du transport.
La figure 7 représente la pièce 23 en coupe transversale. Elle ressemble à une rondelle élastique de type "Belleville" de grande dimension. Sa section transversale comporte deux grands côtés 24 et 25 sensiblement parallèles entre eux.The oiling of the part is only carried out to protect it during transport.
Figure 7 shows the part 23 in cross section. It resembles a large "Belleville" type elastic washer. Its cross section has two large sides 24 and 25 substantially parallel to each other.

Comme cela est représenté plus en détail sur la figure 8, la pièce 23 comporte un petit côté intérieur 26 légèrement bombé et un petit côté extérieur 27 dont le profil est arrondi selon un profil déterminé par la forme de la surface formage 20C de la matrice inférieure 20.As shown in more detail in Figure 8, the part 23 has a small interior side 26 slightly rounded and a small outer side 27 whose profile is rounded according to a profile determined by the shape of the forming surface 20C of the lower die 20.

Bien entendu, le procédé de l'invention peut facilement être adapté pour obtenir des pièces annulaires tronconiques de section transversale variée en conformant à volonté les surfaces de formage 19C et 20C de la presse 18.Of course, the process of the invention can easily be suitable for obtaining frustoconical annular parts of section varied cross-section by conforming the forming surfaces 19C as desired and Press 20C 18.

La figure 9 montre dans une vue analogue à celle de la figure 8 un exemple d'une variante de la pièce 23. La section transversale de cette pièce 23 comporte deux grands côtés 24 et 25 sensiblement parallèles entre eux, un petit côté intérieur 28 rectiligne, sensiblement parallèle à l'axe de la pièce, et un petit côté extérieur 27 formé par un arc de cercle reliant les grands côtés 24 et 25 et s'étendant sur environ 90°.Figure 9 shows in a view similar to that of the Figure 8 an example of a variant of part 23. The cross section of this part 23 has two large sides 24 and 25 substantially parallel between them, a small rectilinear inner side 28, substantially parallel to the axis of the part, and a small outer side 27 formed by an arc connecting the long sides 24 and 25 and extending over approximately 90 °.

Dans une variante simplifiée du procédé, on prévoit de réaliser la pièce annulaire tronconique lors d'une seule opération de formage.In a simplified variant of the method, provision is made for make the frustoconical annular part in a single operation forming.

A cet effet, on positionne l'ébauche annulaire 6 directement sur la matrice inférieure 20 du second outil 18 et on la comprime pour obtenir une pièce annulaire tronconique 23 représentée sur la figure 10 dans une vue analogue à celle de la figure 9.To this end, the annular blank 6 is positioned directly on the lower die 20 of the second tool 18 and it is compressed to obtain a frustoconical annular part 23 shown in FIG. 10 in a view similar to that of FIG. 9.

Cette pièce 23 présente en coupe transversale une forme identique à celle représenté sur la figure 9 à l'exception d'une bavure 29 située sur le petit côté extérieur 27 qui est due à un excès de matière sur la périphérie lors de la compression de l'ébauche 6.This part 23 has a cross-sectional shape identical to that shown in FIG. 9 except for a burr 29 located on the small outer side 27 which is due to an excess of material on the periphery during compression of the blank 6.

On comprend donc que le procédé selon l'invention permet de réaliser de façon plus économique des pièces annulaires tronconiques puisque d'une part le nombre d'étapes pour obtenir la pièce souhaitée a été sensiblement réduit par rapport aux procédés connus, et d'autre part, ce procédé ne génère pas de chutes. Par ailleurs, l'étape polluante de tribofinition de la pièce a pu être supprimée grâce au procédé selon l'invention. En outre, les pièces fabriquées selon le procédé de l'invention peuvent être réalisée avec une plus grande précision et avec une meilleure homogénéité des caractéristiques mécaniques que celles fabriquées selon les procédés connus.It is therefore understood that the method according to the invention allows to produce frustoconical annular parts more economically since on the one hand the number of steps to obtain the desired part has been significantly reduced compared to known methods, and secondly, this process does not generate falls. Furthermore, the polluting stage of tribofinishing of the part could be removed thanks to the process according to the invention. In addition, the parts produced according to the process of the invention can be implemented with greater precision and with a better homogeneity of mechanical characteristics than those manufactured according to known methods.

Bien entendu, la pièce annulaire tronconique réalisée selon le procédé de l'invention est susceptible d'autres utilisations que celle mentionnée dans le préambule pour un embrayage.Of course, the frustoconical annular part produced according to the process of the invention is susceptible of other uses than that mentioned in the preamble for a clutch.

Claims

Method for manufacturing a frustoconical annular part (23), characterized in that it comprises the following steps:

a section (2) of a metal wire (1) of predefined length is cut,

this section (2) of wire is bent to form a torus (3),

the two ends (4,5) of this toroid are welded to obtain an annular blank (6), and

said blank (6) is compressed using a tool (7) to form said part (13; 23).

Method according to claim 1, characterized in that forms a flat annular part (13) by compressing said blank (6) in a single press forming operation, and what we then form a frustoconical annular part (23) by compressing the flat annular part (13) during an additional press forming operation.

Method according to claim 1, characterized in that forms a frustoconical annular part (23) in a single operation press forming.

Method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the two ends (4,5) of the toroid (3) are welded without metal input.

Process according to any one of Claims 1 to 4, characterized in that the steps of cutting, bending and welding in an automatic cycle on the same machine.

Process according to any one of Claims 1 to 5, characterized in that after having welded the two ends (4,5) of the torus (3), at least the weld zone (6A) of the blank (6) is subjected to a heat treatment to homogenize the mechanical characteristics in this area.

Process according to any one of Claims 1 to 6, characterized in that after obtaining the part (13,23), it is subjected successively degreasing, drying and oiling.

Tapered annular part (23), characterized in that that it is obtained by a process according to any one of claims 1 to 7, and in that it comprises a radial weld zone (6A).

Tapered annular part (23) according to claim 8, characterized in that the cross section of the part (23) has two large sides (24, 25) substantially parallel to each other, a small side interior (26) substantially parallel to the axis of the part (23) and a short side exterior (27) whose profile is rounded.

Use of a part (13,23) according to claim 8 or 9, as a clutch ring.