EP0050576A1 - Outillage pour la fabrication de pièces frittées à surfaces hélicoidales - Google Patents

Outillage pour la fabrication de pièces frittées à surfaces hélicoidales Download PDF

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EP0050576A1 EP81420135A EP81420135A EP0050576A1 EP 0050576 A1 EP0050576 A1 EP 0050576A1 EP 81420135 A EP81420135 A EP 81420135A EP 81420135 A EP81420135 A EP 81420135A EP 0050576 A1 EP0050576 A1 EP 0050576A1
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    • B22F5/08—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of toothed articles, e.g. gear wheels; of cam discs
    • B22F5/085—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of toothed articles, e.g. gear wheels; of cam discs with helical contours
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    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/08—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of toothed articles, e.g. gear wheels; of cam discs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
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    • B30B11/02—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses using a ram exerting pressure on the material in a moulding space
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    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy

Definitions

  • the invention relates to a tool for producing parts with helical surfaces, made of sintered materials.
  • the punch (s) moves (s) along the helix axis while undergoing around this axis, a rotation proportional to their advance, depending on the not the propeller considered.
  • the punches are controlled in rotation as a function of their advance, positively, by two long kinematic, complex and bulky chains.
  • These include, among others, many helical pinions (F / F '), (11-12), (12-3), (27-30), (29-25), intended to impose a predetermined pitch during advance of the punch (s).
  • the Applicant's invention eliminates all of these drawbacks. It provides an elegant solution to the problem of mass production of a large number of parts (for example ⁇ 10,000), with a helical surface, with high reliability, low cost price and high productivity.
  • the punch (s) is (are) supported on the plate (s) of the press by means of hydraulic stop (s) which allow the rotation of this (s) punch (s) around their axis, which is also the axis of the helical surfaces of the parts concerned; this rotation is practically free, that is to say that it has only a negligible resistive torque.
  • the friction and wear are therefore reduced considerably, which ensures at the same time a lower energy consumption, a long service life of the device and a great precision of the relative positioning of the moving parts.
  • the punches are obviously provided at their end with helical surfaces which engage in the conjugate helical surfaces of the matrix.
  • the rotation of the punch (s) under the effect of their displacement is only ensured by guiding said helical surfaces.
  • the die (1) whose internal profile (2) is helical, is mounted in a hoop (3) integral with the press (P).
  • the matrix is closed at its lower part by the top of the punch (4), whose helical external profile (5) corresponds to that of the matrix (2).
  • the lower punch (4) is also provided with a core (6) to form the bore of the pinion.
  • the powder to be compressed (7) is placed in the annular space between the core and the matrix.
  • the lower punch is attached to the lower hydraulic stop.
  • the upper punch (4 '), similar in structure to the lower punch, is fixed to the upper hydraulic stop.
  • the cylinder (10) rests on one of the plates (21), mobile or fixed, of the press (P).
  • the upper piston (4) is, in addition, secured, by means of screws (20) of two positioning arms (14), which are supported, under the action of a small cylinder (not shown) exerting force F, on an adjustable mechanical stop (15), consisting of a screw (16) and a lock nut (17).
  • the purpose of this is to allow the upper punch (4 ') to be positioned exactly for its precise engagement in the matrix (1) when they come into contact, without any risk of deterioration.
  • the cylinder (10) is closed by a cover (18) which rests on the piston (11) by means of a ball bearing (19).
  • the punch head (8) (whose diameters are variable) is centered in the recess (22) of the piston (11) using appropriate annular spacers (9).
  • the device is used either for the compression of the powders before sintering, or for the cold calibration of the parts after sintering (in the case of ductile materials), or for both operations.
  • One of the punches in general the lower punch, is also used as an ejector at the end of the compression cycle by means of a relative (upward) movement relative to the die.
  • this device is the manufacture of simple helical pinions.
  • the device can also be used for the manufacture of parts comprising two distinct helical surfaces such as chevron gears, the axes and the helical pitches of each of the surfaces possibly being different; this requires, however, a known adaptation of the matrix (in two parts).

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Abstract

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

Description

  • L'invention concerne un outillage pour la réalisation de pièces à surfaces hélicoidales, exécutées en matériaux frittés.
  • On sait que la compression de matériaux pulvérulents dans une matrice, et le frittage ultérieur de la pièce comprimée, permettent de réaliser des objets de forme complexe, dont la fabrication était difficile, onéreuse ou même impossible par coulée, déformation à chaud ou à froid et/ou usinage.
  • La compression de telles pièces est généralement exécutée à l'aide de presses mécaniques ou hydrauliques, dans une matrice en acier trempé, ou en carbure de tungstène, à parois finement polies, par l'intermédiaire de poinçons, également polis, pénétrant dans la màtrice avec un faible jeu.
  • Dans le cas d'obtention de pièces à surfaces hélicoïdales, le (ou les) poinçon(s) se déplace(nt) suivant l'axe d'hélice tout en subissant autour de cet axe, une rotation proportionnelle à leur avance, fonction du pas de l'hélice considérée.
  • Dans les réalisations antérieures, telles que celle décrite dans le brevet français 1 416 918 et qui est relative à la compression de poudres pour obtenir des pignons hélicoïdaux, les poinçons sont commandés en rotation en fonction de leur avance, de façon positive, par deux longues chaînes cinématiques, complexes et encàmbrantes. Celles-ci comprennent, entre autres, de nombreux pignons hélicoïdaux (F/F'), (11-12), (12-3), (27-30), (29-25), destinés à imposer un pas prédéterminé lors de l'avance du (ou des) poinçon(s).
  • Ce type de dispositif présente cependant les inconvénients majeurs suivants :
    • 1°) En raison du grand nombre de pignons, de leur jeu relatif ou de leurs usures respectives, il arrive que, au bout d'un certain nombre d'opérations, le poinçon ne reprenne pas sa position géométriquement exacte devant la matrice ; il peut en résulter notamment des bris d'outillage, lors de l'opération suivante.
    • 2°) Il faut évidemment autant de jeux d'engrenages différents que de pas d'hélice à réaliser, d'où un investissement très lourd. De plus, cela implique leur montage et démontage sur la presse entre chaque série de pièces, d'où des pertes de temps et de productivité.
    • 3°) La transmission des efforts axiaux, très importants (jusqu'à plusieurs dizaines de tonnes) par l'intermédiaire de butées à bille font que celles-ci sont volumineuses et encombrantes ; malgré leurs dimensions, elles peuvent même subir des détériorations locales (écaillages) qui empêchent leur bon fonctionnement conduisant aussi à des dégradations ou ruptures d'outillages de la presse proprement dite ; da plus, en raison du nombre élevé d'organes mobiles en rotation, elles sont également très nombreuses, ce qui accroît les risques de pannes.
  • L'invention de la demanderesse permet de supprimer tous ces inconvénients. Elle apporte une solution élégante au problème de production en série d'un grand nombre de pièces ( par exemple \ 10.000), à surface hélicoïdale, avec une grande fiabilité, un faible prix de revient et une grande productivité.
  • Selon l'invention, le (ou les) poinçon(s) s'appuie(nt) sur le(s) plateau(x) de la presse par l'intermédiaire de butée(s) hydraulique(s) qui permettent la rotation de ce(s) poinçon(s) autour de leur axe, qui est aussi l'axe des surfaces hélicoïdales des pièces concernées ; cette rotation est pratiquement libre, c'est-à-dire qu'elle ne présente qu'un couple résistant négligeable. Les frottements et usures sont donc réduits de façon considérable, ce qui assure à la fois une moindre consommation énergétique, une grande longévité du dispositif et une grande précision des positionnements relatifs des pièces mobiles.
  • Les poinçons sont évidemment munis à leur extrémité de surfaces hélicoïdales qui s'engagent dans les surfaces hélicoïdales conjuguées de la matrice. La rotation du (ou des) poinçon(s) sous l'effet de leur déplacement, n'est assurée que par le guidage desdites surfaces hélicoïdales.
  • Le positionnement correct du poinçon et de la matrice, lorsque ceux- ci viennent en contact, est assuré par une butée réglable solidaire du bâti de la presse.
  • L'invention sera mieux comprise à l'aide de l'exemple suivant, relatif à la fabrication de pignons hélicoidaux dont l'axe est supposé être en position verticale.
  • Les figures représentent :
    • Figure 1 : coupe axiale schématique du dispositif,
    • Figure 2 : coupe axiale de la butée hydraulique,
    • Figure 3 : vue de dessous de la butée hydraulique (supérieure).
  • La matrice (1) dont le profil intérieur (2) est hélicoïdal, est montée dans une frette (3) solidaire de la presse (P). La matricé est fermée à sa partie inférieure par le sommet du poinçon (4), dont le profil externe hélicoïdal (5) correspond à celui de la matrice (2). Le poinçon inférieur (4) est également muni d'un noyau (6) pour former l'alésage du pignon. La poudre à comprimer (7) est placée dans l'espace annulaire entre le noyau et la matrice.
  • Le poinçon inférieur est fixé à la butée hydraulique inférieure.
  • Le poinçon supérieur (4'), de structure semblable au poinçon inférieur, est fixé à la butée hydraulique supérieure.
  • Les butées hydrauliques comprennent :
    • - un cylindre (10) fermé par un piston (11) solidaire du poinçon (4 ou 4'), lequel est muni de joints haute pression (12) connus en eux-mêmes. L'espace (13) entre le cylindre et le piston est complètement rempli par un fluide hydraulique approprié tel que de l'huile;
  • Le cylindre (10) s'appuie sur l'un des plateaux (21), mobile ou fixe, de la presse (P).
  • Le piston supérieur (4) est, en plus, solidaire, par l'intermédiaire de vis (20) de deux bras de positionnement (14), qui s'appuient, sous l'action d'un petit vérin (non représenté) exerçant la force F, sur une butée mécanique réglable (15), constituée d'une vis (16) et d'un contre-écrou (17). Célle-ci a pour but de permettre de positionner exactement le poinçon supérieur (4') pour son engagement précis dans la matrice (1) lorsqu'ils viennent en contact, sans aucun risque de détérioration.
  • Le cylindre (10) est fermé par un couvercle (18) qui s'appuie sur le piston (11) par l'intermédiaire d'une butée à billes (19).
  • La tête du poinçon (8) (dont les diamètres sont variables) est centrée dans le logement (22) du piston (11) à l'aide d'entretoises annulaires appropriées (9).
  • Au cours de la fabrication des pièces, le dispositif est utilisé soit pour la compression des poudres avant frittage, soit pour le calibrage à froid des pièces après frittage (dans le cas de matériaux ductiles), ou pour les deux opérations.
  • L'un des poinçons, en général le poinçon inférieur, est, de plus, utilisé en tant qu'éjecteur en fin de cycle de compression à l'aide d'un mouvement relatif (ascendant) par rapport à la matrice.
  • Une des utilisations principales de ce dispositif est la fabrication de pignons hélicoïdaux simples. Cependant, le dispositif est également utilisable pour la fabrication de pièces comportant deux surfaces hélicoïdales distinctes telles que des engrenages en chevron, les axes et les pas d'hélice de chacune des surfaces pouvant être différents ; ceci nécessite, cependant, une adaptation connue de la matrice (en deux parties).

Claims (6)

10) Outillage pour la fabrication de pièces à surfaces hélicoïdales (2) en matériaux frittés, caractérisé en ce que la (ou les) tête(s) (8) de poinçon(s) (4, 4') s'appuie(nt) sur le (ou les) plateau(x) de la presse (21) par l'intermédiaire d'une butée axiale hydraulique permettant leur libre rotation.
2°) Outillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la butée axiale hydraulique comprend essentiellement un cylindre (10) et un piston (11) délimitant entre eux un espace complètement rempli par un liquide (13).
3°) Outillage suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le liquide est une huile.
4°) Outillage suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les axes de déplacement des poinçons sont différents.
5°) Outillage suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les pas des surfaces hélicoïdales (2) sont différents.
6°) Outillage suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le (ou les) poinçon(s) (4) est (sont) solidaire(s) d'au moins une butée de réglage (15) de sa (leur)position angulaire initiale autour de l'axe.
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