Mandrin de serrage La présente invention a pour objet un mandrin de serrage, caractérisé en ce qu'il comprend un corps muni d'une creusure limitée par une surface diver geant axialement, servant de logement à une pince, un élément de pression axialement mobile par rap port au corps pour venir en prise avec la pince, une série de vis susceptibles de tourner autour d'axes mutuellement espacés reliant ledit élément au corps, et un engrenage porté par le corps en prise de com mande avec les vis en vue de la commande simulta née de leur manouvre.
Le dessin annexé représente,. à titre d'exemple, une forme d'exécution du mandrin faisant l'objet de la présente invention.
La fig. 1 est une coupe suivant la ligne 1-1 de la fig. 2 de ce mandrin.
La fig. 2 est une élévation postérieure suivant la ligne 2-2 de la fig. 1.
La fig. 3 est une élévation de face en regardant à partir de la droite de la fig. 1.
La fig. 4 est une vue éclatée montrant les pièces constituantes représentées sur la fig. 1.
La fig. 5 est une coupe suivant la ligne 5-5 de la fig. 6, représentant une variante du mandrin. La fig. 6 est une élévation de face de la variante représentée sur la fig. 5.
La fig. 7 est une coupe longitudinale fragmen taire représentant une autre variante du mandrin. La fig. 8 est une coupe longitudinale suivant la ligne 8-8 de la fig. 7.
La fig. 9 est une coupe montrant un stade de la fabrication du mandrin de la fig. 1.
La fig. 10 est une coupe longitudinale représen tant un autre stade de la fabrication du mandrin de la fig. 1.
La fig. 11 est une élévation latérale montrant un détail de la fig. 7. La fig. 12 est une élévation en bout du détail de la fig. 7.
La fig. 13 est une élévation d'un détail du man- drin de la fig. 5.
La forme d'exécution représentée aux fig. 1 à 4, présente un corps 10 de mandrin muni d'une creu- sure butée par une surface de came conique centrale 12 dans laquelle est disposée une pince 14 dont la périphérie externe vient en prise avec la surface de came 12 de façon complémentaire. La pince est for mée d'une série de plaques de mâchoires 11, en métal dur s'étendant radialement, également espa cées, reliées les unes aux autres par une matière souple telle que du caoutchouc 13 disposé entre elles, une ouverture axiale 15 s'étendant à travers la pince pour recevoir une ébauche cylindrique.
Attendu que les mâchoires sont susceptibles d'un mouvement rela tif, il est important qu'elles soient déplacées égale ment, à la fois dans le sens de l'axe et radialement, afin d'assurer un serrage concentrique de l'ébauche par rapport à l'axe de rotation du mandrin.
La par tie antérieure du corps 10 présente une surface cylin drique de plus petit diamètre 16 sur laquelle un élé ment presseur 18 est monté de façon à pouvoir se déplacer axialement. La partie antérieure de l'élé ment 18 a la forme d'un rebord radial dirigé vers l'intérieur 20 qui se termine par un rebord dirigé vers l'arrière 22 présentant une partie 76 qui se trouve dans un plan perpendiculaire à l'axe du man drin pour appliquer une pression contre une partie 24 des mâchoires de la pince 14 afin de la contrac ter.
L'élément presseur 18 présente un alésage cylin drique interne 26 en contact avec la surface cylin drique 16 du corps, et un mouvement relatif dans un sens axial de cet élément est obtenu au moyen de trois vis 28 présentant un filetage 30 (fig. 4) qui viennent en prise avec des filetages 34 formés dans l'élément 18. Les vis 28 sont munies d'une tête constituant un pignon denté 36 à leur extrémité de gauche (en observant les fig. 1 à 4), les, dents 38 de ces pignons engrenant avec les dents 40 formées sur une couronne à denture interne 42 qui touril- lonne sur un gradin cylindrique de plus petit dia mètre 44 formé dans la partie postérieure du corps 10.
Les dents 40 de la couronne dentée 42 viennent directement en prise avec la surface axiale fournie par le gradin 44 pour fournir un agencement de portée très simple et efficace. Les vis 28 traversent des ori fices 46 ménagés dans le corps 10 en regard des orifices 34 de l'élément presseur 18, les pignons 36 occupant des évidements 48 ménagés dans le corps 10. Une plaque de couverture en tôle 50 est montée contre la surface postérieure du corps 10 au moyen d'une vis 52 dans une ouverture filetée 54. Cette plaque de couverture 50 sert de joint et empêche l'entrée des matières étrangères dans les dents du mécanisme d'engrenage.
Le mandrin est représenté sur la fig. 1 comme étant monté sur un plateau 56 de tour au moyen de vis à tête 55 s'étendant à travers des orifices 56 ménagés, dans le corps 10. Le pla teau est taraudé pour être fixé au bec de la broche d'un tour (non représenté). La couronne dentée 42, ainsi qu'on le verra sur la fig. 4 est fixée de façon appropriée à un volant 58 présentant une bague interne 60 dont la surface interne 62 est agencée à distance d'une surface cylindrique 64 fournie par le corps 10.
Le rebord 66 du volant destiné à être saisi par un opérateur est fixé à la bague 60, ce rebord est constitué d'une composition de matière plastique moulée sur la bague 60 en relation de blo cage mutuel. La partie antérieure de la bague 60 pré sente un rebord arrondi 66 qui occupe une position relativement rapprochée de la surface cylindrique 70 formée par l'élément presseur 18 pour exclure la pénétration de matières étrangères des parties inter nes du mandrin. Le rebord du volant présente des creusures 72 sur sa surface radiale pour faciliter la prise par l'opérateur.
Le mandrin étant monté sur un plateau porté par le bec de la broche d'un tour, et en supposant que l'ouverture de la pince est trop petite pour rece voir une ébauche déterminée on fait tourner le volant 58 dans le sens correct autour de son axe de rotation par rapport au corps 10 du mandrin, ce qui contraint la couronne dentée 42 à tourner et à con férer une rotation aux pignons 36 et à leur vis 28 en déplaçant l'élément 18 vers l'avant,
et en permet tant à la vis 14 de se déplacer vers l'avant le long de la surface de came 12 sous l'effet de dilatation de sa matière de liaison en caoutchouc 13 jusqu'à ce que le mouvement radial vers l'extérieur des mâchoires du mandrin agrandisse l'ouverture 15 suf fisamment pour dépasser la dimension de l'ébauche. On a introduit alors l'ébauche dans le mandrin et on fait tourner le volant dans le sens opposé pour faire tourner les vis 28 et déplacer l'élément 18, ce qui contraint les mâchoires de la pince à se contracter par leur mouvement axial pour venir en prise avec la surface de came 12 jusqu'à ce que les mâchoires mordent dans l'ouvrage et empêchent une rotation supplémentaire du volant.
Pendant le mouvement axial de l'élément pres seur 18, le plan de la face de travail 76 reste exac tement perpendiculaire à l'axe de rotation du man drin en raison du fait que la couronne dentée 42 assure des degrés de rotation égaux aux trois vis 28, et par conséquent un mouvement axial égal à chacun des trois orifices 34 périphériquement espacés dont le filetage 32 coopère avec celui des vis 28. Par conséquent, les: mouvements axiaux et les mouve ments radiaux ainsi obtenus conférés à chaque mâchoire du mandrin sont identiques. En utilisant trois vis: de cette façon, la relation perpendiculaire de la face de travail 76 par rapport à l'axe de rotation du mandrin est toujours maintenue.
Chaque fois que l'élément presseur est libéré de la pression axiale, il peut être déplacé vers l'avant et vers l'arrière de façon très rapide en raison du rapport d'engrenage élevé qui contraint les pignons 36 à tourner plu sieurs fois pendant que le volant 38 ne tourne que sur un seul tour.
Après avoir ainsi actionné le volant pour faire pénétrer l'élément presseur 18 sur le corps 10 afin d'engendrer un mouvement vers l'intérieur de la pince 14 pour saisir l'ébauche, on peut produire un effet de blocage ou serrage supplémentaire des mâ choires de la pince autour de l'ouvrage en introdui sant un outil tel qu'une clé du type hexagonal dans un logement 74 ménagé à l'extrémité de chaque vis 28. De préférence, la clé hexagonale 74 K (fig 3) est en forme de L, et l'opérateur introduit son bras court dans le logement hexagonal 74 et la fait tourner en saisissant le bras radial près de son extrémité externe. Le bras radial peut avoir toute longueur voulue et peut s'étendre bien au-delà de la périphérie du volant 58.
Cet effet de blocage résulte du plus grand cou ple pouvant être appliqué par la clé directement à une vis 28 que celui qui peut lui être appliqué par le volant par l'intermédiaire du rapport relativement élevé fourni par la couronne dentée 42 et les pignons 36. Il est évident que tout mouvement conféré à l'une des vis est transmis aux autres également par l'inter médiaire de la couronne dentée 42. Si on le désire, on peut introduire des clés dans deux des vis à la fois si l'on désire des forces de rotation encore plus grandes. Au lieu d'un logement hexagonal 74, on peut prévoir sur la vis 28 d'autres formes de moyens venant en prise avec les clés pour coopérer avec divers types de clés ou de tournevis.
Lorsqu'on désire enlever les ébauches du mandrin, on utilise de nou veau la clé ou autre outil, cette fois pour débloquer le mécanisme afin de manoeuvrer le volant pour faire tourner la couronne dentée 42 et les pignons 36 afin de faire avancer l'élément presseur 18 par rapport au corps 10, en permettant à la pince 14 de se déployer, et de libérer l'ouvrage.
Le mode d'assemblage du mandrin contribue de façon appréciable à la précision et au fonctionnement sûr. Une rondelle plate 75 (fig. 9) est intercalée entre la face de travail 76 et l'élément presseur 18 et la surface radiale antérieure 78 du corps 10. Les trois. vis 28 sont alors introduites à travers les orifi ces 46 du corps 10 dans les orifices taraudés 34 de l'élément 18. L'introduction des vis implique une technique spéciale que l'on décrira ci-après en se référant à un problème qui se pose au cours de l'uti lisation du mandrin. Les vis sont alors. serrées uni formément à l'aide d'une clé afin de maintenir l'élé ment presseur et le corps assemblés de façon uni formément serrée, la rondelle étant intercalée entre eux.
Les dents de la couronne dentée 42 viennent en partie en prise avec l'un des pignons 36, et les deux autres pignons 36 sont alors mis en rotation soit dans le sens dextrorsum soit dans le sens sinistror- sum sur au moins la distance périphérique* nécessaire pour aligner les dents 38 de façon qu'elles engrè nent avec les dents de la couronne dentée 42. La couronne dentée peut alors être déplacée en position correcte dans la rainure 44 du corps 10.
Il s'est avéré avantageux de prévoir un jeu un peu plus grand qu'habituellement entre le filetage 30 des vis et les filetages 32 des orifices 34 afin de permettre les faibles variations nécessaires pour effectuer cet engrènement des pignons avec la couronne dentée. Les pièces se trouvent alors dans la position repré sentée sur la fig. 9, la face de travail 76 étant dis posée dans un plan perpendiculaire à l'axe et main tenue dans cette position tant que la face est ferme ment serrée contre la rondelle plane 75 qui s'appuie à son tour contre le plan précisément normal 78.
Toutefois, les vis 28, qui étaient soumises à exacte ment la même tension lorsque la clé a été appliquée, ont légèrement dévié de cette position au cours du processus d'engrènement des dents des roues den tées. A ce stade, on applique le couvercle 50 en tôle représenté sur les fig. 1 et 4, et le fixe à l'aide de sa vis 52.
L'élément presseur 18 est alors enlevé du sous- ensemble en faisant tourner la couronne dentée 42 et les pignons 36 pour faire avancer le bec par rap port au corps, après quoi la rondelle 75 qui avait été intercalée entre le corps et l'élément presseur est enlevée. Ledit élément est alors ramené dans sa posi tion sur le corps en prenant soin de maintenir la même position angulaire par rapport aux vis de façon à maintenir la synchronisation de roue den tée précédemment établie.
Trois blocs de caoutchouc 77 représentés sur la figure 10, sont maintenant dis posés de façon sensiblement uniforme autour de la face antérieure radiale 80 du corps pour venir en prise avec la face postérieure radiale 82 de l'élé ment presseur, après quoi les pignons 36 sont mis en rotation au moyen de la couronne dentée 42 pour faire reculer le bec par rapport au corps, et l'amener en prise ferme avec ces blocs de caoutchouc 77. Ces derniers servent de ressorts pour maintenir une tension axiale sur les vis 28, tout en permettant à l'élément presseur d'occuper une position comme déterminé par les surfaces de travail ou de pression des. filetages 30 des vis contre leurs filetages com plémentaires 32 ménagés dans les orifices 34 de l'élément 18.
Ce dernier cède aux forces de réaction exercées sur les filetages des vis, et se règle automa tiquement dans une nouvelle position dans laquelle la tension axiale exercée sur les vis 28 est ramenée à son état initial d'équilibre stable, comme celui qui existait avant l'engrènement de la roue dentée. Tou tefois, dans la nouvelle position, l'élément presseur est légèrement écarté de l'alignement axial avec le corps 10, et le plan de la face de travail 76 n'est plus perpendiculaire à l'axe du corps de façon pré cise. Le stade suivant du procédé de fabrication et du montage consiste à ramener la plaque de travail 76 dans un plan perpendiculaire.
Lorsque les pièces se trouvent dans la position de la fig. 10, on fait tourner le mandrin sur son axe, et on soumet la face de travail 76 de l'élément presseur à une opéra tion de meulage de façon appropriée, par exemple en introduisant une meule 79 montée sur un arbre 81 commandé par un moteur approprié (non repré senté). Après avoir meulé la face de travail 76 pour qu'elle se trouve dans un sens perpendiculaire à l'axe de rotation du mandrin, l'élément 18 est alors démonté à partir du corps 10, les blocs de caout chouc 77 sont enlevés, une pince de serrage 14 est introduite dans le corps, et l'élément 18 est ramené dans sa position initiale sur le corps.
La remise en place de l'élément dans la position qu'il occupait précédemment pose un problème de synchronisation difficile, non seulement pendant l'enlèvement et le montage effectués par le fabricant, mais également chaque fois qu'il est nécessaire de remplacer une pince par une autre. Ce problème est résolu en mettant correctement en relation les positions angulaires des débuts des filetages 32 for més dans les orifices 34.
Si par exemple la position angulaire du début de l'un des orifices filetés 34 n'est pas correcte ou en retard d'un angle de 901# par exemple par rapport à la position de départ correcte, il serait possible d'amener le filetage de cet orifice en prise avec le filetage de sa vis dans l'une ou l'autre des deux positions, la première étant la position dans laquelle les vis sont initialement montées, et la seconde une position dans laquelle deux des vis viennent en prise simultanément avec leurs orifices, et la troisième seulement après qu'elle a été mise en rotation sur 2700 de plus que les deux autres.
Ce dernier état incorrect gêne la pré cision du mandrin en faisant basculer le plan de la face de travail 76 à partir de sa relation perpendi culaire par rapport à l'axe de rotation, et a tendance à produire un coincement. Attendu que ces diffi cultés pourraient très facilement se produire dans un mandrin construit suivant les processus décrits ci-dessus, il pourrait se poser de sérieux problèmes dans le domaine dans lequel on utilise de tels man drins.
Un mode approprié permettant d'éviter ces pro blèmes consiste à tarauder les trois orifices 34 de l'élément presseur en utilisant une machine à tarau der pour vis-mères, de façon à commencer le filetage de chacun des orifices dans la même position angu laire par rapport à un rayon s'étendant à partir de l'axe de rotation du mandrin à travers l'axe de l'orifice respectif. De cette façon, la rotation angu laire de chaque vis 28 pour venir en prise avec le filetage 32 de son orifice respectif 34 de l'élément presseur est identique, quelle que soit la vis qui est amenée en regard de l'orifice, en empêchant ainsi un engrènement incorrect des filetages 32 formés dans l'élément 18 avec les filetages 30 des trois vis 28.
Dès que les vis ont été assemblées en relation correctement réglée de cette façon, le réglage est maintenu quels que soient la fréquence ou le manque de soin avec lesquels l'utilisateur les réassemble avec le bec.
La variante représentée sur les fig. 5 et 6 repré sente un élément press,eur formé en deux parties comprenant une bague 18a et une plaque 18b fixées ensemble au moyen de vis 84. La bague 18a est for mée de préférence en acier doux, et présente une face antérieure 86 qui est usinée pour tourner rond en utilisant des blocs de caoutchouc sensiblement com me décrit en se référant au meulage de la face 76 du bec de la fig. 4. Dans ces conditions, en supposant que les faces radiales de la plaque 18b ont été meu lées de façon à être perpendiculaires à l'axe de la plaque, lorsque la plaque est montée sur la bague 18a, la face de travail 76 se trouve dans un plan perpendiculaire à l'axe du mandrin.
Dans cette variante, on a intercalé entre chaque pignon 36 et le corps 10 une rondelle de butée 88 présentant des caractéristiques antifriction très pro noncées. On a constaté que le fait de prévoir une telle rondelle de butée augmente de façon apprécia ble la force de prise pour une valeur donnée du cou ple appliqué par la clé reçue dans chaque logement 74 des vis 28. Ces rondelles de butée sont particuliè rement avantageuses avec des mandrins de plus grande dimension, et on envisage qu'elles puissent avoir la forme de paliers ordinaires du type repré senté sur la fig. 13, de roulements à billes ou de roulements à galets.
Dans la variante représentée sur les fig. 7 et 8, l'élément presseur comprend une bague<B>18e</B> fixée à une plaque 18b au moyen de vis 84c. Dans ce cas, des manchons taraudés 90 qu'on voit en particulier sur les fig. 11 et 12, sont fixés dans la bague 18c par un adhésif ou d'une autre façon pour venir en prise avec les filetages 30 des vis 28. Les bords antérieurs de ces manchons présentent des rainures ou entailles 92 pour venir en prise avec un outil approprié (non représenté).
Pour monter le man drin représenté sur les fig. 7 et 8, le plateau 56, les pignons 36, les vis 28, et la couronne dentée 42 sont assemblés de la façon représentée sur la fig. 7, après quoi la bague 18c est appliquée de façon que sa face postérieure vienne en prise avec la face anté rieure du corps 10. Les roues dentées sont empê chées de tourner pendant que les trois écrous 90 sont avancés sur les filetages 30 des vis 28 jusqu'à ce qu'ils s'appuient, et ils sont alors serrés à la même valeur de couple, comme déterminé par un outil d'application de couple. On applique alors un ciment pour fixer de façon permanente les écrous 90 à la bague 18c.
La face antérieure de la bague<B>18e</B> est alors usinée pour la rendre perpendiculaire à l'axe du mandrin de sorte que lorsque la plaque antérieure 18d est appliquée, sa. face de travail 76 est également perpendiculaire à l'axe du mandrin pour venir en prise de façon précise avec la face antérieure de la pince à monter. Après. que le ciment a durci, l'élément presseur est enlevé du corps en faisant tourner le volant 58, après quoi la plaque 18d est fixée à la bague 18c au moyen de six vis à tête 84a. Comme représenté dans la variante des figures 7 et 8, la couronne dentée 42 peut être fixée au volant 58 au moyen d'un nombre approprié de vis 94.
Comme on le voit sur la fig. 7, la plaque 18d est munie d'orifices en regard des logements 74 venant en prise avec une clé des vis 28 pour intro duire une clé destinée à être utilisée pour bloquer l'ensemble dans sa position dans laquelle il vient en prise avec l'ouvrage. Dans les mandrins décrits le nombre de vis 28, de pignons 36, et des orifices taraudés 34, peut être augmenté de trois à un plus grand nombre, avec une diminution correspondante de leur écarte ment angulaire. Dans les grandes dimensions des mandrins, il est avantageux d'avoir recours jusqu'à huit vis et pignons, l'augmentation du nombre étant avantageuse pour parvenir à une stabilité et une efficacité plus grandes, et à un état plus ramassé de la construction, et par suite à une diminution du prix de fabrication.
Les mandrins décrits tout en permettant un degré élevé de précision, sont de construction relativement simple et peu coûteuse comportant relativement peu de pièces pouvant être facilement montées et démon tées en vue de leur entretien ou de leur remplace ment. La précision est atteinte grâce au fait que la surface de contact des mâchoires de l'élément pres seur du mandrin se trouve dans un plan précisément perpendiculaire à l'axe de rotation du mandrin. Une telle relation perpendiculaire empêche une mâchoire du mandrin de serrage d'être décalée axialement ou radialement en avant des autres, en assurant ainsi une mise en position d'une pièce ou ouvrage con centrique par rapport à l'axe de rotation du man drin.