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"APPAREIL ET PROCEDE DE FORMATION D'ALVEOLES
DANS DES TOLES"
La présente invention a trait aux appareils et procédés de formation de dépressions ou alvéoles à fond percé dans des tôles ou feuilles de métaux, en particulier dans des tôles faites des alliages très résistants ordinairement utilisés pour la construction des appareils d'aviation. Les alvéoles de ce genre ont tendance à s'allonger et à se fissurer et, pour surmonter cette difficulté, on a proposé de "frapper" ou forger le métal, à l'intérieur de l'alvéole, en faisant usage d'un coulisseau de frappe élastique supporté à l'intérieur de la matrice de formation qui entoure immédiatement le trou
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préalablement percé ou poinçonné.
A mesure que s'effectue l'appli- cation de la charge, le coulisseau de frappe comprime et forge le métal de la tôle autour de l'ouverture, en empêchant ainsi cette ouverture de s'élargir et en diminuant le risque de formation de fissures dans la matière déprimée.
Dans le procédé de formation d'alvéoles par matriçage, Inapplication d'une force correcte au coulisseau de matriçage est un facteur important et critique si l'on veut obtenir des alvéoles sains et exempts de fissures. A l'aide des équipements habituels, cette force est développée et appliquée par la poussée d'un ressort réglable. Inapplication d'un ressortà titre de source de poussée du coulisseau présente les inconvénients d'une limitation du mouvement limité, d'une variation de la force du ressort, d'une poussée accrue ou excessive pendant la flexion ou compression du ressort et d'un manque de moyen précis de réglage de la force. Dans certains cas, la colonne qui supporte le coulisseau de frappe s'écrase et se rompt sous la poussée d'un alvéole conique de profondeur excessive.
Le but général de l'invention est de régler la poussée du coulisseau de frappe de manière qu'on obtienne des alvéoles en forme de cuvettes à bord vif qui soient exempts de fendille- ments ou fissures et qui soient tous identiques.
D'autres buts de l'invention sont : de permettre l'appli- cation d'une force de frappe initiale élevée, tout en évitant que cette force s'accroîsse à mesure que l'opération progresse; d'accroître la force disponible totale du coulisseau de frappe; de permettre de régler commodément la charge appliquée au coulis- seau de frappe sans qu'il soit nécessaire de faire usage d'outils; de fournir une indication exacte et constamment visible de l'amplitude de la force de frappe appliquée ; d'élargir l'échelle du mouvement d'un coulisseau de frappe agissant en antagonisme à une force flexible ; et de permettrè un mouvement suffisant du
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coulisseau et de la colonne pour empêcher leur rupture.
Grâce à la présente invention, le ressort de poussée habituel utilisé pour maintenir le coulisseau de frappe est remplacé par une pression d'air commandée par un régulateur de pression. Une pression d'air est appliquée à la colonne du coulisseau de frappe de manière que ce dernier travaille sous une pression initiale élevée, qui reste sensiblement constante pendant toute la durée de l'opération. De cette façon, les forces qui provoquent la flexion de la tôle et les forces qui frappent ou matricent le métal ou celles qui l'obligent à fluer travail- lent simultanément et sont convenablement coordonnées à partir de l'instant où l'opération d'emboutissage commence.
Conformément à la présente invention, l'appareil permettant de former par emboutissage un alvéole autour d'un trou préalablement percé ou poinçonné dans une tôle comprend un poinçon, destiné à exercer une poussée vers le bas (ou vers l'avant) sur la zone à emboutir, une matrice destinée à entrer en contact avec la face de dessous (ou la face avant) de la tôle le long de la zone périphérique entourant l'alvéole à emboutir, un coulisseau de frappe destiné à entrer en eontact avec le bord inférieur (ou avant) de l'alvéole, immédiatement autour du trou, et un dispositif presseur servant à résister au mouvement du coulisseau vers le bas ou vers l'avant sous la poussée de l'alvéole;
et cet appareil est caractérisé par le fait que ledit dispositif presseur sollicite le coulisseau vers le haut (ou vers l'arriéra en exerçant sur lui une poussée qui reste sen- siblement constante pendant que la poussée de la matrice s'accroît brusquement.
Dans les dessins annexés : la figure 1 est une coupe longitudinale d'une portion d'une machine conforme à l'invention, servant à former des alvéoles par emboutissage;
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la figure 2 est une coupe transversale par la ligne 2-2 de figure 1 et représente le dispositif de centrage du poinçon formant l'alvéole; la figure 3 est une vue en élévation avec coupe verticale' partielle représentant la relation entre le poinçon, la matrice, le coulisseau de frappe et la tôle, à l'achèvement d'une opéra- tion de matriçage; la figure 4 est une vue en élévation représentant la tuyauterie d'admission de fluide sous pression destinée au cylindre à air, cette tuyauterie étant pourvue d'un manomètre et d'un indicateur;
les figures 5, 6 et 7 sont des vues à plus grande échelle de certaines portions de la figure 1, la figure 5 représentant l'ensemble porte-poinçon, la figure 6 l'ensemble de la matrice et du coulisseau de frappe et la figure 7 la partie inférieure de l'ensemble de la colonne à pression d'air; la figure 8 est une coupe longitudinale à grande échelle du régulateur de pression visible à la figure 1; la figure 9 est une coupe partielle àgrande échelle du cylindre à air et représente la soupape de vidange.
Dans la forme de réalisation représentée à titre d'exem- @ ple, la machine servant à 'former des alvéoles par matriçage comprend une chape massive 11, dont les mâchoires ou branches supérieure 12 et inférieure 13 ont été représentées en partie.
Comme représenté aux figures 1 et 5, la mâchoire supérieure supporte un poussoir 14 destiné à coulisser verticalement dans ladite machoire. A l'extrémité inférieure du poussoir 14 est fixée une pièce porte-poinçon 15 qui est percée d'un trou central recevant librement l'extrémité supérieure du porte-poinçon propre- ment dit 17. Comme représenté à la figure 2, la pièce 15 porte- quatre vis de blocage radiales 18 qui butent contre le pourtour du porte-poinçon proprement dit, près de son extrémité supérieure,
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ce qui permet de régler la position de l'axe du porte-poinçon de manière qu'il soit convenablement aligné avec la matrice 19. La pièce 17 présente aussi quatre ouvertures taraudées destinées à recevoir des boulons 20 qui supportent le porte-poinçon 17.
Ce dernier présente des trous élargis destinés à recevoir les boulons 20 et peut ainsi être déplacé transversalement lors du' réglage des vis 18. Le porte-poinçon 17 est alésé de manière à constituer un logement cylindrique destiné à recevoir la. por- tion supérieure d'un poinçon de matriçage 21, dont la portion inférieure est destinée à coopérer avec une matrice 19 dans la formation d'un alvéole conique.
Tout dispositif approprié, tel qu'un segment élastique 22 et une vis de blocage 23, peut être utilisé pour maintenir l'assemblage du poinçon et du porte- poinçon 17 avec le poinçon reposant sur l'extrémité inférieure du poinçon 21 est pourvue du téton habituel 24qui pénètre dans le trou de la tôle 25 dans laquelle des alvéoles doivent être formés,comme représenté à la figure 3.
La matrice fixe 19 est supportée par un épaulement annulaire d'un porte-matrice 26 et est maintenue en position par un prolongement de centrage cylindrique dudit porte-matrice.
Le porte-matrice 26 est supporté, à l'aide d'un assemblage fileté, par l'extrémité supérieure d'une vis de réglage 27 qui est vissée dans une douille 28 reçue dans un alésage 29 de la mâchoire 13.
Cette douille est pourvue d'un rebord radial 30 qui repose sur un rebord annulaire prévu près de la face supérieure de la . mâchoire. En faisant tourner la vis 27 par rapport à la douille 28, on règle la hauteur de la matrice 19 par rapport à la mâchoir 13, ce qui permet de l'adapter à différentes épaisseurs de tôle.
Pour faciliter ce réglage, la vis 27 est pourvue d'un bouton moleté 31 fixé ladite vis par une vis de blocage 32. Le degré de réglage est indiqué à l'aide d'une virole graduée 33 portée par la vis de réglage 27 près de l'extrémité inférieure de la douille 28.
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Comme représenté à la figure 3, la matrice 49 présente un alésage 34 et un élargissement alésé 35, dans lesquels s'ajus- te de façon coulissante un coulisseau de frappe à deux diamètres 36. Au-dessus de l'alésage 34, la matrice 19 est pourvue d'un biseau conique destiné à façonner la circonférence de la zone emboutie de la tôle 25 Le coulisseau 36 est alésé pour recevoir le téton 24 du poinçon et est pourvu d'une extrémité supérieure plate destinée à entrer en contact avec le bord inférieur de l'alvéole 37.
Le coulisseau 36 agit de manière à façonner par matriçage le bord de l'alvéole en exerçant sur lui une force de réaction qui est transversale au plan de la tôle 25 et qui provoque le refoulement du métal vers le haut pour le contrat dre à remplir l'angle vif formé à la surface supérieure de la tôle, près du poinçon.
Le coulisseau de frappe 36 est supporté par l'extrémité supérieure d'une colonne à pression d'air qui est composée de deux sections supérieure 38 et inférieure 39. Le corps principal de la section supérieure 38 de la colonne coulisse à frottement doux dans un élargissement alésé de la vis de réglage 27, alors que le prolongement supérieur rétréci de la colonne, sur lequel repose le coulisseau de frappe, coulisse à frottement doux dans l'alésage du porte-matrice 26. La section inférieure 39 de la colonne coulisse dans l'alésage principal de la vis de réglage 27.
L'extrémité inférieure de la colonne 39 repose sur l'extré- mité supérieure d'une vis dé réglage 40 qui se visse dans le petit bras d'un levier de coulisseau 41, pourvu d'un roulement à billes 42 à l'aide duquel il est monté sur un arbre horizontal 43. L'arbre 43 est monté sur un cylindre 44 qui présente à son extrémité inférieure un évidement 45 destiné à recevoir le levier et à lui permettre de pivoter à l'intérieur du cylindre 44. L'ex- trémité avant de l'évidement 45 communique avec un alésage verti- cal 46 du cylindre, lequel alésage reçoit la vis de réglage 27 qui est ajustée au dit alésage près de l'extrémité inférieure de ladite vis.
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Le cylindre 44 bute contre le bouton 31 à l'extrémité supérieure de l'alésage 46 et à l'extrémité inférieure du dit alésage et ce cylindre repose sur un segment annulaire 47 monté dans une rainure annulaire de la vis de réglage 27. Le segment 47 coopère avec le bouton 31 pour empêcher tout mouvement vertical du cylindre 4 par rapport à la vis de réglage. Lorsque les pièces sont assemblées, le segment annulaire 47 est presque entièrement encerclé par un contre-alésage 49 du cylindre et est verrouillé de ce fait en position de travail à l'intérieur de la gorge annulaire. Pour permettre d'élargir le segment et de l'enlever de la gorge annulaire, lorsqu'on démonte les pièces, le cylindre présente près de l'extrémité inférieure du contre-alésage 49 une fente courbe 50.
Pour régler la position de la vis 40 par rapport au levier 41, cette vis est pourvue d'un bouton 52, qui est ajusté à l'extrémité inférieure de la vis de réglage et verrouillé en place à l'aide d'une vis de blocage 53. Sur le bouton 52 repose un organe indicateur 54 qui présente un alésage à l'aide duquel il s'ajuste au prolongement cylindrique de la vis de réglage 40.
Immédiatement au-dessus de l'alésage se trouve un contre-alésage recevant un ressort hélicoïdal 55 destiné à maintenir l'organe indicateur 54 élastiquement en contact avec la face supérieure du bouton. La rotation de cet organe 54 est empêchée par le fait qu'un prolongement de cet organe est relié au cylindre. Un dispositif élastique est prévu pour verrouiller élastiquement le bouton 52 et empêcher ainsi la vis 40 de tourner par rapport à l'indicateur 54.
Ce dispositif élastique comprend un poussoir à ressort 56, monté pour effectuer un mouvement coulissant limité dans une forure verticale de l'indicateur 54, et un ressort 57 loge à l'intérieur de la même forure et servant à solliciter le.poussoir vers le bas pour l'engager de façon verrouillée dans,
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l'une quelconque choisie d'une série de creusures prévues à. la surface supérieure du bouton 52. Des indices appropriés sont prévus sur le bouton 52 et sur l'indicateur 54 pour indiquer le degré de réglage de la vis 40 par rapport au levier 41.
L'évidement 45 du cylindre 44 est fermé à sa partie inférieure par une plaque de garde 58 qui est fixée de façon amo- vible au cylindre par une série de vis 59. L'extrémité arrière de l'évidement 45 communique avec l'extrémité inférieure d'une chambre à piston 60. Un piston 61 monté pour coulisser dans la chambre 60 est pourvu d'une garniture annulaire 62 destinée à empêcher l'échappement de fluide sous pression de l'extrémité supérieure de la chambre 60. Cette chambre est normalement . fermée, ' à l'exception d'un petit orifice 63 (figures 1 et 9).
L'extrémité inférieure du piston 61 est évidée pour recevoir l'ex- trémité arrière du long bras du levier 41 et pour exercer une force sur ce bras dans un but qui sera indiqué plus loin.
L'extrémité inférieure de la chambre à piston 60 est fermée par un couvercle de cylindre 64, fixé à l'aide des vis habituelles 65.
Le cylindre 4 est pourvu d'un raccord 66 qui communique avec la chambre à piston 60 par l'orifice 63. Le raccord 66 est relié à l'aide d'un raccord d'accouplement rapide 67 à un tuyau à air souple 68.
Le tuyau souple 68 reçoit l'air sous pression d'un ré- gulateur de pression 69, auquel est assujetti un raccord 70 qui s'étend vers le haut et porte un manomètre 71. Le raccord 70 est supporté par un bloc 72 fixé sur la face latérale de la chape 11.
Le régulateur de pression, qui est représenté en coupe à la figure 8, n'est pas nouveau, en soi, et l'on n'en donnera donc qu'une, brève description. Il comprend un corps 73 auquel sont fixés un raccord d'admission 74 et un raccord d'échappement 75. Le corps 73 présente un alésage central qui est taraudé à ses extrémités supérieure et inférieure pour recevoir une cage-
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à soupape fileté 76 et un obturateur fileté 77, respectivement.
La cage constitue un siège pour une soupape mobile 78, pourvue d'une tige qui s'étend vers l'arrière et pénètre dans une ouver- ture de la cage. Lorsque la soupape est déplacée vers le bas à l'écart de son siège, un courant d'air sous pression est admis par le raccord 74 et un orifice ,80, :l'air passant ensuite au- dessus de la soupape proprement dite et traversant la cage 76 pour pénétrer dans une chambre 81, d'où il s'échappe par un orifice 82 et le raccord d'échappement 75. Un ressort de compression 83, interposé entre la soupape 78 et l'obturateur 77, maintient nor- malement ladite soupape en position de fermeture.
La soupape 78 est destinée à être ouverte par un disposi- tif sensible à la pression. Ce dispositif comprend un bouton in- férieur 84, destiné à buter contre l'extrémité' supérieure de la tige de soupape, ce bouton étant supporté au centre d'une membrane flexible 85 qui constitue la paroi supérieure de la chambre 81.
Les bords périphériques de la membrane 85 sont serrés entre le bord supérieur du corps 73 et un chapeau ou dôme 86 qui est vissé sur ce corps. La portion supérieure du bouton porte une rondelle 37 qui est sollicitée vers l'avant par un dispositif réglable, composé d'un ressort de compression 88 reposant sur la rondelle 87, d'une rondelle supérieure 89 qui repose sur le ressort et d'une vis de réglage 90 prenant appui sur la rondelle supérieure 89.La vis 90 est pourvue d'une poignée 91 qu'on peut faire tourner pour régler la poussée qui est transmise par l'intermédiaire du ressort, des rondelles et du bouton à l'extrémité supérieure de la tige de soupape à l'effet d'écarter la soupape 78 de son siège et qui tend ainsi à ouvrir la soupape en antagonisme à la poussée du ressort 83 et à la pression de l'air régnant dans la chambre 81.
La pression régnant dans la chambre correspond à la pression de l'air contenu dans le tuyau souple 68 qui communique en tout temps avec la chambre à piston 60 (figure 1).
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Pour permettre au fluide sous pression contenu dans la chambre à piston 60 de s'échapper rapidement, lorsque cela est désirable, le cylindre 44 est pourvu d'un obturateur de vidange 92 (figure 9) vissé dans une ouverture taraudée de la paroi de l'organe 44 et destiné à reposer normalement sur un joint annulaire 93 servant à empêcher l'échappement d'air à travers un orifice 94. En faisant tourner l'obturateur 92, l'opérateur peut l'écarter de son siège pour permettre l'échappement du fluide sous pression contenu dans la chambre à piston 60.
En fonctionnement, de l'air sous une pression relativement élevée (par exemple de 6 kg/cm2) est admis par un tuyau flexible (non représenté) au raccord' d'admission 74 et à l'orifice d'ad- mission 80 (figures 4 et 8) du régulateur de pression 69. La soupape mobile 78? maintenue à l'écart de son siège par le ressort 88, permet à l'air sous pression de passer à travers l'ouverture de la cage à soupape 76 dans la chambre 81. A mesure que la pres- sion de l'air règnant dans la chambre 81 augmente, cette pression agit sur l'ensemble du bouton 84 et de la membrane 85 de manière à soulever ledit bouton en surmontant la poussée du ressort 88.
Lorsque la pression prédéterminée pour laquelle le régulateur a été réglé est atteinte, la soupape 78 est fermée par le ressort 83, ce qui empêche tout nouvel accroissement de pression. La chambre 81 est par conséquent maintenue sous une pression constante relati- vement ]basse, par exemple -de 2 kg/cm2. Cette chambre communique par l'orifice d'échappement 82, le raccord d'échappement 75 et le tuyau souple 68 avec la chambre à piston 60 du cylindre 44 relié à la colonne à air. La chambre 81 du régulateur communique aussi le raccord 70 avec le manomètre 71, et l'opérateur peut, en observant le manomètre, connaître la pression régnant dans ladite chambre et dans la chambre à piston 60.
L'air contenu dans la chambre 60 agit par l'intermédiaire du piston 61, du levier 41, de la vis de réglage 40, des sections 39, 38 de la colonne et du coulisseau de frappe 36 de manière à maintenir ce coulisseau dans sa position la plus haute et à résister à la tendance dudit coulisseau à descendre.
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La tôle 25 est d'abord percée de trous dont le diame est plus petit que celui du trou destiné à être formé dans le produit fini. Cette tôle est placée initialement de façon qu'elle repose sur la matrice stationnaire 19, et laisse le poinçon 21 reposer sur elle. Le cycle des opérations est alors déclenché par l'opérateur lorsque celui-ci déplace manuellement la tôle jusqu'à ce qu'un des trous préalablement percés vienne en regard du poinçon, le téton 2- du poinçon tombant alors dans ce trou.
Ce mouvement déclenche automatiquement la course de tra- vail du poinçon, grâce à un des appareils bien connus de l'homme du métier, tels que celui décrit dans le brevet délivré aux Etats-Unis d'Amérique au nom de Fischer sous le N 2.592.672 le 15 Avril 1952. La force exercée de haut en bas par le poinçon
21 sur la tôle 25 provoque l'application d'une force de réaction, par l'intermédiaire de la chape, à la matrice rigide 19 et au coulisseau élastiquement flexible 36. La force exercée de haut en bas sur le poinçon 21 a pour effet d'emboutir le métal autour de l'ouverture.
A l'extrémité inférieure de l'alvéole ainsi ébau- che, le mouvement vers le bas rencontre une résistance qui résulte du contact du métal avec la face supérieure plate du coulisseau de frappe 36, lequel est soumis à une pression d'air. Cette action provoque la formation d'un fond plat entourant immédiate- ment le téton 2;-, :en même temps que s'effectue le façonnage de l'alvéole, il se produit une action d'étirage qui tend à allon- ger la section ou couche supérieure du métal de l'alvéole. L'ex- tension du métal engendre des efforts de traction qui, s'ils n'étaient pas contrecarrés, affaibliraient le métal et provoque- raient le développement de fissures.
L'action de forgeage du coulisseau de frappe à pression d'air 36 a toutefois pour effet de s'opposerà cette tendance à l'étirage au amincissement du mtal à l'orifice de l'alvéole et, au lieu d'un tel étirage, il se produit un refoulement radial du métal qui s'épanouit vers l'extérieur à mesure que s'effectue son extrudage vers le haut et vers l'extérieur autour du téton de guidage 24.
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Conformément à l'invention, l'action de frappe ou de forgeage du coulisseau 36 commence lorsque le coulis- seau occupe sa position la plus haute, vers le début de l'opération de matriçage. Il en résulte que le métal est re- foulé vers le haut et coule autour du téton 24 en remplis- sant ainsi l'espace entier qui existe entre le poinçon 21 et la matrice 19, ce qui empêche efficacement tous efforts exagérés et le fendillement de la tôle à l'orifice de l'al-
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véols.
En empêchant le métal déprimé d'être aminci ou de re- cevoir uns forme allant en G'.'1.3JG...ia invention assure û fE 1s métal ds l'alvéole aora m a-me angle a:u. 80::::::'':'(; et a la base., en permettant ainsi à deux tôles aae.3 . pourvus dlal¯véol3s de sesboltsr parfaitement luna dans 0 . a.Lveoes as s.em O8r parakemen .L'Qti6 ans .Lav.rso %.''s.:?L'.â.3'''s'a qt!3 'le poinçon ± COz:.-:;inD.6 soR. mo!i7eEi6. vers le bas, le coulisseau de frappe 3± :'.#.t?%xix.'i: e e'zj par s,' i 3:.
termédiaire des sections 38, 39de la colonne et de la vis de réglage 40, communique au levier un mouvement qui le fait pivoter dans le sens sinistrorsum, ce levier poussant à son tour le piston 61 vers le haut Comme la pression de l'air contenu dans la chambre à piston 60 est maintenue constante par le régulateur 69, la résistance offerte par le coulis- seau de frappe 36 reste sensiblement constante du commence- ment à la fin de l'opération de matriçage, les pièces occu- pant alors la position indiquée à la figure 3. De cette façon, les opérations de matriçage et de frappe s'effectuent simultanément pendant.toute la durée de la course da travail.
Dans les appareils du type habituel qui forment des alvéoles par matriçage en utilisant un coulisseau soumis à la poussée d'un ressort, il s'effectue un accroissement rapide de la force de matriçage qui, étant par exemple initialement de l'ordre de 500 kg, atteint une valeur de beaucoup. supérieure, telle que 1500 kg.
Avec le présent appareil, la force exer-
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cée à l'achèvement de l'opération n'excède la force initiale que d'une proportion relativement faible, par exemple de 405
Un autre avantage de la présente invention sur les colonnes chargées par un ressort réside dans le fait qu la colonne à pression d'air dispose d'une force totale beau- coup plus grande, par exemple de trois tonnes, alors qu'une colonne à ressort comparable serait soumise à des efforts excessifs sous une force de beaucoup inférieure, par exemple de 1500 kg. Un autre avantage réside dans le fait que le coulisseau 36 peut effectuer une course plus grande en vue de la formation d'alvéoles plus profonds, sans risque de rupture.
Un autre avantage de la présente invention est qu' elle fournit une indication précise et constamment visible de la force de matriçage appliquée, alors que dans l'appa- reil de matriçage classique la force du ressort ne peut être appréciée que d'une manière approximative Un autre avantage réside dans le fait qu'il est possible d'effectuer des 0- glages sans l'aide d'outils. Par exemple, si l'opérateur désire élever ou diminuer la pression ,d'air exercée sur le coulisseau de frappe 36, il fait simplement tourner la poignée 91 du régulateur 69 pour accroître ou diminuer la compression du ressort 88. On peut ainsi modifier la force de matriçage dons le même rapport et à l'intérieur d'une très large échelle.
.Après que l'alvéole a été formé, on supprime la poussée du poinçon 21 de manière à relever ce poinçon, on enlève la tôle et on fore ou alèse le trou de l'alvéole pour augmenter légèrement son diamètre.
Bien que l'invention ait été décrite en se référant à une machine stationnaire, elle est aussi applicable aux machines transportables. Elle s'applique aussi bien au ma- triçage à chaud qu'au matriçage à froid.
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"APPARATUS AND METHOD FOR FORMING ALVEOLES
IN TOLES "
The present invention relates to apparatus and methods for forming bottom-drilled depressions or cells in metal sheets or sheets, in particular in sheets made from high strength alloys commonly used in the construction of aviation apparatus. Cells of this kind tend to elongate and crack and, to overcome this difficulty, it has been proposed to "strike" or forge the metal, inside the cell, by making use of a slider. elastic punch supported inside the forming die immediately surrounding the hole
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previously drilled or punched.
As the load is applied, the impact slider compresses and forges the metal of the sheet around the opening, thereby preventing the opening from widening and reducing the risk of forming. cracks in the depressed matter.
In the die-forging cell forming process, the application of the correct force to the die ram is an important and critical factor in achieving healthy and crack-free cells. Using the usual equipment, this force is developed and applied by the thrust of an adjustable spring. The non-application of a spring as a source of ram thrust has the disadvantages of limited movement limitation, variation in spring force, increased or excessive thrust during spring bending or compression, and a lack of precise means of adjusting the force. In some cases, the column that supports the impact slide crashes and breaks under the pressure of a conical socket of excessive depth.
The general object of the invention is to regulate the thrust of the striking slide so that one obtains cells in the form of cups with a sharp edge which are free of cracks or cracks and which are all identical.
Other objects of the invention are: to allow the application of a high initial striking force, while preventing this force from increasing as the operation progresses; increase the total available force of the impact ram; to allow convenient adjustment of the load applied to the striking ram without the need for the use of tools; to provide an accurate and constantly visible indication of the magnitude of the impact force applied; to expand the scale of movement of a striking slide acting in antagonism to a flexible force; and allow sufficient movement of the
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slide and column to prevent them from breaking.
Thanks to the present invention, the usual thrust spring used to hold the striking slide is replaced by an air pressure controlled by a pressure regulator. Air pressure is applied to the column of the impact slide so that the latter works under a high initial pressure, which remains substantially constant throughout the operation. In this way, the forces which cause the bending of the sheet and the forces which strike or stamp the metal or those which force it to flow work simultaneously and are suitably coordinated from the moment when the operation of stamping begins.
In accordance with the present invention, the apparatus for forming by stamping a cell around a hole previously drilled or punched in a sheet comprises a punch, intended to exert a downward (or forward) thrust on the area. to be stamped, a die intended to come into contact with the underside (or the front face) of the sheet along the peripheral zone surrounding the socket to be stamped, a striking slide intended to come into contact with the lower edge (or front) of the cell, immediately around the hole, and a pressing device to resist movement of the slider down or forward under pressure from the cell;
and this apparatus is characterized by the fact that said pressing device urges the slider upwards (or backwards by exerting on it a thrust which remains substantially constant while the thrust of the die suddenly increases.
In the accompanying drawings: Figure 1 is a longitudinal section of a portion of a machine according to the invention, serving to form cells by stamping;
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FIG. 2 is a cross section taken on line 2-2 of FIG. 1 and shows the device for centering the punch forming the cell; Fig. 3 is an elevational view, partially in vertical section, showing the relationship between the punch, the die, the strike slide and the sheet, upon completion of a forging operation; FIG. 4 is an elevational view showing the pressurized fluid inlet piping for the air cylinder, this piping being provided with a pressure gauge and an indicator;
figures 5, 6 and 7 are views on a larger scale of certain portions of figure 1, figure 5 showing the punch holder assembly, figure 6 the assembly of the die and the striking slide and figure 7 the lower part of the assembly of the air pressure column; FIG. 8 is a longitudinal section on a large scale of the pressure regulator visible in FIG. 1; Figure 9 is an enlarged partial sectional view of the air cylinder and shows the drain valve.
In the embodiment shown by way of example, the machine for forming cells by stamping comprises a solid yoke 11, of which the upper 12 and lower 13 jaws or branches have been shown in part.
As shown in Figures 1 and 5, the upper jaw supports a pusher 14 intended to slide vertically in said jaw. At the lower end of the pusher 14 is fixed a punch holder part 15 which is pierced with a central hole freely receiving the upper end of the punch holder itself 17. As shown in FIG. 2, the part 15 four radial locking screws 18 which abut against the periphery of the punch holder itself, near its upper end,
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which makes it possible to adjust the position of the axis of the punch holder so that it is properly aligned with the die 19. The part 17 also has four threaded openings intended to receive bolts 20 which support the punch holder 17.
The latter has enlarged holes intended to receive the bolts 20 and can thus be moved transversely during the adjustment of the screws 18. The punch holder 17 is bored so as to constitute a cylindrical housing intended to receive the. upper portion of a stamping punch 21, the lower portion of which is intended to cooperate with a die 19 in the formation of a conical cell.
Any suitable device, such as an elastic segment 22 and a locking screw 23, can be used to hold the assembly of the punch and the punch holder 17 with the punch resting on the lower end of the punch 21 is provided with the stud usual 24which enters the hole in the sheet 25 in which the cells are to be formed, as shown in Figure 3.
The fixed die 19 is supported by an annular shoulder of a die holder 26 and is held in position by a cylindrical centering extension of said die holder.
The die holder 26 is supported, by means of a threaded assembly, by the upper end of an adjustment screw 27 which is screwed into a socket 28 received in a bore 29 of the jaw 13.
This socket is provided with a radial rim 30 which rests on an annular rim provided near the upper face of the. jaw. By rotating the screw 27 relative to the sleeve 28, the height of the die 19 relative to the jaw 13 is adjusted, which makes it possible to adapt it to different sheet thicknesses.
To facilitate this adjustment, the screw 27 is provided with a knurled knob 31 fixed to said screw by a locking screw 32. The degree of adjustment is indicated by means of a graduated ferrule 33 carried by the adjustment screw 27 near from the lower end of the socket 28.
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As shown in Figure 3, die 49 has a bore 34 and a bore enlargement 35, into which a two-diameter impact slide 36 slidably fits. Above bore 34, the die 19 is provided with a conical bevel intended to shape the circumference of the stamped area of the sheet 25 The slider 36 is bored to receive the stud 24 of the punch and is provided with a flat upper end intended to come into contact with the edge lower alveolus 37.
The slide 36 acts in such a way as to shape the edge of the cell by stamping it by exerting on it a reaction force which is transverse to the plane of the sheet 25 and which causes the metal to be pushed upwards for the contract to be filled. sharp angle formed at the top surface of the sheet, near the punch.
The impact slider 36 is supported by the upper end of an air pressure column which is made up of two upper 38 and lower 39 sections. The main body of the upper section 38 of the column slides smoothly in one. bored enlargement of the adjustment screw 27, while the narrowed upper extension of the column, on which the impact slide rests, slides gently in the bore of the die holder 26. The lower section 39 of the column slides in the main bore of the adjusting screw 27.
The lower end of column 39 rests on the upper end of an adjusting screw 40 which screws into the small arm of a slide lever 41, provided with a ball bearing 42 using which it is mounted on a horizontal shaft 43. The shaft 43 is mounted on a cylinder 44 which has at its lower end a recess 45 intended to receive the lever and to allow it to pivot inside the cylinder 44. The the front end of the recess 45 communicates with a vertical bore 46 of the cylinder, which bore receives the set screw 27 which fits to said bore near the lower end of said screw.
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The cylinder 44 abuts against the button 31 at the upper end of the bore 46 and at the lower end of said bore and this cylinder rests on an annular segment 47 mounted in an annular groove of the adjusting screw 27. The segment 47 cooperates with the button 31 to prevent any vertical movement of the cylinder 4 relative to the adjusting screw. When the parts are assembled, the ring segment 47 is almost entirely surrounded by a counter bore 49 of the cylinder and is therefore locked in the working position inside the ring groove. To make it possible to widen the segment and to remove it from the annular groove, when the parts are dismantled, the cylinder has near the lower end of the counterbore 49 a curved slot 50.
To adjust the position of the screw 40 relative to the lever 41, this screw is provided with a knob 52, which is fitted to the lower end of the adjustment screw and locked in place with a set screw. blocking 53. On the button 52 rests an indicator member 54 which has a bore with the aid of which it adjusts to the cylindrical extension of the adjusting screw 40.
Immediately above the bore is a counterbore receiving a coil spring 55 intended to maintain the indicator member 54 elastically in contact with the upper face of the button. The rotation of this member 54 is prevented by the fact that an extension of this member is connected to the cylinder. An elastic device is provided to elastically lock the button 52 and thereby prevent the screw 40 from rotating relative to the indicator 54.
This resilient device comprises a spring plunger 56, mounted to effect a limited sliding movement in a vertical bore of the indicator 54, and a spring 57 housed within the same bore and serving to bias the plunger downward. to engage it in a locked way,
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any one chosen from a series of recesses provided at. the top surface of button 52. Appropriate indicia are provided on button 52 and indicator 54 to indicate the degree of adjustment of screw 40 relative to lever 41.
The recess 45 of cylinder 44 is closed at its lower part by a guard plate 58 which is removably secured to the cylinder by a series of screws 59. The rear end of recess 45 communicates with the end. lower part of a piston chamber 60. A piston 61 mounted to slide in the chamber 60 is provided with an annular seal 62 intended to prevent the escape of pressurized fluid from the upper end of the chamber 60. This chamber is normally . closed, with the exception of a small orifice 63 (Figures 1 and 9).
The lower end of the piston 61 is recessed to receive the rear end of the long arm of the lever 41 and to exert a force on this arm for a purpose which will be indicated later.
The lower end of the piston chamber 60 is closed by a cylinder cover 64, fixed with the usual screws 65.
The cylinder 4 is provided with a connector 66 which communicates with the piston chamber 60 through the orifice 63. The connector 66 is connected by means of a quick coupling connector 67 to a flexible air hose 68.
The flexible pipe 68 receives the pressurized air from a pressure regulator 69, to which is attached a fitting 70 which extends upwards and carries a pressure gauge 71. The fitting 70 is supported by a block 72 fixed on the side face of the yoke 11.
The pressure regulator, which is shown in section in FIG. 8, is not new in itself, and therefore only a brief description will be given. It comprises a body 73 to which are attached an intake connector 74 and an exhaust connector 75. The body 73 has a central bore which is threaded at its upper and lower ends to receive a cage.
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with a threaded valve 76 and a threaded shutter 77, respectively.
The cage provides a seat for a movable valve 78, provided with a stem which extends rearwardly and enters an opening in the cage. When the valve is moved downward away from its seat, a stream of pressurized air is admitted through fitting 74 and an orifice, 80,: the air then passing over the valve itself and passing through the cage 76 to enter a chamber 81, from which it escapes through an orifice 82 and the exhaust fitting 75. A compression spring 83, interposed between the valve 78 and the shutter 77, maintains normal. slowly said valve in the closed position.
Valve 78 is intended to be opened by a pressure sensitive device. This device comprises a lower button 84, intended to abut against the upper end of the valve stem, this button being supported in the center of a flexible membrane 85 which constitutes the upper wall of the chamber 81.
The peripheral edges of the membrane 85 are clamped between the upper edge of the body 73 and a cap or dome 86 which is screwed onto this body. The upper portion of the button carries a washer 37 which is biased forward by an adjustable device, composed of a compression spring 88 resting on the washer 87, an upper washer 89 which rests on the spring and a adjusting screw 90 resting on the upper washer 89.The screw 90 is provided with a handle 91 which can be turned to adjust the thrust which is transmitted through the spring, the washers and the knob to the upper end of the valve stem in order to move the valve 78 away from its seat and which thus tends to open the valve in antagonism to the thrust of the spring 83 and to the pressure of the air prevailing in the chamber 81.
The pressure prevailing in the chamber corresponds to the pressure of the air contained in the flexible pipe 68 which communicates at all times with the piston chamber 60 (FIG. 1).
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To allow the pressurized fluid contained in the piston chamber 60 to escape rapidly, when desired, the cylinder 44 is provided with a drain plug 92 (Figure 9) screwed into a threaded opening in the wall of the cylinder. member 44 and intended to rest normally on an annular seal 93 serving to prevent the escape of air through a port 94. By rotating the shutter 92, the operator can move it away from his seat to allow the escape of the pressurized fluid contained in the piston chamber 60.
In operation, air at a relatively high pressure (eg 6 kg / cm2) is admitted through a flexible pipe (not shown) to the inlet fitting 74 and to the inlet port 80 ( figures 4 and 8) of the pressure regulator 69. The mobile valve 78? held away from its seat by spring 88, allows pressurized air to pass through the opening of valve cage 76 into chamber 81. As the prevailing air pressure in the chamber 81 increases, this pressure acts on the assembly of the button 84 and of the membrane 85 so as to lift said button by overcoming the thrust of the spring 88.
When the predetermined pressure for which the regulator has been set is reached, valve 78 is closed by spring 83, preventing any further pressure build-up. Chamber 81 is therefore maintained under a relatively low constant pressure, for example, 2 kg / cm2. This chamber communicates through the exhaust port 82, the exhaust connector 75 and the flexible pipe 68 with the piston chamber 60 of the cylinder 44 connected to the air column. The chamber 81 of the regulator also communicates the connection 70 with the pressure gauge 71, and the operator can, by observing the pressure gauge, know the pressure prevailing in said chamber and in the piston chamber 60.
The air contained in the chamber 60 acts through the intermediary of the piston 61, the lever 41, the adjusting screw 40, the sections 39, 38 of the column and the striking slide 36 so as to keep this slide in its position. highest position and to resist the tendency of said slide to descend.
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The sheet 25 is first pierced with holes the diameter of which is smaller than that of the hole intended to be formed in the finished product. This sheet is initially placed so that it rests on the stationary die 19, and lets the punch 21 rest on it. The cycle of operations is then triggered by the operator when the latter manually moves the sheet until one of the previously drilled holes comes opposite the punch, the pin 2 of the punch then falling into this hole.
This movement automatically triggers the working stroke of the punch, using one of the devices well known to those skilled in the art, such as that described in the patent issued in the United States of America in the name of Fischer under No. 2,592. .672 on April 15, 1952. The force exerted from top to bottom by the punch
21 on the sheet 25 causes the application of a reaction force, via the yoke, to the rigid die 19 and to the resiliently flexible slide 36. The force exerted from top to bottom on the punch 21 has the effect stamp the metal around the opening.
At the lower end of the cell thus blank, the downward movement meets a resistance which results from the contact of the metal with the flat upper face of the striking slide 36, which is subjected to an air pressure. This action causes the formation of a flat bottom immediately surrounding the stud 2; -,: at the same time as the shaping of the cell is carried out, a stretching action takes place which tends to lengthen the section or top layer of cell metal. The extension of the metal generates tensile forces which, if not counteracted, would weaken the metal and cause the development of cracks.
The forging action of the air pressure impact slide 36, however, has the effect of opposing this tendency to stretch, thinning of the metal at the orifice of the cell and, instead of such stretching. , there is a radial upsetting of the metal which expands outwards as it extrudes upwards and outwards around the guide pin 24.
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According to the invention, the striking or forging action of the slide 36 begins when the slide occupies its highest position, towards the start of the forging operation. As a result, the metal is rebounded upwards and flows around the stud 24 thus filling the entire space which exists between the punch 21 and the die 19, which effectively prevents any exaggerated stress and cracking. the sheet at the orifice of the al-
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By preventing the depressed metal from being thinned or receiving a G-shape. '1.3JG ... the invention secures the metal in the cell at the same angle at: u. 80 :::::: '': '(; and at the base., Thus allowing two sheets aae.3. Provided with al¯veol3s of sesboltsr perfectly luna in 0. A.Lveoes as s.em O8r parakemen. L'Qti6 ans .Lav.rso%. '' S.:?L'.â.3'''s'a qt! 3 'the punch ± COz: .- :; inD.6 soR. Mo! I7eEi6. downwards, the striking slide 3 ±: '. #. t?% xix.'i: e e'zj by s,' i 3 :.
intermediate sections 38, 39 of the column and the adjustment screw 40, impart to the lever a movement which rotates it in the sinistrorsum direction, this lever in turn pushing the piston 61 upwards As the pressure of the air contained in the piston chamber 60 is kept constant by the regulator 69, the resistance offered by the striking slide 36 remains substantially constant from the start to the end of the forging operation, the parts then occupying the position shown in Figure 3. In this way, the forging and striking operations are carried out simultaneously for the duration of the working stroke.
In devices of the usual type which form cells by stamping using a slide subjected to the thrust of a spring, there is a rapid increase in the stamping force which, being for example initially of the order of 500 kg , reached a value of many. higher, such as 1500 kg.
With the present apparatus, the force exerted
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at the end of the operation only exceeds the initial force by a relatively small proportion, for example 405
Another advantage of the present invention over spring loaded columns is that the air pressure column has a much greater total force, for example three tons, whereas a pressure column. A comparable spring would be subjected to excessive strain under a much lower force, for example 1500 kg. Another advantage lies in the fact that the slider 36 can perform a greater stroke for the formation of deeper cells, without risk of rupture.
Another advantage of the present invention is that it provides a precise and constantly visible indication of the applied die force, whereas in conventional die-stamping apparatus the force of the spring can only be estimated roughly. Another advantage is that it is possible to perform 0-adjustments without using tools. For example, if the operator wishes to increase or decrease the pressure of air exerted on the striking slide 36, he simply turns the handle 91 of the regulator 69 to increase or decrease the compression of the spring 88. The pressure can thus be modified. die-forging force at the same ratio and within a very large scale.
.After the cell has been formed, the thrust of the punch 21 is removed so as to raise this punch, the sheet metal is removed and the hole in the cell is drilled or matted to slightly increase its diameter.
Although the invention has been described with reference to a stationary machine, it is also applicable to transportable machines. It applies to both hot forging and cold forging.