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"Perfectionnements à la fabrication des écrous et autres objets analogues"
La présente invention est relative à la fabrication des éorous et autres objets analogues par un procédé de travail à froid,,'
On a déjà propôsé de fabriquer des écrous en cisaillant des ébauches à partir d'une barre ou tringle d'une certaine longueur, en enfermant les ébauches dans des matrices de forme hexagonale (ou de toute autre forme polygonale), en enfonçant des poin-
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çons dans les ébauches suivant l'axe de celles- ci à partir de leurs faces opposées de manière à refouler le métal vers l'extérieur dans la ma- trice polygonale (et à percer partiellement un trou axial)
et enfin en poinçonnant ensuite la cloison ou lame de métal restée entre les deux premiers poinçons afin d'achever la formation du trou axial.
De grandes difficultés ont été rencontrées lorsqu'on a essayé d'appliquer ce procédé au métal froid. On a reconnu q'il était très difficile, sinon impossible, d'obliger le métal à s'écouler vers l'extérieur dans les angles de l'écrou à l'intersection de deux quelconques des faces planes et des faces supérieure ou infé- rieure.
Le métal peut être refoulé plus facile- ment vers l'extérieur, dans les angles, si l'on emploie des poinçons relativement pointus mais, dans ce cas, il reste dans l'ébauche une plus grande longueur ou épaisseur de métal à enlever lors du poinçonnage final du trou axial et le métal tend à s'arracher au lieu de se laisser couper nettement au cours de cette opération ; il reste, en conséquence, des creux ou des criques qui s'étendent vers l'extérieur, au delà du dia- mètre que l'on désire donner au trou axial.
Il en résulte la nécessité de donner aux poinçons une forme relativement émoussée ou obtuse et si l'on tente d'enfoncer de force de tels poinçons trop près l'un de l'autre dans l'ébauche pour obtenir un refoulement ou écoulement du métal suffisant pour remplir la matrice, l'épaisseur de métal qui subsiste dans l'ébauche, entre les
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par deux poinçons, se trouve durcie poux le travail dans une mesure telle qu'.elle rend impossible un travail prolongé des poinçons sous la pression considérable de forgeage.
Une autre difficulté que l'on rencontre dans la mise en oeuvre d'un tel procédé est due à la rupture des poinçons lorsqu'on veut les extraire, rupture produite par le serrage ou le coincement du métal autour de la surface exté- rieure du poinçon. Dans la construction adoptée jusqu'ici, le poinçon était fixé à (ou faisait corps avec) la partie de l'outil formant épaulement et venant finalement en contact avec la face de l'ébauche d'écrou pour l'aplatir, Avec ce type d'outil, lorsque la pression d'aplatissement est exercée sur la face de l'ébauche par l'épaulement précité, la dite pression provoque le refoulement du métal de l'ébauche : ce métal exerce alors une action de blocage sur l'extrémité, de diamètre réduit, du poinçon qui se trouve, par là même, noyé ou encastre dans l'ébauche.
Cet effet de blo" cage est tellement prononcé qu'il rend presque impossible l'extraction du poinçon du trou sans que se produise la rupture dudit poinçon qui se sépare du reste de l'outil, à moins qu'on ne donne à la surface du poinçon une forte dépouille. Mais une telle dépouille est, bien entendu, à éviter car elle augmente notablement la longueur de la surface d'attache du bouchon de métal restant dans l'ébauche et rend plus difficile le poinçonnage final du trou sans que la matière ait tendance à se briser dans le trou.
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On a également essayé de remédier à ces difficultés en donnant initialement à l'ébauche, sur ses deux extrémités opposées, la forme d'un dôme de manière à éviter la nécessité de remplir les angles en laissant un chanfrein sur chaque face de l'écrou. mais cet arrondissement des surfaces des extrémités opposées de l'ébauche ne supprime pas les inconvénionts precités car elle ne supprime pas la nécessité d'amener très près l'un de l'autre les deux poinçons à extrémité obtuse et, si on ernploie des poinçons à extrémité plus pointue, l'inconvénient résultant du fait qu'il reste tou- jours une trop grande épaisseur de métal à cisailler pour déboucher le trou axial subsiste toujours ;
ain- si qu'il a été dit, il en résulte la formation de creux au-delà du diamètre que doit avoir le trou axial, ce qui réduit la surface utile dits filets qui seront formés ultérieurement sur la surface dudit trou. De plus, cette solution ne convient pas parce que l'écrou à double chanfrein ainsi produit ne constitue pas un produit aussi satisfaisant qu'un écrou dans lequel les angles entre les faces polygonales planes et la face inférieure ont été remplis par refoulement dans la matrice.
Conformément à la présente invention les difficultés ci-dessus exposées sont évitées en amenant le métal refoulé ou matricé à remplir d'abord une partie de la matrice, puis une autre partie et aussi en maintenant l'ébauche et en agissant sur elle pendant chaque opération de manière telle que le métal ne soit jamais complè- tement enfermé (c'est-à-dire en contact avec les
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parois de la cavité de la matrice), mais qu'il puisse s'écouler librement à tout moment, dans un sens ou dans un autre, grâce à quoi les pres- sions développées dans le métal sont exactement limitées à la valeur nécessaire à l'écoulement (ou refoulement) du métal dans un espace libre ou ouvert : on évite ainsi @@ la détérioration ex- cessive des outils et le blocage ou coincement du métal autour des poinçons ou outils.
Le procédé de fabrication d'é- crous ou objets analogues par travail de matriçage à froid qui fait l'objet de l'invention comporte le refoulement d'une ébauche dans les limites d'une matrice par perçage axial, avec formation d'au moins un trou borgne dans l'ébauche, la surface par laquelle pénètre l'outil restant libre et un trou axial étant formé à travers l'ébauche en débou- chant, par poinçonnage, le trou percé en premier lieu.
Le procédé comprend de préférence une opé:. ration consistant à façonner la face extrême de l'ébauche avant le poinçonnage de celle-ci, ledit façonnage étant effectué en exerçant une pression sur l'ébauche pendant qu'une partie au moins du premier trou est laissée libre du côté interne afin de permettre l'écoulement (ou refoulement) de tout /dans le trou, excès de métal/étant enlevé au cours du poinçonna. ledit excès de métal ge final.
L'expression "travail à froid" est employée ici avec son sens habituel : elle s'applique à un travail exécuté à une température inférieure à la température de grossissement rapide du grain ou de recristallisation; mais l'in- vention est d'une application plus particulièrement
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avantageuse et utile dans le cas des températures les plus basses dans la limite de celles du tra- vail à froid car, à ces basses températures, allant jusqu'à 200 ou 250 C. environ, on évite les diffi- cultes dues aux calamines, au coincement dans les matrices et au retrait; de plus le problème du cisaillement du métal restant, pour achever le dé- bouchage du trou, problème que la demanderesse a résolu, reçoit ainsi une solution encore plus satisfaisante.
Sur le dessin annexé, on a repré- senté schématiquement les phases successives du procédé objet de l'invention
La figure 1 est une coupe d'un jeu d'outils pour amorcer le façonnage d'une ébau- che;
La figure 2 est une coupe faite sensiblement par 2-2 de la figure 3 ;
La figure 3 est une coupe verti- ce.le à travers une matrice, coupe montrant une ébauche en place dans ladite matrice et un poinçon dans la position qu'il occupe avant de venir en prise avec l'ébauche;
La figure 4 est une vue semblable à celle de la figure 3 mais montrant le poinçon à la fin de sa course de refoulement, l'ébauche étant représentée en coupe;
La figure 5 est une vue montrant la phase suivante du procédé, avec l'ébauche main- tenue dans une matrice et un poinçon à la fin de sa course;
La figure 6 est une coupe mon- trant les outils.pour achever l'ébauche;
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La figure 7 est une coupe/semblable à cel- le de la figure 4 mais montrant les outils pour la réalisation de la première phase dans une variante du procédé; .
La figure 8 est une coupe par 8-8 de la figure 7;
La figure 9 est une coupe des outils pour la seconde phase de la variante du procédé;
La figure 10 est une vue en élévation latérale d'une ébauche d'écrou terminée;
La figure 11 est une coupe d'un jeu d'ou- tils pour la réalisation de la phase de refoulement conformément à une variante de l'invention;
Les figures 12 et 13 sont des coupes montrant des variantes de jeux d'outils pour la se- conde opération;
La figure 14, enfin, est une coupe d'un autre dispositif modifié qui peut être utilisé aussi pour le poinçonnage.
Les figures 1 à 6 inclusivement montrent des outils qui peuvent être utilisés pour la mise en oeuvre du mode de réalisation préféré du procédé objet de 1'-invention.
On forme d'abord des ébauches a de toute manière appropriée, le plus souvent en cisaillant des morceaux de faible longueur dans une barre ou tringle.
Les ébauches sont d'abord travaillées pax une matrice 15 et par un poinçon 16 coopérant avec la dite matrice pour dresser la face inférieure de l'ébauche et pour former un chanfrein ou un congé h sur la face supé- rieure. L'ébauche est ensuite transportée par tous /(fendue ou moyens convenables à une matrice hexagonale/pour la en une seule première phase de refoulement. Dans le mode d'exécu- pièce)
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tion figuré, la matrice 18 comporte une bague 19 presentant un alésage cylindrique 20, bague main- tenue dans une gorge 21. Un piston cylindrique 22 présentant une face supérieure plane 23 s'ajuste dans l'alésage 20 de la bague 19 et coulisse de préférence pour assurer l'éjection de l'ébauche.
Un outil 24 est guidé de manière à se mouvoir sui- vant l'axe de la matrice, à l'intérieur de celle- ci ; il comporte un poinçon de perçage 25 qui lui est raccordé par un épaulement conique 26.
L'ébauche à est d'abord saisie dans la matrice 18 et l'on fait descendre l'outil 24 de manière à obliger le poinçon de perçage 25 à pénétrer dans la face supérieure de l'ébauche et à refouler celle-ci dans la matrice hexagonale 18, tout en'laissant un trou dans ladite ébauche.
L'opération de refoulement est conduite de manière à obliger le métal à se répandre radialement vers l'extérieur jusqu'à la paroi interne de la matrice et à s'écouler d'abord vers la face plane 23 du piston 22. Cet écoulement du métal vers la surface 23, qui forme la face inférieure de l'ébauche d'écrou, assure le remplissage, par l'ébauche, des angles de la matrice au voisinage de la surface in- férieure ; il oblige de même le métal à s'écouler jusqu'au contact de l'anneau 19 qui est à une certaine distance, dans le sens du rayon, au-dessus de la face 23 du piston :
il en résulte la forma- tion d'un retrait annulaire ménageant une sorte de rondelle sur la face inférieure de 1'écrou, En raison du fait que la pression exercée sur lé métal pour le perçage est concentrée et dirigée par le poinçon 25 vers la face inférieure de l'ébauche,
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cette partie de la dite ébauche est complètement refoulée dans les creux de la matrice qu'elle rem- plit en formant des angles vifs et nets.
L'écoulement voulu du métal est produit en enfonçant le poinçon 25 sur une longueur supérieure à la moitié de la longueur de l'ébauche suivant son axe; la forme donnée au poinçon, forme qui a pour effet de diriger la pression vers les angles inférieurs de l'ébauche, concourt à assurer l'écoulement précité. Pendant l'opération de per- çage la surface supérieure de l'ébauche est libre et non enfermée, ce qui permet au métal de s'écouler vers le haut à l'intérieur de la matrice et ce qui s'oppose à une élévation de la pression du métal suffisante pour endommager les outils. Un petit bourrelet de métal est formé sur la surface supé- rieure de l'ébauche, autour du poinçon 25, par l'ac- tion de perçage.
On permet à ce bourrelet de se former librement pour éviter le blocage du métal autour du poinçon 25. A la fin de la course de l'outil 24, il reste dans l'ébauche une épaisseur f de métal en regard et en avant du trou ,Ç..
L'outil 24 est alors retiré et l'et* bauche est enlevée de la matrice 18. Cet enlèvement de l'ébauche peut ê tre fait commodément en faisant glisser le piston 22 vers l'avant de manière qu'il agisse comme éjecteur après que l'on a supprimé la pression exercée sur l'ébauche par le poinçon 18.
En cet état l'ébauche est placée dans une matrice 27 établie sensiblement de la même manière que la matrice 18. La matrice 27 peut, si on le désire, être munie d'une bague 28 correspondant à la bague 19 afin d'empêcher la déformation du retrait 1 qui
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a été formé précédemment par la bague 19.
L'ébauche est travaillée dans la matrice 27 par une paire d'outils opposés : l'outil supé- rieure 29 a une face sensiblement plane avec un creux central 30 de diamètre inférieur à celui de l'ouverture c formée dans l'ébauche par le poinçon 25. L'outil inférieur 31 est muni d'un poinçon de perçage 32 raccordé audit outil par un épaulement conique 33.
La face plane de l'ou- til 29 Bst abaissée contre la surface supérieure de l'ébauche et le poinçon de percage 32 est enfoncé de force dans l'ébauche à partir de la sur- face inférieure; La pression exercée par l'outil a pour effet d'aplatir le bourrelet e qui s'é- tait formé sur la / surface supérieure de l'é- bauche, le métal dudit bourrelet s'étalant vers l'extérieur, dans une certaine mesure, pour aider au remplissage des angles adjacents à la surface supérieure de l'ébauche; le métal en excès peut s'écouler librement aussi dans le trou c.
Le poinçon 32 est enfoncé de force dans l'ébauche sur une longueur supérieure à la moitié de la /et aussi longueur de l'ébauche suivant son axe; il provoque suivant l (axe un refoulement radial du métal vers l'extérieur /
25 de manière à remplir les angles de l'ébauche au voisinage de la surface supérieure, en formant un trou g qui part de la surface inférieure de l'ébauche. L'épaulement conique 33 de l'outil 31 pénètre dans l'ébauche sur une faible longueur en formant un biseau ou fraisure h à l'extrémité inférieure du trou g. Un bourrelet de métal se trouve également refoulé sur la surface inférieure par l'action du poinçon. Ce bourrelet est figuré en i; il s'étend vers le bas le long de la surface
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conique 33, comme on le voit sur la figure 5.
L'épaisseur de métal f restant dans l'ébauche en avant du trou ± après la première opération se trouve amincie par l'action du poinçon 32 qui la presse vers la surface supérieure de l'ébauche et qui, dans certains cas, peut la rompre en son centre. La lame (ou tampon) qui subsiste entre les traus . et g est indiquée par la lettre j; elle est rattachée à l'ébauche par sa périphérie sur une longueur (suivant l'axe) sensiblement inférieure à celle par laquelle se trouvait rattachée l'épais** seur de métal f, ce qui facilite le poinçonnage final de la dite lame.
Le refoulement du métal par l'action du poinçon 32 réduit la quantité de métal formant la lame ou tampon'.' en raison du fait qu'une partie dudit métal est refoulée vers l'extérieur et qu'elle vient remplir la matrice au voisinage de la partie supérieure de l'ébauche.
La lame de métal j poussée vers le haut par l'action du poinçon 32 peut, si on le , de ¯1*ébauche, désire, être pressée au-delà de la face supérieure/ dans l'espace formé par le creux 30 de l'outil 29.
Les dimensions de ce creux déterminent dans quelle mesure les pressions peuvent être concentrées pour repousser le métal contre les faces latérales de la matrice à la partie supérieure de l'ébauche. La distance sur laquelle cette opération est exécutée dépend de l'importance du travail nécessaire, pour une ébauche déterminée, pour refouler le métal de l'ébauche dans la matrice, près de sa surface supé- rieure, après l'achèvement de la première opération.
Pendant la seconde opération. on empêche les pressions de s'élever jusqu'à une
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valeur qui aurait pour effet de détruire ou d'en- dommager l'outil : ce résultat est obtenu en lais- sant à découvert des parties de l'ébauche pour per- mettre l'écoulement de tout excès de métal. La face inférieure de l'ébauche est également à découvert et le métal est refoulé sur cette face pour former le bourrelet i. Le trou c,formé par le poinçon 25, est ouvert, lui aussi, ce qui permet au métal de la lame j de s'écouler librement vers la surface supérieure de l'ébauche.
Dans le mode préféré d'exécution de l'invention, le congé b formé au début sur l'ébauche n'est que partiellement refoulé, grâce à quoi l'ébau- che vient sensiblement remplir la matrice près des centres des faces planes du prisme hexagonal et se trouve chanfreinée au sommet des arêtes séparant les faces planes, ainsi que cela est désirable dans l'écrou fini,,
L'ébauche est alors extraite de la matrice 27, par exemple par retrait de l'outil 29 et par éjection au moyen de l'outil 31 que l'on fait avancer, ou de toute autre manière; la dite ébauche est placée ensuite dans une matrice 34 semblable, à tous égards, aux matrices 18 et 27. Une bague 35 peut être prévue dans la matrice 34 pour empêcher la déformation du retrait d.
Un outil 36 comportant un alésage axial 37 de diamètre sensiblement égal à celui que l'on desire donner au trou axial de l'ébau- che d'écrou est descendu contre la surface supérieure de l'ébauche. Un outil correspondant 38 comportant un alésage axial 39 est poussé contre la surface infé- rieure de l'ébauche. Ces deux outils 36 et 38 apla- tissent et finissent les surfaces supérieure et infé- rieure de l'ébauche, le bourrelet i formé par l'outil 31 étant refoulé dans le métal, rendant cette opéra-
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tion, le métal, bien qu'il soit arrêté vers l'ex- térieur par la matrice 34, peut refluer librement dans les trous et g, ce qui fait que les outils 36 et 38 peuvent être rapprochés l'un de l'autre pour délimiter exactement la hauteur que doit avoir l'ébauche d'écrou,
tout le métal en excès de l'é- bauche pouvant refluer dans les trous. Un poinçon emporte-pièce 40 est disposé, de manière à pouvoir coulisser, dans l'alésage 39 de l'outil 38 : ce poinçon sert à couper la lame de métal restant dans l'ébauche et à former ainsi le trou axial. Pendant que l'ébauche est maintenue dans la matrice 34, entre les outils 36 et 38, le poinçon 40 est deplacé en avant; dans ce mouvement, ledit poinçon cisaille le métal et achève la formation du trou axial.
Il est clair que, en poinçonnant la lame ou cloison j et tout excès de métal de l'é- bauche, pour former le trou pendant que la dite ébauche est maintenue saisie dans la matrice 34 et entre les outils 36 et 38, on évite toute déformation, par l'action du poinçon, de l'ébauche préalablement conformée ; de plus, le trou obtenu est d'équerre avec les faces supérieure et inférieure de l'ébauche et son axe coïncide exactement avec celui de la périphé- rie de cette dernière..6. la fin de cette opération, l'ébauche d'écrou finie, telle que la contre la figure 11, peut être éjectée de la matrice 34 par tout moyen approprié et, par exemple, en faisant glisser en avant l'outil 38.
Si on le désire, l'opération d'a- platissement et de finissage des faces extrêmes de l'ébauche peut, bien entendu, être exécutée dans une matrice distincte au moyen de deux pistons opposés à face plane:
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Le procédé a été représénté et décrit dans le cas où les diverses opérations sont exécu- tées dans des matrices séparées. Il est bien enten- du que le procédé n'est, en aucune manière, limité à ce type de machine et qu'il pourrait également être appliqué au typede machine dans lequel une ébauche est introduite dans la cavité d'une matrice et est ensuite amenée par la dite matrice à l'ali- gnement des outils nécessaires à l'exécution des diverses opérations, pour être finalement éjectée de la cavité.
De même, le procédé pourrait être appli- qué à tout autre type d'appareil.
Les figures 7 à 9 montrent des outils pour la mise en oeuvre d'un mode d'exécution modifié de l'invention. Dans cette variante, l'ébauche est saisie dans la cavité d'une matrice fendue 41 et elle est percée simultanément, à partir des faces extrêmes opposées, au moyen de deux outils opposés 44 et 46.
De même que dans le mode de réa- lisation ci-dessus decrit, la matrice peut, si on le désire, être munie d'une bague 42 comportant un épaulement 43 qui fait saillie dans la cavité de la matrice pour former un retrait ménageant une sorte de rondelle sur la face inférieure de l'écrou. L'ou- %il 44 est muni d'un poinçon de perçage 45 et 1'outil 46 est, de même, muni d'un poinçon 47. De préfé- rence, on donne au poinçon 45 une longueur sensible- ment supérieure à celle du poinçon 47 de manière à produire au début un écoulement axial du métal vers la face extrême inférieure et, par suite , à remplir la cavité de la matrice le long des côtés au voisinage de la dite face pour former des angles vifs et nets;
Comme le montre le dessin, les faces planes extrê- mes des outils 44 et 46 sont raccordées aux poinçons
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' '45 et 47 par des parties coniques 55 et 56, respec" tivement, ou de toute autre manière analogue. Comme on le voit sur la figure 7, les faces extrêmes planes des outils 44 et 46 peuvent, si on le désire, être amenées complètement en contact avec les surfaces extrêmes de l'ébauche. Ainsi que cela a déjà été dit plus haut, il est préférable de ne pas déplacer suf- fisamment les outils pour qu'ils exercent une pression, par leurs faces extrêmes, sur les faces extrêmes de l'ébauche, afin d'éviter le blocage du métal de l'é- bauche autour des poinçons.
Dans certains cas, cepen- dant, ainsi qu'on l'a représenté pour ce mode de raali- sation, il est possible d'éviter la déformation des faces extrêmes pendant l'opération de perçage sans détruire les poinçons et l'on peut ainsi supprimer l'une des opérations du procédé conformément au mode de réa- lisation préféré.
A la fin de la première opération, telle que la représente la figure 7, l'ébauche est transférée à une matrice 48 sensiblement identique à la matrice 41 et munie, si on le désire, d'une bague
50 correspondant à la bague 42. Au cours de cette opération, un outil 54 à face plane est abaissée contre la face supérieure de l'ébauche et, simultanément, un outil 51 muni d'un poinçon 52 est pressé dans l'ébauche à partir de la face inférieure. Cette opération fait refluer et sétaler la lame ou épaisseur de métal res- tant entre les trous formés par les poinçons opposés lors de la première opération ; cet écoulement du métal a lieu vers l'extérieur et vers la face supérieure de l'ébauche qui vient ainsi remplir la cavité de la matrice le long des côtés adjacents à la partie supé- rieure.
En même temps, le poinçon 52 réduit la longueur
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suivant l'axe, de la partie par laquelle la lame ou épaisseur de métal précitée se rattache à l'ébauche; dans certains cas, ledit poinçon peut rompre en son centre la lame précitée, comme le montre la figure 9. A la fin de l'opération, le métal constituant la lame en question est cisaillé et détaché de l'ébauche par tous moyens appropriés, par exemple à l'aide d'un simple poinçon ou bien à l'aide d'outils tels que ceux représentés sur la figure 6 sur laquelle l'ébauche est maintenue dans une matrice pendant qu'elle est poinçonnée.
Les figures 11 à 14 montrent d'autres variantes de l'invention. Dans le mode de travail illustré par ces figures, la première opération consiste à enfermer une ébauche 9 dans une matrice hexagonale 110 et à agir sur les faces opposées de la dite ébauche au moyen d'outils oppo- sés 111 et 112. L'ébauche a' peut, si on le désire, être une pièce brute sensiblement cylindrique cisaillée sur l'extrémité d'une barre et ayant des faces opposées b' et c' sensiblement planes. Mais le plus souvent l'ebauche a' est soumise d'abord à une opération préliminaire de pressage ayant pour effet d'aplanir les faces, de supprimer toutes les irrégularités provenant du cisaillement et de former un biseau sur le bord de l'une des faces pour amor- cer le chanfrein.
L'outil 111 est disposé de maniè- rea se mouvoir parallèlement à l'axe de la cavité hexagonale de la matrice 110; il est muni à une ex- tremité d'un poinçon 113 destiné à pénétrer dans le métal de l'ébauche a' et à le refouler. Le poinçon 113 est raccordé au corps de l'outil 111 de toute manière appropriée, de préférence par une partie
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conique 114. L'outil 111 peut avoir une section transversale sensiblement circulaire, comme le montre la figure 11, pour s'engager entre les faces planes opposées de la cavité hexagonale de la matrice ; peut aussi, si on le désire, avoir une section transversale hexagonale pour s'ajuster exactement dans la matrice.
Gomme on lé voit .sur la figure 11, l'outil 112 peut être de section hexagonale pour s'ajuster, de manière à pouvoir y coulisser, dans la cavité de la matrice ; présente à son extrémité une face 115 sensiblement plane au centre de laquelle est formée une saillie 116 raccordée au corps de l'outil 112 par un épaulement conique 117.
Dans la première opération de refou lement, l'ébauche a' est placée dans la matrice 110 et est refoulée, dans la cavité de cette dernière, par les outils 111 et 112, le déplacement de l'ou- til 111 faisant pénétrer de force le poinçon 113 dans le métal de l'ébauche. L'outil 112 peut être déplacé également ou bien il peut être simplement maintenu en place pour permettre au métal de prendre appui contre la face 115 et la saillie 116. L'ac- tion du poinçon 113 a pour effet de refouler le métal de l'ébauche a' dans le sens radial dans la cavité de la matrice et d'obliger le dit métal à remplir avec netteté et précision les angles adja- cents à la surface 115 de l'outil 112. Pendant cette opération, un bourrelet de métal d' est formé autour du poinçon 113 sur la face supérieure b' de l'ébauche.
Le métal de l'ébauche est obligé de refluer vers l'outil 111, ce qui augmente la longueur de l'ébauche dans le sens de l'axe et, en raison du fait que la
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résistance à l'écoulement du métal est plus grande à la périphérie de l'ébauche, contre les parois de la matrice 110, que dans la partie centrale ou le long du poinçon 113, le métal se trouvant à une certaine distance, vers l'inté- rieur, de la périphérie de l'ébauche s'éboule, dans le sens de l'axe, plus loin que celui qui se trouve contre la surface interne de la matri- ce et il en résulte la formation d'un chanfrein sur la face supérieure de l'ébauche.
La saillie 116 de l'outil 112 pénètre dans le métal de l'ébauche et forme un creux f', de mêmes dimensions et forme que la saillie 116, sur la face inférieure c' de l'ébauche. La saillie figurée a une forme destinée simplement à produire un avant-trou (pour le trou de l'écrou), mais il est bien en- tendu qu'elle pourrait affecter toute autre forme désirée : c'est ainsi que la dite saillie pourrait être de même forme que le poinçon 113, mais plus petite que lui. Pendant l'opération de refoulement, le métal peut s'écouler libre- ment, dans le sens de l'axe, vers l'outil 111, car la face supérieure b' de l'ebauche n'est nullement enfermée, dans le sens radial, autour du poinçon 113.
Ce dernier est pressé dans l'ébauche sur une distance déterminée et il
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bore-né bore forme un troü7z--'!ï separé du creux ff par une lame ou épaisseur de métal h'. L'épaisseur de cette lame de métal h' reste sensiblement constante à chaque refoulement de l'ébauche, bien que le volume de métal constituant l'ébauche initiale puisse varier dans une mesure appréciable.
Tout excès de métal dans l'ébauche reflue vers
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le haut et vers l'outil 111 où bien augmente les dimensions du bourrelet d' autour du poin- çon 113 sans être coincé ou enfermé, ce qui engendrerait les pressions agissant sur les ou- tils.
A la fin de l'opération de refou- lement que montre la figure 11, les outils 111 et. 112 sont retires de 1'.ébauche et celle-ci peut être transférée à une matrice telle que la matrice 118 représantée sur la figure 12. La matrice 118 présente une cavité 119 fermée à une extrémité en 120. Cette extrémité fermée 120 de la matrice est sensiblement plane dans sa partie centrale, tandis qu'à sa périphérie elle forme un chanfrein 121 à l'endroit des angles formés par l'intersection de chaque paire de faces planes adjacentes du prisme hexagonal.
Un outil 122 ayant une face travaillante 123 sensiblement plane avec une saillie centrale 124 est disposé de manière à pouvoir coulisser dans la cavité 119 de la matrice. De préférence la face 123 et la saillie 124 ont la même forme que la face 115 et que la saillie 116 de 1',outil 112. L'extrémité fermée 120 de la matrice 118 affecte la forme que l'on veut donner à la face supérieure ou face chanfreinée de l'écrou fini; de même la face 123 de l'outil 122 a, de préfé- rence, la forme que doit présenter la face infé- rieure finie de l'écrou. La cavité 119 de la matrice peut être ménagée dans un bloc plein, mais la matrice peut aussi être constituée par une série de pièces de toute forme appropriée assemblées et ménageant entre elles la cavité
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119.
L'extrémité fermée 120 dé la matrice peut être simplement constituée par la face antérieure d'un outil extracteur ou éjecteur maintenu fixe pendant l'opération de pressage. Un tel outil doit, bien entendu, être aussi d'un diamètre plus faible pour coulisser à travers l'extrémité 120.
L'outil 122 est introduit dans la cavité 119 de la matrice et il exerce une pression sur l'ébauche jusqu'à ce que la hauteur de celle-ci, dans le sens de l'axe, soit réduite à la valeur desi- rée; la face supérieure est amenée à la forme finale voulue par pressage contre l'extrémité fermée 120 de la matrice. rendant cette opération le bourrelet d' formé sur la face supérieure b' de l'ébauche au cours de la première opération est refoulé dans l'ébauche, tout excès de métal refluant dans le trou borgne g'. Le chanfrein e' formé par le refoulement du métal et par l'effet de retenue exercé par les parois de la matrice au cours de la première opéra- tion est amené à la forme finale voulue par le chan** frein 121 de la matrice 118.
Tout excès de métal se trouvant primitivement dans l'ébauche a' est, de même, pressé dans le trou borgne g'- et, grâce à la Liberté laissée au métal pour s'ecouler dans le dit trou. les pressions engendrées par le déplacement de l'outil 122 sur la distance déterminée au préalable sont limitées à la valeur nécessaire pour produire l'écoulement du métal, sans jamais atteindre une valeur pour laquelle les outils seraient endommagés.
A la fin de cette opération, un trou axial est complètement poinçonné dans l'ébau- che à l'alignement du creux f' formé dans la face inférieure de l'ébauche et du trou g' percé dans
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la face supérieure. De préférence, le trou est poinçonné au même diamètre que le fond plat du creux f', la partie conique de ce creux formant un avant-trou pour l'extrémité inférieure du trou.
Il va de soi, bien entendu, que les saillies 116 et 124 peuvent ne pas exister sur les outils représentés sur les figures 11 et 12 si on ne désire pas former l'avant-trou ou si on veut le produire de toute autre manière ou encore si le perçage partiel réalisé par les dites sail- lies est jugé inutile. De même, on peut donner aux outils 112 et 122 tout autre contour pour donner à la face inférieure de l'écrou fini toute forme désirée.
Une variante de forme des outils pour l'exécution de la seconde opération est représentée sur la figure 13 qui montre également une disposition permettant de former sur la face inférieure de l'écrou une sorte de rondelle; cette disposition peut, bien entendu, être uti- lisée également avec le mode de realisation décrit en premier lieu. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 13, à la fin de la première opération de refoulement, l'ébauche est placée dans une matrice 125 qui l'enveloppe et elle est soumise à l'action d'outils opposés 126 et 127.
L'outil 126 comporte une face plane 128 et une saillie 129servant à donner la forme finale voulue à la face inférieure de l'écrou; comme le montre le dessin, le dit outil est de section circulaire et il est disposé de manière à pouvoir coulisser dans une bague 130 maintenue dans la matrice 125 pour former sur 1'écrou un
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retrait j'réalisant une sorte de rondelle. L'ou- til 126 est, de préference, poussé vers le haut jusqu'à une position dans laquelle il supporte l'ébauche d'ecrou avec son extrémité supérieure chanfreinée faisant saillie au-dessus de la face supérieure plane 131 de la matrice 125.
Dans l'ou- til 127 est ménagé un creux 132, plan de préférence dans sa partie centrale et présentant un chanfrein hexagonal 133 qui sert à conformer et à amener l'extrémité supérieure de l'ébauche au profil désiré. L'outil 127 est abaissé contre la face supérieure, en saillie, de l'ébauche, la course de cet outil étant réglée à une valeur préalable- ment déterminée pour laquelle la hauteur de l'é- bauche, suivant l'axe, est réduite dans la mesure voulue, la dite ébauche recevant, grâce au creux
132, la forme finale désirée.
Pendant cette opé- ration, le bourrelet de métal ' formé sur la face supérieure de l'ébauche est pressé dans le trou borgne g'. et de même une partie de tout excès de métal contenu dans l'ébauche est obligée de s'écouler dans le trou borgne g' comme dans l'opé- ration représentée sur la figure 12.
Toutefois, l'outil 129 n'est pas conformé pour pénétrer dans la matrice 125; il présente une surface plane 134 s'étendant vers l'extérieur au-delà, du creux 132; pendant le travail, la dite surface plane 134 s'approche de la surface extrême 131 de la matrice
125 et elle provoque la formation d',un rebord k' ae métal qui se trouve chassé entre les dites sur- faces 131 et 134. Le métal de la face inférieure de l'ébauche est pressé vers le bas contre la bague 130, ce qui donne lieu à la formation du-
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du creux j': et ce qui complète le remplissage des angles de la face inférieure immédiatement au- dessus du creux.
Le reste de tout excès de métal de l'ébauche est refoulé dans le rebord k', ce qui fait que l'ébauche se trouve réduite à la hau- teur désirée, suivant l'axe, pendant.qu'elle est maintenue, à l'extérieur, par la matrice 125, le métal en excès refluant soit dans le trou borgne g'-', soit vers l'extérieur dans le rebord k'. De 'même que dans les precédentes opérations, les pressions développées dans l'ébauche sont limitées grâce au fait que le trou borgne g' est laissé libre et que le métal peut refluer librement à l'intérieur de ce trou.
Sur la figure 14, on a représenté une organisation d'outils qui peut être utilisée, comme autre variante, pour amener l'ébauche, par pression, à la hauteur voulue dans le sens de l'axe et pour poinçonner le trou axial dans la dite ébauche. Cette dernière est placée dans une matrice 135 qui l'enveloppe et elle est attaquée, sur ses faces opposées, par des outils creux 136 et 137 qui exercent une pression ayant pour effet de donner à l'ébauche les dimensions voulues et de la maintehir fermement afin de la soustraire à la distorsion. Un poinçon 138 est monté de manière à pouvoir coulisser dans l'outil creux 137 et, après que l'ébauche a été amenée par pression à la hauteur voulue dans le sens de l'axe, ledit poinçon est entièrement enfoncé de force dans l'ébauche :
dans son mouvement, le poinçons'engage de préfé- rence dans le creux f', puis il cisaille la lame de métal h' en rabotant le métal qui avait été refoulé
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dans le trou g' lors des opérations de finissage des faces extrêmes. Si un retrait formant une être sorte de rondelle doit produit sur l'ébauche, la matrice 135 peut être munie d'une bague 139 dans laquelle coulisse l'outil 137. Cette bague 139 est pressée dans le métal pour former le retrait j' et elle complète le remplissage des angles inférieurs de la même manière que la bague 130 précédemment décrite.
L'ébauche se trouvant main- tenue dans les limites de la matrice pendant l'opé- ration de finissage des faces extrêmes, puis pen- dant l'opération de poinçonnage, elle se trouve percée d'un trou axial qui a exactement même axe que l' ébauche et qui est aussi exactement perpen- diculaire aux faces extrêmes, grâce au fait que l'opération de poinçonnage est exécutée pendant que l'ébauche est fermement maintenue et sous- traite à la distorsion.
Lorsque les faces extrêmes de l'ébauche sont finies avec le type d'appareil représenté sur la figure 13, le rebord k' peut être cisaillé soit au cours d'une opération dis- tincte, soit lorsque l'ébauche est placée dans la matrice 135, soit de toute autre manière convenable.
Il est évident aussi que, si on le désire, l'opération de poinçonnage peut être exécutée en combinaison avec l'opération de finis- sage de la face extrême telle que la représente la, figure 13. Ceci peut être réalisé en donnant à l'outil 127 la forme d'un outil creux, comne pour l'outil 136, en agissant de la même manière pour l'outil 126 et en montant dans cet outil, de façon qu'il puisse y coulisser, un poinçon emporte-pièce
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correspondant au poinçôn 138..prèsque l'outil
127 a été abaissé de la distance voulue et que la face extrême de l'ébauche a été amenée au profil final voulu, le poinçon emporte-pièce peut être poussé à travers l'ébauche sans que les ou- tils cessent d'exercer leur pression sur les faces latérales et extrêmes.
Le rebord k' peut être ensuite cisaillé de toute manière appropriée et l'ébauche est terminée.
De même, l'opération de poin- çonnage peut être combinée avec l'opération exé- cutée par les outils que représente la figure 12 : il suffit de prévoir une ouverture dans l'extrémité fennée 120 de la matrice 118 et de monter dans l'outil 122 le poinçon de manière qu'il puisse coulisser dans le dit outil. D'autre part, l'opé- ration de poinçonnage peut-être exécutée à partir de la face supérieure de l'écrou, si on le désire, en disposant le poinçon dans les outils 117, 127 ou 136.
Une opération de poinçonnage final pour cisailler la lame de métal restant dans l'ébauche peut être réalisée en plaçant sim- plement l'ébauche sur une plaque de support concen- triquement à un trou percé dans ladite plaque, puis en refoulant un poinçon à travers l'ébauche de manière à cisailler la lame de métal et à la chasser à travers le trou de la plaque de support.' Cette organisation pour le poinçonnage final de l'ébauche à découvert peut être utilisée, à titre de variante, en combinaison avec 1'.,un quelconque des modes de réalisation de l'invention ci-dessus décrits.
Il est bien entendu que l'on
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peut donner aux divers outils de perçage toutes formes appropriées pour produire-le refoulement (ou écoulementà désiré du métal et que l'on peut appliquer les divers modes de réalisation qui ont été décrits sans utiliser la bague maintenue dans les matrices et destinée à former une sorte de rondelle sur la face inférieure de l'écrou, De plus, l'avant-trou formé à l'extrémité du trou de l'écrou peut être utilisé ou non ; il peut même, si on le désire, être prévu aux deux extrémités du trou au lieu de l'être seulement à une extrémité comne dans le mode d'exécution préféré. Diverses autres modifications peuvent être apportées à la forme des outils et à la construction des matrices.
La caractéristique essentielle de l'intention réside dans le moyen consistant à obtenir l'écoulement (ou refoulement) désiré du métal quelles que soient la forme et les dimensions des outils utilisés.
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"Improvements in the manufacture of nuts and other similar articles"
The present invention relates to the manufacture of foils and other similar objects by a cold working process ,, '
It has already been proposed to manufacture nuts by shearing blanks from a bar or rod of a certain length, by enclosing the blanks in hexagonal dies (or any other polygonal shape), by driving in punches.
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We are in the blanks along the axis thereof from their opposite faces so as to push the metal outwards into the polygonal matrix (and partially drill an axial hole)
and finally by then punching the partition or metal strip remained between the first two punches in order to complete the formation of the axial hole.
Great difficulties have been encountered when attempting to apply this method to cold metal. It has been recognized that it is very difficult, if not impossible, to force the metal to flow outward into the corners of the nut at the intersection of any two of the planar faces and the top or bottom faces. higher.
The metal can be forced out more easily at the corners if relatively sharp punches are used, but in this case a greater length or thickness of metal remains in the blank to be removed during the process. of the final punching of the axial hole and the metal tends to tear off instead of being cut sharply during this operation; there remain, as a result, hollows or cracks which extend outwardly beyond the diameter which it is desired to give to the axial hole.
This results in the need to give the punches a relatively blunt or obtuse shape and if an attempt is made to force such punches too close to each other in the blank to obtain backflow or flow of the metal. sufficient to fill the die, the thickness of metal which remains in the blank, between the
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by two punches, the work is hardened to such an extent that it makes prolonged work of the punches impossible under the considerable pressure of forging.
Another difficulty encountered in the implementation of such a process is due to the breaking of the punches when it is desired to extract them, a break produced by the clamping or jamming of the metal around the outer surface of the punch. punch. In the construction adopted heretofore, the punch was attached to (or formed part of) the part of the tool forming a shoulder and finally coming into contact with the face of the nut blank to flatten it. tool, when the flattening pressure is exerted on the face of the blank by the aforementioned shoulder, said pressure causes the backing of the metal of the blank: this metal then exerts a locking action on the end , of reduced diameter, of the punch which is thereby embedded or embedded in the blank.
This blocking effect is so pronounced that it makes it almost impossible to extract the punch from the hole without breaking the said punch which separates from the rest of the tool, unless one gives the surface of the punch a strong relief. But such relief is, of course, to be avoided because it significantly increases the length of the attachment surface of the metal plug remaining in the blank and makes it more difficult the final punching of the hole without the hole. material tends to break in the hole.
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We have also tried to remedy these difficulties by initially giving the blank, on its two opposite ends, the shape of a dome so as to avoid the need to fill in the angles by leaving a chamfer on each face of the nut. . but this rounding of the surfaces of the opposite ends of the blank does not eliminate the aforementioned drawbacks because it does not eliminate the need to bring very close to each other the two punches at the obtuse end and, if punches are used at a more pointed end, the drawback resulting from the fact that there is always too great a thickness of metal to be sheared to unblock the axial hole still remains;
as has been said, this results in the formation of hollows beyond the diameter that the axial hole must have, which reduces the useful surface of said threads which will subsequently be formed on the surface of said hole. Moreover, this solution is not suitable because the double chamfer nut thus produced is not as satisfactory a product as a nut in which the angles between the plane polygonal faces and the underside have been filled by upsetting in the die. .
In accordance with the present invention the above-stated difficulties are avoided by causing the extruded or stamped metal to fill first part of the die, then another part and also by holding the blank and acting on it during each operation. so that the metal is never completely enclosed (that is to say in contact with the
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walls of the die cavity), but that it can flow freely at any time, in one direction or another, whereby the pressures developed in the metal are exactly limited to the value necessary for the flow (or discharge) of the metal in a free or open space: this avoids the excessive deterioration of the tools and the blocking or jamming of the metal around the punches or tools.
The method of manufacturing nuts or similar objects by cold forging work which is the subject of the invention comprises the upsetting of a blank within the limits of a die by axial drilling, with the formation of minus one blind hole in the blank, the surface through which the tool penetrates remaining free and an axial hole being formed through the blank by opening, by punching, the hole drilled in the first place.
The method preferably comprises an operation :. ration consisting in shaping the end face of the blank before punching thereof, said shaping being carried out by exerting pressure on the blank while at least part of the first hole is left free on the inner side in order to allow the flow (or backflow) of everything / in the hole, excess metal / being removed during the punching. said excess final metal.
The expression "cold working" is used here with its usual meaning: it applies to work carried out at a temperature below the temperature of rapid grain growth or recrystallization; but the invention is more particularly applicable
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advantageous and useful in the case of the lowest temperatures within the limit of those of cold working because, at these low temperatures, going up to 200 or 250 C. approximately, one avoids the difficulties due to calamines, jamming in the dies and shrinkage; moreover, the problem of shearing the remaining metal, in order to complete the unblocking of the hole, a problem which the Applicant has solved, thus receives an even more satisfactory solution.
In the accompanying drawing, the successive phases of the process which is the subject of the invention have been shown schematically.
Figure 1 is a sectional view of a set of tools for initiating the shaping of a blank;
Figure 2 is a section taken substantially at 2-2 of Figure 3;
Fig. 3 is a vertical section through a die, showing a blank in place in said die and a punch in the position it occupies before engaging the blank;
Figure 4 is a view similar to that of Figure 3 but showing the punch at the end of its delivery stroke, the blank being shown in section;
FIG. 5 is a view showing the next phase of the process, with the blank held in a die and a punch at the end of its stroke;
FIG. 6 is a section showing the tools for completing the blank;
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Figure 7 is a sectional view / similar to that of Figure 4 but showing the tools for carrying out the first phase in a variant of the process; .
Figure 8 is a section through 8-8 of Figure 7;
FIG. 9 is a section of the tools for the second phase of the variant of the method;
Fig. 10 is a side elevational view of a completed nut blank;
FIG. 11 is a section through a set of tools for carrying out the delivery phase in accordance with a variant of the invention;
Figures 12 and 13 are cross sections showing alternative tool sets for the second operation;
Figure 14, finally, is a section of another modified device which can also be used for punching.
Figures 1 to 6 inclusive show tools which can be used for carrying out the preferred embodiment of the method object of the invention.
The blanks are first formed in any suitable manner, most often by shearing pieces of short length in a bar or rod.
The blanks are first worked by a die 15 and by a punch 16 cooperating with said die to raise the lower face of the blank and to form a chamfer or a fillet h on the upper face. The blank is then transported by all / (slotted or suitable means to a hexagonal die / for the in a single first upsetting phase. In the run mode)
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tion shown, the die 18 comprises a ring 19 having a cylindrical bore 20, the ring held in a groove 21. A cylindrical piston 22 having a planar upper face 23 fits into the bore 20 of the ring 19 and slides. preferably to ensure ejection of the blank.
A tool 24 is guided so as to move along the axis of the die, inside the latter; it comprises a piercing punch 25 which is connected to it by a conical shoulder 26.
The blank to is first gripped in the die 18 and the tool 24 is lowered so as to force the piercing punch 25 to penetrate into the upper face of the blank and to force the latter into the hexagonal die 18, while leaving a hole in said blank.
The upsetting operation is carried out so as to force the metal to spread radially outwards as far as the internal wall of the die and to first flow towards the flat face 23 of the piston 22. This flow of the metal towards the surface 23, which forms the lower face of the nut blank, ensures the filling, by the blank, of the corners of the die in the vicinity of the lower surface; it also forces the metal to flow until it contacts the ring 19 which is at a certain distance, in the direction of the radius, above the face 23 of the piston:
this results in the formation of an annular indentation leaving a kind of washer on the underside of the nut. Due to the fact that the pressure exerted on the metal for drilling is concentrated and directed by the punch 25 towards the bottom. underside of the blank,
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this part of said blank is completely pushed back into the hollows of the die which it fills, forming sharp and clear angles.
The desired flow of metal is produced by driving the punch 25 over a length greater than half the length of the blank along its axis; the shape given to the punch, a shape which has the effect of directing the pressure towards the lower angles of the blank, contributes to ensuring the aforementioned flow. During the drilling operation the upper surface of the blank is free and not enclosed, which allows the metal to flow upwards inside the die and which opposes an elevation of metal pressure sufficient to damage tools. A small bead of metal is formed on the top surface of the blank around punch 25 by the drilling action.
This bead is allowed to form freely to prevent the metal from jamming around the punch 25. At the end of the travel of the tool 24, there remains in the blank a thickness f of metal facing and in front of the hole. ,VS..
Tool 24 is then withdrawn and the et * blank is removed from die 18. This blank removal can be conveniently done by sliding piston 22 forward so that it acts as an ejector afterwards. that the pressure exerted on the blank by the punch 18 has been removed.
In this state the blank is placed in a die 27 established in substantially the same way as the die 18. The die 27 may, if desired, be provided with a ring 28 corresponding to the ring 19 in order to prevent the die. deformation of shrinkage 1 which
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was previously formed by the ring 19.
The blank is worked in the die 27 by a pair of opposing tools: the upper tool 29 has a substantially planar face with a central recess 30 of smaller diameter than that of the opening c formed in the blank by the punch 25. The lower tool 31 is provided with a piercing punch 32 connected to said tool by a conical shoulder 33.
The planar face of the tool 29 is lowered against the upper surface of the blank and the piercing punch 32 is forcibly inserted into the blank from the lower surface; The pressure exerted by the tool has the effect of flattening the bead e which had formed on the upper surface of the blank, the metal of said bead extending outwardly to a certain extent. measuring, to aid in filling angles adjacent to the top surface of the blank; the excess metal can flow freely also in the hole c.
The punch 32 is forcibly inserted into the blank over a length greater than half of the / and also the length of the blank along its axis; it causes along l (axis a radial displacement of the metal towards the outside /
25 so as to fill the corners of the blank in the vicinity of the upper surface, forming a hole g which starts from the lower surface of the blank. The conical shoulder 33 of the tool 31 penetrates the blank over a short length, forming a bevel or countersink h at the lower end of the hole g. A metal bead is also pushed back onto the lower surface by the action of the punch. This bead is shown at i; it extends downward along the surface
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conical 33, as seen in Figure 5.
The thickness of metal f remaining in the blank in front of the hole ± after the first operation is thinned by the action of the punch 32 which presses it towards the upper surface of the blank and which, in certain cases, can break in its center. The blade (or buffer) which remains between the traus. and g is indicated by the letter j; it is attached to the blank by its periphery over a length (along the axis) substantially less than that by which the thickness of metal f was attached, which facilitates the final punching of said blade.
The upsetting of the metal by the action of the punch 32 reduces the amount of metal forming the blade or pad. due to the fact that part of said metal is forced outwards and that it fills the die in the vicinity of the upper part of the blank.
The metal blade j pushed upwards by the action of the punch 32 can, if desired, be pressed beyond the upper face / into the space formed by the recess 30 of the blank, if desired. tool 29.
The dimensions of this depression determine how much pressure can be concentrated to push the metal against the side faces of the die at the top of the blank. The distance over which this operation is performed depends on the amount of work required, for a given blank, to force the metal of the blank into the die, near its upper surface, after the completion of the first operation. .
During the second operation. the pressures are prevented from rising to a
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value which would have the effect of destroying or damaging the tool: this result is obtained by leaving parts of the blank uncovered to allow the flow of any excess metal. The lower face of the blank is also exposed and the metal is forced onto this face to form the bead i. The hole c, formed by the punch 25, is also open, which allows the metal of the blade j to flow freely towards the upper surface of the blank.
In the preferred embodiment of the invention, the fillet b formed at the start on the blank is only partially upset, whereby the blank substantially fills the die near the centers of the flat faces of the prism. hexagonal and is chamfered at the top of the edges separating the planar faces, as is desirable in the finished nut ,,
The blank is then extracted from the die 27, for example by withdrawal of the tool 29 and by ejection by means of the tool 31 which is advanced, or in any other way; said blank is then placed in a die 34 similar in all respects to dies 18 and 27. A ring 35 may be provided in die 34 to prevent deformation of shrinkage d.
A tool 36 having an axial bore 37 of diameter substantially equal to that desired in the axial hole of the nut blank is lowered against the upper surface of the blank. A corresponding tool 38 having an axial bore 39 is pushed against the lower surface of the blank. These two tools 36 and 38 flatten and finish the upper and lower surfaces of the blank, the bead i formed by the tool 31 being pushed back into the metal, making this operation.
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tion, the metal, although it is stopped outwardly by the die 34, can flow back freely into the holes and g, so that the tools 36 and 38 can be brought closer to each other to define exactly the height that the nut blank must have,
any excess metal from the blank may flow back into the holes. A punch 40 is placed so as to be able to slide in the bore 39 of the tool 38: this punch serves to cut the metal blade remaining in the blank and thus to form the axial hole. While the blank is held in the die 34, between the tools 36 and 38, the punch 40 is moved forward; in this movement, said punch shears the metal and completes the formation of the axial hole.
It is clear that, by punching the blade or partition j and any excess metal of the blank, to form the hole while said blank is kept gripped in the die 34 and between the tools 36 and 38, one avoids any deformation, by the action of the punch, of the previously shaped blank; moreover, the hole obtained is square with the upper and lower faces of the blank and its axis coincides exactly with that of the periphery of the latter..6. At the end of this operation, the finished nut blank, such as against in FIG. 11, can be ejected from the die 34 by any suitable means and, for example, by sliding the tool 38 forward.
If desired, the operation of flattening and finishing the end faces of the blank can, of course, be performed in a separate die by means of two opposing pistons with flat faces:
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The method has been shown and described in the case where the various operations are carried out in separate dies. It is of course understood that the method is in no way limited to this type of machine and that it could also be applied to the type of machine in which a blank is introduced into the cavity of a die and is thereafter. brought by the said die to the alignment of the tools necessary for the execution of the various operations, to be finally ejected from the cavity.
Likewise, the method could be applied to any other type of apparatus.
Figures 7 to 9 show tools for implementing a modified embodiment of the invention. In this variant, the blank is gripped in the cavity of a split die 41 and it is drilled simultaneously, from the opposite end faces, by means of two opposite tools 44 and 46.
As in the embodiment described above, the die can, if desired, be provided with a ring 42 having a shoulder 43 which protrudes into the cavity of the die to form a recess leaving a recess. sort of washer on the underside of the nut. The hole 44 is provided with a piercing punch 45 and the tool 46 is likewise provided with a punch 47. Preferably, the punch 45 is given a length substantially greater than. that of the punch 47 so as to initially produce an axial flow of the metal towards the lower end face and, consequently, to fill the cavity of the die along the sides in the vicinity of said face to form sharp and sharp angles;
As shown in the drawing, the end planar faces of tools 44 and 46 are connected to the punches.
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45 and 47 by conical parts 55 and 56, respectively, or in any other analogous manner. As can be seen in FIG. 7, the flat end faces of the tools 44 and 46 can, if desired, be brought completely into contact with the end surfaces of the blank. As has already been said above, it is preferable not to move the tools enough so that they exert pressure, by their end faces, on the end faces of the blank, in order to avoid blocking the metal of the blank around the punches.
In certain cases, however, as has been shown for this embodiment, it is possible to avoid the deformation of the end faces during the drilling operation without destroying the punches and it is possible thus eliminating one of the process operations in accordance with the preferred embodiment.
At the end of the first operation, as shown in FIG. 7, the blank is transferred to a die 48 substantially identical to the die 41 and provided, if desired, with a ring
50 corresponding to the ring 42. During this operation, a tool 54 with a flat face is lowered against the upper face of the blank and, simultaneously, a tool 51 provided with a punch 52 is pressed into the blank from from the underside. This operation causes the blade or thickness of metal remaining between the holes formed by the opposing punches during the first operation to flow back and spread out; this flow of the metal takes place towards the outside and towards the upper face of the blank which thus fills the cavity of the die along the sides adjacent to the upper part.
At the same time, the punch 52 reduces the length
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along the axis, of the part through which the aforementioned strip or thickness of metal is attached to the blank; in certain cases, said punch can break the aforementioned blade in its center, as shown in FIG. 9. At the end of the operation, the metal constituting the blade in question is sheared and detached from the blank by any appropriate means, for example using a simple punch or else using tools such as those shown in FIG. 6 in which the blank is held in a die while it is being punched.
Figures 11 to 14 show other variants of the invention. In the working mode illustrated by these figures, the first operation consists in enclosing a blank 9 in a hexagonal die 110 and in acting on the opposite faces of said blank by means of opposite tools 111 and 112. The blank a 'may, if desired, be a substantially cylindrical blank sheared off the end of a bar and having substantially planar opposing faces b' and c '. But most often the blank a 'is first subjected to a preliminary pressing operation having the effect of flattening the faces, removing all the irregularities resulting from the shearing and forming a bevel on the edge of one of the faces to start the chamfer.
The tool 111 is arranged to move parallel to the axis of the hexagonal cavity of the die 110; it is provided at one end with a punch 113 intended to penetrate into the metal of the blank a 'and to push it back. The punch 113 is connected to the body of the tool 111 in any suitable manner, preferably by a part
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taper 114. Tool 111 may have a substantially circular cross section, as shown in Figure 11, to engage between opposing planar faces of the hexagonal die cavity; can also, if desired, have a hexagonal cross section to fit exactly in the die.
As can be seen in FIG. 11, the tool 112 may be of hexagonal section to fit, so as to be able to slide therein, in the cavity of the die; has at its end a substantially planar face 115 at the center of which is formed a projection 116 connected to the body of the tool 112 by a conical shoulder 117.
In the first upsetting operation, the blank a 'is placed in the die 110 and is pushed back into the cavity of the latter by the tools 111 and 112, the movement of the tool 111 causing it to penetrate by force. the punch 113 in the metal of the blank. Tool 112 can be moved as well, or it can simply be held in place to allow the metal to rest against face 115 and protrusion 116. The action of punch 113 has the effect of forcing the metal out of the way. 'roughing a' radially into the die cavity and forcing said metal to neatly and precisely fill the angles adjacent to surface 115 of tool 112. During this operation, a metal bead d 'is formed around the punch 113 on the upper face b' of the blank.
The metal of the blank is forced to flow back towards the tool 111, which increases the length of the blank in the direction of the axis and, due to the fact that the
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resistance to the flow of the metal is greater at the periphery of the blank, against the walls of the die 110, than in the central part or along the punch 113, the metal lying at a certain distance, towards the inside, from the periphery of the blank flows, in the direction of the axis, farther than that which is against the internal surface of the die, and this results in the formation of a chamfer on the upper face of the blank.
The projection 116 of the tool 112 penetrates into the metal of the blank and forms a hollow f ', of the same dimensions and shape as the projection 116, on the lower face c' of the blank. The protrusion shown has a shape intended simply to produce a pilot hole (for the hole in the nut), but it is understood that it could affect any other desired shape: thus the said protrusion could be of the same shape as the punch 113, but smaller than it. During the upsetting operation, the metal can flow freely, in the direction of the axis, towards the tool 111, because the upper face b 'of the blank is not enclosed at all, in the direction radial, around the punch 113.
The latter is pressed into the blank for a determined distance and it
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boron-born boron forms a troü7z - '! ï separated from the hollow ff by a strip or thickness of metal h'. The thickness of this metal blade h 'remains substantially constant with each upsetting of the blank, although the volume of metal constituting the initial blank may vary to an appreciable extent.
Any excess metal in the blank flows back to
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upwards and towards the tool 111 where the dimensions of the bead around the punch 113 are increased without being jammed or locked, which would generate the pressures acting on the tools.
At the end of the push-back operation shown in FIG. 11, tools 111 and. 112 are removed from the blank and this can be transferred to a die such as die 118 shown in Figure 12. Die 118 has a closed cavity 119 at one end 120. This closed end 120 of the die is substantially flat in its central part, while at its periphery it forms a chamfer 121 at the location of the angles formed by the intersection of each pair of adjacent flat faces of the hexagonal prism.
A tool 122 having a substantially planar working face 123 with a central projection 124 is disposed so as to be able to slide in the cavity 119 of the die. Preferably the face 123 and the protrusion 124 have the same shape as the face 115 and as the protrusion 116 of the tool 112. The closed end 120 of the die 118 affects the shape that is to be given to the face. top or chamfered face of the finished nut; likewise the face 123 of the tool 122 preferably has the shape which the finished lower face of the nut should have. The cavity 119 of the die may be formed in a solid block, but the die may also be constituted by a series of parts of any suitable shape assembled and forming the cavity between them.
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119.
The closed end 120 of the die may simply be the front face of an extractor or ejector tool held stationary during the pressing operation. Such a tool must, of course, also be of a smaller diameter to slide through the end 120.
The tool 122 is introduced into the cavity 119 of the die and it exerts a pressure on the blank until the height of the latter, in the direction of the axis, is reduced to the desired value. ; the upper face is brought to the desired final shape by pressing against the closed end 120 of the die. making this operation the bead d 'formed on the upper face b' of the blank during the first operation is pushed back into the blank, any excess metal flowing back into the blind hole g '. The chamfer e 'formed by the upsetting of the metal and by the retaining effect exerted by the walls of the die during the first operation is brought to the final shape desired by the chamfer 121 of the die 118 .
Any excess of metal originally found in the blank a 'is likewise pressed into the blind hole g'- and, thanks to the freedom left to the metal to flow into the said hole. the pressures generated by the displacement of the tool 122 over the distance determined in advance are limited to the value necessary to produce the flow of the metal, without ever reaching a value for which the tools would be damaged.
At the end of this operation, an axial hole is completely punched in the blank in alignment with the hollow f 'formed in the underside of the blank and the hole g' drilled in.
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the upper side. Preferably, the hole is punched to the same diameter as the flat bottom of the hollow f ', the conical part of this hollow forming a pilot hole for the lower end of the hole.
It goes without saying, of course, that the projections 116 and 124 may not exist on the tools shown in Figures 11 and 12 if it is not desired to form the pilot hole or if it is desired to produce it in any other way or even if the partial drilling carried out by said projections is considered unnecessary. Likewise, the tools 112 and 122 can be given any other contour to give the underside of the finished nut any desired shape.
An alternative form of the tools for performing the second operation is shown in Figure 13 which also shows an arrangement for forming on the underside of the nut a kind of washer; this arrangement can, of course, also be used with the embodiment described first. In the embodiment shown in FIG. 13, at the end of the first upsetting operation, the blank is placed in a die 125 which surrounds it and it is subjected to the action of opposing tools 126 and 127.
The tool 126 has a flat face 128 and a projection 129 serving to give the desired final shape to the underside of the nut; as shown in the drawing, said tool is of circular section and it is arranged so as to be able to slide in a ring 130 held in the die 125 to form on the nut a
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withdrawal I making a kind of washer. Tool 126 is preferably pushed upward to a position in which it supports the nut blank with its chamfered upper end projecting above the planar upper face 131 of die 125 .
In the tool 127 is formed a hollow 132, preferably flat in its central part and having a hexagonal chamfer 133 which serves to conform and bring the upper end of the blank to the desired profile. The tool 127 is lowered against the upper, projecting face of the blank, the stroke of this tool being adjusted to a previously determined value for which the height of the blank, along the axis, is reduced to the desired extent, said blank receiving, thanks to the hollow
132, the desired final shape.
During this operation, the metal bead 'formed on the upper face of the blank is pressed into the blind hole g'. and likewise part of any excess metal contained in the blank is forced to flow into the blind hole g 'as in the operation shown in Fig. 12.
However, the tool 129 is not shaped to penetrate the die 125; it has a flat surface 134 extending outwardly beyond the hollow 132; during work, said flat surface 134 approaches the end surface 131 of the die
125 and it causes the formation of a rim k 'ae metal which is driven between said surfaces 131 and 134. The metal of the lower face of the blank is pressed downwards against the ring 130, this which gives rise to the formation of
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of the hollow j ': and what completes the filling of the angles of the lower face immediately above the hollow.
The remainder of any excess metal from the blank is forced back into the rim k ', causing the blank to be reduced to the desired height, along the axis, while it is held at the outside, through the die 125, the excess metal flowing back either into the blind hole g'- ', or outwards into the rim k'. As in the previous operations, the pressures developed in the blank are limited thanks to the fact that the blind hole g 'is left free and that the metal can flow back freely inside this hole.
In FIG. 14, there is shown a tool organization which can be used, as another variant, to bring the blank, by pressure, to the desired height in the direction of the axis and to punch the axial hole in the said draft. The latter is placed in a die 135 which surrounds it and it is attacked, on its opposite faces, by hollow tools 136 and 137 which exert a pressure having the effect of giving the blank the desired dimensions and of maintaining it firmly. in order to remove it from distortion. A punch 138 is mounted so as to be able to slide in the hollow tool 137 and, after the blank has been brought by pressure to the desired height in the direction of the axis, said punch is pushed fully into it. draft:
in its movement, the punch 'engages preferably in the hollow f', then it shears the metal blade h 'by planing the metal which had been driven back
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in the hole g 'during the end face finishing operations. If a shrinkage forming a kind of washer is to be produced on the blank, the die 135 can be provided with a ring 139 in which the tool 137 slides. This ring 139 is pressed into the metal to form the recess j 'and it completes the filling of the lower angles in the same way as the ring 130 previously described.
The blank being kept within the limits of the die during the end face finishing operation, then during the punching operation, it is pierced with an axial hole which has exactly the same axis. than the blank and which is also exactly perpendicular to the end faces, thanks to the fact that the punching operation is performed while the blank is firmly held and protected from distortion.
When the end faces of the blank are finished with the type of apparatus shown in figure 13, the flange k 'can be sheared either in a separate operation or when the blank is placed in the die. 135, or in any other suitable manner.
It is also evident that, if desired, the punching operation can be performed in combination with the end face finishing operation as shown in Figure 13. This can be done by giving the end face. 'tool 127 in the form of a hollow tool, as for tool 136, acting in the same way for tool 126 and mounting in this tool, so that it can slide therein, a punch
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corresponding to punch 138 ... almost the tool
127 has been lowered by the desired distance and the end face of the blank has been brought to the desired final profile, the punch can be pushed through the blank without the tools ceasing to exert their pressure on the side and end faces.
The rim k 'can then be sheared in any suitable manner and the blank is finished.
Likewise, the punching operation can be combined with the operation carried out by the tools shown in FIG. 12: it suffices to provide an opening in the slotted end 120 of the die 118 and to climb into it. 'tool 122 the punch so that it can slide in said tool. On the other hand, the punching operation can be performed from the upper face of the nut, if desired, by placing the punch in tools 117, 127 or 136.
A final punching operation to shear the blade of metal remaining in the blank can be accomplished by simply placing the blank on a support plate concentrated at a hole drilled in said plate, then pushing a punch through it. blank so as to shear the metal blade and drive it through the hole in the backing plate. ' This arrangement for the final punching of the exposed blank can alternatively be used in combination with any of the embodiments of the invention described above.
It is understood that we
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can give the various drilling tools any suitable shape to produce the upset (or desired flow of metal and that one can apply the various embodiments which have been described without using the ring held in the dies and intended to form a kind of washer on the underside of the nut, In addition, the pilot hole formed at the end of the nut hole can be used or not; it can even, if desired, be provided at both ends of the hole rather than only at one end as in the preferred embodiment Various other modifications can be made to the shape of the tools and the construction of the dies.
The essential characteristic of the intention lies in the means of obtaining the desired flow (or upsetting) of the metal regardless of the shape and dimensions of the tools used.
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RriT: TICA.TIOT3S
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