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PROCEDE pour la fabrication FILAGE, DE PIECES CREUSES OU PLEINES,
PLUS SPECIALEMENT EN ALLIAGE FERREUX.
L'invention a pour objet un procédé nouveau permettant la fa- brication par filage., de pièces de tout genre, pleines ou creuses. Dans ce dernier cas, elles peuvent être exécutées avec ou sans fond. Le profil extérieur de la pièce peut être semblable ou différent de son profil inté- rieur. Egalement, la pièce peut présenter deux tronçons dont l'un est creux et l'autre est plein ou bien les deux tronçons sont pleins ou creux, de pro- fil et de dimensions égaux ou différents.
Ce procédé a essentiellement pour but de permettre la fabri- cation industrielle de telles pièces en faisant usage de moyens rapides et relativement.économiques.
Dans de nombreuses applications, le procédé permet de pro- duirep sans application ultérieure d'un traitement thermique, des pièces présentant, dans leur masse, des caractéristiques mécaniques différentes.
Cette variation peut être préalablement établie avec grande précision.
Il en résulte que le procédé, objet de l'invention, est par- ticulièrement avantageux en ce qu'il permet Inapplication normale du procé- dé connu de filage pour le travail d'alliages ferreux et notamment de l'a- cier. Les conséquences de ce procédé sont donc, à la fois, d'ordre techni- que et économique, car ce procédé étende dans des proportions remarquables, le champ d'applications industrielles des procédés de filage.
On sait que de nombreuses pièces, et notamment des pièces avec ou sans fond, sont ultérieurement sollicitées dans leur différentes parties d'une manière très inégale, lesdites sollicitations variant non seulement en force mais également en nature.
Dès lors, quels que soient les moyens traditionnels utilisés pour fabriquer de telles pièces, il est nécessaire de les soumettre ulté- rieurement à un traitement thermique parfois délicat et nécessitant en tout cas des opérations relativement lentes, de matériel spécial et des précau-
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tions particulières.
Toutes ces contingences augmentent sensiblement le coût de la fabrication? rendant ainsi 1?usage des alliages ferreux, et notamment de l'a-
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cier9 pratiquement impossible dans de très nombreuses applications. Or? on sait que lesdits alliages ferreux, et notamment 1?acier, par leurs qualités propres et dans certains cas leur prix, seraient très avantageusement adop- téso
Le procédé, objet de 1?invention, sera préférablement appli-
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qué en coopération avec le procédé de filage connu., dans de telles condi- tions que, non seulement les alliages ferreux et notamment 1?acier,
devien- nent utilisables dans toutes les applications où de tels alliages sont avan- tageux mais le procédé de filage lui-même devient industriellement appli- cable systématiquement auxdits alliages ferreux dans la fabrication rapide et relativement économique de pièces de tout genre présentant, dans la mas- se$ des variations de caractéristiques mécaniques.
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Le procédé, objet de 19invention,, consiste substantiellement à produire, préférablement par filage, une ébauche dont les parois présen- tent des excès de matière, localement, au prorata des augmentations des ca- ractéristiques mécaniques de la pièce finie au droit desdits excès de ma- tière,, puis à ramener lesdites parois, par compression locale de la matière, à la forme et aux dimensions exactes de celles de la pièce à produire.
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L-'ébauche sera généralement exécutée par filage en partant d-lun rond.. celui- ci étant lui-même généralement obtenu par le tronçonnage d'une simple bar- re de diamètre convenable. L'ébauche peut être exécutée en une ou plu- sieurs opérations de filage et elle présentera généralement une forme et des dimensions approximativement semblables à la pièce finale à produire.
Les dimensions des parois seront légèrement supérieures aux dimensions finales au droit des zônes dans lesquelles les caractéristiques mécaniques doivent., après exécution de la pièce.. être supérieures aux ca- ractéristiques mécaniques propres des parties de la pièce appelées à être les moins sollicitées. Ces augmentations d'épaisseur seront proportionnel- les ou approximativement proportionnelles aux accroissements desdites ca- ractéristiques mécaniques.
La pièce est ramenée à ses forme et dimensions correctes par le moyen de sollicitation tel que la matière en surépaisseur soit comprimée dans de telles conditions qu'il se réalise une véritable interpénétration moléculaire amenant notamment une augmentation de la dureté pratiquement dans des limites proportionnelles à la relation entre les dimensions ini-
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tiales et finales, soit encore dans la relation des dimensions de 19ébau- che et de celles de la pièce finale.
Le rond de départ peut être utilisé tel quel ou après avoir subi certaines modifications de forme ou de dimensions par mécanisation ou de toute autre manière.
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Dans une forme préférée d exécution du procédé de 193.nvent.on9 les pièces seront produites en deux phases distinctes lesquelles peuvent
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être exécutées au cours d9une même opération ou par deux opérations succes- sives. La première phase consistea partant par exemple dpun rond en acier obtenu par trongonnage d-lune pièce de diamètre approprié,,à produire 1-léba-a- che par une opération de filageo Cette ébauche présente approximativement la forme et les dimensions de la pièce finale à produireo Elle présente
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des snx épaisseurs9 progressives ou non, aux endroits où la pièce à produire doit présenter des caractéristiques mécaniques supérieures à celles de l'é- bauche ainsi produite par filage.
La deuxième phase du procédé consiste à soumettre ladite
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ébauche a au moins une opération telle qu'au droit de toutes les surépais- Beurs elle soit soumise à un effet de compression en sorte que la matière subisse un écrasement local, les limites de cet écrasement étant détermi- nées par une interpénétration moléculaire telle que ladite ébauche soit, dans toutes ses parties, ramenée aux dimensions exactes de la pièce finale
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à produire. Cette seconde phase peut être produite au oour2i de la première opération dans lequel cas celle-ci s9exécute, en quelque sorte, en deux temps mais pratiquement sans interruption du travail de la matière.
D9une manière plus générale, ces deux phases seront produites en deux opérations distinc- tes par du matériel adapté respectivement à la formation de l'ébauche et à la transformation de celle-ci dans les formes et dimensions de la pièce fi- naleo
Ce procédé peut évidemment ne porter que sur une partie de la
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pièce8 par exemple un tronçon, 1?autre partie ou second tronçon étant soit maintenu dans ses forme et dimensions initiales, soit sollicité de toute manière appropriée afin de subir les changements de forme et de dimensions en vue de produire la pièce finale.
L'ébauche produite par filage peut présenter des surépaisseurs locales progressives ou non dirigées soit vers l'intérieur, soit vers l'ex- térieur de la pièce.
Dans certains cas, des sur épaisseurs peuvent être présentées à la fois par les parois intérieures et par les parois extérieures. Les
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dispositifs nécessaires pour ramener in ébauche à la forme et aux dimensions de la pièce finale à produire sont donc essentiellement variables, tous ces dispositifs étant néanmoins communs par leur fonction fondamentale qui
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consiste à produire la compressïon, respectivement l'écrasement local de la matière.
. On peut appliquer la seconde phase du procédé soit en une seule, soit en plusieurs opérations successives. En effet, tous les excès de matière présentés par une pièce donnée peuvent être refoulés dans la mas- se, en même temps,, par une seule opération ou bien ces excès de matières peuvent être traités individuellement ou par groupes prédéterminés-
Une autre exécution consisterait à solliciter une même pièce par partie intérieurement et par partie extérieurement, tous ces moyens étant déterminés par la forme particulière de chaque pièce et surtout la répartition dans la masse de caractéristiques mécaniques particulières-,
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Le procédé, objet de l'invention, est donc d9application aus- si générale que possible.
A simple titre d'exemple, sans aucun caractère limitatif d'au- cune sortep ni dans les pièces exécutées ni dans les moyens employés à cet- te fin, certaines applications sont décrites ci-après avec référence aux dessins annexés, dans lesquels s
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les figures 1.
2 et 3 schématisent très sommairement leappli- cation du procédé à une pièce creuse avec fond., les excès de matière étant
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dirigés vers 19 intérieur, de la pièceù les figures 4 â 7 schématisent très sommairement l9applica= tion du procédé à une pièce creuse avec fond, les excès de matière étant dirigés vers 1?extérieur de la pièce, la figure 8 schématise très sommairement Inapplication du pro- cédé à une pièce creuse avec fond,, les excès de matière étant dirigés vers
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inintérieur et vers 1?extérieur de la pîècel les figures 9 et 10 schématisent très sommairement 1-'appli- cation du procédé à une pièce creuse avec fond à profil complexe- les figures 11,
12 et 13 représentent schématiquement des exé- cutions courantes par filage doubler les figures 14 et 15 schématisent inexécution d'une pièce creuse sans fond.
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Dans in exemple des figures 1. 2 et 3p on partp de la manière connue, d'un rond 1 et 1?on produite par filage, une ébauche 2 offrant la caractéristique de présenter des excès de matière au prorata de 1?accroisse- ment de caractéristiques mécaniques qui sera produit ultérieurement par un
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travail mécanique. En 1-'occurrence, comme représenté à la figure 2, l'épais- seur de la paroi cylindrique de l'ébauche est progressivement croissante à
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partir d'un niveau A jusqu'au fond ,o Cette ébauche est destinée â la réa- lisation d9une pièce dont les caractéristiques mécaniques doivent être pro-
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portionnellement augmentées à partir dudit niveau A A jusqu'au dit fond 3..
Cette pièce /;. (figure 3) est obtenue, par exemple, par le moyen d'un poin-
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gon ,g Ia pièce étant maintenue fermement dans une matrice 6 dans de telles conditions qu9aprés le travail produit par ledit poinçon i... ladite pièce se présente dans sa forme et ses dimensions définitives, les excès de ma- tière ayant été comprimés d'une telle sorte que la paroi cylindrique de la pièce à présente., sur sa hauteur, une variation de caractéristiques mécani- ques présentant l'allure du diagramme de la figure 3.
Dans 1?exemple des figures 4 à 7, on obtient un résultat semblable à celui produit par Inapplication précédente., les excès de matiè- re étant néanmoins dirigés vers l'extérieur de la pièce. Tout comme pour 1-'exemple précédent,, on part d'un rond 1 et$ par filage, on produit une ébauche 2,dans.laquelle la paroi cylindrique présente un excès de matière progressivement croissant à partir d'un niveau A vers le fond 3.
Dans cette ébauche, le creux présente une forme et des dimensions définitives, tandis que les excès de matière sont dirigés vers l'extérieur de la pièce., comme schématisé à la figure 50
Pour amener ladite ébauche à la forme et aux dimensions de la pièce définitive? il suffit de la soutenir intérieurement par le cylin- dre et déplacer ladite ébauche 2 et ledit cylindre 7. à la fois, au-tra- vers d'une filière 8 par exemple, par l'effet de poussée d'un piston ex- térieur 9.
On obtient ainsi que, par l'effet de pression considérable à la fois du piston 2 et de la filière 8 l'ébauche soit amenée à la forme et
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aux dimensions de la pièce définitive àp comme schématisé à la figure '70 Dans cette pièce? les caractéristiques mécaniques varient également sur sa hauteur suivant les indices du diagramme de la figure 7. On a donc ainsi obtenu le même résultat que dans Inapplication précédente.
On pourrait évidemment? comme schématisé aussi sommairement
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que possible à la figure 8, produire une ébauche 2? par filage, en partant d'un rond ou autrement, dans lequelle les excès de matière sont dirigés à la fois vers l'intérieur et vers l9extérieuro Dans ce cas, les matrices et poinçons destinés à transformer l'ébauche en vue d'en former la pièce dé- finitive seront profilés en conséquence.
On peut évidemment produire des augmentations des caractéris- tiques mécaniques dans toutes les parties de la pièce dans des limites dû- ment et correctement pré-établies. Ainsi, dans l'exemple des figures 9 et 10, on réalise, par Inapplication du procédé de 1?invention, une pièce com- plexe dans laquelle non seulement la paroi mais également le fond subis-
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sent des effets de compression relativement considérables en vue d9augmen- ter localement les caractéristiques mécaniques.
Dans cette exécution qui pourrait, par exemple, se rapporter à la fabrication industrielle de douilles de projectiles, on a d'abord exé- cuté une ébauche 2 dans laquelle la paroi cylindrique présente, vers le
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fond, un accroissement de matière 10 dirigé vers l'extérievrp le fond pré- sentant également, dans la partie annulaire 11, une épaisseur sensiblement
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plus grande que Pépaisaeur finale de cette partie de la pièce, comme re- présenté à la figure 90 Dans la phase finale du processus,, l'ébauahe 2 est intérieurement soutenue par un poinçon 12 dont la forme et les dimen- sions extérieures sont identiques à celles du creux de la pièce.
Celle-ci est forcée de passer au-travers d'une filière 8. par exemple. tandis que le fond est écrasé entre ledit poinçon 12 et un support sous-jacent 13 pro-
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filé de manière à présenter un bossage annulaire léo Par celuimei8 ledit fond va subir localement une réduction d'épaisseur et? ipso facto, une augmentation locale des caractéristiques mécaniques. On pourrait ainsi appliquer ces moyens simples à toute pièce généralement quelconque., les poinçons et matrices, respectivement les filières, devant être évidemment
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adaptés à la forme et, aux dimensions des pièces à fabriquer.
Ce même procédé pourrait être appliqué à des pièces de forme très complexe dont les figures Il.9 12 et 13 donnent quelques exemples à ti= tre purement documentaire.
On pourrait également réaliser des pièces par filage multiple ou bien encore par la combinaison du procédé de filage traditionnel avec d'autres procédés de matriçage, d'emboutissage, d'extrusion ou autre.
Dans l'exemple de la figure Il.9 on a représenté., en coupe radiale partielle, une pièce de forme complexe 15 dont le creux 16 est très sensiblement différent de la forme extérieure de la pièce.
On peut ainsi localiser des masses pleines en tous endroits jugés opportuns et les creux peuvent présenter une forme pratiquement quel- conque.
Dans la figure 12, on a, en quelque sorte, figuré une pièce dans laquelle s9opposent un tronçon creux 17 et un tronçon plein 18, de telles pièces pouvant tout aussi aisément être produites par le procédé de l'invention. Enfin, uniquement en vue de montrer la complexité des pièces susceptibles d'être produites, la figure 13 schématise un boulon de forme très particulière dans lequel la partie filetée 19 est prolongée par une tête 20 cylindrique de plus grand diamètre, elle-même surmontée d'une tête creuse 21 de diamètre plus grand encore, le creux 22 étant de forme comple- xeo
Dans toutes ces exécutions, l'ébauche ainsi dailleurs que la pièce finale, présentent un fond de forme régulier ou non.
Il est évidemment possible d9appliquer le même.procédé pour.
Inexécution de pièces creuses sans fond. Il suffit, en effet, de produire comme dit si-dessus une ébauche avec fond, dont la paroi présente vers l'in- térieur ou vers 19extérieur des excès de matière proportionnels à l'accrois- sement des caractéristiques mécaniques que 19on désire produire dans la phase finale du procédé ou des excès de matière correspondant aux profils intérieurs et extérieurs de la pièce. Dans ce cas, le fond nécessaire est enlevé ultérieurement.
Dans certains cas, lorsqu'il s9agit de pièces à profils va- riables spéciaux, la pièce s'obtiendra en plusieurs opérations successives.
Dans 1?exemple de la figure 14, on part comme précédemment d'un lopin tronçonné d'uns barre. Par une première opération on obtien- dra le profil tel que représenté de X en Yp par la seconde opération le profil Y - Z.- S'il était nécessaire, ces deux opérations successives pourraient être organisées pour obtenir une pièce semblable avec fond en Yp comme indiqué à la figure 15.-
Le procédé, objet de l'invention, est applicable à tout genre de pièces généralement quelconque et en toute matière susceptible d'être filée mais plus spécialement? suivant une caractéristique de l'invention, à la fabrication industrielle de pièces creuses avec fond, comme, par exem- ple,
les douilles et les têtes de projectiles.
Ce procédé offre des avantages considérables tant du point de vue économique que du point de vue technique. Tout d'ebord. il permet l'utilisation d'une matière première à prix de revient relativement bas, de production courante et aisée sur le Marché des produits sidérurgiques, no- tamment lorsque 19on part de simples barres d'alliage ferreux. Cet avanta- ge est particulièrement appréciable en période de mobilisation ou de con- flit armé. L'outillage, tout en étant spécialement adaptée est néanmoins relativement simple et requiert des immobilisations réduites si on les com- pare aux investissements exigés par les procédés traditionnels.
En principal ces avantages résultant du fait que les puissan-
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ces requises sont relativement faibles? comparées à celles qui sont mises en oeuvre dans les autres procédés. La qualité des pièces produites est, exceptionnelle, grâce au principe de base et à 19écoulement rationnel du mé- tal. Les fibres de ce dernier sont parfaitement orientées et sont protégées contre toute déchirure et contre toutes sollicitations préjudiciables. Par contre, les sollicitations caractérisant notamment la dernière phase du pm- cédé ont pour effet d9améliorer sensiblement les caractéristiques physiques et mécaniques du métal au droit des parties sollicitées.
De plus, on se trouve dans la situation de pouvoir maintenir une bonne concentricité en mê- me temps qu'une exécution rapide des pièces, ce qui a pour effet de diminuer le prix de revient de celles-ci. Egalement, par le fait d9une réduction substantielle de la mise au mille, on réalise encore une économie très sen- sible sur le poids et le prix de la matière première mise en oeuvre. Par voie de conséquence, on réalise aussi une économie appréciable au cours des opérations de parachèvementp chaque kilo de matière excédentaire utilisée au départ ne pouvant s'éliminer que par des opérations coûteuses. En rai- son de la précision et de l'aspect même des pièces produites, on réduit fortement le pourcentage des rebuts et on diminue l'importance des opéra- tions ultérieures de parachèvement.
Tous ces avantages font que le procédé de l'invention réali- se un progrès certain dans la technique de la fabrication de toutes pièces, pleines ou creuses, avec ou sans fond, et plus spécialement de telles pièces en alliage ferreux, notamment en acier.
REVENDICATIONS.