<Desc/Clms Page number 1>
Perfectionnements aux procédés et appareils pour extruder des métaux cassants.
La présente invention concerne des procédés et des ap- pareils servant à extruder des métaux cassants.
Par le terme métal cassant utilisé dans ce mémoire, on entend un métal qui, à sa température d'extrusion,- donne un produit fissuré lorsqu'il est extrudé dans un milieu maintenu à une pression atmosphérique normale. Il en est ainsi de certains alliages de magnésium et de certains alliages de zirconium qui, lorsqu'ils sont extrudés à froid, c'est-à-dire à température ambian- te., présentent des fissures .
On sait que des métaux qui sont cassants lorsqu'on les extrude à froid à la pression atmosphérique normale ou lors-
<Desc/Clms Page number 2>
qu'on les extrude à des températures légèrement supérieures à la température ambiante dans un milieu maintenu à la pression atmosphérique normale, peuvent au contraire être extrudés à des températures élevées en perdant ces caractéristiques de fragilité qui provoquent le fissurage. On connaît déjà un procédé pour extruder à froid' des métaux qui sont normalement cassants aux températures d'extrusion à froid, par lequel on évite de fissurer le métal. Dans ce procédé, on utilise un appareil d'extrusion hydrostatique dans lequel les métaux cassants sont extrudés par un orifice d'extrusion dans une chambre contenant de l'huile sous pression.
Pendant l'extrusion, l'huile résiste au processus d'extrusion en exerçant une contre-pression sur le métal cassant de sorte que le métal casset extrudé, à sa sortie del'orifice d'extrusion et à son entrée dans la chambre, est maintenu comprimé par l'huile, le degré de compression étant suffisant pour empêcher la formation de fissures dans le métal. De plus, pendant l'extrusion, une billette de métal cassant à extruder peut être entourée par de l'huile qui l'isole des parois de la chambre de l'appareil d'ex- trusion en vue de réduire la friction pendant que la billette avance dans la chambre.
Quoique l'appareil d'extrusion connu permette d'éviter la formation de fissures dans des métaux cassants extru- dés, cet appareil est coûteux parce qu'il est de construction spéciale et compliquée et qu'il nécessite des joints d'étanchéité très efficaces pour empêcher les fuites d'huile. ,
Suivant la présente invention, pour extruder un métal cassant, on l'extrude en surmontant une résistance constituée 'par un métal relativement tendre et ductile qui sert à maintenir le métal -.cassant en compression pendant l'extrusion, le métal ten- dre étant refoulé par le métal cassant sous la pression d'extrusion.
<Desc/Clms Page number 3>
Pour mettre ce procédé en oeuvre, on peut par exemple placer le métal cassant dans une première chambre d'un appareil d'extrusion, et le métal relativement tendre dans une seconde chambre de l'appareil, puis extruder le métal cassant par un premier orifice d'extrusion dans le métal relativement tendre contenu dans la seconde chambre,le métal tendre,sous la pres- sion d'extrusion du métal cassant, étant lui-même extrudé par un second orifice d'extrusion de sorte que le métal tendre résiste à l'extrusion du métal cassant. '
De préférence, le métal tendre fait saillie dans le premier orifice d'extrusion où ilvient en contact avec le métal cassant et est mis sous pression avant le début de l'extrusion du métal. cassant de manière à résister à l'extrusion du métal cassant dès que l'extrusion commence.
Lorsqu'un métal cassant est extrudé de cette manière, une billette de métal cassant à extruder est de préférence aussi placée dans la première chambre et est isolée de la surface' de la chambre, pendant l'extrusion, par une couche annulaire de métal relativement tendre et ductile.
Le procédé peut être mis en oeuvre d'une, autre manière, c'est-à-dire par un procédé d'extrusion dénommé "procédé de rétro-extrusion" o u "inverse" selon lequel on place une billette de métal dans une chambre de l'appareil d'extrusion et on introduit un poinçon dans la chambre pour exer- cer une pression sur le métal à extruder ou pour refouler le métal en sens inverse de celui dans lequel le poinçon se dépla- ce afin de façonner le métal au moyen du poinçon.
Pour appli- quer le procédé de l'invention à cette technique, on couvre une billette de métal cassant, placée dans la chambre, d' u n e couche de métal relativement tendre et ductile également placée dans la chambre et on enfonce le poinçon dans le métal relativement
<Desc/Clms Page number 4>
tendre de manière que ce métal exerce une pression sur le métal cassant afin de l'extruder dans le dit sens inverse.
1,'extrusion du métal cassant provoque l'extrusion du métal relativement tendre par un ou des passages d'extrusion prévus dans le poinçon et dans le corps de l'appareil d'extrusion, le métal tendre résistant à l'extrusion du métal cassant et le maintenant en compression*
Suivant l'invention également, un appareil d'extrusion comprend une première et une seconde.chambre et un premier et un second orifice d'extrusion, les chambres et les orifices étant disposés en série et le premier orifice étant associé à la première chambre raccordant cette chambre à la seconde, tandis que le second orifice est associé à la seconde chambre.
Les orifices sont de préférence mobiles l'un par rapport à l'autre ente des positions relativement proches et relativement largement espacées l'unede l'autre de manière à modifier effectivement la capacité de la seconde chambre mesurée entre les orifices, des butées étant prévues pour empêcher les orifices de se rapprocher davantage l'un de l'autre lorsqu'ils se trouvent dans leurs positions relativement proches.
Plusieurs formes d'exécution de l'invention seront décrites ci-après à titre d'exemple avec référence aux dessins annexés dans lesquels: la Fig. 1 est une coupe axiale transversale d'une partie d'un appareil d'extrusion suivant - une première forme d'exé cution de l'invention, montrant les positions des parties de l'appareil avant le début d'une opération d'extrusion; la Fig.'2 est une vue semblable à celle représentée sur la Fig. 1 et montre les positions relatives des parties de 1?appareil après le début de l'extrusion; la Fig. 3 est une vue semblable à celle de la Fig. 1 d'une seconde forme d'exécution;
<Desc/Clms Page number 5>
la Fig. 4 est une vue semblable à celle de la Fig. 2 de la seconde forme d'exécution;
la Fig. 5 est une coupe transversale axiale d'une troisième forme d'exécution montrant une partie d'un appareil d'extrusion suivant la technique de "rétro-extrusion".
Dans une première forme d'exécution, représentée sur les Fig 1 et 2, un appareil d'extrusion 1 comprend un cylindre d'extrusion horizontal 2 qui est divisé en une première chambre 3 et une seconde chambre 4 par une filière 5 coulissant dans le cylindre, les chambres étant disposées en série. La filière est percée d'un premier orifice d'extrusion 6 qui raccorde la première chambra à la seconde. Un piston 7 est axialement mobile dans le cylindre et forme une extrémité de la chambre 3.
Deux bagues d'étanchéité en cuivre 8 de section rectangulaire sont placées en contact étanche avec la surface périphérique du cylindre pour assurer l'étanchéité de la chambre 3, les bagues d'étanchéité encerclant d'une manière étanche une extrémité cylindrique de moin- dre . diamètre 9 du piston et un siège cylindrique 10 prévu sur la filière 5.
Une filière 11 est prévue à l'extrémité de la chambre 4 éloignée de la filière 5 et est percée d'un second orifice d'extrusion 12 qui est placé en série avec le premier. Une douille rigide 13 . est en contact avec la surface du cylindre 2 et porte contre la filière 11, la douille formant une butée qui empêche les frères ¯et.par conséquentles orifices d'extrusion de se rapprocher l'un de l'autre lorsque les orifices se trouvent dans leursposi- tionsrelativement proches, comme décrit ci-après.
L'appareil peut être avantageusement réalisé en partant d'un appareil d'extrusion horizontal classique comprenant la filière 11 et le piston 7 et en modifiant cet appareil par l'intro-
<Desc/Clms Page number 6>
duction¯ de la douille 13 et de la filière5 dans le cylindre.
L'appareil d'extrusion doit être utilisé pour extruder un alliage de magnésium (Magnox AL80) qui est un métal cassant lorsqu'il est extrudé à froid dans un milieu maintenu à la pression-atmosphérique normale, l'extrusion de l'alliage s'effectuant de la première à la seconde chambre par l'orifice 6.
Afin d'extrader l'alliage de magnésium aux tempé- ratures atmosphériques normales jusque 1/5 de sa section initiale, tout en évitant le fissurage désavantageux de l'alliage, on sait par expérience qu'une contre-pression de 7,9 kg/mm2 suffit* Pour un métal donné quelconque relativement tendre et ductile utilisé pour exercer la contra pression, la contre-pression dépend en partie de la diminution de section "r" (c'est-à-dire la diminution d la section du métal tendre pendant l'extrusion exprimée par une fraction de la section initiale du métal tendre dans la chambre 4). Dans un procédé commode pour déterminer approximativement ce rapport, on utilise l'expression
Y = a + b log e (1/1-r) mentionnée dans un article intitulé:
"La pression nécessaire pour extruder à froid une barre lubrifiée par des filières carrées de réduction modérée à des vitesses faibles" et publié à la page 403 de The Journal of the Institute of Metals", volume 85. Dans cette expression, "P" représente la pression d'extrusion du métal tendre, "Y" est sa limite d'élasticité et "a" et "b" sont des constantes qui peuvent être déterminées de la façon décrite dans l'article précité.
Dans la présente forme d'exécution où le métal tendre utilisé pour appliquer la contre-pression est du plomb, la valeur de "Y" est 1,97 kg/mm2 de sorte que l'on obtient des valeurs théoriques dessections relatives qui sont établies par des diamètres de 6,73 mm et 19 mm, respectivement, pour l'orifice 12 et pour la chambre 4 dans la douille 13.
En pratique, il peut
<Desc/Clms Page number 7>
être nécessaire d'ajuster légèrement ces dimensions pour obtenir une contre-pression qui empêche complètement tout fissu.- rage de l'alliage de magnésium.'
Pour utiliser l'appareil de l'invention, après avoir retire le piston et la filière 5, on place un volume de plomb 14 dans la chambre 4, le plomb remplissant complètement la chambre et s'étendant au delà de l'extrémité de la nouille 13 éloignée de la filière 11. On introduit alors la filière 5 dans le cylindre et on la déplace le long de ce dernier jusqu'à ce qu'elle vien-,, ne en contact avec le plomb 14 et, dans cette position, la filière 5 est espacée de la douille comme le montre la Fig.
1 et les fi- lières occupent leurs positions largement espacées, comparées aux positions relativement proches qu'elles occupent ultérieurement.
On place alors une billette 15 d'alliage de magnésium (Magnox AL80) dans la chambre 3, la billette étant noyée dans du métal relativement tendre 16, par exemple du plomb qui sépare la billette de la surface 2 du cylindre. On réintroduit le piston dans le cylindre, les parties ae l'appareil ainsi que les métaux occupant les positions représentées sur la Fig. 1.
Pendant que le piston se déplace le long du cylindre, il vient d'abord en contact avec le plomb 16 puis continue à se déplacer dans le cylindre pour refouler le plomb 16, la billette et la filière 5 vers la filière 11.
Pendant ce déplacement, le plomb 14 est repoussé par la filière 5 jusqu'à ce qu'il vienne en contact avec la billette 15 et il est ensuite soumis à une pression progressivement croissante qui, lorsqu'elle atteint la valeur de la contre-pres- sion d'extrusion "P", provoque l'extrusion du plomb par l'orifice 12 et oblige le plomb à exercer également une contre-pression Initiale sur l'extrémité de la billette placée dans l'orifice 6.
<Desc/Clms Page number 8>
A inesure que le piston continue à se déplacer dans le cylindre, la filière 5 vient contre l'extrémité adjacente de la douille 13 qui empêche la filière 5 de se déplacer davantage et limite ainsi le rapprochement de' la filière 5 et de la filière 11. Dans cette position de la filière 5, 'les deux filières occupent leurspositionsrelativement proches.
La billette 15 est alors extrudée à la température atmosphéri- que normale par l'orifice 6 par le déplacement du piston, le plomb 14 exerçant une contre - pression sur l'alliage de magnésium extrudé dès que l'extrusion commence.
Pendant l'extrusion, l'alliage de magnésium est extrudé pour former une longueur extradée 17 (Fig. 2) qui, à sa sortie de l'orifice 6 refoule-le plomb 14 pour l'extrader par l'ori- fice 12, le plomb 16 agissant pour réduire le degré de friction entre la billette et la surface du cylindre. La contre-pression du plomb 14 sur la longueur 17 pendant sa formation maintient cette longueur en compression et l'empêche de se fissurer longi- tudinalement.
Dans une seconde forme d'exécution représentée sur les Fig. 3 et 4, un appareil d'extrusion comprend un extrudeur horizontal classique 18 comportant une première chambre 19 des- tinée à contenir une billette de métal cassant tel que de l'al- liage de magnésium (Magnox AL80) à extruder à la température atmosphérique en substance normale. Une filière d'extrusion
20 est fixée en contact étanche avec l'extrudeur à une extrémité de la chambre 19, la filière comportant un premier orifice d'ex- trusion 21.
Deux bagues d'étanchéité en cuivre 22 de forme rec- tangulaire en coupe axiale sont placées en contact étanche avec la surface périphérique 23 de la chambre 19, ces bagues entourant étroitement une partie d'extrémité cylindrique de moindre diamètre 24 d'un piston 25 de l'extrudeur et un siège cylindrique 26 de la.
<Desc/Clms Page number 9>
filière 20.
L'appareil comprend également un pot 27 pour le plomb. : Le pot 27 forme une seconde chambre 28 qui est en substance cylindrique et qui va jusqu'à une extrémité 29 du pot, l'autre extrémité du pot étant pourvue d'une filière 30 comportant un second orifice d'extrusion 31. Le pot 27 est fixé de façon détachable sur l'extrudeur 18 de sorte que l'orifice 21 s'ouvre dans la chambre 28, Fig. 3 et 4. Le pot peut être monté à cou- lisse sur plusieurs broches de montage 32 sur lesquelles il peut être déplacé (par des moyens automatiques non représentés) entre une position dans laquelle une aisance 33 existe entre l'extrudeur et le pot et une position dans laquelle le pot se trouve en contact étanche avec l'extrudeur.
Dans cette dernière position, l'extrémité 29 du pot forme une butée servant à limiter le rapprochement des filières 20 et 30 et ainsi des orifices 21 et 31.
Pour utiliser l'appareil, on place une billette 34 d'alliage de magnésium dans la chambre 19 après avoir retiré le piston 25, la billette étant noyée dans du métal relativement tendre 35, par exemple du plomb qui isole- la billette de la surface 23 de la chambre de l'extrudeur. On réintroduit ensuite le piston 25 dans la chambre 19.
Les sections de la chambre 28 et de l'orifice 31 étant fixées pour produire la réduction de section requise "r" déterminée de la façon décrite dans la première forme d'exé... cution, afin d'établirla contre-pression nécessaire pour empêcher , l'alliage de magnésium ae se fissurer après extrusion, le pot 27 est complètement rempli de plomb 36, à partir de son extrémité 29. Le pot est monté sur les broches 32 dans la position repré- sentée sur la Fig. 3 et l'aisance 33 est établie entre l'extru- deur et le pot.
Dans cette position, les filières sont largement
<Desc/Clms Page number 10>
espacées l'une de l' autre. On acticone ensuite le dispositif automatique pour repousser le pot vers l'extrudeur jusqu'à ce que l'extrémité 29 du pot vienne en contact étanche avec l'extrudeur comme le montre la Fig. 4, les filières étant alors dans leurs positions relativement proches.Pendant ce déplacement du pot et en raison du fait que le plomb 36 part de l'extrémité du pot dans la position représentée sur la Fig. 3, le plomb est soumis à une pression croissante qui, lorsqu'elle atteint la valeur de la contre-pression d'extrusion "P" provoque l'extrusion du plomb par l'orifice 31 et exerce une contre-pression initiale sur l'extrémité de la billette placée dans l'orifice 21.
La billette 34 est alors extrudée à la température atmosphérique normale par l'orifice 21 au moyen du piston et d'une man@ere semblable à celle décrite dans la première forme d'exécution, l'alliage de magnésium étant extrudé en une longueur 37 qui est maintenue en compression par le plomb 36 et qui est empêchée de se fissurer. Après extrusion, on détache le pot 27 de l'extrudeur pour pouvoir retirer la pièce extrudée 37 de l'intérieur du plomb 36.
Avec le procécé décrit dans chacune des deux formes d'exécution,dans lequel on utilise un métal relativement tendre et ductile pour exercer la contre-pression pendant l'extrusion, un appareil d'extrusion compliqué tel que celui utilisé dans les cas où l'huile procure la contre-pression nécessaire, n'est pas requis.
Au contraire, l'appareil d'extrusion décrit dans la première et .la seconde forme d'exécution est de construction relativement simple'du fait qu'il comprend un extrudeur horizontal classique (qui n'aurait pas pu être utilisé précédemment avec 'succès pour extruder les métaux cassants à froid) modifié de la façon décrite pour pouvoir effectuer une telle extrusion d'une manière satisfaisante. On comprendra que les ex-
<Desc/Clms Page number 11>
trudeurs classiques existants utilisés actuellement peuvent être modifiés de cette manière et à relativement peu de frais pour exécuter la même fonction que l'appareil d'extrusion hydrostatique coûteux bien connu.
De plus, comme l'agent de séparation pour le métal cassant avant l'extrusion n'est pas de l'huile mais du métal le problème de l'étanchéité dans l'appareil d'extrusion des formes d'exécution qui précèdent n'est pas aussi aigu que dans l'appareil hydrostatique connu. Comme décrit, des bagues d'étanchéité métalliques ordinaires suffisent pour assurer l'étanchéité.
Outre que le plomb qui entoure la billette diminue la friction, comme décrit plus haut, on obtient un autre avantage du fait que la billette ne doit pas être façonnée aux dimensions ou à la forme limite qui seraient nécessaires si la billette devait s'ajuster à coulisse dans sa chambre.
Un autre avantage est que, comme l'alliage de magnésium est extrudé à la température atmosphérique normale, on obtient de meilleures conditions en surface que lors d'une extrusion à des températures élevées et la pièce extrudée se trouve dans un état écroui.
.Dans une troisième forme d'exécution représentée sur la Fig. 5, un appareil servant à extruder du métal cassant par un processus de rétro-extrusion ou d'extrusion inverse comprend un pot 38 comportant une chambre cylindrique 39 destinée à contenir une billette en alliage de magnésium et un poinçon 40 comportant un corps cylindrique principal 41 de diamètre légèrement inférieur à celui de la chambre cylindrique du pot. Le corps
41 du poinçon se termine par une extrémité avant 42 de moindre diamètre que le corps,.
Pour utiliser cet appareil, on place une billette 43 en alliage de magnésium au.fond de la chambre 39, le diamètre
<Desc/Clms Page number 12>
de la billette étant tel qu'elle est en contact avec la surface de la chambre. Avant l'extrusion, la surface supérieure de la billette occupe la position 44 représentée en traits de chaînette sur la Fig. 5. On couvre ensuite la billette d'une couche 45 de métal relativement tendre et ductile tel que. du plomb.
Pour effectuer l'extrusion, on enfonce initialement le poinçon vers le bas à travers la couche 45 en contact avec la billette 43. Pendant ce déplacement, la couche de plomb 45 est refoulée par le poinçon et une certaine quantité de plomb est extrudée par une aisance 46 formée entre le poinçon et la surface de la charbre. le plomb est par conséquent soumis à une pression d'extrusion et exerce donc une contrepression sur la billette 43. Cela étant, lorsque le poinçon vient en contact avec la billette pour l'extrader, la billette est déjà maintenue en compression par le plomb.
Pendant que le poinçon continue à descendre, l'extrémité 42 refoule l'alliage de magnésium et forme ainsi un trou borgne 47 de la forme requise dans la billette, l'alliage refoulé étant extrudé entre le poinçon et la surface 39 par un déplacement en sens inverse de celui du poinçon-qui descend (comparer la position finale en traits pleins et la position en traits de chaînette 44 de la billette). A mesure que l'alliage est extruaé, il refoule la couche extérieure de plomb pour provoquer l'extrusion d'une quantité supplémentaire de plomb par l'aisance 46, le plomb exerçant une contre-pression sur l'alliage pendant l'extrusion pour l'empecher de se fissurer.