Arbres de boîte de vitesse

d’un outillage ; elle garantit une assez bonne conservation des propriétés d’origine du lopin. Sa mise en œuvre est relativement simple et rapide. Les résultats obtenus, s’ils sont répétables, permettent directement de vérifier la similitude des comportements de part et d’autre d’une matrice symétrique.

L’amplitude des déformations permet de juger de l’importance de la torsion des fibres en peau de pièce. La modification de texture de surface permet généralement d’influer sur l’aptitude locale de la surface de matrice à transmettre des efforts par adhérence ou à relâcher le frottement et autoriser l’écoulement de matière.

La différence de vitesse tangentielle est nécessaire pour assurer le contact pièce/outil sans glissement. Cette différence de vitesse engendre la variation de la contrainte tangentielle qui transmet ainsi des moments de torsion et génère des contraintes au sein de la pièce. Cela entraîne le glissement relatif pièce/outil et/ou la déformation angulaire de la pièce. Par conséquent, la texture de surface détermine localement les mécanismes générés à l’interface le long du contact pièce/outil. Ceci est mis en évidence par la simulation numérique ainsi que par les résultats expérimentaux. La maîtrise des conditions tribologiques à l’interface pièce/outil sur les différentes zones de l’outillage est donc une difficulté réelle qui est notamment responsable des temps relativement long de mise au point d’outillage en phase de réception des outillages de production. La tolérance du procédé aux conditions tribologiques, démontrée aussi bien numériquement qu’expérimentalement, est une source de manque de robustesse de la méthode aussi bien lors de la mise en production que face à l’usure d’outillage intervenant au cours de leur vie. La même géométrie de pièce peut être obtenue bien que les chemins de déformations et probablement les états microstructuraux ainsi que les paramètres relatifs à l’état de contraintes peuvent varier en raison des paramètres tribologiques.

 les gains réalisés sur le coût de revient ne sont pas suffisants pour des petites pièces ;

 le niveau de tolérance atteint a été jugé trop bas ;

 une hétérogénéité de la limite élastique a été constatée au sein des pièces ;

 une usure trop importante des outillages a été observée, les cotes d’outillage étant hors tolérance après 1 mois de production.

Se basant sur cette expérience, le constructeur automobile reste prudent sur les champs d’applications et s’intéresse actuellement à la mise en forme de pièces creuses.

4.4.1.2 Arbre Renault

A plusieurs reprises dans ce manuscrit, il est fait référence au cas d’un arbre primaire de boîte de vitesse présenté par Piedrahita et al. dans différents articles [PGAC05], [PGAC06], [PIE06]. Quelques détails concernant cette pièce sont rassemblés dans le Tableau 45. Une difficulté majeure citée par l’auteur est l’apparition de porosités à l’intérieur des pièces par effet Mannesmann ainsi que d’un défaut débouchant à l’une des extrémités de pièce (voir notamment la figure 89). Une étude numérique FORGE©

basée notamment sur un plan d’expérience montre selon ces auteurs :

 Un haut niveau de contrainte concentrée de l’ordre de 80MPa [PGAC06] ;

 Dans les zones des défauts la déformation équivalente et les variables d’endommagement ne sont pas particulièrement élevées [PIE06] ;

 La formation de porosités internes est la conséquence d’une combinaison de la contrainte équivalente et de la pression hydrostatique [PIE06]

 Le frottement critique est estimé à 2 et les surfaces striées sont affectées d’un coefficient

Une étude de sensibilité aux paramètres géométriques du coin de mise en forme (Figure 141) présente l’influence observée sur la déformation équivalente ̅, la pression hydrostatique P, le critère d’endommagement de Latham et Cockcroft, la contrainte équivalente de Von Mises et le glissement exprimé par la relation (81).

Diamètre maximum approximatif 60mm Longueur approximative 420mm

Matériau 27MnCr5 Vitesse des outillages 500mm/s Tableau 45 - Paramètres caractéristiques de

l'arbre [PIE06]

Figure 141 - Sensibilité aux paramètres

géométriques d'après [PGAC05] Figure 142 - Arbre de primaire de boîte de vitesse d’après [PIE06]

Par ailleurs, il est à noter qu’une figure présentée par Piedrahita [PIE06] affiche un fibrage macroscopique correspondant à plusieurs tours de déformation angulaire entre les deux extrémités de pièce qui semble irréaliste.

A notre connaissance cette pièce n’est pas fabriquée actuellement notamment pour la raison que les opérations ultérieures d’usinage semblent libérer une partie des contraintes résiduelles importantes en peau de pièce, engendrant des déformations angulaires trop sévères.

4.4.1.3 Arbre BMW

Un arbre creux de boîte 6 rapport, fabriqué par l’IWU Chemnitz, est présenté dans la chapitre 1 (Figure 14). Cet arbre a été développé entièrement jusqu’à son implantation dans une boîte prototype sur un véhicule. Il n’est pas actuellement produit car le niveau d’émission acoustique en service est trop élevé.

4.4.1.4 Arbre de sortie TEKFOR

La société TEKFOR basée à Cologne indique qu’elle fabrique en série un arbre de sortie de boîte 6 rapports par laminage transversal [SCWO10]. Le seul détail technique qui transparait dans cet article est la température de lopin chauffé par induction de l’ordre de 1240°C. La simulation numérique est réalisée avec le logiciel SIMUFACT.

4.4.1.5 Autres cas d’arbres

D’autres applications concernant des arbres de boîte de vitesse peuvent être consultées dans les articles de Sadko et Lorenz [SALO00a] et [SALO00b] ainsi qu’une traduction partielle dans [BON02]. Tsukamoto et al. présentent également dès 1982 des résultats concernant des arbres laminés pour trains d’engrenages MITSUBISHI [TMJ82]. Une étude de cet arbre laminé en tandem est présentée en 1984 [TMJT84] ; la problématique de l’apparition de striction est notamment développée sur ce cas de pièce en production de série.