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Procédé de filage à chaud des métaux.
Un grand nombre de métaux ou d'alliages, tels par exemple des alliages de cuivre ou d'aluminium, se prêtent aisément à l'opé- ration de filage à chaud.
Par contre, lorsqu'on essaye de filer d'autres métaux moi@ malléables ou malléables seulement à des températures nettement plus élevées, comme, par exemple, l'acier, l'opération devient difficile et ne se réalise, industriellement, qu'au prix d'une usure rapide de l'outillage, spécialement des filières, et de la mise en oeuvre de pressions de filage très élevées.
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Ces inconvénients proviennent principalement de l'échauf- fement des filières et des frottements qu'elles subissent, ainsi que des frottements qui s'exercent entre, d'une part, le lingot à filer et, d'autre part, le conteneur et, éventuellement, le poussoir ou piston. Ces phénomènes, non seulement entraînent des déformations,usures et détériorations du matériel de fabrication, mais encore augmentent considérablement l'énergie nécessaire pour le filage et donnent lieu à des défauts dans la qualité des pro- duits obtenus. Les demandeurs ont constaté., en effet, que les ef- forts nécessaires pour vaincre les frottements du métal contre l'outillage sont considérables et peuvent atteindre la valeur de ceux qu'il faut déployer pour réaliser la seule déformation du métal.
En pratique, le filage des métaux difficilement filables, tels que le cuivre rouge, le bronze d'aluminium, l'acier, par les moyens actuellement mis en oeuvre ou proposés, nécessite des ré- fections d'outillage très fréquentes et le rendement obtenu est faible. L'usage de lubrifiants, par exemple d'huile, ne donne que des résultats insuffisants même si ces lubrifiants contiennent, en mélange, des corps ne brûlant qu'à température élevée, par exemple du graphite ou du brai, ou incombustibles aux températures mises en jeu mais présentant une certaine onctuosité, par exemple du talc, du carbonate de chaux à grain très fin, etc.
La présente invention remédie à ces divers inconvénients.
Elle consiste principalement à interposer entre le lingot porté à haute température, en vue du filage, et l'outillage, une matière fondant, partiellement ou totalement, sous l'effet de la chaleur du lingot et de l'outillage, mais possédant et conservant une viscc site suffisamment élevée pour former, entre le lingot et l'outilla- ge, une couche lu brifiante qui s'écoule avec le métal pendant l'opération de filage et le maintient séparé de l'outillage.
On choisit de préférence un corps à conductibilité calo- - rifique faible.
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-Le verre, par exemple le verre à vitres, ou le verre dit "neutre", ou un laitier ou un oxyde, ou un sel, ou un mélange de sels,répondant aux conditions physiques indiquées ci-dessus, conviennent bien ; même des laitiers naturels ou synthétiques possédant les mêmes propriétés, par exemple un laitier à la%. B2O3, 54% SiO2,27% Na2O, 5,4% CaO, et 3,4% Al2O3.
Pour assurer la lubrification de la filière, on place la matière en question dans le fond du conteneur, contre la fi- lière, sous forme d'une plaque, d'une poudre ou de petits mor- ceaux,d'un produit coulé ou moulé, ou enfin, d'une solution qui s'évaporera au contact de l'outillage chaud en déposant la matiè- re fusible.
La quantité de matière à mettre en oeuvre sera choisie d'autant plus grande, toutes choses étant égales, que la longueur du produit filé sera elle-même plus grande.
L'utilisation de la matière sous forme de plaque ou de produit coulé ou moulé, est particulièrement recommandable.
L'épaisseur de la plaque sera fonction de la longueur du produit filé à obtenir.
Dans le cas du filage d'un tube, on assurera d'une ma- nière analogue, la lubrification de l'aiguille de filage et de la partie intérieure du tube. C'est ainsi que, par exemple, l'on entourera l'aiguille de filage, d'un tube de verre. Il sera avan- tageux également de placer une rondelle de verre contre le nez du poinçon, pour faciliter le décollage de l'aiguille en fin d'opé- ration.
On constate alors le fait surprenant qu'au moment où la pression de filage est appliquée, la matière fusible passe à tra- vers la filière - et dans le cas d'un tube, également entre l'ai- guille et le métal - en même temps que le métal, en se répartis- sant de façon régulière, en couche très mince, sur la surface ex- térieure de la barre filée - et, dans le cas d'un tube, également
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sur la surface intérieure du tube. La matière fusible forme une véritable gaine lubrifiante qui isole le métal de la filière et/ ou de l'aiguille.
Toutefois, dans le cas où la matière lubrifiante fusible est interposée entre la filière et le lingot sous forme d'une plaque, on a constaté que cette matière, sous l'effet de la pres- sion de filage, se brise au regard de l'orifice de la filière, avec projection d'une partie du verre. La partie restante est comprimée violemment entre le lingot et la filière sur le reste de la surface de telle façon que le verre fond peu à peu et lu- brifie la filière. Or, le bris de la plaque de verre devant l'ori- fice de la filière peut être, dans certains cas, une source de difficultés pour le filage.
En effet, il arrive que, lorsque l'ori- fice de la filière présente un profil compliqué ou à angles vifs, ou encore lorsqu'il s'agit d'une filière à orifices multi- ples, le bris de la plaque projette en avant une partie fort im- portante du verre et que, par suite, il ne reste plus assez de verre pour assurer la lubrification nécessaire entre le lingot et la filière.
Pour éviter ces inconvénients et assurer, même dans ces cas difficiles, une lubrification parfaite entre lingot et filiè- re, conformément à l'invention, on munit la surface de la filière qui est en contact avec le lingot, de cavités, par exemple de trous borgnes, cuvettes, redans ou autres logements analogues, disposés principalement aux endroits où, par suite du bris de la plaque de verre, l'absence de lubrifiant sera particulièrement sensible. Grâce à ce dispositif, du verre s'accumule dans les ca- vités ainsi disposées où il constitue en quelque sorte des réser- ves de lubrifiant et l'expérience a montré que, même dans le cas de filières à profil compliqué et même dans le cas de filières à orifices multiples, une lubrification parfaite est assurée entre le lingot et la filière.
De plus, dans le cas de filières à orifices multiples,
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pour permettre un meilleur remplissage descavités et pour ne perdre, par projection, que la quantité minimum de verre, il est recommandable d'éloigner, autant que cela sera pratiquement pos- sible, les centres des divers orifices.
Le frottement entre le lingot et le conteneur peut être aussi diminué, par interposition d'une mince couche d'une matière susceptible de fondre, partiellement ou totalement, au contact du lingot chaud. Cette matière peut être utilisée sous la forme d'un tube entourant le lingot, mais il suffit, en géné- ral, de procéder à un badigeonnage ou à une pulvérisation à l'in- térieur du conteneur,ou sur le lingot d'une poudre de la matière lubrifiante fusible, ou d'une suspension ou solution de cette ma- tière dans un liquide susceptible de s'évaporer au contact de l'outillage chaud. A titre d'exemple, le badigeonnage au moyen de borate de soude en poudre, donne d'excellents résultats dans le cas du filage d'acier ou de cuivre.
Au lieu de badigeonner le conteneur, on peut aussi plon- ger le lingot chaud dans un bain constitué par la matière lubri- fiante fondue.
Toutefois, avant d'interposer une telle matière entre la surface latérale du lingot et la surface intérieure du conte- neur, il y a avantage à débarrasser tout d'abord le lingot des oxydes qui le recouvrent. Ceci peut se faire en roulant le lingot dans un mélange pulvérulent désoxydant, par exemple du borax, en détachant ensuite la couche d'oxyde, par exemple en la frappant et en la grattant, et enfin en brossant le lingot avec une bros- se métallique. On peut également plonger le lingot dans un bain de sel décapant fondu.
Les avantages de l'application du procédé sont, entre autres, les suivants:
1) Pour une température déterminée, on peut diminuer considérablement la pression de filage. Alors qu'en utilisant simplement une couche de borax appliquée sur les parois latéra-
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les intérieures du conteneur on a une diminution de pression d'en- viron 15 à 20%, on a, avec du verre en plus, entre la filière et le lingot, une diminution de pression d'environ 40 à 50%.
2) On peut, au contraire, sans changer la pression, opérer à une température moins élevée en restant dans les limi- tes de températures admises pour la transformation normale à chaud du métal. Dans ces conditions, la nature du métal filé ne risque pas d'être altérée par une surchauffe.
3) On peut diminuer en même temps la température et la pression.
4) Si le corps fusible mis en oeuvre a une conductibi- lité calorifique faible, la filière se trouve isolée thermique- ment du métal chaud ; elles'échauffe moins et par conséquent se déforme moins, ceci indépendamment de la diminution des pressions ou des températures mises en jeu. Il en est de même pour les au- tres parties frottantes de l'outillage et, par suite, il n'est plus nécessaire, comme cela se fait dans la pratique courante du filage, de porter ces outillages, avant utilisation, à une tempé- rature relativement élevée, dans le but d'éviter les criques au contact du lingot chaud. Il est également possible, pour la même raison, d'utiliser pour la confection des outillages des aciers de qualité plus courante, ayant à chaud des caractéristiques moins élevées.
5) La surface travaillante de la filière reste parfai- tement lisse. La barre sort de la filière sans rayures ; est recouverte, après refroidissement, d'une mince couche solide du corps fusible. Il suffit d'éliminer cette couche par une,action mécanique ou par dissolution, suivant le cas. L'étirage ultérieur à froid de ces barres donne des produits étirés très propres, pra- tiquement sans défauts.
6) Le culot de filage est diminué; le rendement en produit filé est ainsi augmenté.
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Les dessins ci-joints représentent, à titre d'exemples, diverses formes de réalisation de l'invention:
Dans ces dessins:
Fig. 1 est une vue partielle en coupe diamétrale de l'application du procédé au filage d'une barre pleine;
Fig. 2 est une vue analogue de l'application de l'in- vention au filage d'un tube ;
Fig. 3 est une vue en plan d'une filière de type cou- rant ;
Fig. 4 en est une vue en coupe, par A-A de fig.3;
Fig. 5 est une vue en plan d'une filière munie d'évide- ments propres à former réserves pour la matière lubrifiante en cas de bris de celle-ci;
Fig. 6 en est une vue en coupe, par B-B de fig.5;
Fig. 7 est une vue en plan d'une filière à plusieurs sorties ;
Fig. 8 en est une coupe, par C-C de fig.7;
Fig. 9 est une vue en plan d'une filière pour filage de cornières, perfectionnée conformément à la présente invention ;
Fig. 10 en est une coupe, par D-D de fig.9.
Dans l'application représentée à la figure 1, une pla- que de verre 1 est placée dans le fond 2 du conteneur 3 devant le trou de la filière 5. Le lingot chaud 6 est poussé à la manière habituelle par le poinçon 7.
Dans l'application représentée à la figure 2, une ron- delle de verre 8, munie d'un trou 9 en son centre, est enfilée sur l'aiguille 10 portée par le poinçon 7. Sur cette aiguille est enfilé un tube de verre 11 sur lequel on enfile le lingot. Après quoi on enfile une rondelle de verre 12 sur le tube 11 et on fait pénétrer le tout dans le conteneur 3 au fond duquel est disposée la filière usuelle.
Dans l'un ou l'autre cas (figs 1 et 2) la pression exer- cée par le poinçon 7 fait sortir à travers la filière une barre
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de métal ou un tube recouverts d'une mince couche de verre fondu et solidifié, que l'on enlève.
Exemple I.- Acier extra doux ordinaire au carbone ; lingot 0 100 mm ; longueur 200 mm ; tempé- rature de filage 1.100 C; durée de fila- ge 3 sec. environ; diamètre de la barre filée : 25 mm.
Lubrification au corps Première moitié de la barre : bienformée; gras.- deuxième moitié de la barre : rayée;filière à retoucher .après la première - pressée ; pression moyenne de filage : 52 Kgs/mm2.
Avec borax sur la paroi barre légèrement rayée intérieure du-conteneur pression moyenne de filage: 43 Kgs/mm.
Avec borax sur la paroi barre sans aucune rayure; intérieure du conteneur pression moyenne de filage: 29 Kgs/mm. et plaque de verre de la filière est restée absolument intacte.
4 mm. d'épaisseur devant la filière.
EXEMPLE II. Acier demi dur ordinaire au carbone; lingot 0 100 mm; longueur 200 mm ; ture de filage: 1.00 C; durée de filage 3 sec. environ ; de la barre filée : 25 mm.
Lubrification au corps barre légèrement rayée; filière à retou- gras. cher après la première pressée; pression moyenne de filage : 58Kgs/mm2.
Avec borax sur la paroi barre sans aucune rayure; intérieure du conteneur pression moyenne de filage: 42 Kgs/mm; et plaque de verre de la filière est restée absolument in- 4 mm. d'épaisseur devant tacte. la filière.
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EXEMPLE III. Acier inoxydable; 18% de chrome, 8% de nickel; lingot 0 100 mm; longueur 200 mm ; température de filage; 1.125 C- diamètre de la barre filée . 25 mm.
Lubrifié au corps gras lingot filé à moitié seulement ; malgré une pression de filage de 71 kgs/mm2.
Avec borax sur la paroi lingot filé rapidement; intérieure du conteneur barre sans rayure; et plaque de verre de pression de filage moyenne : 42 Kgs/mm.
4 mm. d'épaisseur devant la filière est restée absolument intacte la filière.
EXEMPLE IV. Cuivre rouge: lingot 0 100 mm ; 400 mm; température de filage:950 ; dimensions de section de la barre filée : 60 mm x 6 mm.
.Lubrifié au corps gras. Après filage de 4 lingots; filière défor- mée au centre, nécessitant une réfection; pression moyenne de filage . 63 Kgs/mm.
Avec borax sur la paroi même déformation de la filière, mais intérieure du conteneur la pression moyenne de filage tombe à
55 Kgs/mm2.
Avec borax sur la paroi aucune déformation de la filière; intérieure du conteneur pression moyenne de filage : 38 Kgs/mm2. et plaque de verre de 4 mm d'épaisseur devant la filière
Ces exemples montrent que les pressions de filage sont ainsi, pour l'acier et pour le cuivre rouge, du même ordre que celles mises en jeu pour le filage des alliages tels que les lai- tons avec lubrification courante.
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Les exemples ci-après concernent plus particulièrement l'application de dispositions propres à remédier aux inconvénients résultant du bris de la plaque de matière lubrifiante interposée entre la filière et le lingot.
EXEMPLE V. - Filage de tubes de 33/42 mm de diamètres.
En utilisant une filière ronde 13, de type classique, sans réserve de verre (voir fig. 3 et 4), on a pu filer cinq lin- gots de 100 mm de diamètre et longs de 400 mm, en acier sans obtenir de défauts de surface sur les tubes et sans déformation de la filière. Par contre, le filage des dix lingots suivants a été marqué par une déformation de la filière allant en s'accen- tuant et le dernier tube présentait des défauts de surface im- portants (rayures longitudinales et inclusions de verre).
On a ensuite utilisé une filière 14 (voir fig. 5 et 6) comportant des évidements 15, 16, 17, 18 et 19 qui donnaient lieu à. des réserves de verre 20, 21, 22, 23, et 24. Avec une telle fi- lière, les quinze lingots ont pu être filés sans aucune déforma- tion de la filière et sans apparition de défauts de surface sur les tubes.
EXEMPLE VI. Filage d'un lingot (voir fig. 7 et 8) d'un acier inoxydable au chrome-nickel 18/8 à travers une filière 25 à trois sorties 26, 27, 28 de 13 mm de diamètre. Les centres des trois sorties étaient répartis à égale distance sur un cercle de 37 mm de diamètre.
Sans réserve de verres on n'a pu filer un lingot de longueur égale ou supérieure à 100 mm sans provoquer des rayures importantes des orifices de la filière. Ayant disposé une réserve de verre 29 constituée au moyen d'un trou borgne 30 de 15 mm de diamètre situé au centre, on a pu filer sans inconvénients des lingots ayant jusqu'à 200 mm de longueur.
Il a été déjà indiqué ci-dessus qu'on améliorait encore les résultats si on écartait les centres des orifices multiples.
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C'est ainsi que, dans le cas précédent, en disposant les centres des trois orifices à égale distance sur un cercle de 50 mm de diamètre, la réserve de verre étant alors constituée par un trou borgne de 20 mm de diamètre situé au centre du cercle, on a pu filer, sans rencontrer d'inconvénients, des lingots de 300 mm de longueur.
EXEMPLE VII.- Filage de lingots de 100 mm de diamètre et longs de 300 mm, en acier doux. Il s'agissait d'obtenir des cornières de 40 mm x 40 mm x 4 mm. La filière 31 était conforme aux figures 9 et 10. Elle comportait à l'entrée de son orifice deux redans successifs 32 et 33 dans lesquels du verre s'accumulait et, en cas de manque de verre, fournissait la quantité de verre néces- saire pour parer à l'insuffisance.
Sans réserve de verre, la partie 34 de la filière a été mise hors de service, par déformation,, au deuxième lingot. Avec la réserve de verre constituée dans les cannelures 32 et 33, on a pu filer douze lingots sans aucun inconvénient.
L'invention, tout en étant plus particulièrement inté- ressa-nte pour le filage des métaux difficiles à filer, s'applique aussi aux métaux plus faciles à filer tels, par exemple, que le laiton et le duralumin, la matière fusible utilisée, par exemple un laitier, étant choisie comme fondant au contact du lingot., Les pressions de filage sont alors très sensiblement diminuées par rap- port aux pressions habituelles, ce qui permet de réduire la puis- sance des presses pour une diminution de section déterminée du métal ou d'obtenir, pour une même puissance, des réductions de section beaucoup plus importantes.
REVENDICATIONS.
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