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PROCEDE DE FILAGE PAR CHOC A PERCUSSION UNIQUE. Lettre rectificative 'ointe pour valoir comme de droit à la date du 3,8.55.
Page 5, dans les formules 3) et 4) la première partie de l'équation doit se lire: " log e Y/MR"
Au lieu de "log e Y/MR "
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La présente invention concerne un procédé de filage de profilés métalliques et plus particulièrement un procédé de filage à froid.
Le filage des métaux entraîne la nécessité de porter ceux-ci à une température suffisamment élevée pour obtenir la plasticité nécessaire aux opérations de filageo
La billette à filer peut être chauffée avant d'être placée dans le conteneur de la presse: c'est .le procédé de filage à chaud.
Dans le procédé de filage à froid, on place la billette non chauf- fée dans le conteneur et on la soumet à un choc. La faible plasticité ob- tenue par ce procédé, effectuée à des températures de filage relativement basses, nécessite une charge élevée du piston de filage et, en raison de la température peu élevée, le métal subit un écrouissage considérable.
Ceci peut empêcher de filer la totalité de la billette à un rapport voulu de filage en une seule opération et il peut être nécessaire de procéder à une opération de recuit intermédiaire; cela peut également limiter les dimensions de la billette qui doit être filée en une seule opération.
S'il était donc possible de supprimer l'écrouissage au cours du filage, les opérations de recuit intermédiaire deviendraient inutiles et l'on pourrait obtenir le maximum de déformation en dépensant le minimum d'énergie. L'écrouissage du métal qui se produit au cours du filage peut être compensé par la rapidité d'action du piston, qu'il est bon de main- tenir sensiblement constante au cours des opérations de filage.
Quand ou soumet une billette métallique au choc d'un piston à des vitesses relativement faibles, une partie de la billette peut être écrouie à l'intérieur même de la dite billetteo
La présente invention a pour objet le filage d'une billette métal- lique en évitant tout écrouissage au sein même de cette billette.
Conformément à la présente invention, le procédé de filage consis- te à appliquer des vitesses de piston supérieures, et, de préférence, nette- ment supérieures, à la vitesse maximum de la gamme des vitesses relativement basses pour laquelle se produit un écrouissage consécutif d'une portion de la billette.
Dans la demande de brevet en France de la demanderesse du 4 Mars 1955 pour "Procédé pour l'obtention de profilés métalliques par filage à froid" on a décrit un procédé de détermination de la pression minimum né- cessaire exercée sur le piston pour le filage d'une billette métallique et ce procédé est fondé sur l'application de l'équation:
EMI2.1
Y = 3 y + 4 zÉ dans laquelle Y est la pression exercée sur le piston par unité de surface de matrice, y est la limite élastique apparente du métal, z est la différence entre la charge de rupture nominale et vraie, tous ces facteurs étant exprimés en Kg/mm2 et ¯ est le rapport de filage, c'est-à-dire le rapport entre la surface de la billette et la surface de la section désirée obtenue par filageo
D'autres expériences ont montré que cette équation peut être plus avantageusement mise sous la forme;
Y = (a + b)xn
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dans laquelle a est la charge vraie en compression, en kilogrammes par mm2 pour la valeur maximum de # de l'éprouvette à la traction, b est la charge a ci-dessus en Kg/mm2 multipliée par la déforma- tion totale naturelle au point de rupture à la traction et x est le rapport de filage.
Ceci peut encore être exprimé par 1 équation:
Y = K(a +a #) ¯ 0,33 K étant une constante numérique qui, pour des profilés pleins réguliers est égal à 1,9, pour des profilés tubulaires réguliers à 2,1, pour des profilés pleins irréguliers à 2,3 et pour des profilés creux drréguliers à 2,5, - étant la déformation naturelleo
Dans ladite demande de brevet, un des facteurs de l'équation est la racine cubique du rapport de filage.
La demanderesse a découvert, après avoir effectué d'autres expériences sur une plus grande gamme de matières premières ou de billettes métalliques, que l'on obtient un filage plus ef- ficace, bien que la résolution de 1 équation ci-dessus donne de bons ré- sultats de filage pour une charge du piston conforme à la pression minimum calculée, en faisant intervenir la racine quatrième du rapport de filage au lieu de sa racine cubique.
Ainsi, dans la présente description, on considérera, au lieu de 1'
EMI3.1
équation Y=3y-+4z 3 ou y = K Ca + a ) A 0,33 1'équation T =K (a-!- a#) à 0925 ou y = K a (1+±±) 0,25 , a étant ici encore la charge unitaire en Kg/mm2 sur le diagramme charge vraie- déformation réelle de la matière à la compression pour la valeur maximum de # à la traction.
Ce diagramme est illustré à la Fig. 1 ci-jointe, dans laquelle le point b représente le point de rupture à la traction et le point a la valeur de la charge unitaire à la compression.
Dans la demande de brevet citée, on fait remarquer qu"il existe un autre facteur qui joue un rôle dans le succès du filage à froid, à sa- voir la vitesse de choc du piston, c'est-à-dire la vitesse à laquelle le piston frappe la billette de métalLa charge minimum au piston étant calculée comme ci-dessus, il est bon de régler la vitesse d'attaque du pis- ton jusqu'à ce que les températures du plan de glissement déterminées puis- sent être elles-mêmes réglées de manière à augmenter ou diminuer le degré d'écrouissement admissible dans le métal; ainsi, des vitesses de choc très élevées donnent des températures du plan de glissement très élevées qui aboutiraient à l'obtention d'un produit filé complètement recuit;
les fai- bles vitesses et les basses températures donneraient un écrouissage modéré.
On pourrait ainsi obtenir un réglage des propriétés physiques de l'objet terminé.
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Toutefois, ledit brevet n'enseigne pas de quelle manière on pour- rait déterminer la vitesse du piston autrement que par tâtonnemento
La présente invention a pour autre objet un procédé facile de pré- détermination de la vitesse minimum nécessaire du piston.
Au moment du dépôt de la dite demande de brevet, la demanderesse est parvenue à la concision qu'il existait une vitesse minimum critique du piston pour laquelle ou au-dessus de laquelle le métal de la billette cesse de manifester les propriétés d'écrouissage rencontrées jusqu'ici, et cette conclusion est maintenant confirmée.
Le taux de déformation du métal au cours du filage peut être défini comme étant la déformation due à la vitesse en unités de longueur par unité de longueur par seconde, ce qui est théoriquement exact en ne tenant pas compte du changement réel en dimensions de la billetteo Mais, comme il est parfois difficile de mesurer les valeurs qui permettent de calculer la déformation due à la vitesse, on se référera , dans la présente description, non au taux de.déformation par unité de longueur du métal, mais à la vitesse du piston provoquant la déformation du métal ou, en d'autres termes, à la vitesse de compression, étant entendu que le taux de déformation du métal est le fait critique, quelle que soit la terminologie appliquée.
On sait que le module de rési- lienoe peut être utilisé comme propriété du métal pour déterminer facile- ment les vitesses de filage de ce métal.
On a constaté que, si la vitesse du piston au point d'impact d'une billette à filer est supérieure à une certaine vitesse critique pour le métal.particulier considéré et si la vitesse du piston est maintenue au- dessus de la vitesse convenant au filage par choc en une seule opération, on peut filer des billettes de volumes importante à des rapports de filage élevés en une seule opération du piston.
Quand on règle la vitesse du piston pour le filage de différents métaux, il est, bien entendu, nécessaire de connaître les caractéristiques du métal et la rapport de filage désiréo en a constaté que les propriétés nécessaires du métal peuvent être déduites d'une courbe ordinaire charge vraie- déformation vraie dont on dispose pour la plupart des métaux.
On ob- tient ces courbes en faisant travailler un échantillon à la traction à un taux de déformation normalisé jusqu'à la rupture et à la compression en tra- gant les charges différentielles nécessaires pour produire des déformations différentielles, en tenant compte du changement de section transversale du produit résultant de la déformationo Si l'on ne dispose pas de courbe char- ge vraie - déformation réelle, dans le cas d'un alliage nouveau par exemple, il est possible de tracer la courbe par des procédés bien connus. Cette ana- lyse étant effectuée, il est très facile de régler la presse.
On sait que la pression du piston à vitesse constante est propor- tionnelle à une fonction du rapport de filage et que, à rapport de filage constant, elle est inversement proportionnelle à une fonction de la vitesse donc
EMI4.1
Y = f ( etim 1 f (v7-
On considère maintenant que, pour être capable de déterminer par le calcul, la vitesse minimum désirée du piston au moment où il frappe la billette, on peut appliquer l'équation suivante:
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EMI5.1
Y=L ru Y - YR e ev.
R et que l'on peut appliquer avec succès cette équation au filage à froid des métaux susceptibles de déformation plastique bien que, conformément à l'invention, il soit préférable de ne l'appliquer que pour les métaux recuits,
Conformément à une autre caractéristique de l'invention, la vites- se minimum du piston, nécessaire pour le filage.à. froid d'une billette de métal, s'obtient en résolvant l'équation:
EMI5.2
= 8 ' GV $ dans laquelle Y est la pression minimum exercée par le piston par unité de surface de la matrice,,
MR est le module de résilienpe e est égal à 2718 (logarithmes népériens) ¯ est le rapport de filage
C est égal à a/MR, a étant la charge vraie à la compression en Kg/ mm2 pour une valeur maximum de ± de l'échantillon à la traction.
VR est la vitesse minimum du piston.
Pour illustrer cette équation en vue du calcul de la vitesse mini- mum du piston conformément à l'invention, savoir
EMI5.3
Y - IER e ev R on utilise la courbe charge vraie - déformation réelle, comme indiqué à la figo 2 ci-jointe dans laquelle le point a représente la valeur de la charge vraie à la compression.
Comme on l'a déjà fait remarquer, pour vérifier la vitesse minimum du piston en résolvant l'équation
EMI5.4
Y.JL rA Y - ]là e 'J =CV R il est préférable de vérifier d'abord la pression minimum au piston, né- cessaire pour le filage en résolvant l'équation
Y = K a (1 +# ¯ 0,25
On donne ci-dessous un exemple du procédé de détermination de la vitesse minimum du piston désirée pour le filage d'un tube à l'aide d'une billette d'aluminium pur, c'est-à-dire contenant 99,6 à 99,8% d'aluminium.
On suppose qu'on désire obtenir un tube, par filage, d'un diamètre extérieur de 18,24 mm à partir d'une billette de 44,45 mm de diamètre,
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18,24 mm d'alésage et de 69,85 mm de haut, et que l'on désire réaliser une réduction de surface de 98%. On se rend compte qu'avant de résoudre l'équa- tion ci-dessus, on doit d'abord effectuer sur le métal des essais de résis- tance à la traction et de limite élastique apparente. Ces essais effectués sur une telle billette donnent une tension de déformation de 2,28Xg/mm2 et une tension a, telle que définie ci-dessus, supérieure à 11,81 Kt/mm2 pour cette matière.
Comme il a été dit, on applique d'abord'l'équation
EMI6.1
Y = 2,1 a (1 +ie-) A oe25 et on obtient: A Y = 2,1 x 2,28 (1,422) 50 = 93 Kg/mm2
Si, par conséquent, on doit filer une billette d'aluminium pur et si la réduction de surface entre la billette et le prr dit filé proposé est de 98 %, on doit fournir une pression minimum de 93 Kg/mm2 sur la face de la matrice; la surface de la billette aux dimensions ci-dessus n'étant plus de 6,45 cm2 mais de 12,90 cm2 la charge minimum totale au piston est de 93 x 2 = 186 Kg/mm2.
On peut maintenant résoudre l'équation de vitesse minimum du piston
EMI6.2
0 " 2e5 A y = lq 0 -#### 2) y j 254 -ç- = e CVR loge y 2 2. 4 4 Cg . y 2. 54 LI J loge ##-### Y 2 4) - - - 1 2,54 11 VR en remplaçant par les valeurs obtenues ci-dessus, on en déduit de:
EMI6.3
29 x 2,54 1) 93 7, e 1,88 #R 3) 793 - 125 3) 7,3 1 , 88 V R et de 4) inversé - 125 - 9,24 om/sec. v8 7,3 x 1,88 -
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Dans le cas ci-dessus MR, qui est le module de résilience et,par conséquent, la propriété connue du métal, est égal à 6,29; C est la charge unitaire a en Kg/mm2, divisée par MR, MR étant égal à 6,29 Kg/mm2, soit 1,88.
On voit ainsi que, pour filer la billette d'aluminium pur aux di- mensions ci-déssus on peut, préalablement au filage, prévoir la pression minimum du piston et sa vitesse minimum, laquelle, dans l'exemple ci-dessus, est de 92,45 mm/sec. On doit toutefois noter que les équations ci-dessus donnent la charge minimum du piston nécessaire et sa vitesse minimum mais, quand on effectue le filage, il est bon d'opérer à une pression légèrement supérieure, par exemple de 5 à 10% de la pression minimum calculée.
On obtient les meilleurs filages à des vitesses légèrement supé- rieures à la vitesse calculée V-, ceci parce que la disposition cristallo- graphique de certaines parties Rde, la billette est telle que la vitesse cal- culée VR est insuffisante. Cette augmentation de V assure la compression de la totalité du lingot à une vitesse satisfaisane. De fortes augmenta- tions de VR produisent des effets calorifiques de la matrice qui provoquent des défauts dans les pièces obtenues, en partie pour des raisons de lubrifi- cation. Par conséquent, dans la pratique, on constate que la vitesse mini- mum calculée pour le piston peut être augmentée de 20 à 255.
@
Un autre exemple porte sur le filage d'un alliage magnésium-sili- cium-aluminium; les dimensions de la billette sont les mêmes que dans 1' exemple précédent et la réduction de surface est également de 98%.
Ainsi: ¯ 50
MR = 7,87 Charge unitaire @ a = 138,58 = 0,409
En appliquant l'équation :
Y=21,1 a (1 + #) ¯ 0,25 on obtient:
Y = 2,1 x 138,58 x 1,409 x 50 0,25
2,1 x 138,58 x 1,409 x 2,66 = 109 Kg/mm2 d'où la charge minimum nécessaire du piston est de
109 x 2 = 218 Kg/mm2
Pour obtenir la vitesse minimum du piston, on applique de nouveau l'équation :
EMI7.1
J 2 Ô Y = DR e CVR
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EMI8.1
d'où : long - 125 io9=5 e 1,76 V, en se souvenant de ce que 0 - De l'équation 3) on tire:
6eg . ¯¯21 i s 76 ver et en inversant 4) s - 699 125 ' soit 4,1 x 24,4 = 10,4 cm/sec$ 6,9x1,76
REVENDICATIONS
1.Un procédé de filage par choc à percussion unique, à l'aide d' une presse ad hoc, de profilés métalliques d'un métal susceptible d'être écroui, à partir de billettes dont une partie qui est filée peut être inté- rieurement mécaniquement écrouie pour des vitesses du piston relativement basses, caractérisé en ce que l'on a fait fonctionner la presse, du début jusqu'à la fin du filage, à coup unique à des vitesses supérieures à la vitesse maximum de la gamme des vitesses relativement basses auxquelles se produit l'écrouissement mécanique d'une protion de la billette.