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PROCEDE ET APPAREILS POUR LE FORGEAGE DE PIEGES MECANIQUES TELLES
QUE NOTAMMENT DES MOYEUX D'HELICES
La présente invention,due à la collaboration de MM. MELEY et MEMOINE, a pour objet un procédé et des appareils pour le forgeai ge de pièces mécaniques telles que notarament des moyeux d'hélices, par exemple des moyeux d'hélices tripales, qui permettent d'obtenir une ébauche de forge présentant le minimum de surépaisseur de métal à enlever par usinage pour réaliser les cotes de la pièce finie.
Cette ébauche est ainsi beaucoup plus légère que toutes celles qui ont pu être réalisées par,les procédés en usage. Elle présente en outre une disposition des fibres du métal telle que, dans chacune des parties de la pièce, les caractéristiques mécaniques qui dé- pendent précisément de l'orientation des fibres sont maxima.
Dans les procédés de matriçage ordinaires, le métal est écrasé suivant une seule direction, ce qui exclut la po'ssibilité d'obtenir des évidements, dans les bras des pales dont les axes sont situés dans un plan orthogonal à cette direction. De plus, le métal est corroyé parallèlement à ce plan et les fibres stratifiées suivant une seule direction sont plus ou moins inclinées dans une grande partie de la pièce par rapport à la direction des sollici- tations principales, aux dépens de la, résistance à la fatigue.
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Le procède de forgeage suivant l'invention consiste à exercer des efforts suivant une première direction et suivant une ou plusieurs directions orthogonales a la première, par exemple, dans le cas du forgeage de moyeux d'hélices tripales, suivant une direction verticale et da s trois directions horizontales à 120 , angle qui correspond au calage des pales. la pression exercée dans l'axe de chacune des pales permet d'obtenir un évidement profond, suivant un processus analogue à celui du poinçonnage d'un obus à la presse.
Grâe à ce procédé on peut agir suivant les axes des par- ties saillantes et obtenir, par un déplace ent progressif, des défor- mations plastiques régulières et profondes en même temps qu'une ré- partition isotrope du métal sous l'action d'un piston vertical et de trois nistons horizontaux calés à 120 .
On arrive ainsi en plusieurs opérations à obtenir une ni%- ce brute de forge qui enveloppe régulièrement le pro fil de la pièce finie d'une surépaisseur réduite. la prédominance des efforts perpendiculaires dans les di- rections principales permet de conserver les na-pes de fibres paral- lèles à la surface lorsque ce parallélisme préexiste ders la prise de fer. L'usinage ultérieur enlève le métal par nappes successives, sans que les fibres débouchent perpendiculairement à l surface et sans mettre à nu la zone de moindre compacité du lingot. La pièce obtenue présente ainsi les meilleures caractéristiques mécaniques dans toutes ses parties.
Les anpreils conformes à l'invention pour la réalisation de ce procédé peuvent être constituas sous forme de presses mues hydraulique ,ent. Ces anpareils comportent un certain nombre -le ca- ractéristiques qui vont ressortir de le description suivante. Dans cette description on se réfère aux dessins ci-joints qui montrent, simplement. titre d'exemple: une vue en élévation, en coupe suivant I-I de la figure 2, d'un appareil pour le forgeage de moyeux d'hélices tripa- les avant l'action de forgeage;
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Fig.2 une vue en plan de cet appareil ;
Fig.3 une vue en plan, avec coupe partielle suivant un plan horizontal, de l'apporeil après l'action de forgeage.
Fig.4 et 5, des vues en élévation et en plan de l'ébau- che initiale;
Fig.6 et 7, des vues en élévation et en plan du moyeu forgé ohténu;
Fig.8 une vue en élévation, en coupe suivant VIII-VIII de la fig.10, d'une variante d'appareil avant l'action de forgeage;, Flg.9 une vue de détail de cet appareil après l'action de forgeage;
Fig.10 une vue en plan de cet appareil.
.L'appareil représenté sur les figures 1 à 3 comporte un support inférieur 1 reposant sur le sommier inférieur 12 de la pres- se ; sur ce support sont fixés ; le moyen de tirants 10, trois groupes de cylindres comportant chacun un pisto de poinçonnage 4 et deux pistons de rappel 5 reliés par uhe traverse 11.
Sur le sommier supérieur 13 de la presse est fixé le por- te-matrices supérieur 3.
L'appareil comporte également deux demi-matrices, une in- férieure 6 fixée dans le porte matrices inférieur 2, une supérieure 7 fixée dans le porte-matrices supérieur 3 et des poinçons 8. Un ensemble distributeur 9 sert aux différentes manoeuvres des pistons de poinçonnage 4.
L'alimentation en eau sous pression est assurée par une source quelconque, une pompe et un accumulateur, avec emploi facul- tatif d'un multiplicateur de pression pour les cylindres des pistons de poinçonnage 4 nécessitant un 'gros effort de travail.
Cet appareil fonctionne de la façon suivante :
Le sommier supérieur de la, presse portant le porte-matrice 5 et la matrice 7 étant' à sa position relevée,,l'ébauche du moyeu (fig.4 et 5) est introduite dans la matrice inférieure 6.
Un premier mouvement consiste à actionner le sommier supé- rieur de la presse dans le sens de le descente jusqu'à ce que l'é-
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bauche du moyeu soit emprisonnée et pressée avec toute la puissan- ce de la presse dans l'empreinte correspondante qui a été pratiqué au préalable dans les matrices supérieures 7 et inférieure 6.
Dans cette position représentée fig. l aucun dérlacement de matière de l'ébauche ne peut s'effectuer, sauf dans les parties prévues, c'est à dire les zones annulaires existant entre les poin- çons 8 et les matrices 6 et 7. ün deuxième mouvement consiste a actiooner les poinçons 8 par introduction d'eau sous pression dans les cylindres des nis- tons 4 jusqu'à ce que les poinçons 8, accomplissant leur course de transformation, donnent au moyeu la forme voulue. Cette forme est représentée figures 6 et 7, les fibres épousant initialement les contours extérieurs de l'ébauche (figures 4 et 5) sont bien disnosées après transformation, suivant le contour extérieur c-d-e-f-,- des parties creuses ainsi formées.
L'appareil représenté sur les figures l à 3 correspond à l'obtention simultanée de trois logements de pales d'hélices sur un même moyeu. Il peut être agencé suivant le nombre de pales ve- nant s'assembler sur le moyeu; il suffit de fixer sur le support in- férieur 1 le nombre correspondant de groupes de cylindres recevant chacun un piston de poinçonnage 4, deux pistons de rappel 5 avec leur traverse 11 et un poinçon 8.
Dans la variante d'arpareil représentée sur les figures 8 à 10, le dit appareil comporte une plaque su port 14 reliée au sommier supérieur de la presse et sur laquelle sont fixés quatre cylindres presseurs 15, deux cylindres releveurs 16 et un porte- poinçon 17.
Il comporte également une plaque 18 solidaire des pistons des cylindres presseurs 15 et releveurs 16, cetteplaque étant des- tinée à la fixation du porte-matrices supérieur 19. Un porte-matri- ces inférieur 20 est relié au sommier inférieur 21 de la presse.
Enfin l'appareil comprend deux demi-matrices 22 et 23 qui constituent l'outillage propre à. chaque type de corps d'hélice, un ensemble distributeur 24 étant prévu pour les différentes manoeu- vres des pistons.
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Le fonctionne ent de cet appareil est analogue à celui de l'appareil décrit ci-dessus. le sommier supérieur 25 de la presse étant à sa position relevée (fig. 8) l'ébauche du moyeu est introduite dans la matrice inférieure 23. Un premier mouvement consiste à actionner le sommier de 'La presse dans le sens de la descente jusqu'à ce que la matrice supérieure 22 vienne emprisonner et presser l'ébauche du moyeu dans la matrice inférieure 23 avec toute la puissance des cylindres 15 en communication avec la source d'eau sous pression.
Dans cette position représentée fig.8, la matière de l'é- bauche peut se déplacer seulement dans la partie prévue, c'est à dire la zone annulaire existant entre le poinçon 26 et la matrice 22.
Il suffit alors de poursuivre le mouvement du sommier de la presse dans le sens de la descente jusqu'à ce que le poinçon 26 accomplisse la course de transformation pour que le moyeu possède la forme prévue (représentée fig.9). Les fibres qui épousaient ini- tialement le contour de l'ébauche sont en fin d'opération disposés suivant le contour extérieur j-k-l de la partie creuse du moyeu.
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PROCESS AND APPARATUS FOR FORGING MECHANICAL TRAPS SUCH
THAT IN PARTICULAR PROPELLER HUBS
The present invention, due to the collaboration of MM. MELEY and MEMOINE, has for object a process and apparatuses for the forging of mechanical parts such as notarament propeller hubs, for example three-bladed propeller hubs, which make it possible to obtain a forging blank having the minimum of metal allowance to be removed by machining to achieve the dimensions of the finished part.
This blank is thus much lighter than all those which could be produced by the processes in use. It also presents an arrangement of the fibers of the metal such that, in each of the parts of the part, the mechanical characteristics which depend precisely on the orientation of the fibers are maximum.
In ordinary die-forging processes, the metal is crushed in a single direction, which excludes the possibility of obtaining recesses in the arms of the blades whose axes are located in a plane orthogonal to this direction. In addition, the metal is wrought parallel to this plane and the fibers laminated in a single direction are more or less inclined in a large part of the part with respect to the direction of the principal stresses, at the expense of resistance to stress. tired.
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The forging process according to the invention consists in exerting forces in a first direction and in one or more directions orthogonal to the first, for example, in the case of forging three-bladed propeller hubs, in a vertical direction and in s three horizontal directions at 120, angle which corresponds to the pitch of the blades. the pressure exerted on the axis of each of the blades makes it possible to obtain a deep recess, following a process analogous to that of punching a shell with a press.
Thanks to this process it is possible to act along the axes of the protruding parts and to obtain, by a progressive movement, regular and deep plastic deformations at the same time as an isotropic distribution of the metal under the action of a vertical piston and three horizontal nistons set at 120.
One thus arrives in several operations to obtain a ni% - this rough forge which regularly envelops the profile of the finished part with a reduced extra thickness. the predominance of perpendicular forces in the main directions makes it possible to preserve the na-pes of fibers parallel to the surface when this parallelism pre-exists ders the iron grip. Subsequent machining removes the metal in successive layers, without the fibers emerging perpendicularly to the surface and without exposing the area of lesser compactness of the ingot. The part obtained thus has the best mechanical characteristics in all its parts.
The anpreils according to the invention for carrying out this process can be constituted in the form of hydraulic presses, ent. These devices include a certain number of characteristics which will emerge from the following description. In this description, reference is made to the accompanying drawings which simply show. by way of example: an elevational view, in section on I-I of FIG. 2, of an apparatus for forging three-blade propeller hubs before the forging action;
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Fig.2 a plan view of this device;
Fig.3 a plan view, with partial section along a horizontal plane, of the appliance after the forging action.
Figs. 4 and 5, elevational and plan views of the initial blank;
Fig. 6 and 7, elevational and plan views of the ohténu forged hub;
Fig.8 an elevational view, in section along VIII-VIII of fig.10, of a variant of the device before the forging action ;, Flg.9 a detail view of this device after the action of forging;
Fig. 10 a plan view of this device.
The apparatus shown in FIGS. 1 to 3 comprises a lower support 1 resting on the lower base 12 of the press; on this support are fixed; the tie rod means 10, three groups of cylinders each comprising a punching pistol 4 and two return pistons 5 connected by a cross member 11.
On the upper base 13 of the press is fixed the upper die holder 3.
The apparatus also comprises two half-dies, a lower one 6 fixed in the lower die-holder 2, an upper 7 fixed in the upper die-holder 3 and punches 8. A distributor assembly 9 is used for the various maneuvers of the pistons. punching 4.
The pressurized water supply is provided by some source, a pump and an accumulator, with the optional use of a pressure intensifier for the cylinders of the punching pistons 4 requiring a great labor effort.
This device works as follows:
The upper base of the press carrying the die holder 5 and the die 7 being 'in its raised position, the hub blank (fig. 4 and 5) is introduced into the lower die 6.
A first movement consists in actuating the upper spring of the press in the direction of the descent until the e-
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hub blank is trapped and pressed with all the power of the press in the corresponding indentation which was previously made in the upper 7 and lower 6 dies.
In this position shown in fig. l no displacement of material from the blank can be carried out, except in the parts provided, that is to say the annular zones existing between the punches 8 and the dies 6 and 7. A second movement consists in activating the punches 8 by introducing pressurized water into the cylinders of the nistons 4 until the punches 8, completing their transformation stroke, give the hub the desired shape. This shape is shown in Figures 6 and 7, the fibers initially matching the outer contours of the blank (Figures 4 and 5) are well disnosed after transformation, along the outer contour c-d-e-f -, - hollow parts thus formed.
The apparatus shown in Figures 1 to 3 corresponds to the simultaneous obtaining of three propeller blade housings on the same hub. It can be arranged according to the number of blades coming together on the hub; it suffices to fix on the lower support 1 the corresponding number of groups of cylinders each receiving a punching piston 4, two return pistons 5 with their crossmember 11 and a punch 8.
In the variant of the device shown in Figures 8 to 10, said device comprises a port plate 14 connected to the upper base of the press and on which are fixed four pressing cylinders 15, two lifting cylinders 16 and a punch holder 17 .
It also comprises a plate 18 integral with the pistons of the pressing cylinders 15 and lifting cylinders 16, this plate being intended for the fixing of the upper die holder 19. A lower die holder 20 is connected to the lower base 21 of the press.
Finally, the apparatus comprises two half-dies 22 and 23 which constitute the own tooling. each type of propeller body, a distributor assembly 24 being provided for the various maneuvers of the pistons.
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The operation of this apparatus is analogous to that of the apparatus described above. the upper base 25 of the press being in its raised position (fig. 8) the blank of the hub is introduced into the lower die 23. A first movement consists in actuating the base of the press in the direction of the descent until that the upper die 22 comes to trap and press the blank of the hub in the lower die 23 with all the power of the cylinders 15 in communication with the source of pressurized water.
In this position shown in fig. 8, the material of the blank can move only in the part provided, that is to say the annular zone existing between the punch 26 and the die 22.
It is then sufficient to continue the movement of the base of the press in the direction of the descent until the punch 26 completes the transformation stroke so that the hub has the intended shape (shown in fig. 9). The fibers which initially followed the contour of the blank are, at the end of the operation, arranged along the outer contour j-k-1 of the hollow part of the hub.
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