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CA 02742491 2011-05-03
WO 2010/052407 PCT/FR2009/052054
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Procédé et installation de fabrication d'un ressort
L'invention concerne la fabrication de ressorts spirale, en particulier
de ressort spiral de compression.
Ainsi qu'on le sait, les ressorts spiraux sont généralement fabriqués
à partir d'un fil sensiblement rectiligne, circulant suivant un trajet
linéaire (en
pratique entre des galets d'entraînement) jusqu'à des doigts recourbeurs qui
lui
imposent une courbure correspondant au diamètre du ressort à réaliser. Il se
forme ainsi des spires, lesquelles sont jointives sauf si un outil en biseau
est
interposé pour provoquer un écartement entre les spires en cours de formation
(puisqu'un tel outil définit le pas du ressort, il est parfois appelé outil
de
pas ). Après que le ressort ainsi formé a atteint la longueur voulue, on
provoque la coupe du fil ; on récupère le ressort ainsi formé et un nouveau
cycle de fabrication est déclenché.
Il faut préciser que, de manière classique, l'interposition d'un outil en
biseau pour provoquer un écartement non nul entre les spires adjacentes se
fait
selon un mouvement alternatif de va-et-vient transversalement au trajet du
fil.
Un tel mouvement alternatif est notamment dû au fait que, en pratique, les
ressorts dont les spires ne sont pas jointives, en particulier les ressorts de
compression, ont néanmoins, auprès de leurs extrémités, des spires terminales
qui sont jointives de manière à fournir une zone d'appui sensiblement
transversale ; il y a donc, lors de la fabrication d'un tel ressort, des
moments où
l'outil de pas doit être amené entre les spires et des moments où cet outil
doit
être reculé.
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Quant à la coupe du fil à la fin de la formation de chaque ressort, elle
est elle aussi généralement provoquée par un outil de coupe animé d'un
mouvement alternatif de va-et-vient ; en fait, il a aussi été proposé, pour
l'outil
de coupe, un mouvement combinant un mouvement transversal au fil et un
mouvement tangentiel à celui-ci, de sorte que l'outil suit un mouvement en
boucle, tout en conservant sensiblement une orientation donnée.
Ainsi, les machines existantes mettent en oeuvre, à la fois des
mouvements circulaires et des mouvements de translation (linéaires), et le
cycle de formage d'un ressort impose en pratique un arrêt ou au moins un
ralentissement important de la vitesse d'amenée du fil au moment de la coupe.
En ce qui concerne les mouvements linéaires, ceux-ci sont des
mouvements circulaires transformés en mouvements linéaires par un système
de cames, de tringlerie et de renvois complexe, pour assurer, de manière
coordonnée, les mouvements des outils de pas et de coupe, ce qui induit de
l'usure et des vibrations.
De telles vibrations, ainsi que les arrêts systématiques au moment
des opérations de coupe limitent considérablement la vitesse de la machine,
diminuent la qualité de la production et provoquent un fort coût de
maintenance
avec des temps d'intervention importants, d'où une productivité faible.
L'invention a pour objet de permettre la commande du pas d'un
ressort à spirale par un outil dont le changement de configuration par rapport
au
ressort en cours de formation se fasse sans arrêt de l'amenée du fil à ressort
et
sans vibrations substantielles.
Un autre objet de l'invention est de permettre la coupe d'un fil à
ressort à la fin de chaque cycle de formation d'un ressort sans avoir à
arrêter
l'amenée du fil à ressort et sans générer de vibrations.
On comprend que les deux aspects précités peuvent être considérés
comme indépendants, bien que, de manière avantageuse, ils puissent intervenir
en synergie.
L'invention propose à cet effet un procédé de fabrication d'un ressort
ayant un pas variable, selon lequel on courbe un fil à ressort à l'aide de
doigts
recourbeurs en sorte de lui donner une configuration en spirale, on génère un
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écartement de spire en interposant entre des spires en cours de formation la
tranche en biseau d'un outil de pas comportant un disque rotatif dont la
rotation est
synchronisée avec l'amenée de ce fil à ressort, ce disque ayant un profil en
biseau
qui est variable le long de la périphérie de ce disque, et on coupe le fil à
ressort à
la fin de la formation de chaque ressort.
Selon un mode de réalisation, l'invention a pour objet un procédé de
fabrication d'un ressort ayant un pas variable, selon lequel :
on amène un fil à ressort à une vitesse d'amenée en fil à ressort vers un
disque rotatif séparateur et des doigts recourbeurs, le disque rotatif
séparateur
ayant un profil en biseau qui est variable le long de la périphérie de ce
disque
rotatif séparateur,
on synchronise la rotation de ce disque rotatif séparateur avec le
mouvement du fil à la vitesse d'amenée en fil à ressort,
on courbe le fil à ressort à l'aide des doigts recourbeurs en sorte de lui
donner une configuration en spirale,
on interpose entre des spires en cours de formation la tranche en biseau
du disque rotatif séparateur de sorte que, en conséquence i) du profil
variable de
la tranche en biseau et ii) d'une position angulaire instantanée du disque
rotatif
séparateur, la tranche en biseau génère un écartement variable entre les
spires du
ressort, et
on coupe le fil à ressort à la fin de la formation de chaque ressort.
De manière préférée, l'on interpose cette tranche entre une partie
seulement des spires d'un ressort, de telle sorte que ce ressort comporte des
spires jointives et des spires ayant un pas variable non nul.
De manière également préférée, le disque est entraîné avec une vitesse
de rotation telle que la formation d'un ressort correspond à un tour de ce
disque.
De manière avantageuse, l'on coupe le fil à ressort au moyen d'un outil
de coupe entraîné en rotation en synchronisme avec le disque séparateur. De
préférence, la rotation de l'outil de coupe a la même vitesse que le disque
séparateur.
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De manière avantageuse, le disque séparateur a une vitesse de rotation
qui est constante.
Il faut noter que le fait que ce disque séparateur ait une rotation qui est
synchronisée avec l'amenée du fil à ressort n'implique en soi que cette
rotation est
constante, ni celle de l'outil de coupe ; en effet, la vitesse de rotation de
cet outil de
coupe et celle du disque séparateur peuvent être variables, voire s'arrêter et
redémarrer indépendamment, dès lors que la synchronisation de ces vitesses
entre elles et avec l'amenée du fil à ressort permettent que la coupe se fasse
au
bon endroit.
L'invention propose également, pour la mise en oeuvre de l'invention,
une installation de fabrication d'un ressort, comportant des éléments d'amenée
d'un fil à ressort, des doigts recourbeurs pour déformer ce fil en une spirale
ayant
un diamètre prédéterminé, un séparateur adapté à être interposé entre des
spires
en cours de formation pour générer un écartement entre celles-ci et un outil
de
coupe, caractérisé en ce que le séparateur est un disque rotatif dont la
rotation est
synchronisée avec la vitesse d'amenée du fil à ressort et dont la tranche a un
profil
en biseau qui est variable le long de la périphérie de ce disque, ce disque
étant
disposé en sorte de faire circuler cette tranche périphérique entre des spires
en
cours de formation par cette tranche.
Selon un mode de réalisation, l'invention a pour objet une installation de
de fabrication d'un ressort, comprenant :
des éléments d'amenée d'un fil à ressort,
des doigts recourbeurs pour déformer ce fil en une spirale ayant un
diamètre prédéterminé,
un outil de pas comprenant une tranche en biseau, la tranche en biseau
s'interposant entre des spires en cours de formation pour générer un
écartement
entre celles-ci, et
un outil de coupe,
dans lequel l'outil de pas est un disque rotatif séparateur dont la rotation
est synchronisée avec la vitesse d'amenée du fil à ressort et dont la tranche
en
biseau a un profil variable le long de la périphérie du disque rotatif
séparateur, et le
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disque rotatif séparateur, en cours de formation des spires par la
tranche en biseau, fait circuler la tranche en biseau entre les spires.
Selon un mode de réalisation, l'invention a pour objet une installation de
fabrication d'un ressort, comprenant :
des éléments d'amenée d'un fil à ressort qui amènent le fil à ressort à
une vitesse d'amenée du fil à ressort,
des doigts recourbeurs qui déforment ce fil amené par les éléments
d'amenée de fil à ressort en une spirale ayant un diamètre prédéterminé,
un disque rotatif séparateur situé entre les éléments d'amenée de fil à
ressort et les doigts recourbeurs, et
un outil de coupe qui coupe le fil à ressort,
dans lequel le disque rotatif séparateur a une rotation qui est
synchronisée avec la vitesse d'amenée du fil à ressort, et une tranche
périphérique disposée entre des spires du ressort en cours de formation des
spires, cette tranche périphérique ayant un profil en biseau variable le long
d'une
périphérie de ce disque rotatif séparateur, et
dans lequel le profil en biseau variable de la tranche périphérique et une
position angulaire instantanée du disque rotatif séparateur génèrent un
écartement
variable entre des spires du ressort au cours de la formation de ces spires.
Selon un mode de réalisation, l'invention a pour objet une installation
pour la fabrication d'un ressort à pas variable, comprenant :
des galets d'entraînement qui amènent le fil à ressort à une vitesse
d'amenée de fil à ressort,
des doigts recourbeurs qui déforment le fil à ressort en une spirale ayant
un diamètre,
un mandrin disposé auprès des extrémités des doigts recourbeurs, tels
que les doigts recourbeurs et le mandrin donnent une courbure au fil à ressort
lorsque ce fil est amené par les galets d'entraînement de telle sorte que le
fil à
ressort forme une spirale continue,
une barre disposée auprès du mandrin,
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une pièce de guidage située sous la barre et formée d'un disque rotatif
séparateur ayant une rotation synchronisée avec la vitesse d'amenée du fil à
ressort, le disque rotatif séparateur ayant i) une première portion
périphérique
ayant une tranche en biseau le long de la barre et une tranche du mandrin et
ii)
une seconde portion périphérique avec un méplat située sur une partie d'une
périphérie du disque rotatif séparateur avec un rayon réduit, la tranche en
biseau
ayant une pente qui varie le long de la périphérie depuis une première valeur
minimale près d'un premier bord du méplat, puis à une valeur qui détermine un
écartement des spires puis qui se réduit à une seconde valeur minimale près
d'un
second bord du méplat,
dans lequel la barre et la pièce de guidage amènent le fil à ressort
depuis les galets d'entraînement vers le mandrin et les doigts recourbeurs, le
disque rotatif séparateur étant disposé entre les spires de spirale, générant
ainsi
l'écartement entre les spires, ce disque rotatif séparateur étant situé par
rapport
aux doigts recourbeurs et le mandrin de telle sorte que la tranche en biseau
passe
le long d'une spire en cours de formation pour provoquer une inclinaison de
cette
spire par rapport au mandrin et générant ainsi un écartement entre des spires
successives, la pente de la tranche en biseau variant le long de la périphérie
du
disque en sorte de faire varier le pas du ressort au cours de sa formation ;
et
un outil de coupe monté en sorte de couper le fil à ressort
transversalement à une longueur de fil à ressort.
De manière avantageuse, le disque a une portion périphérique de
diamètre constant et une portion complémentaire en forme de méplat, cette
portion
complémentaire étant adaptée à rester à l'écart de spires en cours de
formation.
De manière également avantageuse, la pente du biseau de la tranche
du disque augmente le long de la périphérie du disque depuis un bord de la
portion en méplat jusqu'à un maximum puis diminue jusqu'à un autre bord de la
portion en méplat.
De manière avantageuse, l'outil de coupe est monté rotatif, en
synchronisme avec le disque séparateur en sorte d'effectuer une coupe du fil à
ressort transversalement à sa longueur. De manière préférée, l'outil de coupe
est
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porté par un disque parallèle au disque séparateur. De manière également
préférée, l'outil de coupe est monté en sorte de longer le disque séparateur
entre
des opérations de coupe.
De manière avantageuse, cette installation comporte un doigt venant en
appui contre des spires entre lesquelles la tranche du disque séparateur est
interposée.
On appréciera qu'ainsi l'invention conduise à la suppression de l'arrêt de
l'amenée de fil à ressort rendu nécessaire par les mouvements alternatifs
linéaires
des solutions connues.
Des objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la
description qui suit, donnée à titre illustratif non limitatif en référence
aux dessins
annexés sur lesquels :
la figure 1 est une vue partielle en élévation du coeur d'une
installation de fabrication de ressorts de compression conforme à
l'invention,
la figure 2 en est une vue de dessus,
la figure 3 en est une vue en coupe transversale selon la
ligne-III-III de la figure 1,
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- la figure 4 est une vue agrandie du détail IV de la figure 3,
- la figure 5 est une vue agrandie du détail V de la figure 2,
- la figure 6 est une vue partielle en élévation du coeur d'une
variante d'installation de fabrication de fabrication de ressorts
5 de compression,
- la figure 7 en est une vue de dessus,
- la figure 8 est une vue en coupe transversale selon la ligne
VIII-VIII de la figure 6,
- la figure 9 est une vue de détail montrant le fil en ressort en
train d'être coupé par l'outil de coupe,
- la figure 10 est une vue de détail du ressort en train d'être
coupé,
- la figure 11 est une vue en coupe du disque portant l'outil de
coupe,
- la figure 12 est une vue de l'installation de la figure 6 peu
après l'opération de coupe, et
- la figure 13 est une vue de cette installation de la figure 6 dans
laquelle l'outil de coupe longe le disque séparateur rotatif.
Les figures 1 et 2 représentent, de manière schématique, le coeur
d'une installation de fabrication de ressorts de compression.
Ces ressorts sont formés à partir d'un fil à ressort et comportent des
spires qui sont jointives aux extrémités, tout en ayant un écartement non nul
entre ces extrémités.
Le fil à ressort est classiquement disponible en bobines ; une telle
bobine déroulée, par des éléments connus en soi non représentés, et le fil à
ressort 1 est amené, suivant une trajectoire rectiligne ici horizontale, par
des
galets d'entraînement 1A. Ce fil est ensuite guidé par une barre repérée 7 et
une pièce 2, jusqu'à proximité de doigts recourbeurs 5 et 6, ici au nombre de
deux, adaptés à donner une courbure constante au fil à ressort au fur et à
mesure de son défilement ; ce fil forme ainsi une spirale continue, dont les
spires sont normalement jointives.
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Cette conformation du fil par les doigts recourbeurs est facilitée par
la présence d'un mandrin 4 dont la section a avantageusement la forme d'une
demi-lune.
Dans l'exemple représenté, la conformation du fil à ressort est faite
vers le bas.
Un disque séparateur rotatif, ici confondu avec la pièce 2 de guidage,
présente une tranche en biseau qui longe la barre 7 et la tranche du mandrin
4.
Sur une partie de sa périphérie, ce disque séparateur rotatif 2
comporte une réduction de rayon, qui forme un méplat 2A.
Ce disque est positionné par rapport aux doigts recourbeurs 5 et 6 et
au mandrin de manière à ce que sa périphérie en biseau puisse longer une
spire en cours de formation en sorte de provoquer son inclinaison à l'opposé
du
mandrin, provoquant ainsi l'apparition d'un espacement entre les spires
successives.
La pente de ce biseau est avantageusement variable le long de la
périphérie, depuis une valeur minimale auprès d'un bord du méplat 2A, jusqu'à
une valeur constante définissant l'espacement prévu pour les spires, puis
diminuant jusqu'à une autre valeur minimale auprès de l'autre bord du méplat
2A. Cette variation de pente fait ainsi varier le pas du ressort en cours de
formation.
En pratique, le disque séparateur 2 est synchronisé avec la rotation
des galets 1A, de manière à ce qu'un tour du disque corresponde à la formation
d'un ressort 9; le début d'un tel ressort correspond au passage du méplat en
regard des doigts recourbeurs, ce qui correspond à une absence de séparation
des spires ; le passage d'un bord du méplat devant la tranche du mandrin
provoque ensuite un écartement progressif entre les spires, jusqu'à un
maximum correspondant à la pente maximale de la périphérie du disque ;
lorsque l'autre bord du méplat approche de la tranche du mandrin 4 et que la
pente du disque diminue localement, l'écartement entre spires diminue jusqu'à
zéro au moment où le méplat vient en regard de la tranche du mandrin. Par
coupe du fil on obtient alors un ressort qui se détache et qui peut être
récupéré
par tout moyen connu approprié.
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On comprend que la synchronisation entre les divers mouvements
n'implique que les vitesses sont constantes ; la vitesse de l'outil de coupe
et
celle du disque rotatif peuvent être variables, voire s'arrêter et redémarrer
indépendamment ; mais au moment de la coupe, l'outil de coupe 3 et un méplat
2A du disque rotatif 2 sont en regard pour permettre cette coupe.
On comprend que, puisque l'outil séparateur déterminant le pas
variable (entre zéro et une valeur maximale) du ressort est un élément
rotatif, il
y a beaucoup moins de vibrations qu'avec un séparateur à mouvement
alternatif linéaire et la fabrication peut se faire à une vitesse sensiblement
plus
élevée qu'avec un tel séparateur à mouvement alternatif linéaire.
Dans l'exemple représenté, le disque séparateur rotatif a un sens de
rotation qui est identique à celui dans lequel les doigts recourbeurs courbent
le
fil à ressort au fur et à mesure de son arrivée, mais on comprend aisément
qu'une rotation en sens inverse est également possible.
Il peut être noté que les figures correspondent à des ressorts
enroulés à gauche ; il est à la portée de l'homme de métier d'adapter les
enseignements précités en vue de la production de ressorts à droite (en
faisant
que le ressort s'enroule vers le haut, le doigt 5 se plaçant en bas, le
couteau en
haut ; cela correspond à une simple inversion des figures).
Le sens de rotation du disque rotatif peut être horaire ou anti-horaire.
La coupe du fil à ressort à la fin de la formation d'un ressort est
avantageusement réalisée par un outil rotatif, ici formé d'un couteau disposé
suivant un diamètre d'un disque rotatif 3A. Son fonctionnement sera détaillé
plus loin. Le fait que l'outil de coupe est solidaire d'un disque a notamment
pour
avantage que ce disque constitue un volant d'inertie participant à
l'efficacité de
la coupe.
Les figures 6 et 7 représentent une installation similaire à celle des
figures 1 et 2, à ceci près qu'un troisième doigt, noté 8, a été ajouté. Ce
doigt 8
exerce une poussée sur le corps du ressort lors de son formage, ce qui
contribue à regonfler le diamètre des spires qui sont espacées. En effet, le
formage du pas non nul des spires médianes du ressort peut induire un défaut
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de rétrécissement du diamètre de ces spires ; la présence de ce troisième
doigt
permet de réduire cet effet (voir la figure 10).
La rotation de l'outil de coupe 3 est synchronisée avec la rotation du
disque séparateur 2 de manière à assurer une coupe du fil à ressort en regard
de chaque méplat du disque séparateur ; puisque le disque séparateur a un
seul méplat, il en découle que les deux disques tournent à la même vitesse (la
formation d'un ressort correspond à un tour du disque séparateur et à un tour
de l'outil de coupe).
La coupe effectuée par l'outil de coupe a lieu sur l'extrémité du
mandrin 4 (voir les figures 9 et 10).
Aux figures 6 et 7, l'outil de coupe est en train d'effectuer la coupe du
fil à la fin de la formation d'un ressort ; on peut noter qu'ainsi la coupe
est
effectuée transversalement à la longueur de l'outil et non pas dans le
prolongement de celui-ci ; bien entendu, l'extrémité de l'outil de coupe peut
être
recourbée en sorte de faciliter cet effet de coupe.
L'outil de coupe est dimensionné et localisé en sorte de pouvoir
longer le disque séparateur sans le gêner. On observe ainsi que, à la figure
12,
la pointe de l'outil de coupe est masquée par le disque séparateur bien que
celui présente son méplat en regard de cet outil ; quant la figure 13, elle
représente une configuration où la pointe de l'outil de coupe est disposée
pratiquement suivant un rayon du disque séparateur, en passant sous la barre
7.
Puisqu'aussi bien les galets que le disque séparateur et l'outil de
coupe ont des mouvements rotatifs continus, la structure générale de
l'installation est simplifiée puisqu'il n'est plus nécessaire de prévoir des
conversions de mouvement ou des tringleries : cela contribue à renforcer la
robustesse de l'installation, tout en permettant des vitesses constantes de
fonctionnement, d'où des performances élevées.
Par rapport à l'état de la technique, on appréciera que la suppression
de l'arrêt lié au mouvement du séparateur et/ou de l'outil de coupe, ainsi que
celle des mouvements linéaires alternés pour aboutir à une cinétique
circulaire
continue (et en pratique constante) contribue aussi à supprimer une bonne
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partie des vibrations et usures. Cela permet une réduction pouvant atteindre
90% du temps d'intervention et des frais de maintenance, ainsi qu'une
augmentation de vitesse de production (pouvant être multipliée par un facteur
de l'ordre de 4 à 6 en comparaison avec les machines connues).
Une partie importante des avantages précités est conservée lorsque,
comme indiqué ci-dessus, la rotation du disque rotatif et de l'outil de coupe
sont
variables, pouvant s'arrêter et redémarrer, puisqu'il n'y a pas d'inversion de
sens de mouvement comme dans les solutions connues.
Le fait que le disque séparateur soit aussi un élément de guidage du
fil à ressort est aussi en soi une simplification.
Il est à la portée de l'homme de métier de définir le profil évolutif de
la périphérie du disque séparateur en fonction de l'évolution souhaitée pour
le
pas des ressorts formés.
On comprend en outre qu'il est à la portée de l'homme de métier
d'optimiser le profil du méplat, en fonction de l'évolution souhaitée pour le
pas
du ressort concerné.
Il a été mentionné que l'invention s'applique notamment à la
fabrication de ressorts de compression, car ils comportent à la fois des
spires
jointives et des spires ayant un écartement longitudinal non nul ; mais
l'invention se généralise aisément à d'autres ressorts ayant une telle
variation
de pas entre spires, par exemple parmi les ressorts de torsion.
Il mérite d'être noté que le disque séparateur peut comporter
plusieurs méplats de manière à ce que plusieurs ressorts puissent être formés
au cours d'une rotation de ce disque, tandis que l'outil de coupe a une
vitesse
de rotation proportionnelle à ce nombre de méplats ou a un nombre de portions
de coupe égal à ce nombre de méplats. Toutefois, le fait de prévoir un seul
méplat sur le disque séparateur a l'avantage de garantir que tous les ressorts
sont bien identiques les uns aux autres.
Plus généralement, l'invention peut se généraliser au cas de ressorts
à pas variable, même si ce pas ne devient jamais nul (auquel cas il n'est pas
nécessaire de prévoir de méplats restant à l'écart des ressorts en cours de
formation).
