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Cette invention concerne en général l'usinage des métaux et plus particulièrement un procédé de fabrication d'objets de forme tronconique à partir d'ébauches de métal en feuille par l'emploi d'un galet prévu pour s'adapter sur l'ébauche et faire déplacer axialement la matière jusqu'à obtention de la forme désirée.
Les objets connus par le procédé de l'invention, sont générale- ment de forme tronconique, analogue à un haut-parleur, par exemple. Les procédés sont également applicables pour le formage d'une portion tron- conique dans un objet. Excepté là où le contexte nécessite une signifi- cation plus spécifique, on emploiera les termes "tronconique", "conique" ou "c8ne" pour un objet qui possède généralement une forme hémisphérique, par exemple un bol, pour un objet ou la plus grande partie des parois sont parallèles les unes aux autres, par exemple un cylindre, et également pour un objet possédant sensiblement une des formes précédentes, dans lequel les parois peuvent présenter un ensemble de portions coniques, concaves, convexes ou planes.
Il est de plus, bien entendu, que le terme "feuille métallique" s'emploie inclusivement pour désigner une plaque.
Le procédé de l'invention est caractérisé par ce qu'on forme une, paroi annulaire conique dans un objet à partir de la portion annulai- re d'une ébauche en faisant tourner cette ébauche et en appliquant des pressions au moyen d'un ou de plusieurs galets, tout en soumettant à'ébau- che'à. une contre-pression équilibrant celle des galets.
Le procédé comprend une première phase opératoire qui consiste dans le formage d'une ébauche en forme de coupe possédant une portiqn an- nulaire conique, l'angle de conicité de cette ébauche ou demi-angle au sommet ayant été préalablement choisi, et son épaisseur étant , 'détermi- née par sa relation avec l'épaisseur réduite désirée, et la conicité de la paroi qui doit être obtenue. Selon cette relation, l'épaisseur de cet- te portion de l'ébauche est sensiblement égale à l'épaisseur désirée de la paroi finie multipliée par le rapport du sinus de l'angle de conicité de a portion d'ébauche au sinus de l'angle de conicité de la paroi que l'on désire obtenir.
On peut faire tourner l'ébauche sur un mandrin possédant un an- gle de conicité correspondant à l'angle de conicité de la paroi finie, ce mandrin servant de support pour l'ébauche qui subit la pression du galet.
Le degré maximum de réduction de la paroi conique de l'ébauche est défini par une valeur du rapport du sinus de l'angle de conicité de l'ébauche au sinus'de l'angle dé conicité du mandrin d 1 environ 2,5.
Conformément à une autre caractéristique de l'invention, l'é- bauche subit upe contre-pression correspondant à la pression du galet, au moyen d'une portion de support, généralement annulaire, voisine de la circonférence extérieure de l'ébauche lorsque l'angle de conicité de la portion d'ébauche est sensiblement égal à 900, ce qui permet de réduire l'ébauche à la paroi conique sans employer de mandrino
Il reste bien entendu que, sauf indication contraire du contex- te, le terme "objet" (ou tout terme équivalent) signifie soit un objet terminé, soit un objet intermédiaire qui doit subir d'autres opérations d'usinage ou de finissage ou subir à nouveau un ou plusieurs des stades opératoires décrits ici.
Des objets de forme conique peuvent être obtenus par formage d'une ébauche en forme de coupe ou de cône, possédant un angle de conici- té et une épaisseur de paroi bien déterminés. L'angle et l'épaisseur sont des facteurs importants de l'invention et sont calculés d'après une for- @
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qui sera explicitée plus loin, L'ébauche est fixée'sur un mandrin, et on préfère généralement faire tourner le mandrin et l'ébauche. On utilise alors un galet pour déplacer progressivement et axialement les parois de l'ébauche afin de réduire son épaisseur et de l'allonger des quantités désirées. Tandis que cet objet est ainsi formé, la surface interne de la paroi de l'ébauche vient progressivement au contact de la surface du man- drin.
En utilisant le procédé ci-dessus,on peut former un objet par une passe unique, c'est-à-dire, qu'un trajet unique du galet le long de l'axe du mandrin déplace l'ébauche et forme l'objet terminé. Dans certains cas ; il est nécessaire dutiliser plusieurs passes et de réduire l'ébau- che par étapes,,c'est-à-dire que l'on effectue plusieurs passes du galet pour réduire progressivement l'épaisseur et l'angle correspondant jusqu'à obtention de l'objet terminé. On utilise à chaque stade des mandrins de plus en plus petits. La formule citée plus haut est applicable à chaque stade.
L'un des avantages les plus importants du procédé précédent con- siste en ce que de nombreux types différents de métaux et d'alliages peu- vent être rapidement et facilement formés en objets coniques, ces formes étant pratiquement impossibles à obtenir par les procédés connus, ou en- traînant un prix de production élevé et commercialement indésirable, Par exemple,ce procédé a été utilisé pour fabriquer un organe présentant des portions coniques, avec un prix de revient égal au dixième du prix de fa- brication par les procédés connus.
L'invention s'étend en outre à un outillage pour la mise en oeu- vre des procédés précédents et procédés similaires, caractérisé par une poupée tournante entourant la feuille,une poupée fixe assurant la contre- pression et un outil rotatif tel que galet, créant la pression et refou- lant le métal suivant la forme voulue.
Le mode de mise en oeuvre du procédé est expliqué dans la des- cription suivante faite à l'aide des dessins joints, l'invention s'éten- dant aux caractéristiques résultant de ladite description et des dessins ainsi qu'à leurs combinaisons possibles.
La figure 1 est une élévation latérale, vue partiellement en coupe, montrant une ébauche plate en forme de disque,montée tournante, présentant un flasque sur sa périphérie, et montrant une portion de galet en contact avec l'ébauche.
La figure 2 montre les parois de l'ébauche de la figure 1 dépla- céespar le galet sans l'emploi d'aucun mandrin.
La figure 3 est une élévation, en coupe partielle, montrant une ébauche en forme de coupe, supportée par un mandrin, et la portion frag- mentaire d'un galet en contact avec celle-ci-.
La figure 4 montre les parois de l'ébauche en forme de coupe de la figure 3, déplacées par le galet,la surface interne des parois étant en con- tact avec la surface du mandrin.
La figure 5 est une vue fragmentaire d'une ébauche en forme de coupe sur un mandrin, cette ébauche possédant une portion conique plus importante.
La figure 6 est une vue fragmentaire de l'ébauche de la figure 5
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après réduction de la portion conique.
La figure 7 montre un mandrin et la section d'une ébauche en forme de coupe en traits pleins, et la section de cette ébauche dans sa forme finale sur le mandrin, ainsi que certaines désignations d'angles et de longueurs.
Les figures 8 et 9 sont des vues illustrant la manière d'utili- sation de l'invention pour former des objets de forme conique générale dans le cas où cet objet est obtenu par plusieurs passes du galet.
Dans la figure 1, le disque plat 1 est fixé entre une contre- poupée 2 possédant une tête 2a et un outil 3 possédant une tête 3a, qui est relié à une poupée fixe 4 par un arbre 3b et un organe de couplage 5.
Dans la réalisation habituelle, la poupée fixe est prévue pour être com- mandée, et la contre-poupée est montée tournanteo Comme on le voit sur la figure, le disque 1, fixé entre la poupée fixe et la contre-poupée, tour- ne avec ces deux organes.
Un galet 6 est monté sur un arbre 6a, les moyens de montage as- surant l'orientation de l'axe R du galet dans un plan contenant l'axe X de l'outil. Ces moyens de montage assurent également le déplacement du ga- let le long d'un trajet délimitant le contour extérieur de l'objet termi- né. Un organe de fixation C est fixé sur la périphérie du disque 1. Cet organe comprend les éléments 7 et 8 qui sont fixés l'un à l'autre au moyen d'un ensemble de boulons et d'écrous 9-9.
Bien qu'on ait montré l'organe de fixation C dans le dispositif décrit, il est bien entendu que cet organe peut se présenter sous une va- riété deformes. Par exemple, il peut faire partie intégrante du disque; Ainsi , le disque peut présenter une lèvre ou une forme analogue sur son contour extérieur.
Pour calculer l'épaisseur du disque utilisé, on se sert de la formule
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dans laquelle t est 1 épaisseur dedépart, tl est l'épaisseur de la parpi du cône que l'on désire obtenir et X est la moitié de l'angle au sommet du cône terminé, mesuré à l'intérieur des parois du cône. Le diamètre du disque est choisi sensiblement plus grand que le plus grand diamètre du c8ne terminé afin de prévoir un espace convenable pour la fixation.,
Le processus de formage de l'objet est évident en comparant les figures 1 et 2.
Dans la figure 2, le galet 6 s'est déplacé vers la gauche le long d'un trajet déterminant le contour extérieur de l'objet terminé et provoque le déplacement du métal de la portion la de l'ébauche et ré- duit cette portion en un cône possédant une paroi 1b d'épaisseur et de co- nicité désirées.. La conicité ou angle au sommet du cône terminé, est na- turellement contrôlé par la direction du mouvement du galet. En général, la réduction d'épaisseur désirée est obtenue par la vitesse de rotation du disque, par la pression exercée par le galet et par le trajet du mouvement du galet.
Le procédé précédent est extrêmement utile, car il est'possible de réaliser un grand nombre de cônes, ayant chacun un angle au sommet dif- férento Aucun de ceux-ci ne nécessite un mandrin pour sa fabrication, ce qui est appréciable du point de vue des économies dans l'appareillage,, Bien que pour différents angles au sommet, il faille prévoir des têtes dif-
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férentes 2a et 3a,il est évident que le prix de revient de ces différen- tes têtes est beaucoup moins élevé que le prix de revient d'un mandrin com- plet. Ordinairement, les têtes 2a et 3a sont facilement amovibles.
La figure 3 montre une ébauche 10 en forme de coupe, fixée entre une contre-poupée 11 et un mandrin 12. L'ébauche a une paroi conique 10a.
Le mandrin est monté sur un arbre 13 fixé à la poupée fixe 14 par l'orga- ne de couplage 15. Le galet est désigné par le numéro 16. Dans le mécanis- me indiqué, le mandrin est commandé pour faire tourner l'ébauche en forme de coupe et la contre-poupée. On peut orienter l'axe du galet dans un plan contenant l'axe Y du mandrin, celui-ci se déplaçant dans ce plan le long du mandrino L'ébauche 10 peut être formée par n'importe quelle méthode con- nue, telle qu'étirage ou usinage ou encore par formage d'une ou de plusieurs portions et soudure le long de certaines parties marginales.
Le processus de formage de l'objet à partir de l'ébauche en for- me de coupe, apparaît en comparant les figures 3 et 4. Dans la figure 4, le galet 16 se déplace sensiblement le long du mandrin et provoque le dé- placement du métal de la paroi 10a, et réduit celle-ci à un cône possédant une paroi 10b d'épaisseur désirée. On remarque que la surface interne de la paroi de l'ébauche vient en contact intime avec le contour extérieur du mandrin. La conicité ou angle au sommet de l'objet terminé est contrôlé par la forme du mandrin.
La réduction d'épaisseur désirée est accomplie générale- ment par l'espace compris entre la pointe du galet et la surface du mandrin, par la pression exercée par le galet et par la vitesse de rotation de l'é- bauche et le trajet du mouvement du galeto
Les figures 5 et 6 illustrent comment on peut utiliser le procé- dé de l'invention pour former dans un objet une portion conique. Dans la figure 5, l'ébauche 17 est supportée sur un mandrin 18 et présente une por- tion conique 17a. Dans la figure 6, le galet (non indiqué) agit sur la po- sition 17a en déplaçant le métal et en réduisant l'épaisseur, comme indi- qué par la portion 17b.
Il est donné ci-après une explication de cette méthode en rela- tion avec la formule
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en se reportant à la figure 7.
Dans la figure 7, un mandrin est représenté par le numéro 20, une ébauche en forme de coupe par le numéro 21, et l'objet formé à partir de l'ébauche par le numéro 22. L'angle au sommet de l'objet terminé, mesu- ré entre les surfaces internes des parois, est indiqué en 22a et de même l'angle au sommet du mandrin est représenté par l'angle FDE ou e.
L'angle de conicité du mandrin (qui est la moitié de l'angle FDE), mesuré entre l'axe Z et la surface du mandrin est représenté par ADE ou ss-ss représente également l'angle abE, c'est-à-dire l'angle de conicité de l'objet terminé, mesuré entre l'axe Z et la surface interne des parois 22a.
L'angle au sommet de l'ébauche, mesuré entre les surfaces inter- nes des parois 21a est représenté par GBC. L'angle de conicité de l'ébau- che (qui est la moitié de l'angle GBC), mesuré entre l'axe Z et la surfa- ce interne de la paroi 21a, est représenté par l'angle ABC ou ce - [alpha] repré- sente également abC.
L'épaisseur de la paroi de l'ébauche est représentée par T1, et sa longueur est représentée par L1. L'épaisseur de l'objet terminé est re- présentée par T2, et la. longueur de sa paroi est représentée par L2. Les
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rayons maximums internes de l'ébauche originelle et de l'objet terminé sont représentés par x + x1.
Comme le volume des parois de l'ébauche est sensiblement égal au volume des parois de l'objet fini, on a L1 T1 = L2 T2. De même, il est évident que x = L1 sin[alpha] = L2 sinss ou L1 sin[alpha] = L2 sinss. En reportant cette valeur de L1 dans la première formule, on obtient après simplification
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Ainsi, connaissant l'épaisseur des parois et l'angle au sommet d'un objet fini, on peut reporter ces valeurs dans la formule ci-dessus et, ayant choisi une valeur pour l'angle [alpha] , on peut calculer l'épaisseur de paroi de l'ébauche originellee
Le choix de l'angle [alpha] est important, comme on va le voir main- tenant.
Le choix de la valeur de l'angle a est relié au maximum de ré- duction d'épaisseur qu'il est praticable d'obtenir avec une seule passe.
Par une seule passe signifie que le galet se déplace une seule fois le long du mandrin,, En partant d'une ébauche en forme de(coupe, la réduction maximum praticable avec une seule passe est d'environ 60%, c'est-à-dire que l'épaisseur du cône après une passe, sera 40% de l'épaisseur de l'ébau- che de départ. Cela donne la relation T2 = 40 x T1.En combinant ce résul-
100 tat avec la formule T1 = T2 sin [alpha], on obtient sin[alpha] = 2,5 sinss. Ainsi, la sin ss valeur maximum de Sin [alpha] est de 2,5 Sin ss.
Plus généralement, la valeur de [alpha] peut être calculée d'après la formule Sin [alpha] = K Sinss dans laquelle, la valeur maximum pour K est de 2,5.
Les autres valeurs de K sont obténues en faisant le rapport de 100 sur 100 moins le pourcentage dè réduction désiré.
Comme il apparaît maintenant, la valeur de L1 peut être obtenue d'après la formule L1 Sin[alpha] = L2 Sin. La valeur minimum de L1 qui peut être employée s'obtient comme suit,Comme on le voit diaprés là formule, L1 est relié directement à la différence entre les-deux angles [alpha] et ss et ep conséquence,est également en'rélation ' directe avec la réduction choisie. La formule Sin[alpha]
2,5 Sinss donne la réduction maximum obtenue par une seule passe. En com- binant ces deux formules, on voit que la longueur minimum L1 que l'on peut utiliser est L2 utiliser est L1 = 2,5
La formule précédente peut être représentée par L1 = 2 dans
K1 laquelle la valeur maximum de K1 est 2,5.
La valeur de K choisie pour dé- terminer la valeur de l'angle [alpha] peut être reportée dans la formule ci-des- sus pour déterminer la valeur minimum de L1 pour chaque angle particulier.
La valeur de L1 naturellement peut être plus grande que ce minimum, spé- cialement dans les cas où il est nécessaire de prévoir du matériau supplé- mentaire à l'embouchure du cône ou de la portion conique.
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Les fibres 8 et 9 illustrent la manière d'utiliser la méthode en question dans le formage d'objets coniques,en partant de différente types d'ébauches l'opération de formage comprenant plusieurs passes du galet. Dans la figure 8, l'extrémité de l'ébauche est sensiblement incur- vée, et non plate comme dans les figures 3 et 40 Cette ébauche est prévue pour être réalisée dans une seule opération de pressage. Dans la figure 9, l'extrémité del'ébauche est sensiblement conique et possède des flancs relativement épais. Il serait très difficile de former une ébauche du ty- pe de la figure 9 par pressage, et dès lors, cette ébauche est réalisée par coulage à la forme désirée.
Il faut signaler que ces ébauches mention- nées ci-dessus, peuvent être obtenues par estampage de deux ou de plusieurs de leurs parties qui sont ensuite assemblées par soudure. Que l'ébauche soit formée dans une presse, usinée, ou soudée, le galet, en faisant dé- placer axialement le métal,donne une orientation de grain sensiblement hélicoïdale qui améliore grandement la solidité de l'objet terminé.
La figure 8 peut servir d'exemple d'utilisation des formules ci- tées plus haut. Par exemple, on connaît les dimensions de l'objet désiré 23, et on peut calculer les dimensions de l'ébauche intermédiaire 24 en choisissant une valeur qui satisfasse l'équation sin [alpha] = 2,5 sinss (on a choisi 7 dans ce cas), et en substituant ces valeurs dans les équations T1 = T2 Sinss et L1 Sin [alpha] = L2 Sin ss. On utilise la même procédé pour cal- culer les dimensions de l'ébauche intermédiaire 25 et de l'ébauche initia- le 26. On peut appliquer un calcul semblable à la figure 9.
Il est bien entendu que les valeurs numériques indiquées dans les figures 5, 6. 8 et 9, sont seulement des illustrations, et ne sont aucune- ment limitatives, excepté dans la mesure où elles doivent rester dans les limites définies par la formule.