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Fatigue
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Dislocations
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Molecule
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DES
(5)
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COTES
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diamond
(1)
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Physical
(5/ 6)
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0,15 micron
(2)
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5 mm
(1)
[15][_]
14 s
(1)
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17 N
(1)
[17][_]
de 2,5 microns
(1)
[18][_]
Gene Or Protein
(4/ 6)
[19][_]
Est-a
(3)
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SENS
(1)
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ETRE
(1)
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Fre
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[23][_]
Organism
(1/ 3)
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F SUR
(3)
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2511912A1
Family ID 2002782
Probable Assignee Fiz Tech I Akad Nauk
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title PROCEDE DE DURCISSEMENT DE SURFACES DE FORME COMPLIQUEE PAR
DEFORMATION PLASTIQUE ET PIECES TRAITEES CONFORMEMENT AUDIT PROCEDE
Abstract
_________________________________________________________________
L'INVENTION CONCERNE LE TRAVAIL DE PIECES PAR DEFORMATION PLASTIQUE.
LE PROCEDE FAISANT L'OBJET DE L'INVENTION EST CARACTERISE EN CE QU'ON
DISPOSE LES ELEMENTS DEFORMANTS E, F SUR DEUX COTES RESPECTIFS
DIAMETRALEMENT OPPOSES DE LA SPIRALE 14 ET DE MANIERE A CE QU'ILS
SOIENT MIS EN ROTATION FORCEE AU CONTACT DE LA SURFACE DU MATERIAU DE
LA SPIRALE 14, ON MET EN ROTATION LA PIECE AUTOUR DE SON PROPRE AXE
LONGITUDINAL, ON LUI COMMUNIQUE EN MEME TEMPS DES OSCILLATIONS
ULTRASONORES, ON FAIT TOURNER LES ELEMENTS DEFORMANTS E, F EN SENS
MUTUELLEMENT CONTRAIRES DE FACON A CE QU'ILS FORMENT SUR LA SURFACE DE
LA PIECE UN MICRORELIEF REGULIER SOUS FORME D'UN RESEAU DE
TRAJECTOIRES ENTRECROISEES ET, EN VARIANT LE RAPPORT DES VITESSES
ANGULAIRES DE ROTATION DES ELEMENTS DEFORMANTS E, F, ON ASSURE
L'OBTENTION DES VALEURS DESIREES DES PARAMETRES GEOMETRIQUES DUDIT
MICRORELIEF.
L'INVENTION PEUT ETRE UTILISEE NOTAMMENT POUR LE DURCISSEMENT DE
PIECES EXECUTEES SOUS FORME DE SPIRALE TRIDIMENSIONNELLE DONT LES
SPIRES SONT EXECUTEES EN UN MATERIAU DE SECTION TRANSVERSALE
SENSIBLEMENT RONDE.
Description
_________________________________________________________________
La presente invention concerne le domaine du travail de pieces par
deformation plastique et a notamment pour objet Sun procede de
durcissement superficiel de pieces de machines ayant des surfaces de
forme compliquee, en par- ticulier de pieces de forme spirale
tridimensionnelle, par exemple de ressorts helicoidaux, ainsi que les
pieces traitees conformement audit procede.
Il est avantageux d'utiliser la presente invention notamment pour le
durcissement de pieces executees sous forme de spirale
tridimensionnelle dont les spires sont executees en un materiau de
section transversale sensible- ment: ronde.
Comme on le sait, la resistance a la deterioration due a la fatigue,
qui assure un fonctionnement prolonge dans des conditions de
contraintes cycliques, est l'une des caracteristiques les plus
importantes des ressorts lors de leur utilisation Les egratignures,
traits, microrugosites, microfissures formant un microrelief a la
surface des ressorts sont des concentrateurs de contraintes qui
abaissent la resistance a la fatigue des ressorts La resistance des
pieces a la fatigue diminue considerablement lorsque les egratignures,
les traits, etccoincident avec la direction de la charge de travail En
regle generale, l'elevation de la resistance des pieces des machines a
la fatigue est obtenue par leur durcissement superficiel Il existe
differents modes de durcissement superficiel, par exemple thermique,
chimio-thermique, mecanique, thermomecanique et autres.
A l'heure actuelle, le durcissement des pieces du type ressort en
forme de spirale et dont la spire est de section ronde a durcissement
identique dans toute la sec- tion de la spire et a faible rugosite
presente de grandes difficultes On connait plusieurs procedes de
durcissement de pieces du type ressort par deformation plastique.
Dans la technique actuelle, le procede de traitement par grenaillage
trouve une large application dans le dur- cissement de pieces du type
ressort Selon ce procede, le durcissement se fait au moyen de
grenaille d'acier ou de fonte sous forme de billes auxquelles on
communique une energie cinetique et qu'on fait agir sur le ressort a
travailler. L'inconvenient de ce procede reside dans l'inegalite du
durcissement suivant la section de la spire du ressort et dans la
grande rugosite de sa surface Ceci conduit a la formation de petits
concentrateurs de contraintes diminuant la resistance du ressort a la
destruction par la fatigue.
Selon l'autre procede en usage dans la technique, le durcissement se
fait au moyen de billes libres auxquelles sont communiquees des
oscillations ultrasonores Dans ce procede, on communique des
oscillations ultrasonores aux billes disposees dans une enceinte close
Les pieces du type vis ou du type ressort sont logees dans cette meme
enceinte close et leur durcissement est effectue a l'aide de billes
auxquelles sont communiquees des oscillations ultrasonores. Toutefois,
dans le cas de pieces de forme spirale tridimensionnelle, il est
impossible d'obtenir une profon- deur identique de la couche durcie
suivant toute la surface.
En outre, il est difficile d'obtenir a l'aide de ce pro- cede la
profondeur requise de la couche durcie.
On s'est donc propose de mettre au point un procede simple et fiable
et un dispositif pour le durcissement de ressorts a spires de section
transversale ronde, qui assu- reraient, grace a une disposition
appropriee d'elements deformants sur la piece a durcir et a la
communication d'oscillations ultrasonores a la piece, la profondeur
desiree de la couche superficielle durcie.
Le probleme ainsi pose est resolu a l'aide d'un pro- cede de
durcissement de surfaces de pieces de forme compliquee, notamment sous
forme de spirale tridimensionnelle, fabriquees en un materiau dont la
section transversale est sensible- ment ronde, par deformation
plastique a l'aide d'elements deformants deplaces suivant la surface
de la piece,caracterise, selon l'invention, en ce qu'on place les
elements deformants sur deux cotes respectifs diametralement opposes
de la spirale de maniere qu'ils puissent tourner au contact de la
surface du materiau de la spirale, on met la piece en rotation autour
de son axe longitudinal en communiquant simultanement a celle-ci des
oscillations ultrasonores, on fait tourner les elements deformants en
sens contraireede maniere qu'ils forment sur la surface de la piece un
micro- relief regulier sous forme d'un reseau de trajectoires entre-
croisees et, en faisant varier le rapport entre les vitesses
angulaires de rotation des elements deformants, on assure l'obtention
des valeurs desirees des parametres geometriques du microrelief.
Trois types d'oscillations: oscillations longitudi- nales,
oscillations de flexion et oscillations de torsion, sont engendrees
dans le ressort par suite de sa forme compliquee helicoldale Du fait
que la longueur d'onde de chaque type d'oscillations ultrasonores est
differente, tous les points du ressort subissent des oscillations
compliquees, autrement dit, l'amplitude totale en chaque point est
approximativement identique En consequence, il est possible
d'effectuer le durcissement en appliquant de faibles charges statiques
a l'element deformant Ceci con- tribue a une rotation stable des
elements deformants et a l'obtention, par consequent, d'une profondeur
identique de la couche durcie.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, details et avantages
de celle-ci apparaitront mieux a la lumiere de la description
explicative qui va suivre de differents modes de realisation donnes
uniquement a titre d'exemples non limitatifs avec references aux
dessins non limitatifs annexes dans lesquels la figure 1 represente un
schema de principe de mise en oeuvre du procede de durcissement de
surfaces de forme compliquee par deformation plastique; la figure 2
est une vue en coupe suivant II-II de la figure 1; la figure 3 est une
vue en coupe suivant III-III de la figure 1; la figure 4 montre les
trajectoires d'intersection des traces des elements deformants sur la
surface defor- mee de la piece en cas d'egalite des vitesses
angulaires de rotation des elements deformants; et la figure 5
represente les trajectoires d'intersec- tion des traces des elements
deformants sur la surface deformee de la piece en cas d'inegalite des
vitesses an- gulaires de la rotation des elements deformants.
Les figures 1, 2 representent le dispositif et les figures 2, 3
representent un schema de principe de mise en oeuvre du procede de
durcissement de surfaces de forme compliquee par deformation plastique
de pieces, notamment sous forme de spirale tridimensionnelle de
section sensible- ment ronde Le dispositif de durcissement comporte
deux moteurs electriques 1 et 2 (figure 1) a-reglage non etage de la
vitesse de rotation, montes sur des chariots 3 Des poulies 4 et,5 sont
emmanchees sur les arbres des moteurs electriques 1 et 2 et
transmettent la rotation par l'inter- mediaire de transmissions par
courroies 6 et 7 aux elements deformants E, F disposes dans des chapes
8 et 9 Les ele- ments deformants E, F sont de construction identique
Ils comportent des joints en antifriction 10, des billes 11 (figure
2), des cages 12 et des bagues de charge 13 Un ressort 14 fixe a une
extremite d'un guide 15 (figure 3) est engage a travers les elements
deformants E, F L'autre extremite du guide d'ondes 15 est solidaire
d'une source d'oscillations ultrasonores 16.
Le procede de durcissement de surfaces de forme com- pliquee par
deformation plastique consiste en ce qui suit.
Un ressort 14 est fixe a une extremite du guide d'ondes (figure 3)
L'un des elements deformants, par exemple l'element E, est place sur
le ressort 14 avec un certain ajustage serre dont la valeur constitue
la difference entre le diametre de la section transversale de la spire
du ressort 14 et le diametre de travail de l'element deformant E. La
mise en place des elements deformants E, F sur le ressort 14 se fait
successivement On procede d'abord a l'assemblage de l'un des elements
deformants, par exemple E, c'est-a-dire qu'on place les billes 11
(figure 2) dans la cage 12 et on les introduit dans la bague de charge
13. Les plaques en antifriction 10 (figure 1) sont placees sur les
surfaces laterales de la bague de charge 13 On engage l'element
deformant E ainsi assemble sur le res- sort 14, puis on place
l'element deformant E autour de la chape 8 des deux cotes de celle-ci
On place la courroie d'entrainement 6 sur la bague de charge 13 Ceci
fait, on communique au ressort 14 des oscillations ultrasonores a
partir de la source 16 par l'intermediaire du guide d'ondes
,ainsi qu'un mouvement rotatif autour de l'axe longitu- dinal du
ressort avec une frequence n En meme temps, l'element deformant E est
mis en mouvement rotatif autour de la section de la spire du ressort
avec une frequence N 1
(figure 2) a l'aide du moteur electrique 2 par l'inter- mediaire de la
poulie 4 et de la courroie d'entrainement 6 Une fois traitee une
moitie de la spire du ressort 14 (figure 1), on interrompt le
mouvement rotatif du ressort 14, on met hors circuit le moteur
electrique 2 et la source d'oscillations ultrasonores 16 (figure 3)
Ensuite, on assemble le deuxieme element deformant F de l'autre cote
du ressort Son assemblage s'effectue de la meme maniere que pour
l'element deformant E monte precedemment.
Ceci fait, on communique au ressort 14 des oscilla- tions ultrasonores
et un mouvement rotatif autour de son axe longitudinal a partir de la
source 16 par l'inter- mediaire du guide d'ondes 15 Les moteurs
electriques 1, 2 communiquent un mouvement rotatif aux elements
deformants E, F, et par consequent, aux billes 11 montees sur des
cotes respectifs diametralement opposes du ressort 14, par
l'intermediaire des poulies 4,5 et des transmissions par courroie 6 et
7 dans des sens opposes et a des fre- quences ni et N 2
respectivement.
A chaque tour du ressort 14, chaque element deformant E ou F se
deplace par rapport au ressort 14 suivant la peripherie d'une spire
d'une longueur L = rllD, o D est le diametre du ressort, IT'= 3,14 Si
on designe par So l'avance admissibleassurant le microrelief regulier
requis, de l'element deformant (par exemple de l'element E) a chaque
tour de celui-ci autour de son axe, la valeur
L/50 caracterise le nombre de tours N 1 de l'element defor- mant par
tour du ressort Donc, la frequence N 1 est d'au- tant de fois
superieur a la frequence de rotation N du ressort.
Les elements deformants E, F, par l'intermediaire des billes 11,
forment sur la surface du ressort 14 un microrelief regulier sous
forme de trajectoires s'entre- croisant en formant un reseau et, en
changeant le rapport entre les vitesses angulaires de rotation des
elements deformants E,F, on obtient les valeurs desirees des para-
metres geometriques du microrelief.
Pendant un tour du ressort 14 autour de son axe, on deplace les
chariots 3 portant les elements deformants E, F suivant l'axe du
ressort et sur une distance egale au pas t du ressort 14 (figure 3) Si
la rigidite du ressort
14 est suffisante (diametres du fil du ressort supe- rieurs a 5 mm),
on n'a pas besoin d'effectuer un deplace- ment force des chariots 3
(figure 1) Si l'on monte les chariots 3 sur les guidages du dispositif
avec possibilite de se deplacer librement le long de l'axe du ressort
14, une composante de l'effort orientee le long de son axe est
engendree pendant la rotation du ressort 14 autour de son axe Sous
l'action de cet effort, les chariots se deplacent suivant l'axe du
ressort 14 et effectuent son usinage suivant sa longueur.
Par suite de la forme compliquee du ressort 14 (figures 2, 3),des
oscillations complexes de trois types: longitudinales A, de torsion B
et de flexion C, se forment (figure 3) quand la source d'oscillations
ultra- sonores 16 est mise en action Etant donne que la lon- gueur
d'onde de chaque type d'oscillations est differente, tous les points
du ressort 14 sont soumis a des oscillations ultrasonores complexes,
autrement dit, l'amplitude des oscillations en chaque point est
approximativement identi- que La presence d'oscillations ultrasonores
en chaque point du ressort 14 augmente la plasticite du materiau et
l'activation du mouvement de dislocations, ce qui diminue l'effort de
deformation et les forces de frotte- ment Les oscillations
ultrasonores communiquees au ressort 14 (figure 2) sont transmises aux
billes 11, et grace au fait que celles-ci sont sollicitees par la
bague 13, cette bague assure, en plus des oscillations de basse
frequence des billes 11 Il se produit alors une modulation en ampli-
tude des oscillations de basse frequence des billes 11 par les
oscillations ultrasonores, ce qui permet d'obtenir une plus grande
profondeur de la couche durcie avec des efforts de deformation et des
forces de frottement moindres Ce phenomene intensifie le processus et
n'etait pas applique jusqu'ici dans la technique.
L'absence d'oscillations ultrasonores augmente la resistance de la
matiere a la deformation plastique et a la force de frottement, ce qui
conduit a un glissement des courroies d'entrainement sur les bagues de
charge 13, et le processus d'usinage du ressort 14 s'interrompt C'est
grace au fait que le ressort 14 est soumis a l'action des oscillations
ultrasonores qu'on a obtenu la possibilite d'assurer l'usinage de tout
le perimetre de la section de la spire du ressort 14 par les elements
deformants E, F avec des contraintes de compression regulieres et avec
une rugosite de surface egale a 0,15 micron.
En reglant la vitesse de rotation des elements defor- mants E, F,
l'effort de charge des elements deformants E,
F, c'est-a-dire des billes 11 au moyen des bagues inter- changeables
13 (figure 2) et l'intensite des oscillations ultrasonores 14, on
obtient un microrelief regulier avec le degre necessaire de
durcissement et la profondeur desireede la couche durcie sur les
surfaces usinees de pieces du type ressort ou analoguejet on obtient
en meme temps des contraintes de compression optimalessuivant tout le
contour de la section de la spire du ressort a durcir, ce qui eleve la
resistance cyclique des ressorts.
En outre, en communiquant au ressort 14 des oscilla- tions
ultrasonores il est p 'ossible, pendant l'usinage, de deceler dans le
ressort la presence de microfissures qui sont impossibles a deceler
visuellement.
L'avantage important du procede revendique reside dans le fait qu'on
communique aux elements deformants E, F des rotations en sens
contraires Ainsi, un element defor- mant (par exemple, E) roule sur la
spirale droite, et le deuxieme, par exemple F, sur la spirale gauche
En consequence, un reseau de traces se forme sur la surface usinee
d'une maniere analogue a une surface ayant subi une superfinition ou
une rectification Les figures 4 et 5 montrent un element de
l'intersection des trajectoires des deux billes Comme dans le cas du
moletage vibrant, il se forme sur la surface usinee un microreflief
regulier qui contribue a l'amelioration des proprietes d'utilisation
de la surface usinee, en particulier de sa resistance a la fatigue. Il
convient de noter que le procede revendique offre de vastes
possibilites en ce qui concerne la regulation des parametres
geometriques du microrelief La figure 4 illustre le caractere de
l'intersection des traces sur la surface usinee a des vitesses
angulaires egales de rota- tion des elements deformants E, F (n 1 = N
2 ete 61 =oc 2) La figure 5 represente des traces d'un autre caractere
resul- tant de vitesses inegales de rotation N 17 N 2 (X 1 7
c'est-a-dire en cas d'inegalite des angles d'inclinaison des spirales,
ce qui provoque un changement du caractere du reseau forme Il est
possible d'effectuer l'usinage a une vitesse de rotation variable des
elements deformants En modifiant les vitesses angulaires de rotation N
1 et N 2 des elements deformants E, F, ainsi que la vitesse de
rotation n du ressort 14, on choisit un regime d'usinage qui assure
les caracteristiques desirees d'utilisation des surfaces usinees. La
presence d'elements deformants E, F sur deux cotes opposes du ressort
14 est necessaire pour assurer l'equilibre mutuel des efforts radiaux
engendres par les commandes, ce qui est surtout important en cas
d'usinage de ressorts peu rigides. Pour le durcissement de pieces de
haute durete, il est possible d'utiliser dans les elements deformants
des embouts en diamond au lieu des billes 11.
Il est evident que pour l'usinage de surfacesde grande longueur il est
possible d'utiliser plusieurs elements deformants E, F, ce qui permet
d'elever le rendement du pro_,ede. Le procede revendique de
durcissement de la surface de pieces sous forme de spirale
tridimensionnelle, fabriquees en un materiau de section sensiblement
ronde par defor- mation plastique, permet: 1 d'obtenir un microrelief
sur la surface de la piece, ce qui eleve sa resistance a la fatigue; 2
d'obtenir une profondeur identique de la couche de durcissement
suivant la section et la longueur de la piece usinee; 3 d'assurer une
reduction de la rugosite des pieces (de 2,5 microns a 0,15 micron) 4
d'elever la resistance des pieces a la fatigue de
1,5 a 2 fois.
Claims
_________________________________________________________________
1.Procede de durcissement de la surface de pieces deforme compliquee 3
notamment sous forme de spire tridimension-nelle constitue d'un
materiau de section sensiblement ronde, par deformation plastique a
l'aide d'elements deformants se deplacant suivant la surface de la
piece, caracterise en ce qu'on dispose les elements deformants(E, F)
sur deux cotes respectifs diametralement opposes de la spirale (14) et
de maniere a ce qu'ils soient mis en rotation forcee au contactde la
surface du materiau de la spirale (14), on met en rota-tion la piece
autour de son propre axe longitudinal, on lui communique en meme temps
des oscillations ultrasonores, onfait tourner les elements deformants
(E, F) en sens mutuelle-ment contraires de facon a ce qu'ils forment
sur la surface de la piece un microrelief regulier sous forme d'un
reseau de trajectoires entrecroisees et, en variant le rapport des
vitesses angulaires de rotation des elements deformants(E, F), on
assure l'obtention des valeurs desirees des para-metres geometriques
dudit microrelief.2 Pieces de forme compliquee, notamment en spirale,
caracterisees en ce qu'elles sont traitees conformement auprocede
faisant l'objet de la revendication 1.
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