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La présente invention concerne un precédé perfectionné et un appareil pour fabriquer des objets de forme déterminée en acier à partir de métal en barre ou en fil sur des machines à forger à froid, telles que celles connues sous le nom de frappeuses ou machines à refouler les têtes, et plus particulièrement les procédés et appareils pour le forgeage à froid des pièces en acier, telles que vis, boulons, rivets, goupilles et pièces analogues, ces appareils et procédés assurant .le chauffage modéré de la matière avant l'opération de refou-
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lement ou trappe des tête .
Dt'ns la pratique du façonnage des vis forgées à froid ou d'autres pièces munies d'une tête, on rencontre une grande difficulté à forger les vis à partir d'aciers spéciaux d'osiers à moyenne et haute teneur en carbone, en particulier par suite de la rupture ou de la casse du métal pendant l'opération de refoulement de la tête.
Lorsqu'on utilise des aciers du type en question qui sont difficiles à forger à froid, une pratique classique dans l'industrie consiste à refouler la tête des vis en plusieurs passes avec au moins un recuit entre ces passes, c'est--dire que l'ébauche est partiellement forgée à froid en plus! urs phases sur une machine et est ensuite recuite, après quoi le forgeage à froid est achevé dans une seconde machine assurant souvent quatre ou cine chocs. Il est évident que ces opérations multiples sont coûteuses et longues, exigeant une main-d'ceuvre considérable et de l'outillage et même la proportion de rebuts peut être élevée, en particulier avec les aciers qui se travaillent plus difficilement, puis la gamme des aciers qui peuvent être forgés à froid avec succès est très limitée.
Un tel procé- dé exige l'utilisation de deux machines à refouler les têtes pour chaque travail, ainsi que plusieurs matrices et l'outillage pour le recuit, puis il faut une main-d'oeuvre considérable non seulement pour transporter les pièces de la première machine à l'installation de recuit et, de là, à la seconde machine, mais encore pour monter les deux machines à refouler les têtes en vue de ce travail particulier. De plus, ce procédé exige généralement un minimum de quatre matrices et les poinçons correspondants, ce qui entraîne un prix de revient prohibitif dans le cas de petites commandes de vis spéciales.
On a essayé de vaincre ces difficultés en utilisant
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des machines à refouler les têtes relativement lentes et coûteu- ses appliquant le procédé dit "progressif", dans lesquelles la tête de vis est refoulée en cinq ou six phases successives' pour éviter la rupture ou la casse du métal.
Bien que les machi- nes progressives refouler les têtes apportent un perfectionne- ment par rapport à l'ancien procédé de foreaee en deux phases différentes avec un recuit intermédiaire, il n'en reste pas moins qu'il # a la dépense pour créer et monter plusieurs matri- ces et souvent les poinçons correspondant, que la @@me des métaux utilisables est très limitée, que la vitesse de débit n'est pas très élevée et que la précision et la qualité de la production laissent beaucoup à désirer, les défauts et les rebuts étant fréquents.
Conformément . la présente invention, les pièces munies d'une tête, telles que les vis, peuvent être -complètement for- gées à froid à partir d'aciers spéciaux et d'aciers à teneur de carbone moyenne et élevée et autres alliages ferreux forgeables froid sur une seule machine '-- refouler les têtes -, deux coups en chauffant la matière juste avant le forgeage au moyen d'un appareil chauffant, de préférence du type à haute fréquence, qui est placé en liaison étroite avec la machine à refouler les têtes, mais en est isolé thermiquement et' est commandé pour com- muniquer à la matière un degré modéré de chaleur.
La présente invention crée aussi un procédé et un appareil de grande produc- tion pour forger à froid. des pièces munies d'une tête à -partir à d'aciers spéciaux et d'aciers/teneur moyenne et élevée en car- bone sur une seule machine qui a un fonctionnement essentielle- ment sûr et qui augmente beaucoup la gamme des aciers pouvant être forgés à froid, puis produit des vis ou autres pièces mu- nies d'une tête de structure et d'aspect améliorés.
D'autres caractéristiquesressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit.
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3r3.).tÎB::4.L0¯. ;'1" :';,,11(,\;, pur (;Ol1;j,rwat, i..r ,.ief-.G"1ques d'opération, du construction, o;,e combinaison il.:> ?15;.,<=iitr, de fonctionnement et.de disposition des pièces, qui sont décri- tes ci-après à l'aide d'exemples de construction et de fonction- nement.
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Des formes de réalisation sont représentée;: scl;<5..:ati.que- ment, à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexes.
La figure 1 est un plan schématique partiel d'une machine à refouler les têtés, dans laquelle on a monté l'appareil de chauffage spécialement adapté à l'exécution du procédé de la présente invention.
La figure 2 est une élévation latérale partielle, à plus grande échelle, d'une partie de la machine à refouler les têtes et de l'appareil de chauffage.
La figure 3 est une coupe longitudinale, à plus grande échelle, de l'appareil de chauffage et d'une partie du bâti de la machine à refouler les têtes.
La figure 4 est une coupe transversale suivant la ligne 4-4 de la figure 3.
La figure 5 est un schéma donnant les températures approximatives auxquelles es t chauffée la barre ou le fil d'acie avant les opérations de.forgeage à froid de la présente invention pour les pièces relativement longues, les tempe: ures le long de la barre ou du fil étant indiquées sur le graphique à la partie inférieure de cette figure, dans laquelle la courbe en trait plein A est destinée à des aciers spéciaux et 1, en traits mixtes S à des aciers doux.
La figure 6 est une élévation latérale d'un tron@@@
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d'acier donné à titre (;' exemp+e et coupé en longueur dans une matière en barre ou en fil pour les opérations de forgeage à fr@@ par le procédé et l'appareil de la présente invention.
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La figure 7 est une élévation latérale du même tron- çon à la fin l'une première opération de forcecte à froid@confor- mément à la présente invention, une partie arrachée de la matrice et du poinçon, à l'aide desquels l'ébauche intermédiaire est forgée, étant représentée en coupe et une partie de l'ébau- che partiellement forgée étant aussi représentée en coupe.
La figure 8 est une vue analogue de la même ébauche dans la matrice avec le scond poinçon et à la fin de la seconde et dernière phase de forgeage à froid.
La figure 9 est une élévation latérale d'un tronçon différent qui est destiné à être façonné en une ébauche forgée ayant le même diamètre de tige que le tronçon.
La figure 10 est une vue du même tronçon à la fin de la première opération de forgeage conforme au procédé de la pré- -sente invention avec une partie arrachée de la matrice et du poinçon, à l'aide desquels le tronçon est forgé à froid, une partie de la tête de l'ébauche partiellement façonnée étant arrachée et représentée en coupe.
La figure 11 est une vue de la même ébauche à la fin de la seconda et dernière phase de forgeage à froid conforme à la présente invention, la matrice et le poinçon enveloppants étant représentés en coupe.
Les figures 12 à 17 sont des élévations d'extrémité des tronçons et ébauches représentés respectivement aux figures 6 à 11.
Une forme classique préférée donnée à titre d'exemple de l'appareil conforme à la présente invention, à l'aide duquel le procédé est de préférence exécuté,'est représentée schématiquement aux figures 1 à 4. Dans la description détaillée qui suit, l'appareil est décrit en détail et présente certaines caractéristiques de fonctionnement, puis le procédé de la présente invention est ensuite décrit en se référamt à cet appareil,
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bien que le procédé puisse .àvi<1<; :;non Stre exécuta C"'N .;=-i --s:3
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nombre d'autres formes d'appareil très différentes.
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La figure 1 représente, un peu scïj'cr.tir.,l .acrr.t, ..i:i;; machine 3. refouler classique lodiriéc .;a< our,s ¯ du. type; représenté dans le brevet américain n ;.;s:eï.7;v, el '.-,::;1 le '3 octobre 1938, qui comporte un bûti 10 affectant la for-M l'un rand bloc ou pièe de fonte, une paire do rouleaux 6fev2-
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ce 12, 14 montés sur le support 16 pour faire avancer un fil
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18 représenté en traits mixtes à travers un couloir .80 d;ol1S le bâti 10 à partir d'une alimentation appropriée (non !'s:r'i,2:;:1.t';e}.
Le fil d'acier 18 avance par intermittence s. travers le couloir 20 du hêti 10 vers l'ensemble lanie et 9cenise de tr2llSport représenté sché.l8.ti<;.ue.::lent en 22 dans lequel des tronçons
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ou pièces d'ouvrage individuels sont sectionnés a l'extrémité
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avant du fil et transportés latéralement jusqu'à ue ill&tric8 de façonnage appropriée (non représentée) dens le biti 10.
Après le trsnspcrt des tronçons sectionnés par le : Gilw.-.¯: de coupe et de transport 23, le tronçon subit les opérations s;1ivantes sous l'action du poinçon de refoulement 84 et è.u ?0LlçOn de matriçage 26 qui sont nontés tous les deux sur le châssis ou coulisseau 28 de la machine a refouler les têtes. Los ::l0cl:Í::cs refouler les têtes de ce type sont bien connues et fonctionnent de façon continue à grande vitesse pour façonner unts3 -.t"icée dens une ébauche ou un tronçon. 1±t*nt F jnnµ <.,¯1e ; les tEt#ils de construction à.* la machine j¯±-efouie* les t3tes ne font pas partie de la présente invention, on les .. sunri::.s pour simplifier et abr:..:r la description.
Lé. -..1:.1C11in.::; :, l'C ¯'001;'1' les Gtes peut être ±le l'un Quelconque des :;ioàl=1,-,zs i?o.l-.3 C.:..l:C: le C .t."*U4? lJlr forcer et r. :1'ouler les t4t,js de pièces 2û'¯Iiçu.a, te!1ev eue (;1:;8 vis de c..rr.3, 1:r'"l.c, =\ . '4r1::..¯ "'\..t1'\.!:' <-,.,,>vis.ij t8'G6súlv'ol(es, vis ?1 têtes si:, pans, r#v ets, boulons, vis à bois et nièces r.lo.u8s.
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Un riù <3 a i i î ;; >< i, du ch:tut'j';';;H, qui <3HL L .t.<;j¯: 1 4 ;; J:iù=. <5 J ;. i ' = <;v= 1(,- en uO d:.us Ha .t.'S77:ULC: (lom16u '1 bitre tl'ff:C::31<3, <-t disposa entre 1-s xnlr;;.u cl.Tevt:ru:e 13, 14. Fa le tut3. 10, puis est n;ontµ o ftiçon pouvoif ôtre r4j:1<é loti,îtudi Il -.,l ,f .(.; r It entre ces pièces. Le inéc1nS. ame 1.: clxaui'.L';y,e 30 co:avn:;. un bloc 32 de préférence en un(, matière bonne conductrice de la chaleur, telle que cuivre, laiton ou aluminium., creusé d'un
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lose;nen.t 54 pour recevoir un bobine 36,, formée de préférence de tubes de cuivre.
La bobine 36 est maintenue dans le logement 34 par un isolateur non métallique 38 qui peut affecter la forme d'un patin rectangulaire fixé au bloc 32 et d'un patin semblable 40 fixé à une plaque amovible 42 qui est maintenue en position assemblée sur le bloc 32 par des boulons 44.
Les conduits 46, 48 de la bobine 36 s'étendent le long des côtés extérieurs d'une paire de conducteurs 52, 54 et y
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sont fixés, puis sont reliésà leur extrémité éloignée, à une source, non représentée, de liquide à refroidissement, tel que de l'eau. Le liquide refroidisseur amené par les tubes 46, 48 est aussi distribué'aux canaux indiqués d'une façon générale en 54 dans le bloc 32, au moyen de tubes de distribution 56, 58 formant une dérivation à partir des tubes' 46, 48,respectivement en
60 et 62.
Les barres omnibus 50, 52 sont montées sur et branchées une source de courant à haute fréquence représentée d'une fa- çon générale en 64, telle qu'un transformateur. La source de courant à haute fréquence peut être un transformateur ou gên6- ratrice classique conveneble quelconque, On préfère utiliser une distribution à haute fréquence à débit variable capable de fournir un courant alternatif de l'ordre de 400 kilocycles et une capacité de puissance de sortie de 10 à 50 kilowatts ou davantage
Le fil en cours d'amenée 18 est Guidé dans la bobine
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S6 par 1'é.lésa:;e 67 du bloc 33.
Un second alosase 73 percjà
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à l'extrémité opposée du bloc 33, supporte le fil après qu'il a passé à travers la bobine 36, ce qui assure que le fil est sup- porté et guidé convenablement par le centre de la bobine 35 sans venir en contact evec elle en assurant une action de chauf- rade uniforme et souvent localisée. Après son passage à travers l'alésage 73, le fil 18 entre dans en fourneau 72 qui est disposé dans le passage 20.
Le fourneau 72 est un tube allongé en matière faiblement conductrice de la chaluer, telle qu'acier inoxydable poli, et est muni de distance en distance de nervures périphé- riques 76 pour réduire au minimum le contact avec le bâti 10 et, par suite, la transmission de chaleur du fil 18 au hâti 10.
La position longitudinale de l'ensemble chauffant 30 est réglée par rapport au bâti 10 de façon que la distance de la lame 22 à la bobine 36 soit un multiple de la longueur du tronçon coupé, ce qui assure que la partie localisée du fil en cours de chauffage est, à un moment quelconque, une partie uni- forme du tronçon complet après la coupe par la Lame 22. On peut aussi faire varier la longue du dispositif chaffant, pour des ébauchs-. différentes, en enlevant la bobine 36 et en la rempla- çant par une autre avec ses pièces associées, de sorte qu'on peut chauffer une partie plus ou moins longue du tronçon. Il est évident que le fil 18 est avancé par intermittence par les rouleaux d'avancement 12, 14 suivant la vitesse à laquelle les tronçons sont coupés et transportés par le mécanisme à lame 22 .
Dans le fonctionnement de l'appareil de la présente invention, on fait de préférence fonctionner la machine à rfou- ler les têtes à la vitesse maximum pour laquelle elle a été conçue.
Bien que l'avance du fil soit @@@@@@ intermittente, la bobine de chauffage 36 peut être alimentée en continu quoiqu'il
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soit à conseiller de pr8voir des moyens pour couper I.1Uto,']/::tj ('1(;- é:18nt l'alimentation de la bobine :3G chaque foin que la a:ct.ire; s'arrête. Conformèrent ia l'invention, 10. puissance do la source 9. haute fréquence G4 est réglée en t'-;mnt compte <1<s d.ime; ;1-*nc et de la vitesse d'avance du fil, de façon que le fil alimenté soit chauffé uniformément ou localement, lorsqu'il passe à tre-
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vers la bobine ë6, à une température relativement modérée, co ::±:1'. cela est décrit en détail ci-après.
L'ef1}Üc.i du chauffage électrique à haute fréquence assure eue la matrice peut être chauffée d'une manière suffisak-nent rapide mêül'S aux grandes vitesses d'avancement du fil et avec du fil de grandes dimensions, puis le chauffage se fait sensiblement uniformément sur toute la section transversale du fil.
Bien que les gammes de.températures soient importantes du point de vue du travail du métal ferreux, ces températures ne sont pas suffisantes pour avoir une influence défavorable sur le revêtement du fil normalement prévu pour améliorer l'avance du fil. La composition exacte de ces revêtements peut varier dans de grandes mesures et ces revêtements sont souvent de
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nature organique , puis comportent fréquemment une matière sensible 8. la chaleur, telle que le stéarate d'aluminium ou matière analogue ou encore une matière pouvant être du sulfure de molybdène en suspension dans l'huile.
La température du tronc.on dans la marine à refouler les têtes n'approche jamais une limite 'critique pour l'acier dont le fil le est composé,
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de SOr1i8 qu'il n'y a pas <=' grandes modifications de structure dents l'acier. i. '1 lorsqu'elles sont façonnées en acier spécial ou a. forte teneur en caroone qui se travaillent difl'icllement, les pièces obtenues 111Uni8S de têtes sont peuples, i;.;is une grande mesure, de cas:-;es ou de ruptures, puis -la qualité et l'aspect des vis, boulons, rivets, eoupillcs et pièces ano.lor..:llt:'S obtenues sont généralement ;':TZrJÉ:r7.GU.;C'CS il CeUX considérés (}O.,UI1Q possiblejusqu'ici.
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Un autre avantage de l'appareil de la présente inven- tion est que la transmission de chaleur -, la machine à refouler les têtes et aux rouleaux d'alimentation et d'avance est essen- tiellement évitée. Alors qu'il y a tendance 4 une certaine trans- misssion de chaleur vers l'arrière à travers le fil 18, cette transmission est compensée par l'avance rapide du fil vers l'avan@ pour produire un fil chauffé uniformément, ou, si le chauffage est localisé, les parties chauffées peuvent être travaillées ou forgées avant que la chaleur se soit égalisée sur toute la longueur de la matière alimentée.
La transmission de chaleur au bâti 10 et de là aux matricesest essentiellement empêchée par la position isolée du dispositif chauffant 30 et la petite surf=-- ce de contact entre le bâti et la matière alimentée.
Comme résultat du procédé de la présente invention, il est possible de façonner des pièces munies de têtes, telles que vis, boulons, rivets, goupilles et pièces analogues, coupées en aciers à partir de matière en barre en aciers spéciau et/à teneur en carbone moyenne et élevée, qui ne pouvaient pas jusqu'à pré- sent être co@@lètement forgés à froid dans des machines à refou- ler les tétes à deux coups. par"aciers spéciaux", on entend des aciers auxquelson a ajouté. des quantités caractéristiques d'éléments d'alliages, tels que les aciers au nickel, les aciers au chrome, les aciers au molybdène, les aciers inoxydables et les aciers analogues.
Par " aciers à teneur en carbone moyenne et élevée",on entend des aciers ayant une teneur en carbone d'au moins 0,3@, ainsi que dés aciers ayant une teneur en carbone de l'ordre de 0,6@ et approchant de la classe des aciers à outils. Il est également possible de forger à froid des fils de grandes dimensions de sorte qu'une grande ga@me de dimensions d'ébauches de vis, allant même jusqu'à un multiple de 2,5 cm pour le diamètre, peut être disponible dans les pièces munies d'une tête, façonnée.
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en aciers spéciaux et en aciers à teneur en carbone moyenne et élevée.
La fourniture de pièces à bas prix de revient façonnées en aciers spéciaux et en aciers à teneur en carbone moyenne et élevée ouvre un champ d'utilisation entièrement nouveau pour les pièces forgées à froid dans les installations dans lesquelles les pièces forgées à froid classiques de faible résistance à la traction ne convenaient pas et dans lesquelles celles de meil- leure résistance étaient trop chère.
Le procédé de la présente invention permet non seulement d'utiliser une plus grande gamme, d'aciers, mais sa capacié de puissance'est généralement au moins de 50% plus grande que celle des appareils antérieurs, puis la précision et la qualité sont . supérieures. En même temps, les frais sont réduits d'autant plus que l'opération complète de forgeage à froid peut généralement être obtenue par l'emploi d'une seule matrice au lieu de plu- sieurs matrices et que le temps de montage et de démontage est moindre. Par exemple,en mettant en pratique la présente invention, le prix de la matrice peut s'élever seulement à environ 87.500 francs aux prix actuels, tandis que le prix des matières pour un travail semblable sur une machine progressive serait au voi- sinage de 350.000 francs.
Ceci est un facteur particulièrement important dans la fabrication de petites commandes de pièces spéciales, pour laquelle le prix des matrices dépassait aupara- vant largement le total des autres éléments du prix de revient.
Le procédé de la présente invention dépend du contrôle assez précis de la température des ébauches, car celles-ci sont forgées à froid et le procédé exige invariablement que l'ébauche soit initialement chauffée avant de la travailler et il exige de plus que le travail soit exécute..' à une vitesse telle que, compte tenu de la quantité de métal à refouler en un temps "donné et des vitesses de transmission de la chaleur à partir de/pièce d'ou- vrage métallique, la pièce ne dépasse pas dans sa partie tra- vaillée une température moyenne de 343 C et, de préférence, ne
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dépassant pas 315 0.
La température du poinçon de nv:::trir;;¯e d;:r. les opérations comprenant la formation d'alvéoles forgées à froid est également importantes et on a trouve les meilleurs résultats, spécialement en ce qui concerne la durée du poinçon, Quand on fait fonctionner le poinçon au voisinais de 315 C,
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c'est-à-dire de 260 à 34oO, la chaleur du poinçon ét0Ut sriv8e de la pièce qu'il réalise.
Les températures précises, auxquelles la matière ou
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les ébauches sont chauffées et auxquelles elle -.ci=:J So:ar=iies par le mécanisme de coupe aux parties de refoulenent ou de ''orer,a à froid de la machine à refouler les têtes, QéDen08nt due plu- facteurs
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sieurs/différents, tels que le tvpe d'acier travaillé, li 3sr0 à laquelle l'acier doit être travaillé ou i: 0?'", 8. froid en une ou deux phases ou davantage, la rapidité avec laquelle l'acier est forgé à froid et, dans une mesure moindre, la forme de le
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tête ou c-e la partie façonnée a produire sur l'ébauche.
Les exemples spécifiques donnas ci-aprss sont des re- présentations d'applications spécifiques du procédé de la ;- se ¯ te invention, mais, dans leur principal aspect, les procédés de présente invention sont complètement exécutés, dans les opéra-
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#ions de forsspge a. froid ou de refoa.'! :xenC:zes têtes, sens dé- -.J --u --. v.........,.-.;, E±±S 'Qpasser une température de 43 C co..e te.Tpérature rore::::le de 1 partie de la pièce travaillée ou """11'1 d'une vte t, de .,..,±''; rence, dans la ':;..:1le allant de 260 à 7'6cC Co'e une - e:- L x Ûk ,. finale de la tête de la pièce.
Dans certains cas, la û ¯ xw-u;e peut ne pas dépasser 232 C bien que la durée du poinçon soit nettement meilleure lorsque la température atteinte par la tête
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me trouve dans la yc-.;e de 260 à 313 C.
Pour atteindre cette tor;p4rature, la consolation de chaleur dans la uatrice est soi[::neuse-'l1ent contre et on 12 fait varier suivant 1"importance du forGease a froid auquel le
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métal doit être soumis, lu rapidité avec laquelle le travail est exécuté, le nombre de pres es de rofoulement de la tôte utilises et la perte de chaleur dans la machine pendant l'opération de refoulement de la tête.
La raison pour laquelle le durée du poinçon est augmentée n'est pas encore expliquée de façon satisfaisante, mais le grand accroissement de la durée du poinçon stobserve facilement dans les opérations exécutées actuellement et conduisant à une te:npé- rature finale de la tête de 323 à 343 c et, de préférence, de
260 à 315 C
En fonctionnant à ces températures finales, les machi- nes à refouler les têtes peuvent produire des objets à ttes de dimensions plus grandes que celles pouvant être obtenues autre- ment sur une machine donnée, puis les pièces ainsi produites sont de dimensions plus précises et les machines à refouler les têtes fonctionnent plus régulièrement qu'autrement.
Pour atteindre ces températures finales avec les dimen- sions habituelles des pièces et lorsqu'il faut faire travailler le métal dans une mesure normale sur la tête de l'ébauche, la tête ou toute l'ébauche est alors chauffée à une température initiale, par exemple par chauffage à haute fréquence, d'au moins 62 C et plus généralement d'au moins 93 C, le travail du métal dans les opérations de refoulement de la tête élevant la température dans la gamme de 232 à 343 C ou, de préférence, de 260 à 318 C
Lorsqu'il faut faire l'opération de refoulement de la tête ou de forgeage à froid en une seule passe,la température initiale de la matière 3st comprise entre 118 et 204 C et le travail du métal élève la température dans la Gamme de 232 à 324 C et, de préférence,
de 260 à 315 C
Quand l'opération de refoulement de la tête ou de fa- çonnage comprend une opération en deux passes comprenant une première opération de façonnage en cône (figure 7) et une opération finale de poinçonnée et de matriçage (figure 8), la
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pièce est d'abord chauffée à environ 65 ou 98 C de façon suffi- sante pour qu'à la fin de l'opération de façonnage en cône la température moyenne de la tête soit dors la gamme de 121 à 339 C et, de préférence, de 162 à 204 C, cette opération de façonn@ge encône étant suivie immédiatement par l'opération de matriçage et produisant une température moyenne,finale de la tête de 232 à
343 C et, de préférence, de 260 à 315 C.
Quand plus de deux opérations de fo @e à froid sont mises en jeu et que la partie de la pièce muni d'une tête doit être façonnée en trois phases ou davantage, la pièce est d'abord chauffée à une température d'au moins 65 C et, de préférence, de 93 C, puis dans la phase de travail finale comprenant géné- ralement une opération de poinçonnage, le forgeage à frôla, est exécuté à une température supérieure à 222 C ou, d'unefaçon moins désirable, à 204 C et la température atteinte par la tête à la 'in du travail ne dépasse pas 315 C ou, d'une façon moins dési- rable, 343 C.
Dans la phase finale d'une opération de forgeage à froid en deux phases ou davantage, dans laquelle la forme finale de la tête est déterminée, le fonctionnement destiné à produire une température finale de 232 à 343 C ou de 260 à 31500 présente l'avatage supplémentaire de travailler ave moins de réaction élastique dans la machine à refouler les têtes, ce facteur con- tribuant probablement à une plus longue durée de l'outil et à un fonctionnement plus silencieux dans cette gamme de tempéra- tures.
Conformément à la façon préféréed'exécuter le procédé de la présente invention pour le forçage à froid de tronçons ou ébauches d'acier ayant une certaine ductilité à des tempéra- tures relativement froides, les tronçons ou ébauches peuvent être forgées sans être chauffées à des températures initiales au-dessus de 5:
58 C (contrairement aux procédés qui exigent que l'ébauche ou le tronçon de métal soit chauffé à des températures
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approchant du rouée ou aux procédés qui exigent que l'ébauche de métal soit stabilisée, recuite ou soumise à un autre traitement thermique pendant ou immédiatement aprèsl'opération de forgeage à froid pour la corriger de la structure formée par le travail de l'ébauche de métal pendant l'opération de forgeage à froid).
L'ébauche ou le tronçon en matière en fil ou en barre d'acier a un diamètre s'anprochant du diamètre général de l'objet fini à fabriquer; qui peut aller jusqu'à 2,5 mm ou moins ou bien., à titre de variante, il peut avoir un diamètre de 25 mm. ou plus, suivant la capacité de la machine à refouler les têtes, dans laquelle le morceau tronçonné ou l'ébauche doit être mis en forme par une 'forte pression parmi une série d'opérations.
Bien que le procédé et l'appareil de la présente inven- tion soient généralement applicables à une grande variété d'aciers qui sont suffisamment ductiles pour être forgés à froid en une ou plusieurs phases, le procédé et l'appareil sont appliqués de façon la plus efficace dans le forgeage à froid en deux ou trois phases de métaux ferreux, en particulie d'aciers spéciaux, y compris les aciers inoxydables et les aciers à outils, qui ne peuvent pas autrement être forgés à froid d'une manière ptat@cue quelconque.
Lors de l'exécution du procédé de la présente invention, les tronçons ou ébauches d'acier ayant le diamètre désiré sont chauffés et tronçonnés à partir de la matière fournie et avan- cent par intermittence du poste d'alimentation à la machine à refouler les têtes. Le chauffage est de préférence réalisé en un laps de temps extrêmement court et seulement peu de temps avant les opérations do tronçonnage et de refoulement des têtes, de sorte que, dans presoue tous les cas, la matière est chauffée pendant au moins une seconde et toujours moins de deux ou trois secondes, les temps dépassant une seconde n'étant néeess@ires que quand il s'agit d'une matière relativement lourde, tulle
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qu'une matière en barre de plus de 19 mm de diamètre.
Le chauffage peut être réalisé au voisinage du poste de tronçonnage et, lorsque la matière en fil ou en barre n'est pas chauffée à une température uniforme, le dispositif de chauffage peut être réglé de façon que le point de tronçonnage sur la matière en fil ou en barre soit relativement froid par rapport à la partie la plus chaude de la matière, ce qui assure un tronçonnage plus net ou plus propre que celui qui se produisait si la matière métallique était plus chaude à l'endroit du tronçonnage.
Donc, conformément à la présente invention, la matière d'acier est chauffée en un endroit et est avancée par intermittence jusou'à un poste de tronçonnage et de là jusqu'à un poste de refoulement de la tête, le poste de refoulement de la tête étant placé près du poste de chauffage. De cette façon, la matière en fil ou en barre peut être chauffée à volonté et localement à une température modérée; elle peut être tronçonnée pendant que les points de tronçonnage sont encore relativement froids et être amenée au poste de refoulement de la tête pendant que la tête est encore chauffée localement à une température plus élevée que le reste de la matière avancée.
De préférence, il n'y a pas plus de quelques longueurs de matière entre le poste de tronçonnage et le poste de refoulement des têtes, ... sorte que, quand l'appareil fonctionne à une vitesse totale de 60 à 250 unités ou plus à, la minute suivant les dimensions des ébauches produites, il ne s'écoule pasplus de quelquesseondes et quelquefois moins d'une seconde entre l'opération de chauffée et l'opération initiale de refoulement des ttes ou de foreae à froid.
De cette façon, les tronçons ou les ébauch.s peuvent être chauffés de façon que certaines parti.-... de l'ébauche soient rendues plus plastiques que dans l'opération normale de forgeage à froid, tandis que des tronçons ou ébauches relativement longs peuvent maintenir certaines parties sensiblement à la tempér turc
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ambiante, de façon qu'aucune force de compression de l'acier ne soit perdue avant l'opération de forgeage à froid, ce qui permet de pousser le tronçon ou ébauche dans une matrice de ré- duction et d'y être mis en forme en même temps et au même poste que celui dans lequel le tronçon ou ébauche est soumis à l'opéra- 'tion de refoulement de la tête.
Les tronçons relativement courts et ceux qui ne doivent pas être sensiblement réduits en diamètre, ainsi que ceux dans lesquels la tête ne doit pas être anormale- ment grande, peuvent être chauffée avec une uniformité sensible et cela se fait de préférence en chauffant une longueur unitaire de'matière en fil ou en barre quand elle avance par intermittence, le chauffage étant .sensiblement uniforme sur toute la longueur du tronçon et de l'ébauche à couper dans la matière.
La figure 5 montre les températures classiques non uni- formes qui peuvent être utilisées sur une longueur de matière alimentée devant être coupée en tronçons ou ébauches relativement longs avant les opérations de forgeage à froid. Comme cela est représenté; les températures optima dans le sens de la longueur du tronçon ou de l'ébauche sont: données pour une barre ou un fil qui doit éventuellement être coupé pour former une ébauche ou un tronçon de 19 mm par 190 mm, dont une extrémité doit être réduite en diamètre sur une partie importante de sa longueur et dont l'autre extrémité doit être façonnée en une tête de forme précise' ,définie, la surface de la tête étant égale à environ deux fois la surface de la matière, à partir de laquelle elle a été formée, comme le montrent les figures 6 à 8.
Comme on le voit à la figure 5, la longueur de la barre 18, qui avance par intermittence, est chauffée localement au moyen de la bobine à haute fréquence 36 et celle-ci est relativement courte par rapport à la longueur de la barre entre les' points 90 où elle doit. être tronçonnée par le mécanisme de tron- çonnage 22.
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A la partie inférieure de la figure 5, on a ; pr4>Jr=nté les températures classiques de la metière qui avance par intermittence après avoir été ahaunfée localement. Ces te-.p raturr-,s varient largement en fonction du type d'acier ou autre métal alimenté et utilisé dans le procédé, mais des valeurs types sont
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données pour un acier relativement doux, tel que le S.i1.Z. l3;0, ainsi que pour un acier spécial plus réfractaire, tel que le SAß. 6150.
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Lorsque l'acier quitte la position de chauf6ze, il a été localement chauffé à une température qui approche de 1;1 à 20400 pour l'acier spécial ou environ de 6 à-20400 pour l'acier doux. Cependant, la plus grande partie de la matière n'a pas été chauffée, sauf par conduction le long de la matière, et, au moment du tronçonnage ou au maximum une à trois secondes plus tard, la partie la plus chaude de la barre peut varier de 62 à 201 c pendant que la position de tronçonnage est notablement plus froide et que les parties intermédiaires de la barre sont sensiblement à leur température ambiante initiale.
Lorsque la matière en barre ou en fil est coupée par le dispositif de tron- çonnage, les extrémités sont un peu chauffées par l'action de la coupe et les parties de la barre voisinés des extrémités tron- çonnées deviennent plus plastiques, ce qui facilite les opératioi.
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de forgeage qui suivent iil=6diatement.
Donc, quand des pièces relativement longues sont à forger et surtout quand une extrémité doit être sensiblement réduite en diamètre sur une partie essentielle de sa longueur, le tronçon coupé ou l'ébauche est chauffé à ses extrémités en lais sant la partie intermédiaire du tronçon ou de l'ébauche sensiblement non chauffée.
L'extrémité du tronçon ou de l'ébauche,
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qui doit être réduite en diamètre, n'est chauffe que 15L"èrc¯'lent par la chaleur appliquée au poste de chauffage et à laquelle
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s'ajoute la petite quantité d'échauffiient engendré par l'action ue coupage de la matière, tandis que l'autre extrémité du tron- çon unitaire ou de l'ébauche e 6t' ,1-szuf ' e à une distance 16"'::
0-
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-renient éloignée de l'ext .é>iité, di sorte que cette extrémité est chauffée dans une mesure suffisante pour lui permettre d'être
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façonnée par deux ou plusieurs coups de forée>e¯'ie exécutés rapi- dément, qui forgent l'acier à sa forms finale voulue sans élever la température au-dessus de 343 C et, de préférence, non au-des- sus de 31510.
En utilisant le tronçon d'acier ou l'ébauche aux températures indiquées à la figure 5 pour façonner l'ébauche finie par les phases représentées aux figures 6 à 8, l'ébauche 'où le
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tronçon long 18' est une température d'environ 62 ou 9000 à 2'0/: G %. son extrémité avant qui doit être façonnée en-'.'une tête agrandie. L'autre extrémité de l'ébauche est à uns température d'environ 51 à 149 C sur une courte distance, cette rature
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tonbant rapidement a environ fi3E C le !on±- de la pièce ou de la matière tronçonnée, ce qui donne une 0rCr3':l;i é un peu plastique i*121 'i3tCÎ'nt voisine d'une longueur froide de la barre Qui nit a éssenti1-llaoeient rien perdu de sa ré3iste.:c.ce à la compression.
L'extrémité chaude 11" tronçon ou de -Loimie une partie qui peut $tre ïZ5.tîaloem<5n.i déformée quand l'ébauche ou. le trou- çon est poussé dans la 41&,'ÜTiîIS de réduction, cette action en- .:;e;':-:'±'.:l""0 aSSGZ de Valeur supplémentaire pour faire suffisaient dé6 la surface du Biétal afin de lui permettre de prendre la fv5 fiale voulue.
Conformément à la manière préférée d'exécuter le pro- cédé de la présente invention, tel que celui illustré pour le
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"à?i5S à froid d'une ébauche de vis d'cciep relativement ion¯ gue représentée 3.
la figure 6 et dans lequel la partie munie d'une tête est plus grande que cella qu'il est possible d'obtenir en utilisant les techniques classiques de forgeage à froid, la tête est façonnée en refoulant de 4,5 à 5 fois le diamètre -du fil, et même de plus grandes têtes peuvent être réalisées par le procédé de la présente invention.
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La température, à laquelle l'ébauche tronçonnée est
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chauffée, dépend dans une large mesure de l'opération de r@fou- lement de la tête à réeliser et de la composition de l'acier suivant lequel l'ébauche est façonnée. Avec des aciers au carbone et faiblement spéciaux en partîtes dimensions allant jusqu'à 6,35 mm ou 9,5 mm de diamètre, l'ébauche n'a besoin d'être chauffée localement qu'à des températures allant de 90 à118 C tandis que de plus grandes dimensions peuvent exiger des températures allant jusau'à 173 C. Certaines qualités d'aciers spéciaux, d'aciers inoxydables et d'aciers à outils peuvent exiger des températures allant jusqu'à 173 à 204 C.
En utilisant un acier spécial, tel que le 4037, et pour former l'ébauche de vis représentée à la figure 6, la longueur tronçonnée de fil d'acier 18' a été localement chauffée près de son extrémité à une température d'environ 149 C, un peu de chaleur étant prélevée par conduction sur la longueur d'ébauche suivante chauffée avant tronçonnage, ce qui chauffe légèrement l'autre extrémité de l'ébauche à une température d'environ 90 C.
La vitesse de fonctionnement et le petit intervalle de temps entre les opérations de chauffage, de tronçonnage et de forgeage à froid sont si/courte que les températures le long de la matière en fil n'ont pas le temps de s'égaliser, car il n'y a que quelques phases entre le point de chauffage et le forgeage, et le tronçonnage et l'avance des ébauches a lieu généralement à une vitesse de plusieurs cycles à la seconde. Par conséquent, la partie centrale de l'ébauche reste sensiblement à sa température initiale jusqu'à ce que le forgeage à froid soit exécuté.
La figure 7 est une coupe représentant l'ébauche chauffée après que la première opération de forgeage de l'ébauche ou du tronçon a eu lieu. Dans la première phase de l'opération, L'extrémité de eauche de l'ébauche 18', qui est légèrement chaude et est à une température d'environ 90 C, est poussée dans la pertie de forme gémnéralement tubulaire de la matrice de forgeage
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90 et est engagée àforce dans lu partie cylindrique plus étroi@ 92 de la matrice jusqu'à ce que l'extréiité (le l'ébauche colt en prise avec la butée et l'organe d'éjection 94 reuplissant 1'extrémité de la matrice 92. Pendant cette ci(3 l'opéra- tion,
l'extré lité chaude de l'ébauche est réduite à une dimension précise - et: le travail de forgesge à froid fait chauffer l'extrémité et la p rtie réduite à'une température ne dépassant pas 343 C et, de préférence, au-dessous de 288 à 315 C, ce qui donne une dimension précise à la partie d'extrémité 96 de l'ébauche 18' conformément à la dimension et à la forme de la partie 92 de la matrice.
Quand la matrice et le poinçon de refoulement 24 continuent à se replacer vers l'organe de butée 94, l'autre extrémité de l'ébauche est refoulée pour y former la tête 98 conformément à la forme de la matrice 24 et de l'ouverture agrandie de.la matrice 100 et la tête est en même temps chauffée p@r ce travail de l'acier au-dessus de sa température initiale de 118 C, mais au-dessus de la température de 343 C et, de pr4férence, au-dessous de 288 à 315 C.
Dans la pratique, les dimensions et la forme de l'extrémité 98 munie d'une tête de l'ébauche 18' peuvent varrer largement et le diamètre de la tête peut même être égal à. 2 à 2,5 fois le diamètre initial de l'ébauche.
Quand.l'opération de refoulement illustrée à la figure 7 est terminée, l'ébauche partiellement forgée est ensuite soumise à une seconde opération de forgeage dans la même matrice et par un second jeu de matrice et poinçon. L'ébauche est encore dans la matrice cylindrique 92, elle prend appui sur la butée 94 et elle est soumise, pendant qu'elle est ence @e chaude,
à l'action puissante de forgeage à froid de la matrice et du poinçon de matriçage 26 qui façonnent la cavité voulue dans l'extrémité de la tête refoulée 98 et mettent l'acier de le tête refoulée 98 en conformité sensiblement exacte avec la partie agrandie de refou- lement des têtes 100 de la matrice 92 en chauffant encore la
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tête 100, axis sans dépasser li te;:?:''rature :tWX:ll:1U:L c.ë0 15<--' J (;, de préférence, sans dépasser '3S6 ?1 31i> C. La butée d'éjection 94 éjecte alors l'ébauche finie 100
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de la motrice et on la laisse ensuite r<;i'roiLil après quoi elle peut être-soumise, si on le d6r:ire, d'autres opérations de filetage, d'usinage, de finition et de traitement thermique.
Quand les ébauches ne doivent pas être réduites en dismètre et, surtout, quand les ébauches sont relativement courtes, les ébauches tronçonnées dans la matrice en barre o en fil peuvent être chauffées sur toute leur longueur. Comme le rentre le @@gure 9, l'ébauche en acier 110 est chauffée à une tempéra-
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ture d'au moins 90 0 et, de préférence, nez dépassant y '.;."';:;
8, après quoi l'ébauche est transportée aux matrices de fogease à froid 11 N, 114 pour refouler l'extrémité côté tête ;' el' ébe1.;.C;-Le en façonnant la tête refoulée 116 .après quoi l'ébauche refilée est de nouveau forgée par le poinçon 120 pour finir les opéra-
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tions de forgeage à froid de poinçonnage, natriqaje et io-rreaje final de la tête entre les matrices 112 et 120.
Le travail de forgeage dans ces deux phases ?lève généralement la température de l'acier de 38 à 62 C mais il est commandé de façon que la température de l'ébauche ne dépasse jamais 343 C et soit, de
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préférence, maintenue au-dessous de 88 sis"3, D'autres formes de pièces en acier munies d'une tête
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forgée à froid peuvent évide.-ient être façonnées en utilisant des matrices et poinçon appropriés de forçage et de refoulement des têtes en appliquant les procédés et les phases décrites ci-avant.
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:r.: ;1T'.UTCaTlOiVS 1. Procédé de for,.;ea2;e de pièces profilées en acier en barre ou en fil munies d'une tête, en utilisant des striées de machine à refouler les têtes, caractérisé en ce qu'on chauffe l'acier recouvert de lubrifiant à un':) température d'au moins
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66 C, on découpe une ébauche, et l'on forge l'ébauche en acier par compression axiale, tout en maintenant la température maximum de l'ébauche, pendant les opérations successives, entre 163 et
343 C 3.Procédé de forgeage de pièces profilées en acier en barre ou en fil munies d'une tête, en utilisant des matrices de machine à refouler les têtes,
caractérisé en ce eu'on chauffe une ébauche en acier recouverte de lubrifiant à une température comprise entre 66 et 204 C et l'on forge l'ébauche en acier chauf . fée par compression axiale de celle-ci, tout en maintenant la température de ladite ébauche en dessous de 343 C,
3.
Procédé de forgeage à froid de pièces profilées en acier en fil ou en barre munes d'une tête en utilisant une ma- trice à refouler les têtes et au moins @ @ @ un poinçon effectuant une seule passe, caractérisé en ce qu'on fait avancer.des longueurs successives de ladite matière recouverte de lubrifiant, on chauffe ladite matière, on la tronçonne, la température des tronçons de matière chauffée étant comprise entre 66 et 232 C, et l'on forge à froid, l'ébauche en au moins une passe, la vitesse de forgeage et les pertes calorifiques étant telles que la température de l'ébauche ne dépasse pas 343 C.
4. Procédé de forgeage de pièces profilées en acier en barre ou en fil munies d'une tête, en utilisant au moins une matrice à refouler les têtes afin de former les pièces par compression axiale de la matière, Caractérisé en 'ce que l'acier recouvert de lubrifiant est chauffé à une température comprise entre 66 et 204 C, on y découpe une ébauche et l'on forge rapidement l'ébauche en acier en une seule passe, la vitesse et l'importance du forgeage étant telles que la température maximum de l'ébauche ne dépasse pas 316 C.
5.Procédé de forgeage à froid de pièces profilées en acier en barre ou en fil munies d'une tête, en plusieurs passes, c caractérisé en ce qu'on chauffe l'acier recouvert de lubrifiant
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3. une te.li?1ttü2'v C.'?.t1'y:'i.'>,. t-:iL>:.; .OJ nt 1 =1- C, oji y <J 'cc:=j:<.= . i'3 ê1.ut:hü l'on l'or.,; c: Ia2'w l.ltJllt 1;vûµ-= <. ,.:7Âzl 1><;>. CvY(i; r'..,."/¯On axiale, li vitesse de V.'I. y: .'.wlÂU t.:l.l<> 'f-l.-, 1:: .i,:..N>.lrà1iJ.","; maximum du l'ébaucha ne d':9,:--::-e !1:iS à'¯6 iJ.
6. Procédé o fc'rcae -"i froid de jduces profilées en acier en fil munies d'une tête, en utilisant une :.:i;rice % r==1'ou-
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et
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1er les têtes/au moins un poiu'lon J CélractSri S8 en ce qu'on chauffe un fil d'acier reccuvcrt cze lubri±1*;:at une Ge,.l::?1ro.ture
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en
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comprise entre cd et 204 C, on/dµco.-1pe une ébauche, on forse cette ébauche, à une de ses par compression axiG7.e, pour former une tête agraneie et on fore de nouveau l'ébauche
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à la même extrémité pour forcer une cavité dans la tête agrandie
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et, simultanément, pour 1'±", ,mer COI:1:;ÙÈ:te,18nt ladite tête, la
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vitesse de forgeage de l'ébauche chauffée étant telle que la
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température de l'ébauche auvents nais na dépasse pas ;:16 C.
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7.
Procédé de forgeage 9. froid de pièces profilées en
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acier en fil munies d'unE;tête, en plusieurs passes, caractérisé
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en ce qu'on chauffe des parties d'une ébauche en acier recouverte
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lubrifiant à une te:ipe-,rature comprise entre 66 et 316 C, on
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-:-il découpe une ébauche, l'on réduit simultanément l'épaisseur
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de ladite ébauche et l'on forte partiellement une tête à son
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autre extrémité, avant que la température ne se soit égalisée
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dans toute l'ébaunhe, par fGrJe2ye à froid grfce à une col.p,ression axiale de l'ébauche, la'vitesse de 1'oreage étant telle que la température de l'ébauche ne dépasse pes 34K C.
8. Procédé de f'or,,-e6.:se de pièces profilées en acier en au moins une Matrice et un poinçon à r¯xfoulel barre ou en fil munies d'une tête, en u'cilis?nt/les têtes, ca¯ ractérisé en ce qu'on chauffe une 2bauvlle en ;;cjei, recouverte de lubrifiant 3. une température ini tiule comprise entre 66 et 2o,,loC et on torse par compression exi <1.e 1 "}1Juuclle chau1'fée, la vitesse et l' inpcrtl:!nce du L'O]'Leuce 6tant td 1 ':;8 r:ue la te.<lpr1ture le l'4bauLbe 1#e dépasse pas ::';4:j(;. v.
Procédé suivit 1'-, rovendicutiou G, ex,..ûctlf;t en
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ce que l'ébauche est chauffée initialement une température d'au moins 95 le i:'ort;e8e ttY<;J.nt lieu en au moins trois :pusses, la passe ficnale étant effectuée alors que la température de l'ébauche est comprise entre h52 et ô16 É et 1-:.,s premières pr:s,;:es ::r::'nt pour résultat des températures de l'ébauche comprises entre 177 et 316 C.
10,Appareil pour chauffer et forger une matière en fil, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'avancement de la
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natière,des moyens de i::uide.f;e pour ladite matière , des moyens de chauffage plaças entre les moyens d'avancement et de guidage
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et ayant une faible conductibilité thermique, des moyens des'ci- nés à tronçonner la matière, et des moyens destinés à faire subir aux tronçons de matières une succession de passes dans une matrice à refouler les têtes.
11..appareil suivant la revendication 10, caractérise en ce les moyens de chauffage', comprennent une bobine de chauf-
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fage par induction a haute fréquence, à travers laquelle passe le fil.
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12. Appareil suivant la revendication Il, caractérisé en ce eue la bobine hauts'fréquence et son support sont refrcidis par un liquide en circulation.
1S. appareil po'c- 1s chauffage de matière en fil é;ix.#==;. être ? une machine à refouler les têtes, caractérisé en es qu'il comprend un bâti en i'OIDne Le bloc -...;-I-\ o;:'l"c'-:'",:=" pitàs;eza.ui, i-.; un fi*.E"5e intérieur des à un ±l'jiie, ,¯,¯ ¯ bobine eleotri.-ue supportée par ledit bloc ais isolée ;siectiiiu;>;;;.t;;¯.i Js colui-ci, des O7..3ns pour taira circuler un liquide de refroidissent ..ans le rieur du bloc, et des moyens ùestincs 3. fournir un couran-5 haute fréquence )4 la bobine'.
'4'"l 1¯', " .,',", :.l,i<üiéàrc i'iJ, -î#,,+i¯n.t 1. Appareil pour chauffage ;"t=:Cl8:i?8 811 fil devant être amenée une Y:1&clline fi refouler les tâtes, caractérisé on ce qu'il comprend un bâti en l'or.me (10 bloc métallique présentant un passage intérieur '' fluide, une bobine électrique
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supportée par ledit bloc m@is isolée él@ctriouenent de celui-ci, une paire de guides pour le fil formés dans le bâti aux extrénités opposées de la bobine et en li ne avce celle-ci, des moyens pour faire circuler un liquidade refroidisse lent dans le passade intérieur du bloc et des moyens destinés à fournir un courant haute fréquence à la bobine.
15. Procédé de forgeage de pièces profilées en acier munies d'une tête, tel décrit ci-avant.
16. Appareil de chauffage de matière en fil tel que décrit ci-avant ou conforme aux dessins annexés.