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La présente invention est relative à l'enlèvement du métal superficiel de barres, tiges, tubes, fils et autres éléments sans fin à section uniforme et se rapporte plus particulièrement à l'opération de raclage ayant pour but l'enlève- ment continu du métal de la surface de tels éléments, éventuellement en combinai- son avec une ou plusieurs opérations visant à traiter le métal par des procédés de finissage à froid.
Bans un grand nombre de procédés de finissage à froid, il est avanta- geux d'enlever le métal inopportun de la surface du produit en travail, avant de soumettre ce produit à l'opération de finissage à froid. A titre d'opération de finissage à froid, on peut citer l'avance du métal à travers une filière de tré- filage, une filière d'extrusion, une filière $. cylindres, ou analogues, dans le but de réduire la section transversale de ce métal.
La combinaison comportant un outil de raclage disposé en amont d'une filière de réduction apparaît comme une solution idéale, étant donné que la filière de réduction peut agir de façon à guider le produit à travers l'outil de raclage pendant que ce dernier détache le métal inopportun de la surface du produit, en une opération continue, simultanément avec l'action de la filière de réduction.
On a déjà fait ressortir ailleurs les résultats favorables obtenus grâce à la com- binaison de l'espèce décrite ci-dessus; toutefois, l'application de cette solution dans la pratique, dans le cas de l'acier, a été entravée, du point de vue industriel, par un certain nombre de problèmes inhérents à l'opération de raclage.
Les études physiques effectuées ont permis de constater que le proces- sus de raclage imprime des efforts de compression superficiels importants au mé- tal soumis à l'action de l'outil de coupe. Les lignes qui suivent constituent une explication logique quant à l'origine de ces efforts importants, auxquels sont dues de nombreuses difficultés parmi celles que l'on rencontre à.la suite de la formation d'un bord agglutiné sur le bec ou tranchant de l'outil, ainsi qu'un fini de surface médiocre. Lorsque le métal à enlever (le copeau) rencontre le bord tranchant de l'outil de raclage, et est séparé par celui-ci du produit en travail, le métal enlevé subit nécessairement une distension. Cette distension détermine l'apparition d'efforts de traction périphérique élevés, qui aboutissent finalement à des crevasses dans le copeau.
L'arête ou le bord d'agglutination est dû à la tendance, manifestée par la matière constitutive du produit en travail, à se souder au bord tranchant de l'outil de raclage pendant l'enlèvement du métal. Le métal qui se soude à 1' arête tranchante de l'outil de raclage subit une trempe, soit, une trempe par contrainte, pendant l'enlèvement du métal, de sorte que la matière constitutive du produit en travail, qui s'agglutine au bord de l'outil, est capable d'opérer la coupe au lieu et place de cet outil. A'mesure que la masse de matière s'accu- mule sur le bord de l'outil, la profondeur de coupe effective du bord tranchant varie de temps en temps. Par suite, la quantité de matière enlevée de la surface du produit en travail est impossible à contr8ler, et l'on obtient une surface tout en protubérances et en renfoncements.
Cette absence de toute possibilité de contrôler les dimensions, ainsi que la rugosité superficielle, qui vient d'être décrite, gênent notablement la réduction de diamètre ultérieure ou les autres opérations de finissage à froid, La présence d'une situation qui aboutit à l'é- tablissement d'un bord agglutiné sur l'outil de raclage se manifeste en outre par un fini de surface médiocre sur le produit final obtenu.
Un autre problème qui se pose au cours de l'opération de raclage con- siste dans l'instabilité qui se manifeste au moins de deux manières différentes.
Une des manifestations les plus importantes consiste en ce que le produit en tra- vail se déplace d'un coté à l'autre de l'outil de raclage lorsqu'il traverse celui- ci, ce qui donne lieu à des ondulations dans la surface et aboutit à des produits où certaines parties de la surface sont intactes, tandis qu'une quantité de métal excessive est enlevée des parties de la surface opposées aux premières.Ou bien, l'instabilité se'manifeste par un broutage, qui se produit pendant l'opération de
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raclage, compromettant ainsi l'uni de la surface et le continuité du processus de raclage.
La présente invention vise à établir un procédé de raclage conçu de façon que l'agglutionation de la matière constitutive du produit en travail sur l'arête de l'outil de raclage soit ramenée à de faibles proportions, ce qui fa- vorise l'enlèvement du métal, de même que le contrôle de cet enlèvement, et qu'il en résulte une amélioration du fini de la surface.
Un autre objet de la présente invention consiste à établir un procédé de raclage conçu de telle façon que les contraintes qui se manifestent exercent un effet favorable sur les propriétés du produit, ce qui permet de réaliser des produits métalliques ayant de meilleures propriétés physiques, mécaniques et de résistance aux contraintes.
Plus particulièrement, la présente invention a pour objet d'établir un système grâce auquel un outil de raclage et une filière de tréfilage peuvent être employés en combinaison, en vue d'améliorer les propriétés physiques et mé- caniques du métal traité par le passage à travers cet outil et cette filière, système qui permet de contrôler parfaitement les dimensions du métal enievé par l'outil de raclage; qui permet d'obtenir un fini de surface nouveau pour le métal avancé à travers l'outil de raclage, en direction de la filière de tréfilage; dans lequel le métal est raclé proprement et de façon unie de la surface du pro- duit en travail, sans donner lieu aux ondulations sur la surface de ce produit et sans que le produit se déplace d'un côté à l'autre de l'outil de raclage;
dans lequel le métal est raclé du produit en travail, sans que se manifeste un brou- tage et où une bonne stabilité est maintenue pendant toute la durée de l'opératior dans lequel l'enlèvement du métal est réalisé d'une manière simple et efficace, avec un minimum de main d'oeuvre et d'appareillage; dans lequel l'opération de raclage favorise la diminution ultérieure de la section transversale du métal par suite de son passage à travers la filière, et où la matière constitutive du produit en travail ne s'agglutine pas sur l'arête tranchante de l'outil de raclage de façon à se substituer à cette arête en tant qu'organe servant à enlever le mé- tal de la surface de la pièce.
Les objectifs et avantages ci-dessus, ainsi que d'autres, de la pré- sente invention, ressortiront dans la suite. Un mode de réalisation de l'inven- tion a été représenté à titre d'exemple non limitatif dans les dessins annexés, dans lesquels:
La fig. 1 est une vue d'élévation et en coupe d'un outil racleur qui comporte les particularités de la présente invention.
La fig. 2 est une vue d'élévation en coupe de l'outil racleur repré- senté dans la fig. 1, en combinaison avec une filière de tréfilage.
La fig. 3 est une vue d'élévation en coupe de l'outil racleur repré- senté dans la fig.l, en combinaison avec une filière de tréfilage et un guide ex- térieur ou de porte-à-faux.
La fig. 4 est une vue schématique en coupe montrant les rapports des forces en présence, lorsqu'il existe une composante verticale positive, qui amé- liore la stabilité.
La fig. 5 est une vue en coupe analogue à celle de la fig. 4, où l'on a représenté schématiquement les rapports des forces en présence, lorsque la for- ce verticale comporte une composante négative.
L'invention sera décrite à propos d'un outil racleur (fig. 1) compre- nant un corps principal 10, un alésage 12 qui traverse ce corps de part en part et dont le bord d'attaque est dimensionné de façon à présenter un diamètre ou une forme correspondant au diamètre ou à la forme du produit tel qu'il doit se présenter après son passage à travers l'outil, ce dernier présentant en outre une
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face frontale 14.
L'outil peut être formé de manière à comporter une proéminence 16 dimensionnée de façon à présenter une longueur allant jusque 0,014 pouce. L'angle de dégage- ment 18 peut varier dans de larges limites, compte tenu de la matière emplouée, du métal en travail et des caractéristiques que l'on désire imprimer à l'enlève- ment du métal, comme il sera indiqué dans la suite. D'une manière générale, l'an- gle de dégagement peut varier entre 0 et 40 et sera de préférence compris dans les limites de 10 à 30 . L'outil peut être formé de manière à présenter un angle de dépouille compris entre 1 et 15 , bien qu'un angle de dépouille ne soit pas essentiel au fonctionnement de cet outil.
L'outil racleur peut être constitué, du moins en ce qui concerne son arête tranchante, en diverses matières utilisables pour la coupe de métaux, y compris l'acier rapide, les carbures cémentés, les matières céramiques et analo- gues. L'outil racleur sera ordinairement monté sur un support fixe 20, et le métal à travailler 22 sera avancé de façon rectiligne et sensiblement continue, de ma- nière à traverser l'outil racleur, à la suite de quoi une partie superficielle du métal sera enlevée sous la forme d'un copeau 24a, qui s'élève le long de la face de l'outil, cependant que le produit en travail poursuit son trajet en traversant l'alésage de l'outil.
Les solutions qui seront décrites dans la suite s'appliquent à l'em- ploi d'un outil racleur en vue de l'obtention de profils particuliers, y compris les barres rondes, les barres carrées et les barres présentant divers profils polygonaux ou elliptiques, ou encore, pour entailler la surface du produit pen- dant que celui-ci est avancé à travers l'outil. Par exemple, l'outil racleur peut servir à tailler une gorge ou une rainure de clavette continue, ou analogues, dans la partie superficielle du métal.
De même, les solutions exposées et revendiquées ci-dessus s'appliquent à l'emploi d'un outil racleur en vue de l'enlèvement du métal, en une opération continue, de la surface intérieure d'un tube, ou analogue Dans une telle variante, l'arête tranchante de l'outil est dimensionnée de façon à présenter un diamètre effectif plus grand que le diamètre intérieur initial de l'outil, afin de pouvoir racler une épaisseur de métal déterminée de la surface intérieure du tube. Ici également, l'angle de dégagement sera déterminé par le plan incliné établi sur la face de l'outil et s'étendant depuis le bord tranchant jusqu'à un alséage à travers lequel les copeaux peuvent s'évacuer.
Les opérations de raclage décrites ci-dessus peuvent être appliquées pour remplacer une opération d'usinage visant à enlever du métal de la surface d' une pièce ou d'un produit, pour amener cette pièce ou ce produit à une dimension ou à une forme déterminée d'avance ou pour préparer cette surface en vue d'une opération ultérieure de finissage à)froid. Le procédé selon l'invention sera géné- ralement employé pour enlever le métal inopportun de la surface d'un produit, préalablement à une ou plusieurs opérations visant à finir le métal à froid. Ces opérations ultérieures de finissage à froid peuvent comporter une opération d' amincissement, au cours de laquelle le produit est avancé à travers une filière afin de subir une réduction de sa section transversale, comme c'est le cas dans les opérations de tréfilage, d'extrusion ou de laminage.
Dans ces cas, l'opéra- tion d'amincissement peut être exécutée en tant qu'opération continue, conjointe- ment avec l'opération de raclage, cela en disposant en ligne la filière réductrice 24 avec l'outil racleur, comme représenté dans la fige 2 des dessins annexés. Le produit avance de façon continue, d'abord à travers l'outil de raclage, où il est débarrassé de son métal de surface, et ensuite à travers la filière réductrice, qui suit, où la section transversale du produit subit une réduction, ce qui four- nit une barre finie à froid et présentant les dimensions et les caractéristiques voulues.
On applique habituellement un lubrifiant sur la surface du métal qui vient d'être travaillé par l'outil de coupe, en vue de son utilisation dans l'o- pération de tréfilage.Le lubrifiant peut être appliqué à la surface du produit à un moment qui suit l'opération de raclage et qui précède la réduction du dia- mètre, ou bien, on peut appliquer ce lubrifiant de façon qu'il remplisse l'inter-
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valle entre l'outil racleur et la filière réductrice, de façon à assurer un grais- sage à la fois à l'opération de raclage et à l'opération de réduction de diamètre, en particulier lorsque le lubrifiant est soumis à une pression positive capable de le refouler vers la zone de coupe effective.
Lorsque l'outil racleur est utilisé seul ou en combinaison avec une filière réductrice disposée en ligne avec lui, il est avantageux de faire appel à un guide 30 disposé en amont de l'outil racleur et destiné à améliorer la sta- bilité de l'opération de raclage et à assurer l'alignement du produit par rapport à l'outil, de façon à empêcher des déviations bilatérales ou d'autres défauts d' uniformité qui influencent l'enlèvement du métal. Là où la stabilité et le réglage représentent une condition essentielle, le guide de porte-à-faux 30 peut être constitué par un rouleau de guidage, une glissière ou un autre organe destiné à entrer en contact avec la surface du produit et à maintenir ce dernier dans une position relative d'alignement voulue dans l'outil racleur.
On a constaté que l'on obtient certains avantages en ce qui concerne l'amélioration de l'opération de raclage et le finissage à froid du métal, si le guide extérieur est constitué par une filière à travers laquelle le produit est avancé en vue de subir une réduction de sa section transversale, cette filière as- surant simultanément le guidage voulu pendant qu'elle est traversée par le pro- duit. Il suffit de prévoir une réduction ne dépassant pas 1 pour-cent, mais on peut appliquer des réductions plus importantes.
Quel que soit le taux de réduction, le fait que l'opération de réduc- tion précède l'opération de raclage aura pour effet d'éliminer les défauts d'uni- formité de la surface du produit et d'arrondir ou d'aplanir cette surface préala- blement à l'avancement du produit à travers l'outil de raclage- Ceci assure l'éli- mination des courbures et des bosses qui, sans cela, risqueraient d'endommager l' outil et de réduire/la longévité de celui-ci. La disposition suivant l'invention permet d'enlever des quantités de métal uniformes de la surface de la pièce, sta- bilisant ainsi l'opération de raclage. De plus, cette méthode fait en sorte que la matière est travaillée, du moins à la surface, de façon à provoquer un durcis- sement de la surface du métal, ce qui permet de le détacher plus facilement du produit.
On constate que cette disposition réduit l'agglutination du métal sur le bord de l'outil, ce qui influence favorablement l'opération de raclage ultérieure.
En ce qui concerne la tendance de la matière constitutive du produit à se souder au bord tranchant de l'outil et à y produire une agglutination de ma- tière qui est capable d'exécuter la coupe à la place de l'outil, on a constaté qu'il existe un certain nombre de solutions pouvant être appliquées à l'opération de raclage en vue de réduire cette tendance et d'améliorer cette dernière opératio
On a constaté que la constitution du bord par agglutination peut être atténuée grâce à l'emploi d'un liquide de coupe qui réagit avec la matière consti- tutive du produit en travail et empêche cette matière d'adhérer à la face de 1' outil.
A cette fin, il est avantageux de faire appel à un agent de graissage capable de couler dans la région de coupe du produit en travail et jusque sur la face de 1' outil, afin d'empêcher la soudure. Il y a lieu d'admettre que ces effets avanta- geux sont obtenus, dans les conditions considérées, par une réaction chimique à laquelle participent les surfaces exposées du produit en travail ou de l'outil et où le produit de la réaction possède une résistance au cisaillement inférieure à celle du métal. Dans ces conditions, la faible résistance au cisaillement qui se manifeste sur la surface du produit en travail, en contact avec l'outil, est déplacée par préférence par la matière au fur et à mesure de l'attaque de celle-ci de sorte que l'on évite la soudure ou l'agglutination.
L'application d'un tel lubrifiant sur la surface du produit en travail préalablement au passage de ce produit à travers l'outil de raclage n'offrirait qu'un faible avantage, car elle aurait lieu en dehors de la zone affectée par cet outil. Ainsi, il importe d'introduire le lubrifiant dans la région comprise entre
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l'outil de raclage et la surface attaquée du produit,là où le liquide peut cou- ler jusque dans la région comprise entre l'outil et le produit en travail, en vue de réagir avec la surface frâchement attaquée du métal.
Dans ces conditions, on peut employer un lubrifiant capable d'exoeroer la double fonction consistant5 d'une part, à réagir en vue de former la matière à faible résistance au cisaille- ment ou à empêcher d'une autre façon l'agglutination entre la matière soumise à l'opération de coups et la face de l'outil et, d'autre part, à graisser la sur- face raclée du produit en travail, en vue de l'opération de réduction ultérieure.
La combinaison décrite ci-dessus de l'effet antisoudure et de l'effet de graissage est applicable partout où l'on fait usage d'une combinaison d'un outil de raclage et d'une filière de tréfilage ou d'une autre filière de réduction, comme représen- té dans la fige 2. A cette fin, le lubrifiant peut être appliqué de la manière dé- crite ci-dessus, de telle façon que ce lubrifiant remplisse l'espace compris entre l'outil de raclage et la filière de tréfilage et soit forcé à pénétrer dans la région de coupe, en particulier lorsqu'il est appliqué sous une pression posi- tive.
Dans le cas de métaux ferreux, la réaction décrite ci-dessus, qui vise à obtenir un produit ayant une résistance au cisaillement inférieure à celle de la matière initiale, s'accomplit lorsqu'on utilise un liquide qui libère du chlore ou un autre halogénure du phosphore, des composés de soufre, ou analogues. A titre d'exemple de telles matières on peut citer le tétrachlorure de carbone et analo- gues. Dans ce cas, l'halogénure se combine avec le fer , de manière à former un chlorure de fer, qui possède une faible résistance au cisaillement, comparative- ment au fer.
On a constaté en outre que l'agglutination de la matière constitutive du produit en travail sur le bord tranchant de l'outil peut être évitée lorsque le métal en cours d'enlèvement est chauffé à une température telle que le bord à agglutination est incapable d'opérer la coupe. Dans ce cas, la matière agglutinée sur le bord de l'outil est déplacée par la matière nouvellement attaquée, à mesure que celle-ci est mise en contact avec le bord tranchant de l'outil.
Ces conditions peuvent être réalisées lorsque la température de la matière en cours d'enlèvement est suffisante pour ramollir le métal, en éliminant ainsi la trempe qui a été imprimée au métal par suite du travail effectué lors de l'opération de coupe.
En d'autres termes, ces conditions peuvent être réalisées lorsque le métal en cours d'enlèvement est amené à atteindre une température supérieure à la température de recristallisation du métal en travail, c'est-à-dire, une tempéra- ture comprise dans la gamme correspondant au travail à chaud de ce métal; Pour la plupart des aciers laminés à chaud et des aciers soumis au finissage à froid, cette gamme se situe au-dessus de 900 F et est comprise de préférence entre 1.150 et 1.350 F. Des températures oorrespondantes peuvent être déterminées pour d'au- tres métaux ou d'autres aciers.
Les objectifs exposés plus haut peuvent être atteints en faisant avan- cer le produit en travail de façon à le mettre en contact avec le bord tranchant de l'outil de raclage, à une vitesse linéaire supérieure à 180 pieds par minute et comprise de préférence dans la gamme de 200-600 pieds par minute.
Bien que cette vitesse soit considérablement supérieure à celles employées à ce jour dans les opérations de raclage, on a constaté que bien des difficultés rencontrées à des vitesses habituelles sont atténuées par cette élévation marquée de la vitesse de raclage, Il convient d'admettre que la quantité- de travail (c'est-à-dire, d'éner- gie) absorbée, requise pour enlever le métal aux vitesses accrues en question fait en sorte que le métal en cours d'enlèvement est porté à une température qui empê- che l'établissement d'un bord par agglutination sur l'outil de raclage. Il est possible que l'élimination des difficultés rencontrées à ce jour et l'absence du bord @ agglutination soient attribuables à d'autres facteurs, qui se manifestent lorsque le métal de surface est enlevé à la vitesse décrite.
Quelle qu'en soit
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la raison, on obtient des améliorations surprenantes en ce qui concerne la stabi- lité des dimensions, le fini-de la surface et l'absence de perturbations dues à un bord à agglutination, si l'opération de raclage est exécutée à une vitesse linéai- re supérieure à 180 pieds par minute et comprise de préférence dans les limites de 200 à 600 pieds par minute.
'L'exemple ci-après met en évidence l'application pratique de la pré- sente invention au raclage du métal de la surface d'un fil de cuivre semi-dur, ayan un diamètre de 3/16 pouce.
Les résultats reproduits ci-après ont été obtenus en utilisant une filière de tréfilage 30 qui suit l'outil de raclage 14 et où la filière de tréfi- lage produisait une réduction de 0,05 pouce du rayon et où l'outil de raclage avait une profondeur de coupe qui enlevait 0,005 pouce de ce rayon.
L'outil de raclage 14 était établi en acier rapide et avait un angle de dégage- ment de 30 . Le produit en travail était lubrifié par une huile soufrée et avancé à des vitesses linéaires comprises entre 85 et 600 pieds par minute, en passant successivement par la filière de porte-à-faux 24. L'outil de raclage 14 et la fi- lière de tréfilage 30.
On a mesuré les finis de surface et l'on a attribué à leurs valeurs relatives des cotes qui comportaient 5 pour excellent et, pour les degrés inférieurs à 5, des valeurs allant de "satisfaisant" (4) à "médiocre" (2):
EMI6.1
<tb> Vitesse <SEP> Fini
<tb>
<tb> (Pieds <SEP> par <SEP> minute) <SEP> - <SEP> relatif
<tb>
<tb>
<tb> 600 <SEP> 5
<tb>
<tb> 175 <SEP> 5
<tb>
<tb> 135 <SEP> 4
<tb>
<tb> 110 <SEP> 4
<tb>
<tb> 85 <SEP> 2
<tb>
Les résultats suivants ont été obtenus lors de la mise en oeuvre de la présente invention, dans son application au raclage d'une barre d'un acier 1018 ayant un diamètre de 3/16 pouce, en utilisant un outil de raclage en acier rapide, ayant un angle de dégagement de 20 .
L'acier était lubrifié avec de l'hui- le soufrée et était attaqué à la même profondeur et tréfilé au même taux, que ceux indiqués dans l'Exemple précédent:
EMI6.2
<tb> Vitesse <SEP> Fini
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (Pieds <SEP> par <SEP> minute) <SEP> relatif
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 500 <SEP> 5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 375 <SEP> 5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 300 <SEP> 5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 175 <SEP> 4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 135 <SEP> 4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 110 <SEP> 4
<tb>
En utilisant un liquide différent, sous la forme d'une graisse phos- phatée contenant des gaz incluson a obtenu les résultats suivants, avec le sys- tème décrit ci-dessus :
EMI6.3
<tb> Vitesse <SEP> Fini
<tb>
<tb> (Pieds <SEP> par <SEP> minute) <SEP> relatif
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 300 <SEP> 5
<tb>
<tb>
<tb> 175 <SEP> -
<tb>
<tb>
<tb> 110 <SEP> -
<tb>
<tb>
<tb> 50 <SEP> 2
<tb>
Il ressort de ce qui précède que la vitesse joue un rôle important dans l'opération de raclage visant à enlever du métal.de la surface de barres, de tubes, de tiges et de fils. Lorsque la vitesse est insuffisante pour adoucir le copeau durci par la contrainte (écroui), le fini de surface du métal s'en trouve
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notablement affecté. Autant que les inventeurs le sachent, la relation entre la vitesse de coupe et le fini de surface n'avait jamais été admise dans ce domaine jusqu'à présent.
La constatation de cette relation représente un progrès important dans le domaine du raclage des métaux, étant donné qu'elle permet l'application de procédés plus rapides et plus efficaces pour l'enlèvement du métal dans le but de préparer des surfaces métalliques en vue d'opérations de finissage ultérieures.
Le développement de la température désirée dans le copeau, c'est-à- dire, dans le'métal en cours d'enlèvement peut être obtenu - avec une améliora - tion simultanée des propriétés physiques et mécaniques du métal - en chauffant ce métal à une température supérieure à 250 F, mais moins élevée que la température critique inférieure pour le métâl, en ce qui concerne l'avance de celui-ci à tra- vers l'outil de raclage. Lorsque le métal avancé à travers l'outil de raclage est chauffé à une température élevée comprise dans les limites ci-dessus, la température complémentaire qui doit s'établir dans le métal en cours d'enlèvement de la surface sera inférieure, en conséquence, à celle requise pour traiter le métal à la température ambiante.
Dans ce cas, le métal peut être avancé, en vue de son traitement par l'outil de raclage et la filière,à des vitesses inférieures à 200 pieds par minute, compte tenu de la température de l'acier amené vers l'ou- til de raclage.
Toutefois, il est bien entendu que l'on peut éventuellement appliquer des vitesses de 200 pieds par minute, ou des vitesses supérieures.
Par le fait que l'acier est chauffé avant d'être soumis à l'action de l'outil de raclage, on a, d'une part, la possibilité de tirer parti de la plus grande souplesse en ce qui concerne la vitesse linéaire de la matière consti- tutive du produit en travail, avancée à travers l'outil racleur lors de l'opéra- tion de raclage et de produire une matière plus appropriée et améliorée en vue de son amincissement ultérieur;
d'autre part, on a également la possibilité d'in- clure les solutions visant à améliorer un bon nombre de propriétés physiques et mécaniques du métal, représentées par la rigidité mécanique, les caractéristiques de l'aptitude à l'usinage, le fini de surface, ainsi que d'autres propriétés phy- siques et mécaniques, en faisant avancer le métal à travers une filière en vue de déterminer une réduction de la section lorsque le métal est à une température comprise dans la gamme allant de 250 F jusqu'à la température critique inférieure, relative à la composition d'acier considérée.
L'élévation de la température pendant le raclage se produit le plus souvent à la surface d'où le métal est enlevé. Lorsque le métal est préchauffé à la température désirée en vue de l'opération de réduction à température élevée, une moindre quantité de chaleur doit être ajoutée par l'opération de raclage en vue de réaliser les conditions requises à la surface, lesquelles réduisent la sou- dure de la matière constitutive du produit en travail au bord tranchant de l'ou- til.
Comme l'élévation de la température, qui se manifeste lors du raclage, a lieu principalement au sein du métal enlevé à la partie superficielle du produit, 1' ensemble de la masse du produit en travail exerce un contrôle permettant d'obtenir les niveaux de température voulus en vue d'obtenir l'amélioration voulue des pro- priétés physiques et mécaniques par l'opération ultérieure consistant en une ré- duction de la section à température élevée.
Bien que la vitesse linéaire à laquelle le produit en travail est a- vancé à travers l'outil de raclage dépend dans une grande mesure de la tempéra- ture initiale de l'acier, il apparaît que cette vitesse linéaire peut varier entre des limites assez larges, en particulier lorsqu'il est fait appel à des moyens pour réduire l'agglutination, sur l'outil, de la matière constitutive du produit en travail, de façon à former un bord sur cet outil.
Le principe de l'élévation de la température est basé sur la découver- te que l'arête à agglutination peut être éliminée si l'enlèvement du métal s'effec- tue lorsque le métal de la surface est chauffé à une température à laquelle l'é-
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crouissage ne peut pas se produire. On admet que cette température se situe dans les limites de travail à chaud relatives au métal constitutif du produit en tra- vail.
On a constaté que, toutes autres conditions restant égales, il existe une gamme de températures inférieure à la gamme de travail à chaud concernant ce mé- tal, et où la formation d'une arête par agglutination sur la face de l'outil est accrue. Cependant, en .dehors de cette gamme de température, le bord par agglutina- tion décroît de façon marquée, jusqu'à un point où il s'élimine en substance à la suite d'élévations ultérieures de la température. Dans la zone de travail à chaud, l'écrouissage, qui est une condition essentielle de la formation d'une arête par agglutination , est évité, de sorte que les difficultés dues à l'arête à aggluti- nation diminuent dans une grande mesure.
A titre d'autre variante, les relations de température désirées peu- vent être obtenues d'une manière simple et efficace en chauffant l'outil jusqu'à ce que l'on atteigne la température requise à l'interface entre l'outil et le pro- duit. Lorsqu'il est obtenu de cette façon ,l'effet de température est transmis directement de l'outil aux portions du produit en travail qui sont en contact avec celui-ci, de façon à écrouir et adaucirle métalaufur et à mesure qu'il se déplace le long de la surface de l'outil. Dans ce cas, il n'est pas essentiel de chauffer des vo- lumes importants de métal, vue que l'effet de la chaleur peut être concentré dans la portion de métal située à l'interface entre le métal et l'outil et où il se produirait autrement une soudure.
Cette solution est limitée uniquement par la température à laquelle l'outil peut être chauffé sans que l'utilité et la longé- vité de l'outil se trouvent affectées dans une mesure inopportune. Lorsqu'il est fait appel à des outils constitués en des matières capables de conserver leur résistance mécanique à des températures supérieures à celles comprises dans la gamme de travail à chaud du métal, l'outil peut être maintenu à une température où l'écrouissage peut être réduit et où le métal peut être adouci de façon mar- quée à son interface, en vue de réduire l'arête par agglutination. Lorsqu'on chauf- fe l'outil à des températures encore plus élevées, on peut éliminer dans une gran- de mesure la tendance à l'apparition d'une arête par agglutination.
Là où l'outil ne peut pas être chauffé jusqu'à des températures comprises dans la gamme ci-des- sus, il est encore avantageux de chauffer cet outil à une température intermédiai- re, de façon que la vitesse requise puisse être réduite, afin d'établir une situa- tion, en ce qui concerne la température, qui soit de nature à réduire l'arête à agglutination.
Ce qui précède se rapporte à l'établissement d'une situation où le métal en cours d'enlèvement est soumis à un traitement thermique visant à modifier les caractéristiques de ce métal d'une manière propre à empêcher les agglutinations sur l'arête tranchante de l'outil. Sans le préchauffage du métal, la température de régime requise est atteinte, comme dans le cas de l'acier, lorsque le métal est avancé à travers l'outil de raclage à une vitesse d'environ 200 pieds par minute, ou une vitesse supérieure. Ceci représente une vitesse exceptionnellement élevée comparativement à celle pratiquée dans les opérations de raclage à ce jour.
Lorsque le métal est préchauffé, la température requise peut être obtenue à des vitesses moins élevées en conséquence.
De plus, il a été constaté que les difficultés dues à l'agglutination de métal soudé au bord tranchant de l'outil peuvent également être évitées lorsque la matière constitutive du produit en travail est avancée à travers l'outil de raclage, en vue de l'enlèvement du métal, à des vitesses exceptionnellement rédui- tes. L'expression "vitesses réduites" utilisée ici, est censée s'appliquer à une vitesse linéaire de l'avance du métal inférieure à 35 pieds par minute et située de préférence dans les limites comprises entre 5 et 20 pieds par minute.
L'explication la plus plausible de la diminution de l'arête à agglu- tination aux vitesses réduites réside dans la durée dont dispose un lubrifiant ou l'atmosphère pour réagir avec la matière constitutive du produit en travail, lorsque ce dernier traverse la zone de coupe. Aux vitesses élevées, le lubrifiant
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qui se dirige vers la zone intéressée risque d'être emporté avant de pouvoir exer- cer son effet, cet effet consistant généralement en une réaction chimique visant à former un 'lubrifiant solide sur place.
Quelle que soit la raison de ce phénomène, on sait que les difficultés que l'on rencontre lors de l'enlèvement du métal de surface par une opération de raclage, pendant que le produit en travail est avancé à une vitesse linéaire ordi- naire, comprise entre 50 et 100 pieds par minute, n'apparaissent pas lorsque ce produit est avancé vers l'outil de raclage à des vitesses exeptionnellement rédui- tes, de l'ordre décrite Ceci est particulièrement exact lorsque le lubrifiant actif est contenu entre l'outil de raclage et la filière qui lui succède.
Un autre aspect de la présente invention réside dans la constatation que la tendance que manifeste la matière constitutive du produit en travail à s'agglutiner sur le bord de l'outil peut encore être réduite en appliquant des mouvements relatifs supplémentaires entre l'outil et le produit. Dans une solution particulièrement favorable, l'outil est monté de façon à tourner autour de son axe, ce qui constitue un mouvement relatif entre l'outil et le produit. Bien qu'il soit préférable d'assurer un mouvement de rotation continu dans un même sens, les résultats voulus peuvent être obtenus en imprimant à l'outil un dépla- cement dans les deux sens, autour de son axe, sur un arc relativement court, pen- dant que le produit avance d'une façon linéaire à travers l'outil.
Divers moyens peuvent être utilisés pour actionner l'outil de façon qu'il exécute le mouvement de rotation voulu autour de son axe. Diverses hypothèses théoriques peuvent être avancées en ce qui concerne les améliorations obtenues grâce à de tels mouvements relatifs supplémentaires entre l'outil et le produit. Si l'on envisage la solu- tion basée sur la température, décrite plus haut, il est évident que ce mouvement relatif supplémentaire assure un plus grand développement de chaleur, avec élé- vation correspondante de la température de la matière en cours d'enlèvement.
Ceci aboutit à un adoucissement complémentaire de la matière, de sorte que ce dernier est moins susceptible d'être retenu sur la face de l'outil.
La rotation de l'outil, effectuée de la manière décrite, produit l'effet d'un outil ayant' un plus grand angle de dégagement.
Dans le même ordre d'idées, l'effet obtenu par la rotation ou l'os- cillation de l'outil peut aussi être obtenu moyennant une vibration axiale de l'outil. A cette fin, l'outil peut être monté sur un support vibratoire, c'est- à-dire, un support susceptible d'être soumis à des vibrations dans le sens axial.
On sait que l'angle de dégagement peut être augmenté, avec diminution correspondante de l'arête à agglutionation, jusqu'au moment où. l'on doit prendre en considération la longévité de l'outil, étant donné que l'augmentation de l'an- gle de dégagement augmente la tendance de l'outil aux fractures. Ainsi, la rela- tion entre l'angle de dégagement et la longévité de l'outil dépend dans une cer- taine mesure de la matière dont cet outil est constitué. La stabilité constitue également un facteur qui entre en ligne de compte pour la détermination de la mesure dans laquelle on peut augmenter l'angle de dégagement de l'outil, étant donné que l'augmentation de cet angle aboutit à réduire la stabilité de l'opéra- tion de raclage.
Dans la pratique, des angles de dégagement optimum, compris dans les limites indiqu'ées plus haut, peuvent être déterminés à l'aide de quelques essais empiriques, de façon à établir un équilibre entre une diminution de l'arête à agglutination, d'une part, et la,longévité de l'outil, d'autre part.
Un autre aspect de l'invention réside dans la constatation que l'arête à agglutination diminue si l'on augmente la dureté du métal, où la dureté résulte de l'inclusion d'autres matières, contrairement à celle qui est due à l'écrouissa- ge. Conformément aux principes de la présente invention, la dureté du métal est obtenue par un procédé de diffusion, visant à introduire un élément tel que le carbone, l'azote, ou des agents de durcissement analogues, ou du niokel, du chrome, du tungstène, ou des éléments d'alliage durcissants analogues, dans la surface du métal, au moins jusqu'à une profondeur équivalente à l'épaisseur du métal en cours
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d'enlèvement par l'opération de raclage.
Le processus de carburation ou de nitrura- tion habituel peut être employé, en vue de la diffusion de cet élément dans la surface de l'acier ou d'un autre métal, conjointement avec l'opération de raclage, et en avance sur celle-ci. La dureté accrue du métal dans la zone soumise à la coupe a pour effet de diminuer le risque de voir le métal se souder aux surfaces de l'outil dans les conditions considérées.
Lorsque la matière appelée a être diffusée dans le métal, en vue d'aug- menter la dureté de celui-ci, se présente en phase gazeuse ou liquide, par exemple l'azote, il est préférable d'introduire l'azote dans une chambre, en vue de sa réaction avec le métal au niveau de la surface fraîchement attaquée, en vue d'ef- fectuer la diffusion désirée et de durcir la portion de surface mise en contact avec l'outil. De cette façon, seules les surfaxes en contact avec l'outil se dur- cissent de façon à réduire l'arête à agglutination et, indirectement , à réduire de façon marquée le frottement.
A propos des problèmes soulevés par les contraintes qui se manifestent lors de l'opération de tréfilage, le brevet américain ? 2. 233928 de Weaver, décrit un moyen pour vaincre les contraintes dues au renvidage, en rayant la surface du produit en travail par des lignes périphériques espacées les unes des autres et réparties sur toute la longueur du fil de cuivre. Ceci a pour effet de diviser les contraintes de renvidage en segments, qui sont enlevés avec le métal lors de l'opération de raclage ultérieure. Les difficultés que Weaver a rencontrées ont été vaincues pour plusieurs rapports par le procédé suivant l'invention, visant à exécuter l'opération de raclage à grande vitesse, ou par les autres solutions décrites plus haut.
Selon une autre variante de la présente invention, les inventeurs tirant un parti favorable des caractéristiques de résistance obtenues, en vue d'améliorer notablement les propriétés du produit fini, qui résulte de l'opéra- tion de raclage. A titre d'exemple, un des aspects importants réside dans les moyens grâce auxquels des efforts de compression peuvent être amenés à se mani- fester dans le produit fini.
Pendant la marche, le copeau produit au cours de l'opération de racla- ge doit être fendu en vue de son enlèvement.
Ainsi, l'outil exerce une poussée sur le copeau, avec le résultat que ce cernier exerce à son tour une pression sur le métal du produit en travail déterminant ainsi un effort de compression. Ceci s'applique aussi bien aux combinaisons où la filière de réduction suit l'outil de raclage que là où cette filière est en avant par rapport à l'outil en question.
En ce qui concerne les problèmes de stabilité, ce dernier terme, tel qu'utilisé ici, sert à désigner le maintien de conditions dans lesquelles le produi en travail demeure centré dans l'outil de raclage pendant l'enlèvement du métalo Lorsqu'il existe un état d'instabilité, le produit en travail se déplace d'un côté à l'autre lors de son passage à travers l'outil, de manière à donner lieu à l'apparition d'une surface ondulée inopportune. Lorsqu'il existe de telles on- dulations, une trop grande quantité de métal est enlevée d'un côté, tandis qu'une quantité insuffisante de métal est enlevée du côté opposé. Dans des cas particu- lièrement graves, le produit en travail risque même de s'écarter complètement de l'outil de raclage.
D'une part, la manière la plus efficace pour maintenir la sta- bilité consiste à prévoir un vide à contact intime de chaque côté de l'outil de raclage, par exemple une paire de filières emboitées de façon concentrique; d'autre part, on peut aussi réaliser une stabilité grâce à la combinaison des facteurs qui contribuent à augmenter la composante de force frictionnelle entre le copeau et l'outil.
Partant de ce qui précède, une particularité importante de la présente invention réside dans l'établissement de moyens pour maintenir une composante de force radiale ( de friction) positive voulue pendant l'opération de raclage.
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On a constaté que, d'une manière générale, les facteurs qui augmentent la friction aboutissent à augmenter la stabilité et, d'autre part, tendent à augmenter la composante de force radiale. De même, les facteurs qui tendent à produire un fini de surface plus médiocre, conduisent à l'accroissement de la composante radiale et donc à l'augmentation de la stabilité du processus de raclage. Un de ces facteurs consiste en l'emploi d'un outil ayant un angle de dégagement réduit, comme celui ob- tenu par un outil émoussé ou par un outil ayant un angle de dégagement négatif.
Dans la pratique, il est préférable d'employer un outil ayant un angle de dégage- ment compris dans les limites de 0 à 30 , le choix dépendant dans une grande mesure du lubrifiant.
Un autre facteur important réside dans le choix du lubrifiant lui-même.
Plus ce lubrifiant est pauvre et plus le coefficient de frottement est élevé. D' autre part, plus lé coefficient de frottement est élevé et plus la composante de force radiale positive est importante. Ceci assure une plus grande stabilité dans le processus de raclage. Là où la lubrification est censée assurer la stabilité, il peut être avantageux de faire appel à un lubrifiant produisant un effet qui fournit une force radiale plus élevée que lorsqu'il n'y a point de lubrifiant.
Des matières appropriées peuvent être choisies parmi les lubrifiants disponibles dans l'industrie. Le choix approprié d'un lubrifiant peut être opéré à partir des données disponibles en ce qui concerne les divers métaux susceptibles de subir un raclage.
Un troisième facteur réside dans l'épaisseur de la couche enlevée.
Plus cette épaisseur est réduite et plus grande est la force composante radiale positive et relative, et donc aussi la stabilité de l'opération de raclage.
On a constaté que, à côté des solutions visant à adopter des facteurs qui tendent à augmenter le coefficient de friction et à produire un fini de sur- face plus médiocre, l'emploi de briseurs de copeaux adjoints à l'outil a pour ef- fet de réduire la composante agissant dans le sens de l'écartement du produit en travail hors du centre, avec ce résultat que l'on obtient une plus grande stabi- lité. Le briseur de copeaux, qui est disposé dans le trajet du copeau qui s'é- lève le long de la face de l'outil,est attaqué par le copeau de telle. façon que la force résultante est dirigée vers le bas, en direction du produit en travail, de manière à centrer ce dernier.
Le briseur de copeaux peut être constitué sous la forme de saillies qui s'avancent depuis la face de l'outil, ou bien, peut être prévu.séparément et indépendamment de l'outil, tout en étant placé dans une posi- tion dans laquelle il agit sur le copeau lorsque celui-ci s'élève le long de la face de l'outil.
Un changement du contour de l'outil ou une modification apportée à la matière dont ce dernier est constitué exerce un effet notable sur la stabilité.
L'emploi d'une matière moins dure pour la constitution de l'outil produit le même effet que l'emploi d'un lubrifiant médiocre. Par exemple,on obtient une meilleure stabilité par l'emploi d'outils formés en acier rapide,comparativement aux outils formés en acier aux carbures, cela pour le raclage d'un même métal.
On a constaté que la stabilité peut être améliorée en réduisant l'angle de dépouille ou le plat sur l'outil de raclage. Un angle de dépouille négatif aura le même effet qu'une filière de tréfilage, en ce qui concerne le centrage du pro- duit en travail lors de son passage à travers l'outil.
Une portion plane, prévue sur la surface de dépouille, au voisinage de la pointe de l'outil et mesurant 0,01 pouce, ou plus,contribue souvent à assurer la stabi- lité.
Une composante radiale négative peut être tolérée lorsqu'il est fait usage d'un moyen extérieur pour assurer la stabilité. Ainsi, le guide de porte-à- faux, décrit plus haut, peut être employé efficacement pour assurer la stabilité lors du processus de raclage. Plus le guide de porte-à-faux est rapproché de 1' arête tranchante de l'outil de raclage, et plus grande est la force radiale négati- ve qui peut être tolérée.
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Toutefois,le guide de porte-à-faux ne doit pas être suffisamment rapproché de l'outil que pour gêner le détachement des copeaux qui se forment et donc favoriser la formation d'une arête à agglutination. Dans la pratique, il est avantageux que le guide de porte-à-faux soit écarté au moins d'une épaisseur de copeau d'avec 1' arête tranchante de l'outil. D'une part, le guide peut être disposé à une plus grande distance par rapport à l'outil ; il est cependant désirable, d'autre part, de maintenir entre eux une distance comprise entre une à dix épaisseurs de copeau.
Il ressort de la description ci-dessus que l'on a établi divers moyens pour éliminer les difficultés que l'on rencontrait à ce jour lorsqu'il s'agissait d'adopter une méthode rapide et efficace pour enlever du métal de surface d'un pro- duit en travail, comme c'est le cas dans une opération de raclage.
Bien que cha- cune des solutions envisagées soit susceptible à elle seule de fournir les résul- tats recherchés , on peut employer ces solutions en combinaison les unes avec les autres, en vue d'améliorer grandement l'opération de raclage, afin de rendre pos- sible la combinaison du processus de raclage, en vue de l'enlèvement du métal, avec des opérations ultérieures de finissage à froid à grande vitesse, comme cel- les représentées par l'avance continue du métal, venant de l'outil de raclage, à travers une filière de réduction ou d'amincissement, ou analogue.
Il va de soi que l'on peut apporter des modifications aux détails de construction et de fonctionnement, sans s'écarter de l'esprit de la présente in- vention.
REVENDICATIONS.