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"Dispositif pour la fabrication de corps creux sans joint en partant de blocs massifs"
Le dispositif conforme à l'invention et les agen cements particuliers qu'il comporte ou qui y sont adaptés visent une fabrication rationnelle de corps creux sans joint, en fer ou en acier, par le procédé Ehrhardt à la presse, c'est-à-dire par enfoncement d'un mandrin dans une pièce massive rendue plastique par chauffage, cette pièce repoussant la matière de coté dans des cavités libres mé- nagées entre l'étampe et la pièce, qui est centrée par des
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moyens mécaniques par contact sur ses bords avec l'étampe qui la contient.
Pour éviter les difficultés inhérentes à l'utilisation des presses hydrauliques, ainsi que les ac- cessoires.de commande volumineux, coûteux et prolongeant les délais de fabrication et de livraison, accessoires qui sont inévitables avec les presses hydrauliques, on utilise certaines particularités des machines à forger connues sous le nom de machines à refouler, particularités que ces machi- nes présentent dans leur construction, dans le fonctionne- ment de leur partie servant d'outil et dans l'agencement et le fonctionnement de leur mécanisme.
Les mouvements des pièces du mécanisme et des ou- tils, mouvements qui sont nécessaires pour la fabrication, sont amorcés et dérivés impérativement, dans une succession et un ordre déterminés, de la commande principale (de l'ar- bre de commande) de ces machines à forger à fonctionnement mécanique. Pour le mandrinage des pièces massives on uti- lise, (suivant le mode opératoire conforme à l'invention, et suivant l'idée inventive sur laquelle sont basés les moyens de travail), d'une façon différente de celle qui était gé- néralement utilisée jusqu'ici, des matrices divisées et on tire parti du fait que des matrices de ce genre sont déjà montées dans d'autres buts dans les machines en question.
On usine ou on encastre dans chacune des deux demi-matrices une demi-étampe telle que les deux moitiés de l'étampe as- semblées entre elles donnent la forme extérieure et les di- mensions extérieures du corps creux qu'il s'agit d'obtenir.
Le mécanisme de la machine écarte les demi-matrices et les rapproche; en se rapprochant ces deux demi-matrices pren- nent la pièce introduite entre elles et destinée à être transformée en corps creux dans l'étampe, où elle est cen-
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trée par le contact qui s'établit sur les bords entre la pièce et la surface intérieure de l'étampe. Le chariot de travail de la machine, chariot sur lequel la commande principale agit comme sur les demi-matrices, est commandé de façon que le mandrin qu'il porte reste en dehors de la pièce renfermée dans la matrice jusqu'à ce que celle-ci soit complètement fermée.
Pendant que l'étampe est fermée, ce qui dure peu de temps, le mandrin entraîné impérative- ment en avant par le dispositif de commande avec le chariot de travail pénètre dans la pièce et transforme celle-ci en corps creux. Les mouvements des pièces du mécanisme à l'intérieur de la machine, mouvements qui sont indépendants les uns des autres et accordés entre eux, ramènent le cha- riot en arrière avec le mandrin, pour ainsi dire automati- quement, la pièce étant simultanément retirée du mandrin; ces mouvements provoquent au moment voulu l'ouverture de l'étampe par écartement des demi-matrices. La pièce trans- formée en corps creux est alors libérée de l'étampe, le mandrin est sorti de cette pièce et le corps creux peut tomber librement vers le bas et sortir de l'étampe, ainsi que de la machine.
Le dispositif ou ensemble mécanique qui sert à produire tel ou tel corps creux par des moyens mécaniques, à l'aide de machines, sera utilisé avantageusement dans un mode de réalisation perfectionné qui permet d'éviter que l'on ne soit obligé d'introduire, dans l'opération,
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des pièces individuelles pr0i:lboleJ1ll:-nt s;sr.es les unes des autres, et d'introduireau contraire dans ici.
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2., l'arbre de CU;I1Iih..ude c'est dire p;:r l' #trC::lùite frontale de 1"" m;chin(;;, une tise de fer ou d'acier incondescente tlans kq;;el- le on cisaille une pièce initiale massive par l'effet du rapprochement mécanique des demi-matrices, cette pièce étant prase en même temps par l'étampe !lui se ferme et maintenue dans celle-ci jusqu'à ce que les opérations nécessaires (le déplacement cn avant et lc retour du mandrin) aient etc effectuées. pour effectuer le cisaillement de la pièce sur la barre pendant le rapporchement des demi- matrices, le fond de l'étampe est constitué par un couteau sur la trie fixe, de façon que l'e- tampe elle-même serve de butée pour la pièce lorsqu' elle est fermée.
Le contre-couteau estfixé à l'extra- mité de l'autre demi-matrice ou étampe, ou demi-ma- trice mobile. La coopération des deux couteaux ainsi agencés, en combinaison avec un guidage rationnel des tranches et avec les surfaces de butée que la. barre rencontre sur les demi-matrices permet d'obtenir sur la barre une surface de coupe nouvelle qui est nette et perpendiculaire à la longueur de la. barre.cette sur- face de coupe constitue la surface antérieurede la pièce suivante destinée à être séparée et transfor- mée eu cours de la prochaine opération cle la machine.
Pour assurer une exactitude aussi grande que possible
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dans la position des surfaces co-axiales du corps creux terminé, les pièces qui travaillent dans le dispositif ont été construites de façon à effectuer le mandrinage graduellement en deux ou plus de deux opérations successi- ves. Pour ce mandrinage graduel, le premier mandrin, qui ne doit pénétrer dans la pièce que jusqu'à une petite profondeur, est plus court que le suivant, et celui-ci est à son tour plus court que le suivant. Chaque mandrin successif est guidé dans la cavité déjà produite par le ou les mandrins précédents et bien centrée, ce qui fait que les mandrins risquent de se fausser. Lorsque le man- drinage a lieu graduellement, la pièce n'est pas séparée complètement de la barre pendant la première opération.
Pendant la phase pendant laquelle les matrices sont ou- vertes par suite de l'entraînement positif des pièces de la machine, la pièce en partie transformée est amenée au moyen de la barre à laquelle elle est encore attachée jusqu'en avant d'une autre étampe usinée dans les demi- matrices, et, le cas échéant, la pièce est introduite dans une ou plusieurs étampes successives et elle est finalement complètement cisaillée au cours de la dernière opération de mandrinage.
On décrira plus loin la forme et la construction données aux pièces travaillant pour obtenir le fonctionne- ment qui vient d'être indiqué.
Pour mandriner le bloc initial pièce par pièce par des opérations successives comme cela vient d'être dit, et pour améliorer encore le centrage et par consé quent la précision de la concentricité des surfaces, on fait de préférence, en sorte que l'étampe ne concorde
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réellement aveo la forme définitive du corps creux, c'est- à-dire qu'elle soit par exemple cylindrique que sur la longueur correspondant à la transformation produite au mo- ment envisagé. Pour l'étampe servant à la première opéra- tion, ceci ne serait donc le cas que pour la partie anté- rieure extrême de la pièce et celle-ci ne serait guidée que dans cette partie par contact sur les bords.
Pour évi- ter toute possibilité de descente de matière dans la partie antérieure par suite de défauts de précision dans les di- menbions diagonales de la pièce prismatique, on n'usine que le négatif de la forme prismatique de la barre dans en la partie de l'étampe qui vient suite, c'est-à-dire qu'on n'usine qu'une moitié du prisme entier dans chaque moitié de la matrice. Les surfaces supérieures et les surfaces inférieures des creux servant à maintenir la barre dans les moitiés de la matrice sont faites un peu inclinées de façon à s'écarter vers l'axe longitudinal; ceci facilite une bonne prise de la pièce et favorise l'insertion auto- matique de celle-ci à la position dans laquelle elle est convenablement centrée.
L'ensemble du dispositif permet aussi de donner à la bague de guidage et d'enlèvement (qui est toujours utilisée pour le mandrinage au moyen d'un mandrin enfoncé dans la pièce) une forme telle et de la monter dans la ma- tière en avant de la partie de l'étampe réellement utili- sée, de façon telle qu'elle puisse se mouvoir sur le man- drin dans le sens de la longueur lorsque le chariot de travail se déplace en avant. La surface antérieure du chariot s'applique alors finalement sur cette bague, la repousse en avant et la presse sur la face frontale du
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corps creux mandriné, ce qui a pour effet de lisser cette face et de lui donner la forme d'un plan annulaire perpen- diculaire à l'axe du corps creux.
La figure 1 du dessin ci-joint est une vue en plan d'une machine horizontale, donnée à titre d'exemple non limitatif, et contenant les différents éléments établis et utilisés en vue du but décrit; cette figure montre la position de ces éléments au début de l'opération.
Tous les mouvements des mécanismes et des piè- ces servant d'outils sont amorcés par l'arbre de commande a et dérivés de cet arbre. Le vilebrequin a1 de l'arbre de commande a provoque le mouvement, en avant et en arriè- re, du chariot de travail b auquel est adapté le mandrin c; le vilebrequin secondaire a2 provoque les mouvements transversaux de la demi-matrice mobile d2, le rapprochement, la fermeture complète et l'ouverture de la matrice. Les deux vilebrequins a1 et a2 sont décalés entre eux, sur l'arbre de commande a, de façon que le mandrin . qui sert à perforer la pièce) n'atteigne celle-ci et ne s'y enfonce que lorsque les deux moitiés d1 et 12 de la matrice sont bien appliquées l'une sur l'autre et'maintenues dans cet état pendant un certain temps par le mécanisme.
Le mouvement de rotation du vilebrequin secon- daire a2 est transformé, pendant le mouvement de rotation de l'arbre, et par l'intermédiaire de la bielle e du cha.. riot f1 animé d'un mouvement alternatif, et des leviers articulés f2, en un mouvement transversal rectiligne de la demi-matrice d2 qui se trouve rapprochée de la contre* matrice d1 puis qui s'en écarte de nouveau pendant le mou-
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vement de retour des leviers articulés et de la bielle.
Dans chacune des demi-matrices èt d2 on a usiné une moitié de l'étampe qui détermine la forme extérieure du corps creux produit par la perforation ou le mandrinage.
Dans l'exemple représenté en figure 1, on a supposé que ce corps, et par conséquent aussi la cavité de l'étampe, ont une forme cylindrique se terminant par une courte portion conique.
Dans la position initiale représentée à la fi- gure, les demi-matrices sont écrasées, le vilebrequin de l'arbre de commande se trouve dans sa position posté- rieure extrême, et la pointe du mandrin ± se trouve en dehors et en avant de la matrice et devant la bague de guidage g dont cette matrice est munie. La matière à traiter h, qui est en forme de barre, est introduite dans la machine sur le fond de l'étampe et sur la longueur de la pièce à usiner h1, La pièce h1 peut aussi être intro- duite entre les demi-matrices sous forme d'une pièce in- dividuelle, mais, dans l'exemple représenté au dessin, elle est d'abord cisaillée au moment du rapprochement des demi-matrices.
Pour effectuer ce cisaillement, un couteau 1-1 est adapté à la demi-matrice fixe d1 et cons- titue la surface des butées pour la pièce h1 pendant le mandrinage. La demi-matrice mobile porte le contre- couteau i2. La barre de matière hl et par conséquent aus- si la pièce h1 à séparer, ont une forme prismatique; dans l'exemple représenté la section du prisme est car-.
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rée.
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Les figures 2 et 3 sont, à plus grande échelle, une vue en coupe horizontale des pièces à traiter, dans un mode de réalisation dans lequel le mandrinage et la trans" formation de la pièce ont lieu en une seule opération sur toute sa longueur. Les lettres de référence concordent avec celles de la figure 1. La figure 2 montre la situa- tion initiale, la matrice ouverte. La figure 3 montre le moment de l'achèvement du mandrinage et de la transforma- tion de la pièce h1 en un corps creux.
Le rapproohement des deux demi-matrices a lieu entre ces deux phases, la partie antérieure de la barre h qui passe entre les deux demi-matrices d1 et d2 et qui constitue la pièce h1, étant cisaillée par les couteaux i1 et ; les cavités creusées dans les deux demi-matrices d1 et d2 et servant d'étampe avaient auparavant saisi et centré entre elles la pièce h1, L'effort disponible pour l'application des deux demi- matrices l'une sur l'autre, effort qui est multiplié par les leviers articulés,, est tellement grand que la pièce prismatique de section carrée se trouve fortement pincée dans le moule et qu'il est même possible de repousser de petits méplats sur ceux de ses bords qui touchent les mou- les.
La bague de guidage g. qui sert aussi de bague d'en- lèvement lorsque le chariot de travail b est ramené en arrière avec le mandrin c, est établie sous forme de bague mobile dans la matrice; à la fin du mouvement en avant, du chariot de travail elle est entraînée par ce chariot et pressée sur la face transversale d'extrémité du corps creux produit, de façon à lisser cette face. Les coupes transversales représentées près des figures principales 2 et 3 et qui sont des coupes à travers les demi-matrices,'
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montrent la forme donnée aux couteaux il et i2, ainsi que leurs positions, et permettent de reconnaître directement sans plus d'explications les lignes suivant lesquelles s'effectue la coupe.
Les autres figures 4, 5 et 6 servent à expliquer le mandrinage et la transformation graduels de la pièce h1, et ainsi que les moyens utilisés à cet effet,. par exem- ple pour le mandrinage en deux phases. Le résultat final et la position des pièces à la fin du mandrinage complet concordent avec les indications données dans la figure 3 pour le mandrinage en une seule opération,,
La figure 4 montre la position du mandrin (court) et la position des demi-matrices au début de l'opération, o'est-à-dire prêts à effectuer la première phase.
Pour que la cavité de l'étampe soit bien rationnelle, celle-ci n'est cylindrique que dans sa partie antérieure, sur la longueur s1. et. son diamètre correspond à la longueur de la diagonale de la;pièce prismatique; la partie cylindri- que s1 de l'étampe se raccorde en arrière à une parte de longueur 4 sensiblement carrée. Les creux ainsi prati- qués dans chacune des demi-matrices correspondent à une moitié de la forme extérieure prismatique de la pièce h1.
Les surfaces qui se trouvent en bas et en haut s'écartent un peu en biais vers le plan de séparation de la, matrice, ainsi qu'on peut le voir par la coupe de figure 4. L'écar- tement de ces surfaces horizontales sur la longueur s2, dans les creux de l'étampe, facilite l'introduction dé la pièce, en position bien centrée, pendant la fermeture de l'étampe. Le serrage de la pièce initiale prismatique dans la partie , qui ne doit pas être transformée pendant @
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la première opération empêche aussi la matière de s'écou- ler dans la partie postérieure de la pièce et assure à la pièce le maintien de sa forme initiale favorable pour un nouveau mandrinage.
Les détails de la forme de la tranche sur les deux demi-matrices pour la première opération partielle sont représentés aux figures 4 et 5 et dans les coupes cor- respondantes. Le couteau i1 de la demi-matrice fixe d1 est jusqu'à sa tranche de travail, plus court que dans l'exem- ple représenté aux figures 2 et 3.
La tranche ne va que jusqu'aux deux tiers ou aux trois quarts à peu près de la section de la pièce h1 supposée enfoncée dans le moule for- mé par la matricem Le couteau i2 de la demi-matrice mobile d2 est fait de façon à ne pas venir en contact, pendant la fermeture de la matrice, avec une section partielle rectan- gulaire correspondante de la pièce initiale h1 lorsque la ligne de coupe est droite: ou bien, lorsque cette ligne est circulaire, elle laisse entre la pièce- hl et la barre de matière h un raccord en forme de segment de cercle. Voir à ce sujet la figure 5, qui représente l'état des parties à la fin du premier mandrinage partiel. On peut voir, dans cette figure, le raccord laissé en h2 entre la pièce et la barre de matière dans la première hypothèse susmentionnée (ce raccord étant donc rectangulaire).
Après le retour du chariot de travail et du man- drin et après l'écartement des demi-matrices (voir aussi figure 6) on peut en utilisant à cet effet la barre h, re- tirer de l'étampe la pièce h1 transformée jusqu'à la moi- tié de sa longueur et l'amener à portée d'une autre étampe
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usinée dans les demi-matrices. La position des pièces dans cette autre étampe (qui est l'étampe finale dans l'exem ple représenté) est représentée dans la figure 6 au moment où les demi-matrices sont rapprochées. Le deuxièmemandrin utilisé maintenant est plus long que le mandrin utilisé pour le premier mandrinage partiel.
Son extrémité antérieu- re est plus rapprochée de la pièce dans la position initia- le, et, dans la course en avant, il pénètre par conséquent plus profondément dans la pièce, jusque près du fond de celle-ci qui, dans l'exemple en question, est constituée, après sa transformation, par un cylindre dont le fond est massif. En ce qui concerne les couteaux qui entrent en action dans cette deuxième opération, les demi-matrices ont la même forme que dans les figures 2 et 3, Aussi le cisaillement de la pièce est-il terminé par la barre au moment du rapprochement des demi-matrices, et, lorsque la course en avant du'chariot de travail et du mandrin est terminée, on obtient pour les pièces la même position que dans la figure 3.