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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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