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" Perfectionnements apportés aux matrices pour des ma- chines à refouler ou à matricer ".
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, La présente invention est relative à des matrices pour des machines à façonner des têtes ou des ma- chines à matricer ou refouler ; elle concerne, plus spécialement, une matrice en plusieurs pièces pour le façonnage à froid.
Des matrices, contenant des cavités dans lesquelles le métal est déformé pour des opérations d'usinage par refoulement ou similaires, doivent résister à des efforts de compression élevés et transmettent ces efforts au porte-matrice ou autres parties portantes de la machine car la pression, nécessaire à la déformation et exercée sur le métal, est transmise comme une pression hydrosta- tique aux surfaces adjacentes- En même temps les matrices sont soumises à l'usure et à l'érosion quand on dégage la pièce finie qui doit être écartée des parois de la matrice par un doigt axpulseur ou analogue et quand le métal est déformé par rapport à la surface de la matrice au cours du matriçage.
Les matières qui conviennent le mieux pour former les surfaces des matrices, au contact desquelles le métal se déforme pour être façonné, sont des métaux à outils extrêmement durs, tels que des carbures cementés, des aciers à outils trempés et indéformables et analogues.
Toutefois, la dureté élevée de ces matières est accompa- gnée d'une ductilité limitée de sorte qu'elles risquent de se rompre en dessous de la limite de la déformation élastique du métal constituant le bâti ou de toute autre pièce qui supporte la matrice dans la machine , par l'ef- fet de la pression hydrostatique qui se produit au cours
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du refoulement . Ces matières sont également coûteuses et d'un usinage difficile de sorte qu'il n'est pas économi- que de constituer toute la matrice en une matière extrême- ment dure et dont la section transversale est suffisante pour pouvoir résister aux efforts de refoulement à con- sidérer.
Le but principal de l'invention est de réduire les frais des opérations de matriçage en prolongeant la durée d'usage des matrices, plus particulièrement celles qui ' sont soumises à la fois à un écoulement du métal le long de ses surfaces et à des pressions hydrostatiques de refou- lement* Elle a également pour but de réduire les dépenses en matières pour constituer la matrice et ceux pour fabri- quer ou façonner celle-ci.
Conformément à l'invention on constitue une matrice en plusieurs pièces, qui est capable de résister aux ef- forts de compression élevés, qu'elle subit par la pres- sion hydrostatique produite au cours du matriçage, et s'opposer, pendant un usage prolongé, à l'usure et à l'éro- sion par l'écoulement du métal, en lui faisant comporter une partie interne en une matière très dure et qui procure à la matriee une surface résistant à l'usure et une partie en une matière relativement ductile et qui est propre à supporter les efforts de matriçage et qui continue à subir la compression initiale de manière à éviter la rupture de la partie ayant une dureté élevée par suite d'une extension ou d'une sollicitation excessive de la partie restante de la matrice .
On a également découvert que de telles matrices peuvent être obtenues avec une dépense minime en matières et avec une économie substantielle en ce qui concerne la fabrication de la matrice .
L'invention a pour objet une matrice en plusieurs pièces et qui convient au façonnage ou matriçage à froid
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des ébauches d'écrous et d'articles du même genre,cette matrice comprenant un porte-gatrice avec une ouverture centrale et qui sert de logement à une matrice munie d'une encoche dans laquelle est logée une garniture interne dont la paroi comprend une face qui délimite la cavité de matriçage , ladite pièce et/ou ladite ma- trice ayant, normalement et avant leur assemblage,des dimensions externes plus grandes que les dimensions in- ternes de l'ouverture dans laquelle elles sont logées.
L'invention a également pour objet un dispositif de matriçage à froid pour des ébauches d'écrous et analo- gues et qui comporte une matrice creuse avec des faces interne et externe sensiblement cylindriques, la face interne étant propre à façonner la partie périphérique de l'ébauche , une garniture logée dans ladite matrice et dont la face externe est conforme à la face interne de la matrice, alors que la face terminale est propre à façonner la face correspondante de l'ébauche, un porte-matrice comprenant une ouverture pour recevoir la mathice en ayant une face interne conforme à la face externe de celle-ci, tout en ayant des dimensions assez petites pour que le porte-matrice puisse exercer un effort de compression sur la matrice logée dans celui-ci , ledit effort étant suffisant pour comprimer la matrice,
afin qu'un emboîtement serré soit obtenu entre celle-ci et la garniture qu'elle contient.
Le dessin ci-annexé montre, à titre d'exemple, un mode de réalisation de l'invention.
Les figures 1 et 2 montrent, respectivement en vue de côté (parties en coupe) et en vue en bout, une matrice établie selon l'invention.
La figure 3 montre, en coupe axiale (fortement agrandie),une partie de cette matrice
La matrice, montrée sur le dessin, convient d'une @
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manière générale à des machines à refouler ou à matricer des têtes de pièces, des ébauches d'écrous et analogues, et elle peut remplacer les matrices en une pièce,connues jusqu'ici, dans ces machines . Il n'est donc pac néces- saire de décrire en détail la machine à matricer ainsi que les organes, tels que les poinçons, les expulseurs et autres qui en font partie .
Des machines de ce genre sont décrites dans les brevets E.U.A.. n 2.026.823 et n 2.100.028. Il suffit de faire remarquer que la matrice, établie selon l'invention, peut être utilisée pour des machines de genres différents et que son usage n'est pas limité aux machines indiquées plus haut et qui sont citées uniquement à titre d'exemple pour des applications possibles de l'invention.
Pour le mode de réalisation préféré, on constitue la matrice en trois parties, la première étant le porte-matrice A en une matière très ductile et tenace telle que de l'acier de matriçage au nickel-chrome, la deuxième étant la matrice proprement dite B en une matière relativement plus tenace telle que l'acier extra- rapide pour outils alors que la troisième est une garnitu- re en une.
matière qui résiste bien à l'usure et telle qu'un carbure cémenté, de l'acier trempé et indéformable pour utils ou toute autre matière analogue et de bonne qualité* Le porte-matrice A est constitué, de préférence , par une pièce cylindrique qui est alésée axialement pour former une ouverture centrale 11, la partie avant de cette pièce étant alésée suivant un diamètre plus grand pour former le logement 12 de la matrice B, l'extrémité interne de ce logement étant rainurée comme montrée en 13. L'extrémité arrière du porte-matrice A est alésée pour former une ouverture 14 dans laquelle peut être logé l'expulseur et sa douille de guidage (non - montrés).
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L'alésage 12 a, de préférence, la forme d'un cylindre circulaire droit et l'épaulement 15, formé au fond de cet alésage, est de préférence radial. Une encoche 16, ménagée dans la face externe du porte-matrice ou toute autre disposition usuelle peut être adoptée pour coopérer avec les moyens qui retiennent le porte-rm trice dans son support dans la machine à matricer.
La face externe de la matrice B a, en substance, la forme d'un cylindre circulaire droit mais elle peut être légèrement conique, ses dimensions étant telles que la matrice puisse s'emboîter avec serrage dans le logement 12 du porte-matrice . La matrice B comprend une ouverture centrale 21 qui, pour l'exemple montré, a la forme d'un prisme hexagonal qui s'étend d'une extrémité à l'autre de la matrice . Cette forme convient à l'obten- tion d'un écrou hexagonal mais il est évident que cette ouverture 21 peut avoir toute autre forme suivant le genre de pièces que l'on veut obtenir. La cavité de matriçage 22 est délimitée par les parois de l'ouverture 21 et par la face terminale 31 de la garniture C.
Cette garniture C a une face externe prismatique de manière qu'elle puisse être logée dans l'ouverture prismatique 21 de la matrice alors que la face terminale 31 peut avoir une forme concave ou toute autre forme de la matrice . La garniture comporte un passage central 33 pour l'expulseur ou analogue . Il est à noter que la garniture C ne bute pas nécessairement sur le porte- matrice A puisque l'alésage 11 peut avoir un diamètre plus grand que celui de la garniture C. Dans ce cas, cette garniture prend appui sur la douille qui entoure l'expul- seur. Il est évident que l'ensemble de la matrice, y compris la garniture, est soutenu solidement par le bâti
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de la machine pour laquelle la matrice est utilisée.
La matrice, telle que montrée, sert à former la face bombée ou chanfreinée de l'ébauche d'un écrou hexa- gonal ou analogue, que l'on veut fabriquer à l'aide de cette matrice . Cette forme est extrêmement difficile à obtenir dans une pièce solide en acier de matriçage, plus spécialement quand celle-ci est constituée en une matière suffisamment dure pour que la matrice ait une durée d'usage satisfaisante '. Alors que la forme voulue peut être obtenue aisément en logeant la garniture C dans l'ouverture hexagonale 22 de la matrice B, l'in- tersection de la face bombée 31 avec la face externe et hexagonale de la garniture forme des parties minces et non-supportées 34 à chaque coin de la garniture .
Pour éviter que ces parties soient rompues au cours du matri- çage , il est nécessaire d'éviter une déformation excessi- ve, vers l'extérieur, de la matrice B sous l'effet de la pression hydrostatique due aurefoulement. En même temps la matsice B ne peut pas être soumise à une charge préalable telle que l'on obtienne la supture des par- ties 34 au cours de l'assemblage ou quand les pressions de matriçage cessent et quand l'ébauche est éjectée.Ces problèmes sont résolus, par la présente invention,par une répartition convenable des tensions élastiques dans les parties de la matrice .
Le bord de l'entrée de la cavité 22 de la matrice est, de préférence, légèrement chanfreiné ou arrondi, comme montré sur la figure 3, dont l'échelle est environ 20 fois plus grande que celle des figures 1 et 2. Comme montré, ce bord est conique, en 26, en faisant un angle d'environ 10 avec l'axe de la matrice et l'inter- section de la face conique 26 avec la face de la cavité de la matrice est désignée par 27. Cette disposition
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facilite l'assemblage des parties de la matrice, faisant l'objet de l'invention.
Pour fabriquer l'ensemble de la matrice, on commence par usiner et meuler les machines séparément, après quoi on introduit la garniture C dans la matrice B. Cette garniture a, de préférence, des dimensions telles qu'elle s'emboîte dans la matrice suivant un cône . Pour une matrice, qui a approximativement les dimensions et propor- tions montrées sur le dessin, le diamètre pour les par- ties plates de la garniture C peut être d'environ 0,075 mm plus grand que celui de l'ouverture 21 de la matrice.
Dans ces conditions, la garniture peut être chassée dans la matrice par un effort relativement réduit et sans que l'on risque de griffer ou d'abimer la matrice par les bords tranchants 34 de la garniture . Ce montage de la garniture C dans la matrice B soumet cette garnitu- re à une certaine compression et la matrice à une tension équivalente . Suivant une variante, on donne aux dimensions de la garniture C des valeurs égales ou légère- ment inférieures à celles de l'ouverture 21.
Les dimensions de l'ouverture de la matrice dépen- dent, évidemment, de celles de l'écrou ou toute autre pièce que l'on veut obtenir. Le diamètre total de la matrice B est, de préférence, environ deux fois plus grand que celui de l'ouverture 21. Le diamètre extérieur, le plus grand, de la matrice B, après que la garniture C est introduite dans son logement , dépasse d'une manière suffisante le diamètre 12 du porte-matrice A pour que ces pièces soient emboîtées avec serrage l'une dans l'autre . Pour une matrice, dont les dimensions et proportions sont sensiblement celles qui sont montrées, ceci est obtenu en donnant à l'extrémité externe de la matrice B, avant que la garniture soit introduite dans
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celle-ci ; un diamètre d'environ 0,15 à 0,175 mm plus grand que celui de l'ouverture 12.
Si la motrice B est conique, son diamètre de son extrémité interne peut dépasser celui de l'ouverture 12 d'une quantité moindre ou cette extrémité peut avoir une forme différente et appropriée pour faciliter l'engagement de la matrice dans l'ouvertu- re 12. La matrice B, munie de sa garniture C, après être présentée devant l'ouverture 12 peut être refoulée à la presse ou d'une manière analogue jusqu'à venir occuper la position montrée . Cette opération modifie la sollicitation du métal, constituant la matrice B, depuis un état de légère tension jusqu'à un état de compression relativement importante, et qui sollicite le métal du porte-matrice A par tension- Une partie de l'effort est transmise à la garniture C, ce qui augmente la compression dans celle-ci, et la partie restante se manifeste par une compression du métal constituant la matrice B.
Ainsi l'importance de la déformation radiale des parois de la matrice B, par 1 ' effet de la pression hydrostatique au cours du matriçage , est réduite par la sollicitation préalable de la matrice . De plus, les bords 34 de la garniture C restent fortement soutenus par la matrice B.
Alors que les parties de la matrice peuvent être constituées en diverses matières pour satisfaire aux conditions à envisager, on a trouvé que les meilleurs résultats sont obtenus, avec la matrice telle que mon- trée, quand on constitue le porte-matrice A en une matière telle que l'acier de matriçage au nickel- chrome, la matrice B en acier extra-rapide pour outils et la garniture C en un carbure cementé ou en acier trempé et indéformable pour outils.
Une matière appro- priée pour le porte-matrice est l'acier SAE n 3150 qui contient environ 1 à 1,5 % de nickel, 0,45 à 0,75 %
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de chrome et 0,45 à 0,55 de carbone Une matière appro- priée pour la¯matrice B est l'un des divers aciers extra- rapides pour outils et qui contiennent, par exemple, 0,80 % de carbone, de 12 à 20 % de tungstène , de 2,5 à 5 % de chrome et de 0,5 à 2,25 % de vanadium, avec ou sans autres éléments entrant dans l'alliage . Un acier indéformable approprié, pour constituer la garniture C et qui peut être utilisé à la.place du carbure cémenté, peut contenir environ de 0,90 à 0,95 % de carbone, de 1 à 1,5 % de manganèse, 0,5 % de chrome, 0,5 % de tungstène et de 0,10 à 0,25 % de vanadium.
Le refoulement/de la matrice B dans le porte-matrice A est facilité en donnant une très légère conicité à la face externe de la matrice . Pour la matrice montrée, la conicité est d'environ 0,125 mm et le diamètre de son extrémité interne est d'environ 0,025 à 0,05 mm plus grand que celui de l'ouverture 12 du porte-matrice . Il est à noter que les valeurs des jeux, indiquées ci-dessus sont celles qui paraissent convenir le mieux à la matri- ce, telle que montrée, mais que ces valeurs peuvent être modifiées à volonté et suivant les dimensions adoptées pour la matrice .
Le passage central 21 de la matrice a été indiqué comme étant prismatique De préférence, on ne donne à la partie de ce passage, dans laquelle est logée la garniture C, aucune conicité mais elle peut avoir toute section transversale voulue, polygonale ou circulaire, en concordance avec celle de la cavité de matriçage 22. La partie externe du passage 21, qui constitue la cavité de matriçage 22, peut être droite ou conique suiv- la forme que l'on veut donner à celle-ci.
On se rend compte que la matrice en plusieurs parties, telle que montrée, peut être fabriquée d'une
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manière simple. L'usage de la garniture C supprime les difficultés d'usinage de la surface bombée 31. Les différentes parties de la matrice peuvent être usinées d'une manière relativement aisée et leur assemblage constitue une opération simple . Aucun effort important n'est nécessaire pour introduire la garniture dans la matrice de sorte que ces pièces ne risquent pas d'être abîmées Pour refouler la matrice dans le porte- matrice, un plus grand effort est nécessaire mais le poinçon de la presse peut prendre appui sur la face externe plane 28 de la matrice.
Bien que le travail à la presse soit considéré comme étant le plus pratique pour l'assemblage de la matrice, les effets relatifs des sollicitations des différentes pièces dépend surtout des .dimensions de celles-ci et peuvent être obtenus, par exemple, par une méthode d'assemblage pour laquelle on fait interve- nir des chauffages différentiels des pièces plutôt que leur mise en place par pressage . La compression de la matrice et de la garniture , qui forment toutes deux la partie active de la matrice , par le porte- matrice massif renforce ces pièces et diminue les possi- bilités de défaillance de la matrice . Les pièces in- dividuelles peuvent être en des matières différentes et qui sont choisies pour des raisons d'économie et de facilité d'usinage ainsi que pour leurs meilleures propriétés mécaniques .
On obtient ainsi une matrice plus solide que celles qui sont en une pièce et les matières utilisées à cet effet sont moins coûteuses.
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"Improvements to dies for upsetting or die-forging machines".
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The present invention relates to dies for machines for shaping heads or forging or upsetting machines; it relates more particularly to a die in several parts for cold forming.
Dies, containing cavities in which the metal is deformed for upsetting machining operations or the like, must withstand high compressive forces and transmit these forces to the die holder or other load-bearing parts of the machine because the pressure, necessary for the deformation and exerted on the metal, is transmitted as a hydrostatic pressure to the adjacent surfaces - At the same time the dies are subject to wear and erosion when the finished part is released which must be moved away from the walls of the die by an axpulsor finger or the like and when the metal is deformed relative to the surface of the die during forging.
The most suitable materials for forming die surfaces, in contact with which the metal deforms to be shaped, are extremely hard tool metals, such as cemented carbides, hardened and dimensionally stable tool steels and the like.
However, the high hardness of these materials is accompanied by limited ductility so that they are liable to rupture below the limit of elastic deformation of the metal constituting the frame or any other part which supports the die in it. the machine, by the effect of the hydrostatic pressure which is produced during
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of repression. These materials are also expensive and difficult to machine, so that it is not economical to constitute the entire die of an extremely hard material, the cross section of which is sufficient to be able to withstand the upsetting forces at. consider.
The main object of the invention is to reduce the costs of the forging operations by extending the life of the dies, more particularly those which are subjected both to a flow of the metal along its surfaces and to pressures. discharge hydrostatic * It also aims to reduce the expenditure on materials to constitute the die and those to manufacture or shape the latter.
In accordance with the invention, a die is formed in several parts, which is capable of withstanding the high compressive forces which it undergoes by the hydrostatic pressure produced during forging, and of opposing it during use. prolonged wear and erosion by the flow of the metal, causing it to have an internal part of a very hard material which provides the material with a wear-resistant surface and a part in one. relatively ductile material which is able to withstand the stamping forces and which continues to undergo the initial compression so as to avoid the rupture of the part having a high hardness as a result of an extension or excessive stress on the remaining part of the matrix.
It has also been found that such dies can be obtained with minimal expense in materials and with substantial economy in the manufacture of the die.
The invention relates to a die in several parts and which is suitable for cold shaping or forging.
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blanks of nuts and articles of the same type, this die comprising a holder with a central opening and which serves as a housing for a die provided with a notch in which is housed an internal gasket whose wall comprises a face which delimits the stamping cavity, said part and / or said die having, normally and before their assembly, external dimensions greater than the internal dimensions of the opening in which they are housed.
The subject of the invention is also a cold forging device for blanks of nuts and the like and which comprises a hollow die with substantially cylindrical internal and external faces, the internal face being suitable for shaping the peripheral part of the die. 'blank, a liner housed in said die and whose outer face conforms to the inner face of the die, while the end face is suitable for shaping the corresponding face of the blank, a die holder comprising an opening to receive mathice by having an internal face conforming to the external face thereof, while having dimensions small enough for the die holder to exert a compressive force on the die housed therein, said force being sufficient to compress the matrix,
so that a tight fit is obtained between it and the trim it contains.
The accompanying drawing shows, by way of example, one embodiment of the invention.
FIGS. 1 and 2 show, respectively in side view (parts in section) and in end view, a die produced according to the invention.
Figure 3 shows, in axial section (greatly enlarged), part of this matrix
The matrix, shown in the drawing, is suitable for a @
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generally to press or die head machines, nut blanks and the like, and it can replace the one-piece dies heretofore known in such machines. It is therefore not necessary to describe in detail the die-forging machine as well as the components, such as punches, expellers and others which form part of it.
Machines of this kind are described in U.S. Patents 2,026,823 and 2,100,028. It suffices to point out that the matrix, established according to the invention, can be used for machines of different types and that its use is not limited to the machines indicated above and which are cited only by way of example for possible applications of the invention.
For the preferred embodiment, the die is made up in three parts, the first being the die holder A in a very ductile and tenacious material such as nickel-chromium forging steel, the second being the die itself. B of a relatively tougher material such as high speed tool steel while the third is a liner in one.
material which resists wear well and such as cemented carbide, hardened and undeformable steel for utils or any other similar material and of good quality * The die holder A is preferably formed by a cylindrical part which is axially bored to form a central opening 11, the front part of this part being bored along a larger diameter to form the housing 12 of the die B, the internal end of this housing being grooved as shown at 13. The rear end of die holder A is bored to form an opening 14 in which the expeller and its guide bush (not shown) can be housed.
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The bore 12 preferably has the shape of a right circular cylinder and the shoulder 15, formed at the bottom of this bore, is preferably radial. A notch 16, formed in the external face of the die holder or any other usual arrangement can be adopted to cooperate with the means which retain the rm trice holder in its support in the die-forging machine.
The outer face of the die B has, in substance, the shape of a right circular cylinder, but it can be slightly conical, its dimensions being such that the die can fit tightly into the housing 12 of the die holder. The matrix B comprises a central opening 21 which, for the example shown, has the shape of a hexagonal prism which extends from one end of the matrix to the other. This shape is suitable for obtaining a hexagonal nut, but it is obvious that this opening 21 can have any other shape depending on the type of parts that are to be obtained. The die-forging cavity 22 is delimited by the walls of the opening 21 and by the end face 31 of the gasket C.
This lining C has a prismatic outer face so that it can be housed in the prismatic opening 21 of the die while the end face 31 may have a concave shape or any other shape of the die. The seal has a central passage 33 for the expeller or the like. It should be noted that the seal C does not necessarily abut on the die holder A since the bore 11 may have a larger diameter than that of the seal C. In this case, this seal rests on the sleeve which surrounds the 'expeller. It is evident that the entire die, including the trim, is securely supported by the frame
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of the machine for which the die is used.
The die, as shown, serves to form the domed or chamfered face of the blank of a hexagonal nut or the like, which is to be manufactured using this die. This shape is extremely difficult to obtain in a solid part of die-forging steel, more especially when the latter is made of a material sufficiently hard that the die has a satisfactory life. While the desired shape can be easily obtained by accommodating the liner C in the hexagonal opening 22 of the die B, the intersection of the domed face 31 with the external and hexagonal face of the liner forms thin parts rather than -supported 34 at each corner of the trim.
To prevent these parts from being broken during forging, it is necessary to avoid an excessive outward deformation of the die B under the effect of the hydrostatic pressure due to the overflow. At the same time the matsice B cannot be subjected to a preliminary load such that one obtains the rupture of the parts 34 during the assembly or when the forging pressures cease and when the blank is ejected. Problems are solved, by the present invention, by a suitable distribution of the elastic tensions in the parts of the die.
The entry edge of die cavity 22 is preferably slightly chamfered or rounded, as shown in Figure 3, the scale of which is about 20 times greater than that of Figures 1 and 2. As shown. , this edge is conical, at 26, making an angle of about 10 with the axis of the die and the intersection of the conical face 26 with the face of the cavity of the die is designated by 27. This disposition
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facilitates the assembly of the parts of the die, which is the subject of the invention.
To manufacture the entire die, we start by machining and grinding the machines separately, after which we introduce the lining C into the die B. This lining preferably has dimensions such that it fits into the die. following a cone. For a die, which has approximately the dimensions and proportions shown in the drawing, the diameter for the flat parts of the gasket C may be about 0.075 mm larger than that of the opening 21 of the die.
Under these conditions, the lining can be driven into the die by a relatively reduced force and without running the risk of scratching or damaging the die by the sharp edges 34 of the lining. This mounting of the liner C in the die B subjects this liner to a certain compression and the die to an equivalent tension. According to one variant, the dimensions of the gasket C are given values equal to or slightly less than those of the opening 21.
The dimensions of the opening of the die obviously depend on those of the nut or any other part which is desired. The total diameter of the die B is preferably about twice as large as that of the opening 21. The outer diameter, the largest, of the die B, after the liner C is introduced into its housing, protrudes. sufficiently the diameter 12 of the die holder A for these parts to be nested with clamping one in the other. For a die, the dimensions and proportions of which are substantially those shown, this is obtained by giving the outer end of the die B, before the filling is introduced into
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this one; a diameter of about 0.15 to 0.175 mm larger than that of opening 12.
If the drive B is conical, its diameter of its internal end may exceed that of the opening 12 by a lesser amount or this end may have a different and suitable shape to facilitate the engagement of the die in the opening. 12. The die B, provided with its lining C, after being presented in front of the opening 12, can be pushed back using a press or in a similar manner until it comes to occupy the position shown. This operation modifies the stress on the metal, constituting the die B, from a state of slight tension to a state of relatively high compression, and which stresses the metal of the die holder A by tension - Part of the force is transmitted to the lining C, which increases the compression therein, and the remaining part is manifested by a compression of the metal constituting the matrix B.
Thus the magnitude of the radial deformation of the walls of the die B, by the effect of the hydrostatic pressure during the die-forging, is reduced by the prior stressing of the die. In addition, the edges 34 of the liner C remain strongly supported by the matrix B.
While the parts of the die may be made of various materials to satisfy the conditions to be considered, it has been found that the best results are obtained with the die as shown when the die holder A is made of one material. such as nickel-chromium forging steel, die B in high-speed tool steel and packing C in cemented carbide or hardened, dimensionally stable tool steel.
A suitable material for the die holder is SAE No. 3150 steel which contains about 1 to 1.5% nickel, 0.45 to 0.75%
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of chromium and 0.45 to 0.55 of carbon A suitable material for matrix B is one of various high speed tool steels which contain, for example, 0.80% carbon, of 12 at 20% tungsten, 2.5 to 5% chromium and 0.5 to 2.25% vanadium, with or without other elements entering into the alloy. A suitable undeformable steel, to constitute the gasket C and which can be used in place of cemented carbide, can contain approximately 0.90 to 0.95% carbon, 1 to 1.5% manganese, 0, 5% chromium, 0.5% tungsten and 0.10 to 0.25% vanadium.
The upsetting / of the die B in the die holder A is facilitated by giving a very slight taper to the outer face of the die. For the die shown, the taper is about 0.125mm and the diameter of its inner end is about 0.025-0.05mm larger than that of the opening 12 of the die holder. It should be noted that the values of the clearances indicated above are those which appear to best suit the matrix, as shown, but that these values can be modified at will and according to the dimensions adopted for the matrix.
The central passage 21 of the die has been indicated as being prismatic. Preferably, the part of this passage, in which the gasket C is housed, is not given any taper but it can have any desired cross section, polygonal or circular, in concordance with that of the stamping cavity 22. The external part of the passage 21, which constitutes the stamping cavity 22, may be straight or conical, depending on the shape which one wishes to give to the latter.
It will be appreciated that the multi-part die, as shown, can be fabricated from a
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simple way. The use of the lining C eliminates the difficulties of machining the convex surface 31. The different parts of the die can be machined relatively easily and their assembly constitutes a simple operation. No major effort is required to introduce the lining into the die so that these parts are not at risk of being damaged To push the die back into the die holder, a greater effort is necessary but the punch of the press may take bearing on the flat outer face 28 of the die.
Although press work is considered to be the most practical for the assembly of the die, the relative effects of the stresses of the different parts depend mainly on the dimensions of these and can be obtained, for example, by a method assembly for which differential heating of the parts is used rather than their installation by pressing. Compression of the die and the packing, both of which form the active part of the die, by the solid die carrier strengthens these parts and decreases the possibility of die failure. The individual parts can be made of different materials and which are chosen for reasons of economy and ease of machining as well as for their better mechanical properties.
A more solid matrix is thus obtained than those which are in one piece and the materials used for this purpose are less expensive.
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