Travail à froid de matières ductiles.
L'invention concerne la transformation à froid de matières ductiles en un corps ou une forme géométrique à paroi de
la minceur d'un clinquant, et plus particulièrement la production d'une matière travaillée et d'objets- fabriqués en cette matière,
dont la section transversale est si mince, que les procédés existants de travail à froid des métaux ne peuvent convenir. L'invention permet d'y arriver à l'aide d'un procédé nouveau et d'un appareillage convenant à son exécution. Quoique le procédé ait certaines caractéristiques fondamentales, l'appareillage peut varier suivant
le produit à obtenir, celui-ci ayant lui-même des caractéristiques propres dépendant de son utilisation.
Les métaux se travaillent à froid à des températures endessous de la température de recristallisation du métal et sous
des charges dépassant la limite d'élasticité, afin d'obtenir les déformations plastiques permanentes désirées. Avec les métaux courants, ces tensions sont très élevées et peuvent être de l'or-
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que même pour des pièces de relativement petite surface, des pressions totales énormes sont nécessaires si l'on veut travailler à froid tout un flan en une fois.
Comme procédé de travail à froid, il y a le laminage, l'extrudage, le repoussage, etc. Aucun de ces procédés ne peut convenir, quand les matériaux ductiles doivent être réduits à
une très mince épaisseur, par travail à froid. Dans le cas d'extrudage ou de laminage, les pressions requises pour une déformation plastique de la matière sont extrêmement élevées.
Une seule passe de la matière au laminoir produit une réduction d'épaisseur relativement si peu importante que, pour obtenir l'épaisseur finale désirée, un grand nombre de passes est nécessaire. De plus, pour de très grandes pressions, les laminoirs deviennent très volumineux. Pour ne pas avoir recours à
des pressions si élevées, on a tenté d'utiliser des rouleaux de petit diamètre; mais pour que ceux-ci ne plient pas, ils sont doublés
par deux rouleaux de soutènement auxiliaires. Ceux-ci sont soutenus à leur tour par un autre groupe de rouleaux auxiliaires, et ainsi de suite jusqu'à obtention de la rigidité voulue. La construction d'un tel laminoir à rouleaux multiples est très coûteuse, et la réduction d'épaisseur par passe entre les rouleaux est limitée par le couple moteur disponible. Il faut donc de nouveau un grand nombre de passes, pour obtenir une épaisseur de la minceur d'une feuille métallique. Comme chaque passe écrouit le métal, il faut avoir recours à de nombreux recuits, ce qui rend le procédé compliqué sans obtenir de bons résultats. De plus, un laminoir
ne peut convenir quand une partie seulement de la pièce traitée
doit être amincie.
Dans les procédés d'extrudage, la pression hydraulique
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traiter. Non seulement les forces appliquées doivent être grandes, mais l'outillage doit être robuste et largement calculé pour pouvoir forcer le métal comme un fluide dans un cylindre. Il s'ensuit que, malgré les énormes pressions nécessaires qui compliquent les installations, les procédés de fabrication connus ne peuvent convenir.
Dans le procédé de repoussage, on fait tourner un flan métallique assez mince contre un outil à bord arrondi ou une
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drin entraîné par la pièce à traiter. On obtient ainsi une faible réduction d'épaisseur, chaque fois que l'outil passe sur la pièce. L'obtention de parois très minces par repoussage répété est difficile pour deux raisons. En premier lieu, le repoussage durcit fortement le métal, de sorte qu'il faut recuire après une réduction d'épaisseur relativement faible. La chauffe et le repoussage de pièces aussi délicates peuvent être désastreux.
En second lieu, quand la paroi devient très mince, elle ne peut plus transmettre les forces importantes exigées par le repoussage, et il s'ensuit de .sérieuses déformations et/ou des cassures. Ceci est dû principalement à ce que, en diminuant l'épaisseur de paroi par repoussage, l'outil est poussé dans la matière non travaillée et en sens opposé de la force motrice. C'est donc la matière travaillée amincie qui doit transmettre la force motrice, celle-ci étant nécessairement limitée par la résistance de la matière mince.
Il est donc clair qu'il n'existait jusqu'ici pas de procédé mécanique pour, par le travail à froid de métaux ductiles, fortement réduire des épaisseurs de paroi, sans avoir recours à des forces motrices très grandes, à de l'appareillage massif, et/ou des recuits fréquents, surtout s'il faut obtenir des épaisseurs de la minceur d'un clinquant.
La présente invention élimine.. toutes ou la plupart des difficultés susmentionnées et d'autres, la cause de ces difficultés étant supprimée par un nouveau procédé de travail à froid
des métaux et l'appareillage y afférent. Le procédé peut être qualifié de procédé d'extrudage perfectionné, qui se différencie fondamentalement des procédés de travail à froid antérieurs en
ce qu'il se caractérise par un élément dénommé "de balayage", et en ce que l'appareillage est étudié de façon à utiliser cette caractéristique dans la réduction à grande échelle de l'épaisseur de paroi d'un flan, qui peut consister en un tronçon de tube dont les parois sont fortement amincies, par un seul passage dans l'appareil. Le tube, lors de son passage dans l'appareil d'extrudage, peut être manipulé de telle façon, qu'il présente une partie ou une forme comme un tube cylindrique à paroi très mince pouvant être utilisée ainsi ou transformée en une électrode, telle qu'une grille, convenant dans des dispositifs à décharge électronique ou autres, partie qui a des propriétés électroniques, mécaniques, thermiques et/ou électriques fortement améliorées et pouvant être produite en série.
Cela étant, les buts de l'invention sont les suivants:
créer un nouveau procédé d'extrudage dont le balayage est
une caractéristique omportante;
créer un appareillage pour la mise en application du procédé qui permet l'utilisation de la caractéristique de balayage, grâce auquel l'opération d'extrudage est matériellement différente de n'importe quel procédé d'ex trudage antérieur;
créer un procédé prévoyant l'utilisation d'un système de laminoir, ou son équivalent, qui applique une pression localisée
à un volume donné du flan à travailler, permettant la mise en application de forces motrices relativement faibles;
créer un procédé et un appareillage permettant de réduire grandement l'épaisseur de paroi du flan, en une seule passe. Ce
Il nouveau résultat est obtenu en promenant sur le flan un rouleau
de forme appropriée ou un outil similaire, sous pression;
créer un appareillage qui permette de débiter la matière à travers l'élément d'extrudage de telle manière, que les forces nécessaires sont transmises par l'intermédiaire de la matière épaisse non travaillée, c'est-à-dire dans le sens de la source de la puissance motrice, et que seulement une partie déterminée de la matière est réduite dans un volume géométrique donné et/ou une phase du procédé d'extrusion;
créer un procédé et un appareillage pour fortement réduire l'épaisseur de paroi du flan, et former simultanément avec celuici une partie ou forme d'électrode ayant de nouvelles caractéristiques mécaniques et électriques, rendant l'utilisation d'une
telle partie avantageuse dans des dispositifs à décharge électronique ou semblables;
créer une caractéristique de balayage faisant partie du nouveau procédé d'extrudage et mise en application par la réalisation de principes fondamentaux d'extrudage, suivant lesquels la matière travaillée n'est qu'une partie localisée du flan, la forme géométrique de cette région étant asymétrique, et l'endroit de la région travaillée étant fixé de façon relative par rapport à l'ouverture d'extrudage;
Créer une forme de procédé d'extrudage dans laquelle on coordonne trois forces composantes de telle manière que l'on obtient un volume géométrique localisé et une ouverture d'extrudage par balayage du flan, le balayage se réalisant en une seule passe sur la matière à travailler.
D'autres buts, avantages et résultats de l'invention ressortiront clairement de la description donnée ci-après avec référence aux dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 est une vue de face, partiellement en coupe, d'une forme d'appareillage conforme à l'invention. La figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1. La figure 3 est une coupe agrandie suivant l'axe du mandrin et de la pièce à travailler, montrant l'opération de réduction de l'épaisseur de paroi. La figure 4 est une vue de face montrant l'opération d'amincissement répétée plusieurs fois le long d'une pièce tubulaire continue. La figure 5 est une coupe agrandie d'une cathode utilisant, comme support, un des produits de l'ivention. La figure 6 est une vue en coupe fragmentaire agrandie représentant une phase de l'invention. La figure 7 est une vue de face agrandie, partiellement en coupe, et semblable à la figure 3, montrant des détails du processus de travail conforme à l'invention.
La figure 8 est une coupe transversale fragmentaire agrandie, suivant les lignes 8-8 de la figure 7, montrant l'ouverture d'extrudage dont les limites ne sont pas complètement figurées. La figure 9 est une représentation schématique de la trajectoire hélicoïdale dans une forme de réalisation de l'invention. La figure 10 est une vue en coupe montrant l'écoulement de la matière sous une contre-pression excessive exercée par l'outil de travail dont le bord périphérique est pourvu; d'une surface plane. La figure 11 est une vue semblable à la figure 10, sauf que l'outil de travail a une partie en bourrelet mise en contact sous pression avec la pièce.
La figure 12 est une vue en coupe d'une autre forme d'outil de travail avec un rebord arrondi rotatif; et La figure 13 est une coupe, partiellement schématique, d'une variante d'appareillage conforme à l'invention, dans laquelle le mouvement rotatif principal utilisé dans l'appareil de la figure 1 est remplacé par un mouvement de va et vient.
La présente invention consiste, en principe, en un procédé d'extrudage avec balayage et un appareillage pour son exécution, par lesquels l'épaisseur de paroi d'une pièce tubulaire ductile peut être fortement réduite par une seule passe du tube dans l'appareillage. La présente forme d'extrudage est caractérisée par les nouvelles propriétés consistant en un balayage de la partie du flan à travailler subissant la déformation et en l'application des composantes ou forces coordonnées sur un volume géométrique relativement limité de la pièce.
Le sens du mot "balayage" tel qu'il s'applique au nouveau procédé d'extrudage sera défini ci-après. Il en sera de
même de certains autres termes utilisés dans un sens peu courant, mais le sens voulu ressortira clairement de la description suivante donnée avec référence aux dessins annexés.
Dans une forme d'exécution de l'invention, le tube peut être placé sur un mandrin poli, qui sert de surface de soutien de grande dureté et qui, muni de son tube, est introduit dans un système de rouleaux. Ceux-ci au point de vue disposition, réalisation et commande, sont réglables par rapport à la pièce, mais ils sont maintenus à une distance radiale fixe du mandrin, distance qui détermine l'épaisseur finale du tube fini. Un bout du tube est fixé, de façon rigide, au mandrin, tandis que l'autre bout est libre et peut se mouvoir axialement. Quand on réduit le diamètre du tube, c'est la partie grosse ou épaisse qui est utilisée pour 'forcer la partie de paroi mince entre les rouleaux.
Des dispositifs sont prévus pour régler, dans le sens radial, les rouleaux par rapport à l'axe du mandrin et pour simultanément appliquer une pression localisée perpendiculairement aux parties successives du tube qui se déplace entre les rouleaux. Les rouleaux sont prévus d'un rebord de petit diamètre, comparé au diamètre des rouleaux. Avec cette construction, on peut, en appliquant des forces totales relativement réduites, réduire fortement 1' épaisseur de paroi du tube grâce à la répartition et l'intensification dues aux faibles surfaces de contact entre la partie de la pièce travaillée et les rebords des rouleaux.
Comme il sera expliqué ci-après, une ouverture d'extrudage est formée au moyen de chaque rouleau, quand il est mis en contact avec la surface de flan lui opposée, balayant ainsi un certain volume géométrique de matière subissant déformation, à un moment donné durant le processus de travail.
Une forme motrice est appliquée au tube dans une direc-
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Cette force constitue la composante axiale nécessaire dans le nouveau procédé d'extrudage par balayage, tel qu'il est appliqué dans le présent exemple.
En ajustant les rouleaux, variant la surface du mandrin et par d'autres moyens semblables, il est possible d'obtenir des produits finis différents. Par exemple, en évidant par endroits la surface extérieure du mandrin et en appliquant une force à la matière dans le sens radial, on provoque un écoulement de matière dans les évidements du mandrin, obtenant ainsi des sections longitudinales plus épaisses correspondant aux évidements dans le contour du mandrin. Cependant, dans la présente application, on utilise un mandrin lisse et on obtient ainsi, comme produit final, une électrode décrite en détail ci-après.
Le procédé décrit prévoit, et l'appareillage comporte des dispositifs pour l'application à la matière à travailler, de trois forces principales: une première faisant tourner le tube, une deuxième faisant mouvoir le tube parallèlement à l'axe du mandrin support, et une troisième pour exercer urne pression perpendiculaire à l'axe de rotation.
L'invention peut être considérée comme ayant trois caractéristiques fondamentales: (1) le procédé est une forme d'extrudage avec au moins deux mouvements de balayage; (2) un volume géométrique localisé asymétrique de la matière est soumis à l'extrudage; et (3) l'extrudage se fait en une seule passe de la matière travaillée. Cette disposition permet d'éviter les tensions et contraintes que l'on a toujours dans les procédés antérieure de laminage, repoussage, étirage et autres travaux de métal semblables.
Dans un exposé préliminaire, la théorie et/ou la technique de l'invention peuvent être expliquées en reportant aux procédés d'extrudage antérieurs, et en montrant ensuite en quoi le nouveau procédé diffère des anciens.
Dans le processus d'extrudage classique, on place une pièce ou une quantité de matière ductile dans une certaine forme de dispositif de serrage de sorte qu'un piston, agissant sous l'effet d'une force, comprime toute la matière d'une manière suffisante pour que celle-ci s'écoule plastiquement à travers un orifice
dont la section est pratiquement identique à celle de la matière expulsée. Comme il a été dit plus haut, pour expulser le métal, une forte pression hydraulique est créée dans le volume entier
de la matière, avec tous les inconvénients qui en découlent.
Pour éviter ces difficultés, un mécanisme est proposé, grâce auquel la pression hydrostatique nécessaire à l'extrudage, est limitée à un volume géométrique relativement réduit de la matière à travailler. Cette différence de principe est possible grâce à-un effet de balayage obtenu en employant un dispositif
à rouleaux répondant à des forces coordonnées et/ou des composantes décrites plus en détail ci-après. Il suffit de dire ici, que chacun des rouleaux constitue une partie d'une ouverture effective de balayage, et qu'avec un bout du flan à travailler libre de faucon à pouvoir glisser axialement sur un support, tel un mandrin, la partie mince ou réduite du flan s'écoule longitudinalement du mandrin et dans la même direction que le mouvement de la partie non travaillée du flan; c'est-à-dire que les rouleaux sont poussés contre la partie épaisse non travaillée du flan et vers la source de force motrice.
La limitation de la force d'extrudage à un volume restreint est une caractéristique qui différencie l'invention des procédés d'extrudage antérieurs et permet de réduire une épaisseur de paroi de flan jusqu'à 0,001 pouce (0,025 mm) et moins. De plus une épaisseur de paroi peut facilement être réduite de trente fois par rapport à l'épaisseur de tube originale, et cela en une seule passe.
Quoique les phases principales du nouveau procédé d'extrudage restent les mêmes, l'appareillage peut différer suivant les produits finis à obtenir. Le degré de différence dans l'appareillage dépendra de la. nature du produit fini. Cependant, à titre d'exemple, on décrira une forme d'appareillage convenant à la mise en pratique de l'invention, dans son entièreté.
Pour mieux faire sai�sir l'invention, il semble utile de définir exactement le sens de certains termes employés, de sorte que leur sens facilitera la compréhension de l'invention, au fur et à mesure de la description .
Un procédé d'extrudage par "balayage" signifie la production d'un écoulement plastique au moyen d'un extrudage local progressif comprenant une trajectoire de balayage parcourue par un volume géométrique asymétrique du flan à travailler, passant de façon continue par une ouverture, la matière étant comprimée et retenue de tous côtés sauf à l'endroit de l'ouverture. Le balayage se fait de point en point au moyen de forces composantes dirigées vers le bas, forces de canalisation et d'intensification qui sont coordonnées mais capables d'agir indépendamment, de façon à parfaire le balayage, de préférence, en une seule passe de la matière par l'ouverture.
Le "balayage" se fait sur la matière soumise à déformation, puisqu'elle est soumise à un mouvement de rotation et/ou un mouvement transversal de la matière par rapport à l'outil, avec le résultat que le mouvement de la matière suit une trajectoire méthodique qui peut être décomposée en au moins deux composantes corrélatives dirigées perpendiculairement l'une à l'autre, par exemple, une transversale et une longitudinale, une circonférentielle et une radiale, ou une circonférentielle et une axiale, etc. En d'autres mots les composantes de l'opération ont deux dimensions ou directions, qui se suivent ou se déroulent de façon continue.
Le terme "ouverture" utilisé dans l'exposé du nouveau procédé d'extrudage peut être défini comme une ouverture dont les limites sont incomplètement établies et qui balaie continuellement la matière suivant une trajectoire régulière, lisse, qui se recouvre partiellement et ne se répète jamais. A ce point de vue, l'ouverture d'extrudage, dans le nouveau procédé;, n'a pas un contour bien délimité qui peut être identifié visuellement comme une entité statique, telle que l'ouverture utilisée dans les procédés d'extrudage classiques, qui elle est limitée par des contours définis tombant sous les sens.
Au contraire, le terme "ouverture d'extrudage" utilisé ici ne se rapporte pas à,ou ne définit pas une simple entité physique ou une surface limitée de forme et de dimensions évidentes, mais constitue une forme déterminée par ces éléments de réaction qui, par leurs fonctions, se coordonnent de manière à former une ouverture d'extrudage par laquelle la partie expulsée du flan l'est pendant l'opération d'extrudage. Cette ouverture peut donc être considérée comme déterminée par plusieurs limites de contrainte effectives, parmi lesquelles il
peut y avoir une surface de soutien s'opposant à une surface en contact avec la matière, tel un outil, cette matière à expulser étant enserrée et/ou comprimée de tous côtés, sauf du côté ou dans la région par laquelle la matière expulsée s'écoule durant l'opération de balayage.
Le terme "intégral" signifie particulièrement une construction composée d'une seule pièce de matière à laquelle on peut donner différentes formes mais toutes d'une seule pièce sans joints.
En se reportant aux dessins, et particulièrement aux figures 1 à 3, l'appareillage pour l'exécution de l'invention peut consister en une machine-outil telle qu'une perceuse à colonne. Comme ces machines-outils sont bien connues, seules les parties nécessaires à l'exposé de l'invention sont représentées. Un arbre tournant 32 peut être levé et abaissé au moyen d'une poignée 2 qui fait glisser un manchon 3 par l'intermédiaire d'un engrenage 4. Un mandrin 5 glisse dans des coussinets de précision 10 logés dans un étrier 6 fixé lui-même à une base 7. Celle-ci repose à son tour sur une table de perceuse 8 reliée mécaniquement à la partie supérieure de la machine-outil, et soutenant le dispositif réducteur d'épaisseur qui comprend un cadre auxiliaire 9 disposé
à l'intérieur de l'étrier 6. Les coussinets serrants 10 et l'étrier 6 servent à faire tourner le mandrin 5 exactement autour de son axe et bien perpendiculairement à la surface supérieure de la base 7. Le cadre 9 porte des rouleaux non réglables
11 et 12, et un rouleau réglable 13 monté dans le bloc glissant
14 qui peut se déplacer à l'intérieur du cadre 9 (voir figure 2).
Cela signifie que les rouleaux 11 et 12 quoique rotatifs sont montés sur des axes fixes, c'est-à-dire que l'on ne peut déplacer l'un par rapport à l'autre, dans un support extérieur
9, tandis'que le rouleau 13 est monté sur un patin mobile 14 et qu'on peut le déplacer par rapport aux autres rouleaux. Pour la représentation actuelle de l'invention, les rouleaux 11, 12 et
13 peuvent avoir un diamètre d'un pouce (25,4) mm et être munis
d'un rebord ou arête en demi-rond 15 d'un rayon de 0,062 pouce
A
(1,6mm). La valeur de ce rayon n'est pas critique, mais il y a en général une valeur optima pour tenir compte de la matière, de son épaisseur et du rapport de réduction désiré. Un rapport, de valeur générale, entre le rayon du rebord et l'épaisseur de paroi de départ, peut se situer entre 0,1 et 10, suivant l'épaisseur de paroi originale, le genre de matière et les résultats désirés. Il est clair aussi que 3?on peut utiliser une grande variété de forme et/ou de sections transversales pour les rouleaux.
Le cadre auxiliaire constitué des éléments 9, 14, 33, 34,
35, 36 et les rouleaux 11, 12, et 13, peut glisser librement sur la base 7, de manière à centrer automatiquement les rouleaux autour de la pièce à travailler ou tube, portant généralement la référence 1, et le mandrin 5. Quoiqu'ilsoit préférable d'utiliser trois rouleaux parce qu'ils se centrent automatiquement, il est bien entendu que l'on peut employer un nombre quelconque. de rouleaux montés dans un bottier approprié. De plus, on remarquera que
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glissement, qui déplace automatiquement les rouleaux par rapport
à l'axe du mandrin, quand le rouleau 13 est réglé axialement, comme il sera expliqué ci-après.
Certaines parties décrites ci-dessus sont représentées
plus clairement à la figure 3, où la pièce à travailler 1 consiste en un tube à paroi amincie 17 qui peut être obturé à un bout
par le chapeau 16 et qui est glissé sur le mandrin 5. Le chapeau
16 ne doit pas faire partie du tube 1 pour être une forme d'exécution de l'invention dans sa forme élémentaire, c'est-à-dire extrudage par balayage, mais il est représenté ainsi, à titre d'exemple, pour des raisons qui ressortiront clairement ci-après. L'épaisseur de paroi du tube métallique 1 est réduite, grâce à l'application simultanée d'une pression axiale dans les sens des flèches 18 et 19 (voir figure 3): et à la pression radiale 20 exercée pendant que le tube tourne sous la pression des rouleaux.
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la région recevant la pression des rouleaux, et à communiquer à la pièce à travailler le couple de rotation nécessaire, par l'intermédiaire de dispositifs de serrage pouvant consister en un collier 22 avec une vis de fixation 23. Le rebord $ rayon relativement faible 15 des rouleaux 11, 12 et 13 exerce une pression locale intense dans la région 24 de la section de tube 17, provoquant une déformation plastique et un amincissement consécutif de la paroi épaisse du tube. La paroi amincie 17 s'écoule hors des rouleaux 11, 12 et 13 le long du mandrin 5, sans pratiquement de perte de volume de la matière. Il en résulte que la partie mince
17 s'allongera proportionnellement à l'amincissement de la paroi. Les trois rouleaux 11, 12 et 13 tournent sur des roulements à aiguilles de précision 26, comme on peut le voir en particulier aux figures 1 et 2.
Comme indiqué à la figure 1, la pièce subissant le traitement est un flan de tube qui est entraîné par un accouplement 27 tel qu'un manchon à denture 28 fixé au mandrin 5. Dans le cas présent, le mandrin est extérieurement lisse. Sans
le chapeau 16, la pièce obtenue pourrait être employée domine support de cathode (voir figures 5 et 7), comme il sera décrit ultérieurement.
L'accouplement universel 31 (figure l) communique au mandrin 5, à la fois le mouvement de rotation de l'arbre 32 et le mouvement axial du manchon 3 sans vibration ni excentricité, de façon que le mandrin 5 tourne symétriquement entre les rouleaux 11, 12 et 13. Toute autre disposition appropriée peut être adoptée.
Cette opération de façonnage combine les avantages de surfaces de contact à faible rayon et de la forte pression unitaire du laminoir à rouleaux multiples avec l'avantage principal du procédé d'extrudage, qui consiste en ce que les forces nécessaires sont transmises par la paroi relativement épaisse 25 de la pièce à travailler 1. Les rouleaux 11, 12 et 13 sont de préférence en acier trempé, exécutés avec précision et polis. L'expérience a montré que la dureté des rouleaux sera d'environ 64 degrés Rockwell C, tandis que la dureté du mandrin aura de 64 à 66 degrés Rockwell C.
Quand la pièce 1, le mandrin 5 et les parties associées
28, 31 et 32 tournent tous à une vitesse d'environ 700 tours par minute, la vis d'alimentation 33 est avancée au moyen d'une poignée moletée 34. De ce fait le patin 14 est amené dans la direction de la pièce à travailler 1 et enfonce les rouleaux 12,
13 et 11 dans celle-ci jusqu'à une certaine profondeur déterminée par le réglage de l'écrou 35 et du contre-écrou 36. La profondeur est choisie en fonction de l'amincissement désiré dans la partie 17. La poignée 2 est maintenant manoeuvrée, de sorte que l'engrenage y attaché 4 et la crémaillère associée 37 de la perceuse exercent une force axiale dirigée vers le bas 19 sur
la pièce 1, par l'intermédiaire des éléments 5, 25, 28, 31 et 32; simultanément, à cause du frottement réciproque, la pièce 1 et le mandrin 5 sont entraînés à l'unisson et entraînent les rouleaux 11, 12 et 13, qui exercent ainsi une force radiale 21. Grâce à l'action combinée de ces forces, la paroi amincie 17 s'allonge et la paroi originale 25 raccourcit. On obtiendra en quelques secondes une longueur convenable de paroi amincie 17
et on supprime alors la force axiale 19; les rouleaux sont retirés; la perceuse est arrêtée et la pièce 1 finie est enlevée du mandrin 5. Dans le cas présent, la pièce finie, comme indiqué à la figure 3, est composée de deux extrémités 16 et 25 dont l'épaisseur de paroi vaut 0,032 pouce (0,8mm) et qui sont réunies par une paroi, faisant partie intégrante, beaucoup plus mince. Les trois sections ont le même diamètre intérieur de 0,312 pouce
(8mm) qui correspond pratiquement au diamètre extérieur du mandrin 5. En prenant des précautions raisonnables pour avoir une
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A
11, 12 et 13, on peut obtenir facilement des épaisseurs de paroi de 0,001 pouce (0,025mm) et moins. Cela correspond à une réduction de plus de trente fois en une seule passe. Malgré l'épaisseur de feuille de la partie amincie, l'ensemble sera relativement rigide et mécaniquement résistant.
On remarquera facilement que la figure 7 montre de façon plus détaillée les différentes étapes du processus décrit, à une échelle agrandie pour la facilité de compréhension. Le produit obtenir dans cette figure, est représenté différemment, le chapeau 16 étant omis. Il s'agit donc ici d'un tube ouvert composé de deux extrémités épaisses réunies par une partie intermédiaire à paroi mince dont l'épaisseur est relativement réduite, les trois parties ayant le même diamètre intérieur.
Le processus décrit sera mieux compris, si on examine en détail le comportement du métal dans la région d'écoulement plastique, pendant l'opération.
La figure 6, représentant une forme élémentaire du nouveau type d'extrudage local, se rapporte particulièrement au fait que la pression s'exerce sur un volume limité de matière.
Dans le cas présent, le flan 1 est monté sur une pièce de soutien 40 et enserré, sauf sur un côté, dans un moule convenable
41, de sorte que la pression développée par un poinçon 42 est limitée pratiquement à la région 43 et à celle immédiatement endessous du poinçon. Quand celui-ci pénètre dans le flan 1, la matière s'écoule de dessous le poinçon 42 et repousse la partie
16. On remarquera que ce mouvement ou cet allongement de la partie 16 se fait beaucoup plus facilement après que le poinçon s'est enfoncé sur une appréciable distance dans la paroi du flan. En fait, quand le poinçon 42 commence à pénétrer dans le flan, la matière de.la région 16 est immobilisée à cause de la tension dans la matière qui se trouve sous le poinçon 42, de
sorte qu'une saillie ou bosse 44 se forme..Celle-ci est fortement /"\ exagérée pour faciliter la compréhension. Quand le poinçon pénètre plus avant dans la paroi, l'allongement se fait plus facilement.
Cette simple explication du phénomène d'extrudage local montre que la force totale requise est beaucoup plus faible
que s'il fallait exercer la pression unitaire sur toute la matière, comme c'est le cas dans les procédés d'extrudage antérieurs.
Les figures 7 et 8 représentent l'application de ce principe d'extrudage local élémentaire aux appareils décrits ci-dessus. Les rebords 15 des différents rouleaux 11, 12 et 13 jouent le même rôle que le poinçon 42 et exercent de la pression dans la région de travail 43. Comme ces rouleaux se promènent sur le flan 1, à cause de la rotation, des tensions de compression sont créées dans la région 43, tensions suffisantes pour provoquer un écoulement plastique de la matière de cette région. A cause de la partie épaisse voisine non travaillée attachée au mandrin 5, la matière est arrêtée dans les autres directions et la matière flue uniquement dans le plan de rotation. L'effet de ces contraintes de limitation est nettement accentué en rendant le diamètre des roulettes grand par rapport au rayon du rebord 15.
La figure 6 montre, sous une forme exagérée, l'effet sur la région de travail
43, le poinçon. 42 agissant cette fois de la manière du rebord
15. On remarquera que la forme géométrique de la région 43 n'est pas symétrique du tout. On peut au-ssi se rendre compte (voir figure 8) que la matière, de part et d'autre de la ligne 45 joi- <EMI ID=8.1>
pas de glissement. Cela veut dire que cette région asymétrique
43 n'est pas une partie déterminée de la matière, mais qu'elle
est un volume géométrique qui passe par différentes parties
du flan, pendant l'opération d'extrudage. De plus, les surfaces
de contact entre rouleaux et région de travail 43 sont des composantes qui vont constituer une ouverture d'extrudage imparfaitement délimitée. Cette caractéristique est étudiée de plus près en un ,autre endroit de cette étude.
L'analyse précédente montre qu'en plus d'extrudage local, l'invention se caractérise par des forces qui se déplacent de
façon continue sur la pièce, ce déplacement constituant une opération de balayage en une seule passe. Ceci résulte en une pression renforcée appliquée à une partie limitée du flan , provoquant l'écoulement plastique de la matière de dessous les rouleaux, dans
un sens axial, le long de la surface du mandrin 5. A cause de la résistance du support et de la partie cylindrique des rouleaux
11, 12 et 13, l'écoulement ne peut se faire que par l'ouverture formée entre la périphérie extérieure de chacun des rouleaux et
la surface du mandrin. Il en résulte l'amincissement et l'allongement consécutif du flan tubulaire. En localisant ainsi l'extrudage, celui-ci ne se fait pas simultanément sur tout le contour du flan, mais il se limite à des parties localisées de la périphérie, lorsque celles-ci passent les unes après les autres sous les rouleaux. Cependant, à cause de la rotation rapide du flan, ces partie^ localisées subissent l'extrudage successivement et continuellement très rapidement les unes après les autres, de sorte que toute
la périphérie subit l'extrudage pratiquement en même temps.
Comme il a été dit plus haut, la forme géométrique de la région du tube soumise à l'extrudage, est asymétrique. On a établi aussi que cette région asymétrique n'est pas une partie
définie de la matière, mais que c'est un volume géométrique qui
se déplace progressivement par différentes parties du flan 1.
Ce volume géométrique relativement restreint est enserré et/ou soumis à des forces très concentrées et/ou canalisées, en tous
les points de sa surface extérieure sauf en un endroit, qui joue
le rôle d'orifice ou d'ouverture d'expulsion 30 à travers laquelle se fait l'extrudage local. Pour des raisons de simplification,
on peut dire que toute la matière à travailler a passé par l'ouverture d'extrudage, quand un balayage ultérieur ne produit plus d'extrudagë du volume particulier de matière travaillé. En d'autres mets, le volume géométrique localisé asymétrique et l'ouverture d'extrudage associée peuvent balayer progressivement, circonférentiellement et axialement, la matière du flan, conformément au nouveau procédé.
Comme on peut le voir particulièrement à la figure 7, ce procédé d'amincissement est réalisé par les rouleaux qui se meuvent suivant un mouvement rapide principal pratiquement parallèle
à une surface du flan 1 -(voir flèches 18, 18) et simultanément suivant un mouvement plus lent dans un sens perpendiculaire au mouvement principal (voir flèches 20,20). Une troisième force entre en jeu, quand les rouleaux sont poussés, suivant un mouvement axial plus lent, dans la matière du flan 1, force (voir flèche 19, figures 3 et 7)qui se superpose, de façon simultanée,
au mouvement principal susmentionné,. Il est aussi possible, si
on le désire, de combiner simultanément les trois mouvements cidessus perpendiculaires entre eux, aussi longtemps que la trajectoire de balayage du volume géométrique asymétrique, avec ses forces intensifiées et son orifice 30 associés, est une trajectoire régulière non répétée à travers la matière du flan.-
La trajectoire de balayage, créée dans le présent exemple, peut être considérée en principe de forme hélicoïdale, comme indiqué à la figure 9. Le pas 47 de l'hélice est relativement petit à cause de la vitesse périphérique de rotation assez élevée, en comparaison de la vitesse axiale d'avancement 49 de la pièce. L'expérience a montré que le pas est suffisamment petit, pour
que les parties locales adjacentes se recouvrent partiellement pendant le balayage. Le pas exact employé dépend de la nature et de l'épaisseur de la matière du flan, du rayon des rouleaux, du rayon de leurs rebords, et de l'épaisseur finale ainsi que du
fini de surface désirés. Cependant le pas entre parties adjacentes de la trajectoire de balayage ne sera jamais trop grand, pour les raisons suspentionnées, et aussi parce que des tensions axiales
existent sur la périphérie, de part et d'autre des rouleaux 11,
A
12 et 13, tensions qui peuvent dépasser la limite d'élasticité et provoquer un allongement permanent de la matière à travailler.
Ceci doit être généralement évité, pour ne pas avoir de plissements ni de bosses, et le pas sera donc choisi de façon à maintenir ces tensions en-dessous de la limite d'élasticité. Cependant, dans certains cas et en fonction de certaines considérations, il peut être utile de provoquer un flambage dans des régions déterminées. Ceci pourra être facilement obtenu, en ajustant les tensions dont il vien d'être question.
La construction de la figure 13 est une variante du nouveau procédé de balayage, servant à amincir une plaque plane de matière ductile 53. L'appareil peut comprendre un chariot 50, muni de rouleaux 51, roulant dans une rainure 52. Celle-ci est pratiquée dans une pièce de contre-pression 54. Dans la disposition représentée, un mouvement de va et vient, qui est l'équivalent du mouvement rotatif de l'exemple précédent, est réalisé au moyen de la manivelle 56 et de la bielle 57. La force 58 est perpendiculaire au mouvement principal, et peut être appliquée par un moyen extérieur quelconque (non représenté). Un dispositif approprié, de forme classique, devra être utilisé pour maintenir un certain écartement désiré entre la pièce de soutien 55 et le rouleau 51.
La trajectoire de balayage engendrée par le rapide mouvement de va-et-vient sera en zig-zag, et le pas de celui-ci ne doit pas être constant sur toute la largeur de la surface balayée, c'est-àdire qu'il peut être large et être suivi d'un pas relativement fin, de manière à produire un réseau de balayage à pas variable. En tous cas, les cycles de balayage se chevaucheront de manière à produire l'effet de balayage caractéristique de l'invention et
les tensions engendrées seront en-dessous de la limite d'élasticité des parties soumises à extrudage.
On peut eonclure de ce qui précède que l'écoulement plas-
tique produit par le passage du volume géométrique de matière
\ balayée à un moment donné, engendrera un réseau cristallin différent de tout ce qui a été produit par les méthodes d'extrudage classiques. De plus, ce réseau sera caractéristique du nouveau procédé d'extrudage par balayage, de sorte qu'en examinant les microphotographies, spécialement des parties minces du produit fini, il sera possible d'identifier le procédé suivant les lignes d'écoulement plastique ou les réseaux résultant de l'emploi du nouveau procédé de balayage décrit. En examinant donc le prpduit fini, on pourra donc déterminer si celui-ci a été fabriqué conformément ou non à la présente invention, c'est-àdire par extrudage par balayage. Le dessin d'écoulement sera évidemment influencé par le genre de matière ductile.utilisée, mais pour une matière donnée ce dessin sera assez régulier et pourra être identifié.
En d'autres mots, on peut signaler qu'il est possible d'éta-
<EMI ID=9.1>
ture fibreuse caractéristique de l'opération d'étirage. De façon analogue, le réseau cristallin formé par l'extrudage à balayage peut être pris à témoin pour établir ou identifier le procédé d'extrudage par balayage d'une pièce donnée, en opposition à la méthode d'extrudage classique. C'est-à-dire que le nouveau procédé d'extrudage engendre un réseau cristallin identifiable caractéristique du balayage d'un volume localisé de matière à un moment donné, et en suivant une trajectoire continue, etc. Les caractéristiques d'identification du réseau cristallin engendré par
le nouveau procédé d'extrudage par balayage, peuvent être attribuées à des facteurs tels que la forme en spirale du balayage
et les appareillages employés; l'écoulement plastique résultant du balayage d'un volume géométrique localisé qui donne au procédé des lignes de fluage de caractéristique propre, etc. Par conséquent, il est permis de revendiquer un produit fini ayant des caractéristiques nouvelles qui peuvent ne pas être évidentes
à la suite d'une inspection occasionnelle, mais qui, toujours, ne peuvent être dues qu'au procédé d'extrudage par balayage décrit cic.
Dans la présente description, le terme "grande réduction"
a été appliqué à l'épaisseur de paroi résultante du produit fini, et il a été utilisé dans le sens que le flan travaillé subit un très grand allongement, sous l'effet de charges de compression.
Il est établi, en technique d'étirage, que l'on peut allonger beaucoup.plus une matière sans la déchirer, si celle-ci est soumise à des charges de compression perpendiculaires aux tensions d'allongement, et l'expérience a montré que l'on peut atteindre des allongements par tension extraordinairement élevés sans déchirures, avec une seule passe dans le nouvel appareil d'extrudage, la diminution d'épaisseur de paroi étant modérée. Ceci est exact; parce que la région 59 est soumise à de telles charges de compression à nonante degrés. De plus, les forces appliquées sont concentrées sur un volume géométrique limité, puisqu'elles sont promenées sur le flan à travailler. Par conséquent, les forces totales requises sont beaucoup plus faibles que celles qui seraient nécessaires, pour un amincissement égal, avec les procédés d'étirage classiques.
Ceci ressortira plus clairement en se reportant à la figure
10, qui est agrandie et est pratiquement la figure 3 un peu modifiée. Dn y voit mieux que le volume géométrique d'extrudage
43 n'est pas délimité, du côté du mandrin, par la surface du mandrin, mais qu'il est localisé, à l'intérieur du métal, entre le rebord 15 et le mandrin 5. Le métal compris dans le volume géométrique 43 peut s'écouler plastiquement, tandis que le métal entre le volume 43 et le mandrin 5 se déforme sous l'effet de tensions axiales. Cependant, comme la pression hydrostatique s'exerce aussi dans le métal 59 entre le volume 43 et le mandrin 5, les caractéristiques d'allongement sous tension dû métal
sont grandement renforcées, de sorte que l'on peut obtenir des
1 allongements de tension beaucoup supérieurs à ceux prévisibles
avec des caractéristiques de tension ordinaires.
On ne perdra pas de vue que l'on vient de mentionner deux sortes d'allongements; (1) un allongement extrêmement grand là où
se produit l'extrudage par balayage, décrit avec référence aux figures 7 et 8; (2) une combinaison d'allongement de tension et d'extrudage, comme décrit avec référence à la figure 10.
Quoique l'ouverture de balayage est vaguement une partie partiellement délimitée de la trajectoire de balayage, en fait
sa périphérie entière est intégrée pratiquement de manière à former un orifice complet. On notera également que le flan est plus
en pente, là où le balayage commence que le bord de la surface adjacente aux rouleaux, là où le balayage se termine (voir en particulier figure 7). Il est supposé que la raison de ces différences de courbure sera saisie, à la lecture de la présente description; on comprendra que ces différences peuvent ne pas être aussi accentuées qu'elles le sont dans les vues agrandies des dessins.
Par la nature du nouveau procédé d'extrudage par balayage, les forces motrices nécessaires pour des extrudages de parois
très minces ne doivent pas être démesurément grandes et, par conséquent, il n'y a pratiquement pas de limite à l'amincissement obtenable au moyen du nouveau procédé d'extrudage par balayage. Ces forces motrices requises sont toujours transmises
par la partie épaisse non travaillée de la pièce, l'opération
se faisant en une seule passe. Il est évident que l'on ne peut utiliser normalement un flan trop mince, à cause du danger de déformations et de plis. Ceci ne sera pas considéré comme une limitation d'application du nouveau procédé à tous les genres d'extrudage, mais servira à différencier encore plus le procédé des opérations courantes de repoussage, étirage et laminage, qui nécessitent des passes répétées pour obtenir des amincissements importants.
Dans les formes d'exécution de l'invention, il est possible d'utiliser pour certains genres de travaux, au lieu du dispositif à rouleaux, un outil genre rouleau 70 (voir figure 11).
Un tel outil a une pointe arrondie et ressemble à une forme primitive d'outil de repoussage. Il a été constaté cependant, qu'il est préféra.ble que le rouleau 70 tourne librement sur des roulements à aiguilles. Avec l'outil de forme simple 70, la partie
71 du flan 1 se trouve en avant de l'outil dans le sens axial,
<EMI ID=10.1>
lement. Cela est dû au fait que la partie 43 n'est pas contenue par la partie cylindrique décrite antérieurement des rouleaux 11,
12 et 13.
On retrouve aussi une partie. enroulée 71 à la figure 10, maisici elle peut être due à une compression excessive de la région 43 qui s'étend alors de part et d'autre de l'arête frontale du rouleau 12. Cette compression excessive provient de ce que les tensions présentes dans la région 59 empêchent la matière de s'écouler librement par l'orifice d'extrudage 30. Avec les amincissement importants normalement recherchés, la région 59 et l'enroulement de la matière n'existent pas.
La figure 12 donne un outil de construction plus satisfaisante. Ici, il s'agit d'une pièce en forme de tige terminée par une pointe arrondie symétrique par rapport à l'axe 66. La pointe arrondie comprime le.flan 1 de manière à former l'ouverture d'extrudage 30. On peut faire tourner l'outil, si on le désire, pour ne pas avoir de frottement de glissement, comme dans le cas d'un rouleau fixe, mais bien du frottement de roulement comme dans le cas du dispositif à rouleaux, ce qui facilite l'extrudage. Un trou 66 peut distribuer du lubrifiant sous pression et/ou un réfrigérant à la région voisine de l'ouverture 30.
La pièce de soutien ou mandrin peut avoir des formes très variées, comme susmentionné. Il est évident que les rouleaux et les surfaces de soutien seront construits de préférence en une matière beaucoup plus dure que la matière à travailler. De l'acier à outil très dur convenablement rectifié et poli convient pour travailler des métaux ordinaires. De plus, l'emploi de roulements à aiguilles pour les rouleaux, est très intéressant dans le but d'obtenir une rotation bien symétrique.
La figure 5 représente une partie d'un dispositif à décharge électronique comprenant une cathode avec un support qui peut être un produit du procédé de la présente invention. La cathode, portant la référence d'ensemble 60, est du type unipotentiel et a la forme d'une cuvette 61 en une matière de base appropriée, chauffée indirectement par un filament 62. La cuvette de cathode 61 est montée sur un support 63, le produit fini du <EMI ID=11.1>
sera_scellée. ultérieurement dans une pièce de verre 67. La partie amincie du support 63 joue le rôle d'un isolateur de chaleur,
pour la cathode 60.
Il faut signaler que dans le nouveau procédé d'extrudage par balayage, le balayage peut prendre d'autres formes telles qu'une spirale plane.
La description précédente montre qu'avec le nouveau procédé il n'y a pas de perte de volume, et le diamètre intérieur peut rester le même sur toute la longueur.
Il est clair que si les rouleaux doivent tourner, il ne faut pas nécessairement qu'ils soient entraînés, par friction,
par la pièce à travailler, mais qu'il peuvent être entraînés,
au contraire, par une force extérieure, avec ou à l'encontre de
la pièce soumise à extrudage.
Toute matière ductile appropriée peut convenir au nouveau procédé, y compris les métaux qui sont cassants quand ils sont soumis à du travail à froid sévère. Le cuivre, le nickel, le fer, le tantale, le molybdène, et divers alliages, tels que le "kovar" et des aciers au chrome ont été utilisés comme matière de travail. On peut évidemment utiliser d'autres métaux ainsi que des matières plastiques et autres qui peuvent subir des déformations plastiques*
Quoique le procédé, tel qu'il a été décrit, utilise des tronçons de tube rond glissés sur un mandrin rond poli avec des rouleaux extérieurs, ilest évident que l'invention s'applique également là où un ou plusieurs rouleaux sont placés à l'intérieur de la pièce tubulaire, la surface de soutien étant, dans ce cas, la paroi intérieure d'un cylindre dur.
REVENDICATIONS.
1.- Procédé de travail à froid d'un corps en matière ductile, caractérisé en ce qu'on soutient une surface du corps,
on applique de la pression à une partie limitée de la surface opposée du corps de manière à provoquer un écoulement plastique d'un petit volume de matière, et on balaie la surface opposée au moyen de la pression exercée, à grande vitesse dans une direction et par de petites avances dans une autre direction, les directions de balayage étant pratiquement perpendiculaires à la direction suivant laquelle la pression est appliquée.