Procédé pour l'obtention d'une pièce métallique par fluage forcé à froid et machine pour la mise en #uvre de ce procédé. La présente invention comprend un pro cédé pour l'obtention d'une pièce métallique par fluage forcé à froid et une machine pour la mise en #uvre de ce procédé.
On sait qu'en soumettant an métal à une très forte pression, dans un espace clos, dont l'enveloppe présente une ouverture, ledit métal s'écoule par cette dernière et se dé forme comme s'il était visqueux, et cela aussi longtemps que la très forte pression est main tenue, Ce phénomène constitue le fluage tel qu'il est défini dans les dictionnaires.
Par fluage forcé à froid, il faut entendre la possibilité, en soumettant une pièce de mé tal à une très forte pression dans un espace clos, de lui faire prendre la forme de cet espace.
Avec des piesses d'une certaine puissance, on a déjà réalisé la chose sur des métaux re lativement malléables, comme par exemple de l'aluminium.
Il a également déjà été proposé de fabri quer des pièces en un métal dur, soit en acier non trempé, par fluage forcé à froid.
Le procédé que comprend l'invention a pour but d'obtenir par fluage forcé à froid notamment des pièces en acier.
Pour obtenir une pièce métallique par fluage forcé à froid, lorsqu'on a atteint la limite d'écrasement du métal de cette pièce, il y a lieu pour contraindre ce métal à couler et prendre la forme d'un moule, d'augmenter encore d'une certaine quantité l'effort (le com pression exercé sur ce métal.
Or, comme la limite d'écrasement en ques tion est généralement obtenue au point mort de la machine utilisée, par exemple an point mort inférieur d'une presse, il n'intervient, dans des conditions courantes, aucune force nouvelle capable de provoquer le fluage du métal.
Selon le procédé que comprend la présente invention, on obtient une pièce métallique par fluage forcé à .froid au moyen d'une ma chine en emmagasinant. de l'énergie par dé formation élastique dans au moins un organe élastiquement déformable de cette machine, tout. en amenant à sa limite d'écrasement. le métal de la. pièce à obtenir, l'énergie eiïima- gasinée étant utilisée, au moment où cette limite est atteinte, pour donner la forme finale à la pièce.
La, machine que comprend la présente invention et qui permet de mettre ce procédé en aeuvre, présente des moyens moteurs reliés à un outil pour former la pièce à obtenir par au moins un organe élastiquement déforma- ble et capable, non seulement de transmettre l'énergie développée par ces moyens à l'outil, niais d'emmagasiner par .déformation élastique une certaine quantité de cette énergie pour ensuite l'appliquer à cette pièce lorsque ces moy ens moteurs cessent. de transmettre de l'énergie à cet. outil.
Le dessin annelé montre, à titre d'exem ple, quatre formes d'exécution de la machine que comprend l'invention et, de plus, illustre deux exemples d'application du procédé que comprend l'invention.
La fig. 1 est une vue en élévation d'une presse constituant la première forme d'exé cution de la machine que comprend l'inven tion.
La fig. 2 est une vue en coupe et à plus grande échelle de la partie supérieure d'une presse semblable à celle de la fig. 1 et consti tuant la seconde forme d'exécution de la ma chine que comprend l'invention.
Les fig. 3 à 6 représentent respectivement une bande métallique découpée, un flan extrait de cette dernière, une pièce obtenue par fluage forcé à froid de ce flan, et l'outil amovible d'une des machines représentées uti lisé à cet effet.
Les fig. 7 à 10 montrent identiquement la fabrication d'une autre pièce métallique avec un autre outil amovible d'une des machines représentées.
Les fig. 11 à 15 illustrent schématique ment cinq phases de la fabrication de la pièce de la fig. 9.
La fig. 16 est une vue partielle, en coupe, d'une troisième forme d'exécution (le la ma chine que comprend l'invention.
La fig. 17 est une vue partielle, en coupe, d'une quatrième forme d'exécution de la ma chine que comprend l'invention.
La presse représentée à la fig. 1 comprend un socle I muni d'une table 2, surmontée de colonnes 3, entre lesquelles peut glisser une tête 4, an bas de laquelle vient se fixer une partie d'un outil 5.
La source d'énergie actionnant la tête 4 de cette presse pour la faire monter et descendre est un moteur situé dans le socle et actionnant, par l'intermédiaire d'engrenages, deux bielles 6 supportant cette tête.
Les bielles 6 sont en acier étiré et travail lent à la traction sur la tête 4 lorsqu'on com prime une pièce à former. Elles sont dimen- sionnées de faon que pendant que l'on com prime ladite pièce pour amener son métal à sa limite d'écrasement, elles s'allongent tout en restant en dessous de la limite d'élasticité de leur acier.
Cette limite d'écrasement étant atteinte et la presse étant arrivée au plus grand effort qu'elle puisse exercer sur cette pièce, ses bielles 6 étant à la position de point mort, ces dernières, élastiquement allongées, vont rendre l'énergie accumulée par déformation élastique en exerçant une pression sur la pièce à for mer par l'outil 5, pour lui faire prendre sa forme finale, ceci ayant lieu à l'instant où, dans toute autre machine, la pression serait immédiatement relâchée, tant par suite du passage au point mort des bielles, que par suite des déformations d'éléments du bâti de la presse. Cette presse est aménagée pour dé couper la pièce à former dans un ruban mé tallique.
Une pièce exécutée sur cette presse sera donc soumise d'abord à un ehoc au moment de son découpage, suivi d'une compression s'accroissant rapidement et amenant en peu de temps son métal à sa limite d'écrasement en. vue de permettre à ce dernier de couler dans le moule constitué par l'outil, puis à l'instant où cette limite est atteinte, les bielles 6 apportant une force nouvelle en rendant. de l'énergie qu'elles avaient emmagasinée immédiatement. avant, en se déformant élasti- quement, elle prend sa forme finale du fait que son métal s'éeoule dans ce moule sous l'effet de cette force.
Le fait qu*il v a réellement coulée du mé tal dans tous les espaces vides du moule peut facilement être démontré par des rnierophoto- graphies de sections des pièces obtenues.
Dans la seconde forme d'exécution de la fig. ?, il est prévu un seul organe élastique- ment déformable pour emmagasiner de l'éner gie par déformation élastique et la rendre à l'instant du fluage, cet organe est, disposé dans la tête de la presse.
Cette tête est ici désignée par 7, elle s'élève et s'abaisse sous l'action de bielles 8 entre des guides 9.
Dans sa partie inférieure, elle porte une partie d'outil 10, dont il est. possible de ré- filer la hauteur au moyen de la colonne filetée 11.
L'effort reçu des bielles 8 est transmis à l'outil par l'intermédiaire du corps 7 de la tête, du manchon fileté 12 et de la douille métallique 13 reliant ce manchon 12 au man chon 12', dans lequel est vissée la colonne 11.
Cette douille 13 constitue ledit organe élastiquement déformable et est intercalée dans la chaîne cinématique reliant la source d'énergie à l'outil. Elle travaille, contraire ment aux bielles 6 de l'exemple précédent, à la compression. En choisissant la douille 13 en une matière appropriée et en lui donnant des dimensions convenables, comme précédem ment, on emmagasinera, par son intermédiaire, une certaine quantité d'énergie qui sera en suite restituée lorsque la limite d'écrasement du métal de la. pièce à former sera atteinte, pour donner la forme finale à cette pièce.
Cette seconde forme d'exécution est avan tageuse en ce sens qu'il est possible de dispo ser d'un jeu de douilles 13 interchangeables présentant des caractéristiques différentes, adaptables aux différents travaux à exécuter, en sorte lue, suivant l'importance de ces der niers, il sera possible d'introduire dans la téte de la presse une douille 13 capable d'emma gasiner et de restituer plus ou moins d'éner gie et dans un temps plus ou moins court, c'est-à-dire plus ou moins brusquement.
Voici maintenant comment on peut obtenir les pièces par fluage forcé à froid en utili sant l'une ou l'autre des presses que l'on vient de décrire.
Dans l'exemple selon les fig. 3 à 6, il s'agit l'obtenir un tambour de barillet selon la coupe de la fig. 5.
On part pour cela d'un ruban métallique 14, dans lequel on découpe en une opération un flan 15 qui, écrasé entre le poinçon 16 et le noyai 17 de la matrice 18, formera la pièce désirée. La condition à remplir ici est qie le volume total de cette pièce soit égal au volume du flan. On voit du reste que celui-ci est plus épais que la pièce à obtenir. Au mo ment du fluage, cette épaisseur diminue, tan- dis que le métal ayant atteint sa limite d'écra sement coule et remplit l'espace vide subsis tant dans le moule sous l'effet de l'énergie restituée par le ou lesdits organes élastique- ment déformables.
A la fig. 6, on voit le ruban 14 que le poinçon 16 découpe, la pièce 19 constituant l'arracheur.
L'un desdits outils ou moule est donc cons titué par l'ensemble comprenant le poinçon 16, la matrice 18 et le noyau 17.
Les fig. 7 à. 10 montrent d'une manière tout à fait analogue la fabrication d'un pi gnon à fuseaux tel que représenté à. la. fig. 9. Le ruban métallique 20 est découpé en flans 21 et l'on voit aisément comment sont consti tués le poinçon 22, la. matrice 23 et son noyau 24.
Ici, -l'outil comprenant lesdits éléments présente un espace intérieur plus grand que celui nécessaire à, la fabrication de la. pièce désirée, mais on pourra constater qu'avec un tel outil exécuté avec précision, les fuseaux 25 et l'axe 26 de la pièce fabriquée auront toujours exactement une même longueur, le rapport entre la longueur égale des fuseaux et celle de l'axe étant déterminée par leurs diamètres respectifs, c'est-à-dire la résistance que les trous correspondants opposeront au fluage du métal.
Les stades parcourus par le métal, par exemple en cours d'exécution du pignon à fuseaux de la fig. 9, résultent des représenta tions schématiques des fig. 11 à 15, dans les quelles on voit le poinçon 22, la matrice et son noyau représentés par un bloc 23, 24 en une pièce, le flan travaillé et se déformant jusqu'au profil de la pièce terminée, et enfin, cinq positions des bielles 8 (6) de la presse, au voisinage du point. mort actif.
Le premier stade selon la. fi-. 11 est celui où le poinçon qui a déjà découpé le flan com mence à exercer sa pression sur ce dernier. Les bielles sont à 15 avant. le point<I>mort.</I>
Durant. le passage par les stades des fig. 12 et 13, correspondant aux positions 10 puis 5 avant le point mort, des bielles, la pression appliquée au flan augmente très ra pidement, dépasse la limite d'élasticité du flan et produit en fig. 13 une légère déforma tion de ce dernier.
Au stade de la fig. 14, qui correspond à la position de point mort des bielles, le métal du flan a atteint sa limite d'écrasement. A ce moment, l'énergie emmagasinée dans le ou les organes élastiquement déformables de la presse est restituée et exerce sur le flan une pression qui se maintient, par exemple, jusqu'au stade de la fig. 15, où le point mort est dépassé de 2 , en faisant couler le métal du flan pour qu'il remplisse tout le vide qui lui est réservé entre poinçon et matrice, et que la pièce à former prenne ainsi sa forme finale. Dans la troisième forme d'exécution de la machine objet de l'invention, consistant éga lement en une presse, partiellement représen tée à la fig. 16, on retrouve la colonne filetée 11, le manchon fileté 12 et le manchon 12' clans lequel est vissée la colonne 11.
Entre les deux manchons 12 et 12' sont intercalés trois organes élastiquement défor- mables consistant en des douilles concentri ques 27, 28 et 29.
La douille 27, intérieure et de plus petit diamètre, repose sur le manchon 12', tandis que la douille 29, extérieure et de plus grand diamètre, prend appui contre le manchon 12.
L'extrémité inférieure libre de la douille 29 prend appui sur une bride circulaire extérieure 30 d'une extrémité de la douille intermédiaire 28. L'autre extrémité de cette douille 28 est pourvue d'une bride circulaire 31 prenant appui sur l'extrémité supérieure libre de la douille intérieure 27.
On voit aisément que, si les douilles extrêmes 27 et 29 sont comprimées entre les manchons 12' et 12 et les brides 31 et 30, la douille intermédiaire 28 est au contraire sou mise à une extension, les trois douilles consti tuant une chaîne cinématique de trois pièces élastiquement déformées (deux à la compres sion et une il, l'allongement), susceptible d'en- magasiner de l'énergie jusqu'au point mort des bielles de la presse, puis de rendre cette énergie à chaque passage de ce point mort. Travaillant ainsi en quelque sorte en série, les trois douilles concentriques 27, 28, 29 rempla cent un tube trois fois plus long.
La quatrième forme d'exécution, selon la fig. 17, est une inversion de celle selon la fig. 2, en ce sens qu'ici, un organe élastique- ment déformable, constitué par une douille 32 dont les extrémités se terminent par une bride 33, respectivement 34, est soumis à une exten sion au lieu d'une compression, comme c'est le cas pour la seconde forme d'exécution de la fig. 2.
Un fait intéressant à noter est que la du reté du métal d'une pièce obtenue par fluage à froid est toujours supérieure à celle du mé tal non travaillé, l'augmentation de la résis tance étant la plus importante au centre de la déformation plastique et diminuant gra duellement en s'éloignant de ce centre.
Voici maintenant quelques chiffres déter minés par la pratique et destinés à fixer l'ordre de grandeur des pressions et autres facteurs entrant en jeu dans des exemples d'application de la mise en #uvre du procédé que comprend l'invention.
La pression exercée sur le métal de la pièce à former, correspondant au stade de la fig. 14 et que l'on désignera par pression initiale maximum, sera environ de: 175 kg/mm2 pour de l'acier doux, 100 kg/mm2 pour du laiton, 50 kg/mm2 pour de l'aluminium. Les organes élastiquenient déforniables, accumulateurs d'énergie, seront choisis selon la. grandeur des pièces à former et la pression initiale maximum.
Pour le travail d'un flan en acier doux de 8 mm de diamètre, dont un côté présente une surface d'environ 50 m1112, de 3 mm d'épais seur, avec une résistance à. la rupture d'envi ron 50<B>kg</B> par 11111i'= et une limite d'élasticité d'environ 30 kg par inm2, l'effort maximum à produire pour atteindre la limite d'écrase ment sera de 175 X 50 = 8750 kg.
Dans le cas d'un flan en aluminium de 18 mm de diamètre, dont un côté présente une surface d'environ 255 mm2, de 2 mm d'épais seur, avec une résistance à la rupture de 9 kg par mm2 et une limite d'élasticité de 3 kg par mm2, ledit effort maximum à produire pour atteindre la limite d'écrasement sera de 50 ¿ 255 = 12 750 kg.
Si maintenant on utilise une douille élasti- quement déformable telle que la douille 13 de la fig. 2, ses dimensions pourront être choi sies d'après le tableau suivant:
EMI0005.0003
Pour <SEP> un <SEP> effort <SEP> Diamètre <SEP> Épaisseur
<tb> maximum <SEP> de:
<SEP> extérieur <SEP> de <SEP> de <SEP> la <SEP> paroi <SEP> Longueur
<tb> la <SEP> douille
<tb> mm <SEP> mm <SEP> mm
<tb> 7 <SEP> tonnes <SEP> 73 <SEP> 1,5 <SEP> 210
<tb> 10 <SEP> tonnes <SEP> 74 <SEP> 2 <SEP> 210
<tb> 15 <SEP> tonnes <SEP> 76 <SEP> 3 <SEP> 210
<tb> 20 <SEP> tonnes <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> 4 <SEP> 210 Ces chiffres correspondent à des douilles 13 faites d'un acier ayant une résistance à la rupture de 50 à 60 kg par mm2 et une limite d'élasticité de 35 à 40 kg par mm2, la charge pratiquement admissible étant de 20 à 23 kg par mm2.
L'énergie emmagasinée par la déformation élastique de ces douilles, soit par une réduc tion de longueur de ces douilles, lorsque l'effort maximum est atteint, est suffisante pour assurer la continuation du mouvement du poinçon nécessaire au moulage de la pièce à obtenir. Ce moulage est donc réalisable, parce qu'au moment où la limite d'écrasement du métal est atteinte, il subsiste une réserve d'énergie que l'organe élastiquement déforma- ble rend au flan en l'obligeant à remplir tons les vides du moule.
lie tableau ci-après donne les dimensions des diverses douilles d'un assemblage télesco pique, comme celui de l'exemple de la fig. 16, pour des efforts maximum égaux à ceux prévus précédemment:
EMI0005.0008
Pour <SEP> un <SEP> effort <SEP> Douille <SEP> Diamètre <SEP> Épaisseur <SEP> Lon maximum <SEP> de:
<SEP> extérieur <SEP> de <SEP> la <SEP> paroi <SEP> gueur
<tb> mm <SEP> mm <SEP> mm
<tb> 7 <SEP> tonnes <SEP> 27 <SEP> 72 <SEP> 1,5 <SEP> 180
<tb> 28 <SEP> 78 <SEP> 1,5 <SEP> 180
<tb> 29 <SEP> 82,5 <SEP> 1,25 <SEP> 180
<tb> 10 <SEP> tonnes <SEP> 27 <SEP> 73 <SEP> 2 <SEP> 180
<tb> 28 <SEP> 77,5 <SEP> 1,75 <SEP> 180
<tb> 29 <SEP> 83,5 <SEP> 1,75 <SEP> 180
<tb> 15 <SEP> tonnes <SEP> 27 <SEP> 72,5 <SEP> 3,5 <SEP> 180
<tb> 28 <SEP> 80,5 <SEP> 2,75 <SEP> 180
<tb> 29 <SEP> 89 <SEP> 2,5 <SEP> 180
<tb> 20 <SEP> tonnes <SEP> 27 <SEP> 74 <SEP> 4 <SEP> 180
<tb> 28 <SEP> 82 <SEP> 3,5 <SEP> 180
<tb> 29 <SEP> 89 <SEP> 3 <SEP> 180 L'acier einploz-é avait les mêmes caracté ristiques que celui cité dans l'exemple précé dent.
La longueur effective utile de l'assenn- blage télescopique est de 460 mm et produira une déformation élastique finale proportion nellement plus grande, toutes conditions égales, que pour une douille simple.
Cela présente l'avantage de réduire le choc .et l'usure des outils.
On utilisera .de préférence un assemblage télescopique, lorsque l'épaisseur du flan est faible, par exemple de L'ordre de 1 mm.
Lorsqu'on utilise d'autres organes élasti- quement déformables que lesdites douilles, il est indiqué de les choisir avec des caractéristi ques ressemblant à celles obtenues avec ces douilles.
Dans le cas de flans en acier doux, il a été déterminé par des essais que dans tous les cas où le métal déplacé dans l'article terminé excède 30 à 401/o du volume total, il est pré iérable de travailler un flan plus grand que nécessaire, de manière si possible à ne pas dé passer ce pourcentage, la matière en excès étant ensuite enlevée de l'article terminé. Il est également préférable de prévoir des flans dont les surfaces en contact avec les outils soient planes sur au moins 50 à 70% de leur étendue, ou à défaut, de prévoir le flan plus grand que nécessaire. Avec l'aluminium, il est facile de déplacer jusqu'à 80% du métal et avec le laiton 45%.