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La présente invention se rapporte à la finition à froid des métaux et elle concerne plus particulièrement un procé- dé et un appareil pour enlever du métal et pour la finition de barres, de'tiges ou de fils métalliques.
L'expression " barres ou tiges ", utilisée dans la @ présente invention,se rapporte à des éléments métalliques de sec- tion transversale uniforme y compris des barres de section trans- versale ronde, ovale, carrée ou présentant une autre forme curvi- ligne ou polygonale. On mentionnera dans la description la fini-
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tion à froid de barres rondes ou de fils métalliques comme appli- cation de la présente invention, mais il est bien entendu qu'on peut utiliser des barres et des tiges ayant d'autres formes en section transversale.
Par " métal ", on entend les métaux fabriqués pour une utilisation dans l'industrie, le commerce ou la construc- tion, tels que des tiges ou des barres en acier, en cuivre, en laiton, en aluminium,'en titane, en magnésium et en métaux ana- logues. Bien qu'il puisse être fait particulièrement mention de l'acier au cours du présent exposé, il est bien entendu que l'in- vention peut également être mise en oeuvre avec d'autres métaux.
Lors de la finition à froid d'un métal, tel que des barres ou des tiges en acier, on fait habituellement appel à une opération d'étirage ou d'extrudage au cours de laquelle on fait avancer le métal dans une filière pour effectuer une réduction de sa section transversale. On finit également des barres à froid en mettant en oeuvre des opérations de tournage et de meulage qui ré- duisent la dimension de la barre métallique en enlevant du métal.
Jusqu'à ce jour, l'élimination du métal défectueux ou autre de la surface d'une tige ou d'une barre en .cier était effectuée par une opération d'usinage ou de coupe distincte et exécutée séparément de la phase d'étirage ou d'extrudage. L'élimi- -nation d'un métal, par exemple au moyen d'un tour, est non seule- ment lente ou coûteuse, mais encore demande une main-d'oeuvre et un appareillage supplémentaires importants ; plus, il faut un espace important pour loger l'appareillage et pour les accessoires supplémentaires qui sont nécessaires.
La présente invention a pour objet : - un procédé et un appareil nouveaux et perfection- nés destinés à être utilisés pour la finition à froid des métaux; - un procédé et un appareil permettant d'enlever des métaux d'une manière sensiblement exempte des caractéristiques indésirables des procédés utilisés jusqu'ici;
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- un procédé et un appareil de finition à froid des métaux à une vitesse élevée et d'une manière efficace et éco- nomique; - un procédé et un appareil donnant un métal ayant un fini poussé 'et effectuant une réduction de la section transver- sale et réalisant une économie de'l'espace, de la main-d'oeuvre et de l'appareillage qui étaient jusqu'ici nécessaires en vue de résultats équivalents avec les procédés utilisés jusqu'à présent.
Ces caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront.au cours de la description qui va suivre et dont on a représenté, à titre indicatif et non limitatif,.un mode de mise en oeuvre sur le dessin annexé,sur lequel :
La figure 1 est une élévation en coupe montrant les caractéristiques essentielles d'un appareil utilisé pour mettre la présente invention en oeuvre:
La figure 2 est une vue en perspective de l'appareil, tel qu'il est utilisé pour la finition à froid de tiges métalli- ques.
La figure 3 est une élévation en coupera grande échelle, de la partie du dispositif de la figure 1 exécutant la coupe du métal.
La figure 4 représente une variante de l'appareil illustré sur la figure la
Conformément à la mise en oeuvre de la présente in- vention, le métal non désiré est enlevé de la surface de la barre ou tige d'une manière rapide et efficace par une opération qui consiste à faire avancer continuellement la barre ou tige à tra- vers un dispositif de coupe qui a pour rôle de tailler le métal de la surface entière de la barre ou tige lorsqu'elle passe dans ce dispositif. L'une des difficultés que présente l'utilisation d'un outil de taille de ce genre provient de l'impossibilité de maintenir la barre ou tige convenablement centrée dans la filière.
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Il s'ensuit qu'elle tend à dévier d'un côté à l'autre de la filié- re. Cette caractéristique donne une surface onduleuse et il arrive parfois que la tige ou barre dévie si loin vers un côté ou l'autre que l'outil de taille coupe le métal désiré, tandis que le métal non .désiré situé sur le côté opposé subsiste sur la barre ou tige.
Outre le caractère onduleux, des difficultés pro- viennent du degré important de broutement et de vibration longitu- dinale qui a lieu lorsque la pièce à usiner est déplacée en vue de sa coupe dans l'outil de taille et des éraflures qu'on peut consta- ter à la surface du métal qu'on a fait avancer dans l'outil de taille. Ces éraflures donnent naissance à une saillie nuisible sur le bord de coupe, qui est connu sous le nom de bord rapporté dans les ateliers. Cette saillie, quand elle est enlevée, donne au mé- tal une surface déchiquetée. Le broutement se traduit par la rugo- sité de surface du métal et par l'usure de l'outil.
A moins qu'on ne pallie ces difficultés ainsi que le caractère onduleux, l'itili- sation d'un outil de taille pour éliminer rapidement le métal non désiré de la surface des barres ou tiges ne peut pas être mise en .oeuvre industriellement.
On a résolu dans une certaine mesure le problème posé par le caractère onduleux grâce au système décrit dans le bre- vet des Etats-Unis d'Amérique n 2.233.928 du 4 mars 1941. Confor- mément aux enseignements de ce brevet, les possibilités de dévia- tion du fil sont diminuées par l'utilisation d'un système de filie- res de guidage et de réduction combinées avec une filière de coupe,
On s'est heurté à de nombreux problèmes lors du fonctionnement du système du brevet précité et le fini obtenu a été trouvé peu satis- faisant à de nombreux égards, spécialement quand le système est mis en oeuvre avec des barres ou des tiges et non avec des fils métalliques. Les éraflures sont en réalité si importantes quand on traite de l'acier par ce système que le procédé est impossible à appliquer dans l'industrie.
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La demanderesse a réussi à pallier beaucoup des. difficultés rencontrées précédemment au cours de la mise en oeuvre du procédé d'enlèvement continu de métal à partir de la surface d'une barre, d'une tige, d'un tube ou d'un fil métalliques sans broutement exagéré, sans éraflures exagérées et sans caractère on- @ duleux excessif. La demanderesse a réussi à mettre au point un sys- tème pouvant être utilisé dans l'industrie d'une manière rapide et efficace pour enlever le métal non désiré de la surface de bar- res, de tiges, de tubes ou de fils et préparer la surface du métal en vue d'une opération ultérieure d'étirage ou d'extrudage.
La de- manderesse a pu, en combinant des opérations de coupe du métal et d'étirage ou d'extrudage du métal, réaliser un procédé en continu dans lequel l'enlèvement du métal est exécuté d'une manière simple et efficace et dans lequel l'étirage ou l'extrudage du métal sont améliorés, ce qui fait qu'on réalise un procédé global qui surmon- te beaucoup des difficultés rencontrées jusqu'ici dans les opéra- . tions de coupe et d'étirage effectuées séparément lors de la fini- tion des métaux.
Ces objectifs sont atteints grâce à une combinaison dans laquelle on utilise un outil de taille 10 situé immédiatement en avant d'une filière d'étirage ou d'extrudage 12 et en aligne- ment axial avec celle-ci, l'espace 14 compris entre l'outil de taille et la filière étant fermé par un boîtier 16 et étant rempli, d'un fluide 22.
Le boîtier 16 peut être pourvu d'une admission uni- que 18a communiquant avec l'espace 14 et par laquelle le fluide 22 peut être envoyé en une quantité permettant de maintenir ledit es- pace compris.entre l'outil et la filière rempli de fluide, comme illustré sur la figure 4, ou bien le boîtier peut comporter une admission 18 et une sortie 20 communiquant avec l'espace clos 14 et grâce auxquelles le fluide peut circuler dans ledit espace en- tre l'outil de taille et la filière, comme représenté sur la figu re 1.
Il suffit que le fluide soit envoyé dans l'espace 14 sans
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être soumis à une pression, mais l'envoi de fluide sous pression présente certains avantages et, dans la description qui va suivre de la présente invention, on mentionnera l'utilisation d'un fluide sous pression pour remplir l'espace clos 14. Toutefois, il est bien entendu que les moyens généraux de la présente invention com- prennent l'utilisation d'un fluide non soumis à une pression pour remplir l'espace compris entre l'outil et la filière d'étirage.
La combinaison d'un outil de taille et d'une filière d'étirage avec du fluide sous pression agissant sur les éléments compris en- tre l'outil et la filière a pour effet d'enlever le métal non dési- ré de la surface des pièces à usiner et d'assurer la réduction de la section transversale sans vibration longitudinale, sans broute- ment ou ondulation, tout en conditionnant en même temps l'outil de taille et la filière en vue de leurs fonctions respectives de cou- pe et d'étirage ou d'extrudage.
L'aptitude du fluide à modifier sensiblement le broutement, la vibration longitudinale, les éraflures et les dévia- tions à mesure que la pièce à usiner P passe continuellement en contact de travail avec l'outil de taille et la filière d'extruda- ge ou d'étirage placée après cet outil, et l'aptitude du lubrifiant à assurer la lubrification désirée pour l'opération de taille ou de coupe ainsi que pour l'opération d'extrudage ou d'étirage indi- queraient que le fluide réagit en combinaison avec les forces existantes entre la pièce à usiner et la filière ou outil de tail- le, pour centrer la pièce et pour la supporter élastiquement par rapport à la filière et à l'outil de taille.
La raison peut en être que le fluide, de préférence sous pression, circule en cons- tituant une couche de liquide entre la pièce et l'outil de coupe ou filière, ce qui fait que la pièce flotte pendant son passage à travers l'outil de coupe ou la filière, grâce à quoi la lubrifica- tion désirée est assurée tout autour de la pièce et la pièce est suspendue élastiquement dans l'outil de coupe ou filière, de maniè re telle que les déviations ou la vibration sont réduites au mini-
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mum pendant le passage dans l'outil de coupe ou filière.
Quelle que soit la raison, on a constaté que la combinaison d'un outil de coupe et d'une-filière d'étirage ou d'extrudage avec du fluide com- blant l'espace laissé entre eux forme un ensemble pouvant être utilisé dans l'industrie pour enlever d'une façon rapide et effi- cace le métal non désiré en même temps qu'a lieu l'opération d'é- tirage ou d'extrudage ayant pour effet de réduire la dimension ou d'assurer le fini de surface sans que les difficultés ou caracté- ristiques nuisibles rencontrées jusqu'ici prennent naissance.
En ce qui concerne l'outil de coupe, on peut utili- ser un outil dont le bord de coupe 24 est fait d'acier rapide, de carbure fritté ou de matière analogue. L'angle compris entre l'axe géométrique de l'outil et la paroi inclinée 26 délimitant l'alésa- ge de l'outil, appelé par la' suite angle de dépouille (AD), peut être compris entre 1 et 15 degrés. Etant donné que des angles de dépouille faibles tendent à donner naissance à des éraflures, on préfère utiliser un angle de dépouille supérieur à 3 degrés et compris de préférence entre 3 et 6 degrés.
L'angle compris entre la paroi extérieure 28 de l'outil et la perpendiculaire à l'axe géométrique de la pièce à- usiner, angle que l'on appelle ici l'angle de dégagement (AE) peut être compris entre 10 et 40 degrés. On préfère utiliser un angle de dégagement aussi grand que cela est compatible avec l'aptitude de l'outil à résister à l'ébrèchement à l'endroit du bord de coupes
Pour des outils au carbure, on préfère utiliser un angle de dé- gagement supérieur à 15 degrés et de préférence compris entre 15 et 25 degrés. Pour d*s outils en acier rapide, on préfère utiliser un angle de dégagement supérieur à 20 degrés et compris de préfé- rence entre 25 et 40 degrés.
Bien qu'il ne soit pas essentiel de prévoir une portée ou méplat 30 sur la face de dégagement, la tendance à l'ondulation @ peut être réduite quand l'outil de coupe comporte une portée qui
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réduit la dépouille sur une longueur ne dépassant pas 0,508 mm et de préférence sur une longueur comprise entre 0,101 et 0,355 millimètre.
Les caractéristiques essentielles de l'outil de coupe de la présente invention ayant été décrites, on va mainte- nant se reporter à la filière 12 utilisée en combinaison avec ce- lui-ci. On peut utiliser une filière d'étirage ou d'extrudage de structure classique dans laquelle la filière d'étirage, par exem- ple, est de structure classique et comporte une partie évasée ou en forme de cloche suivie d'une entrée qui aboutit dans une partie de portée et une section de dégagement en retrait. Si on doit ef- fectuer des réductions importantes ou si on doit exécuter une ré- duction de finition, la filière d'étirage ou d'extrudage 12 est montée dans le boîtier de manière à être alignée longitudinalement avec l'outil de coupe 10 et à être disposée très près de celui-ci.
Dans le mode de réalisation préféré, la filière peut être écartée de l'outil d'une distance aussi faible que 0,39 mm ou d'une dis- tance aussi importante que 3,17 ou 12,7 mm sans perte de contrôle au cours de l'opération. Des distances supérieures à 3,17 ou 12,7m peuvent être utilisées lorsqu'on désire laisser au fluide un temps plus long pour refroidir le métal entre les phases de travail et pour réagir chimiquement avec la surface fraîchement taillée du métal, pour assurer une meilleure lubrification. Les caractéristi- ques de lubrification du fluide sont parfois augmentées par les réactions qui peuvent se produire entre le fluide et le métal frai- chement taillé et qui est dans un état réactif plus poussé que le métal taillé plus anciennement et exposé à l'atmosphère avant la lubrification.
Un outil de taille qui coupe la surface entière d'une barre en une seule fois est particulièrement difficile à lubrifier. Le déplacement du copeau C tend à entraîner le fluide à distance du bord de coupe quand le fluide est envoyé sur la face
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de l'outil, tandis que le déplacement de la surface finie de la pièce à usiner tend à entraîner le fluide amené sur la face de dépouille à distance du bord de coupe. Le fluide peut être entrai- né le long des faces de dépouille et de dégagement de l'outil à l'encontre des déplacements nuisibles des copeaux et de la pièce uniquement quand il est fourni sous pression élevée. Quand on uti- lise un outil de taille de la manière habituelle, il est impossible d'envoyer le fluide sous pression élevée sur l'une ou l'autre des faces.
On peut uniquement envoyer un courant libre de fluide à vi- tesse élevée en vue'de le faire pénétrer, ce qui entraîne des écla- boussures importantes et se révèle être une manière peu commode de faire pénétrer le fluide dans le bord de coupe. En utilisant simul- tanément un outil de taille et une filière et en prévoyant un espa- ce clos entre eux, il est possible d'envoyer du fluide sous pres- sion sur la surface de dépouille de l'outil et sur la face avant de la filière, sans écoulement important et sans perte coûteuse due au pompage. Le bord de coupe limite l'écoulement à partir d'une extrémité de l'espace clos, tandis que la filière d'étirage tend à rendre étanche l'autre extrémité. On peut maintenir une pression statique désirable dans l'espace clos compris entre l'outil et la filière à l'aide d'une simple pompe à main.
On peut encore faire circuler le fluide prévu dans ledit espace en prévoyant des rac- cords d'admission et de sortie, des tubes externes et une pompe de circulation appropriée. L'utilisation d'un outil de coupe et d'une filière entre lesquels est délimité un espace clos permet d'obte- nir une pression suffisamment élevée sur la face de dépouille de l'outil pour que le fluide soit entraîné jusqu'au bord de. coupe et empêche de ce fait la formation du bord rapporté qui rend infruc- tueux les essais ordinaires ayant pour but l'obtention de tiges étirées à surface lisse.
Le fluide envoyé dans l'espace clos tend à réduire le broutement, la vibration longitudinale et les déviations de la
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pièce à usiner. En outre, le fluide peut être utilisé, pendant qu'il circule, pour prélever de la chaleur du métal en vue de re- froidir ce dernier pendant son passage de l'outil de coupe à la filière, au cours du procédé. De plus, on peut choisir un fluide qui confère des caractéristiques lubrifiantes en vue d'assurer la lubrification pendant l'opération de taille et d'assurer la lubri- fication de la filière d'extrudage ou d'étirage, étant donné que le fluide est refoulé sous pression en contact intime avec les sur- faces de la pièce et de l'outil de coupe, d'une part, et entre les surfaces de la pièce et celles de la filière d'extrudage ou d'éti- rage, d'autre part.
Dans la mise en oeuvre de la présente intention on peut utiliser des fluides au phosphate, des produits connus dans le commerce sous le nom de " Fréons " et d'autres fluides d'étira- ge courants.
Comme on l'a déjà fait ressortir, on peut mettre en oeuvre les moyens généraux de la présente invention en utili- sant des fluides qui ne sont pas soumis à une pression, mais si l'on utilise un courant defluide pour mettre en oeuvre la présente invention, les avantages décrits sont obtenus au mieux par l'uti- lisation de fluides soumis à une pression positive.
En pratique, le fluide peut donc être envoyé de manière à remplir l'espace clos sous une pression comprise entre 0 et 700 kg/cm . On a constaté que la gamme optimum pour l'utilisation du fluide sous pression est comprise entre 7 et 35 kg/cm . Des pressions dépassant 700 kg/ cm2 peuvent être utilisées, mais'elles n'assurent cependant pas- une influence proportionnelle sur la lubrification, l'ondulation, .le broutement ou la vibration longitudinale. On a constaté que des pressions comprises dans la partie supérieure de la gamme précitée sont intéressantes quand on désire obtenir des réductions plus grandes au cours de la phase d'étirage ou d'extrudage. En tout cas, des pressions dépassant 700 kg/cm sont rarement utilisées.
Dans la combinaison décrite, la profondeur de cou- pe du métal peut être comprise entre 0,025 mm et 0,508 mm, selon
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la vitesse de la pièce à usiner dans la filière et sa dimension en section transversale. De façon similaire, le degré de réduc- tion dépend dans un certaine mesure de ces mêmes facteurs auxquels s'ajoutent le type du fluide et sa pression, et cette réduction peut varier depuis un étirage de finition de 0,0508 à 0,25 mm ou à un étirage de réduction de 0,050$ à 1,52 mm ou plus, en fonction des facteurs précités. On comprendra que les moyens généraux de la présente invention ne sont pas limités par la profondeur de cou- pe ou par le degré de réduction effectué pendant le passage dans les filières.
Quand des coupes analogues sont effectuées à des vitesses faibles, on peut utiliser des outils ayant un angle de dégagement plus grand dont la seule limite est la tendance de l'ou- til à s'ébrécher. En général, des vitesses de coupe comprises entre 1,5 et 304 mètres ou plus par minute peuvent être utilisées pour l'opération combinée de coupe et d'étirage ou extrudage.
Dans un exemple particulier, on utilise un outil de coupe en acier rapide ayant un angle de dégagement de 30 , un angle-de dépouille de 5 et ne comportant de méplat sur la face de dépouille. On choisit l'outil de manière à obtenir une profon- deur de coupe comprise entre 0,076 et 0;127 mm. On donne à la filière d'étirage, montée à 0,39 mm de l'outil de coupe, des di- mensions telles qu'elle assure une réduction de 0,076 à 0,127 mm pour la finition du métal. Dans un autre cas, on donne à cette filière une dimension telle qu'elle assure une réduction plus im- portante d'environ 1,52 mm.
On envoie dans le boîtier un fluide d'étirage au phosphate ou " Fréon 112 " par l'espace compris entre les filières, sous une pression d'environ 70 kg/cm. On fait avan- cer la pièce à usiner, qui est en acier C-1018, à travers le sys- tème à une vitesse de 15,2 m/minute. En cours de fonctionnement, le métal est taillé de façon régulière et à une vitesse uniforme sur la tige entière et on produit une pièce finie de bonne qualité et ayant un bel aspect.
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On a constaté qu'un système de filières en tandem dans lequel du fluide ssous pression agit sur les filières et sur les zones comprises entre celles-ci est également utile dans la combinaison dans laquelle on utilise une filière d'étirage ou une filière d'extrudage en remplacement de l'outil de coupe, ce qui donne un système de filière d'étirage en tandem dans lequel l'une des filières peut être destinée à effectuer une seule réduction ou d'autres combinaisons diverses de réduction.
On peut également constater qu'on peut augmenter la capacité du système de filières par l'addition d'autres filières à la combinaison, de manière qu' un espace clos soit laissé entre les filières, espace dans lequel on peut envoyer du fluide sous pression mais, quand on utilise un outil de coupe, l'emplacement de ce dernier est, dans ce cas, li- mité à la partie avant seulement du système, en raison de la dif- figulté que présenterait autrement la mise au rebut des copeaux.
Quand on prévoit un dispositif pour évacuer les copeaux, on peut utiliser dans le système de nombreuses combinaisons d'agencements de filières et d'outils de coupe.
On voit de ce qui précède que la demanderesse a conçu un dispositif nouveau et perfectionné pour la finition à froid de barres et de tiges métalliques, dispositif grâce auquel l'enlèvement du métal est effectué d'une manière simple et effi- cace pour permettre d'éliminer avec précision le métal non désiré de la surface de la barre ou de la tige avànt l'entrée immédiate et sans interruption du métal coupé dans une filière ultérieure destinée à le traiter, par exemple dans une filière d'étirage ou d'extrudage ayant pour rôle de réduire sa section transversale.
Il est bien entendu qu'on peut apporter diverses modifications aux modes de construction et de mise en oeuvre dé- crits sans sortir pour cela du cadre de la présente invention.