<Desc/Clms Page number 1>
Procédé de fabrication de corps conformés résistants, tels que vis; par conformation plastique à froid et corps fabri- qués suivant ce procédé.
Suivant les procédés connus jusqu'à présent, des corps conformés, tels que vis, sont fabriqués le plus souvent par conformation plastique de la façon que la matière première, par exemple le fil tréfilé ou laminé, a le diamètre de la tige de la vis et la tête de celle-ci, par exemple à six pans, quatre pans ou cylindrique ou autre, est matricée à froid ou à chaud en une ou plusieurs passes de travail.
Inversément, on peut utiliser une matière ayant le diamètre de la tête de la vis et réduire cette matière au diamètre de la tige de la vis par refoulement à froid, à 1' aide de presses ref oulantes.
Tous ces procédés ont de commun que la tige et la tête
<Desc/Clms Page number 2>
de la vis sont conformées avec une force très irrégulière.
Ceci cause inévitablement les inconvénients suivants :
Une partie de la vis, donc la tige ou la tête, n'a lors du pressage à froid que les valeurs de résistance très fai- bles de la matière première, par conséquent une limite d' étirage particulièrement faible, parce qu'il faut utiliser la matière première à l'état doux recuit ou laminé à chaud ou tout au plus seulement très peu solidifié par un étirage à blanc en raison du très haut degré de conformation dans les presses à têtes et dans les presses de refoulement de tiges.
A l'intersection de la tige avec la tête, la matière pac se très subitement de l'état non conformé pu seulement très peu conformé à froid à l'état très fortement conformé à froid. Ce passage brusque donne lieu à la production de tensions internes dangereuses et diminue encore beaucoup la faculté déjà très faible sans cela de sollicitation de la vis, particulièrement aux oscillations et efforts alterna- tifs, qui est due à ce que l'une des parties est presque ou complètement non conf ormée. En même temps, il se forme avec ce procédé à l'intersection de la tête avec la tige une zone de "conformation critique" (par exemple dans l'acier Siemens- Martin de 5 à 15% de conformation), ce qui peut produire des effets très nuisibles lors d'un traitement thermique subséquent.
Dans le cas du refoulement à chaud de la tête, on pou- vait bien utiliser une matière première considérablement conformée à froid, mais sa plus grande solidité est perdue dans la partie chauffée pour le refoulement.
Pour la fabrication de vis, qui doivent satisfaire à des conditions sévères en ce qui concerne la résistance, il fallait donc utiliser jusqu'à présent des matières présen- tant des alliages particuliers leur conférant une plus gran- de solidité et qui étaient par suite coûteuses.
<Desc/Clms Page number 3>
Pour des conditions de solidité particulièrement élé- vées, les vis, dont la conformation était achevée, devaient être bonifiées par un traitement thermique particulier.
Ceci suppose de nouveau l'utilisation de matières boni- fiables par traitement thermique pour augmenter leur solidi- té, par exemple d'aciers spéciaux,d'alliages de métaux lé- gers durcissables, etc.
La bonification exige aussi des installations coûteuses supplémentaires et de grandes dépenses pour produire la cha- leur, des frais de main-d'oeuvre supplémentaires, etc.
Malgré cela, il se produit souvent des défauts dûs à des tensions de trempe dangereuses au passage brusque de la section de la tête à celle de la tige ou par l'action diminu- ant la solidité de la conformation critique lors du traite- ment thermique subséquent. Le procédé conforme à la présen- te invention suit en conséquence une voie complètement nou- velle pour la fabrication de vis de grande solidité.
Tous les métaux venant en question pour la fabrication de vis (par exemple l'acier, les laitons, les bronzes, 1' aluminum et autres métaux légers, etc. ) ont, comme on le sait, la propriété de modifier considérablement leur plus importante valeur de solidité sous l'action de la conforma- tion à froid. On sait Que la limite d'élasticité, la limite d'étirage et la résistance à la rupture augmentent par l'ac- tion de la conformation à froid,, tandis que l'allongement diminue.
De nombreux travaux d'étude ont montré que les rapports suivants, non encore connus jusqu'à présent, existent pour les métaux mentionnés ci-dessus entre la mesure de conforma- tion à froid et la limite d'étirage ks déterminante pour la faculté de sollicitation : k s est la limite d'étirage de la matière première à 1' état conformé (kg/mm2),
<Desc/Clms Page number 4>
F In Fo est le logarithme naturel du rapport des sections Fn entre la section initiale Fo et la section finale F obtenue après la conformation de même sens sui- vant n, e est la limite d'élasticité à l'état initial (Kg/mm2) . ainsi, lorsqu'il n'est pas effectué de recuisson intermédi- aire, la limite d'étirage à l'état conformé est
EMI4.1
Dans les étages de conformation de sens contraire,
par exem- ple par une succession de refoulement et d'étirage, les divers degrés de conformation doivent être additionnés sans tenir compte des signes variables.
K est une constante caractéristique pour chaque sorte de matière première qui peut être établie pour l'équa- tion ci-dessus à l'aide de mesures faites au cours d'essais de rupture.
La fig. 1 du dessin annexé représente cette dépen- dance de la résistance au refoulement ou coulée et de la limite d'étirage par rapport au degré de la conformation à froid totale pour les matières suivantes :
Cpurbe A : laiton Ms 63, recuit doux Courbe B : fondu Siemens-Martin comportant
C = 0,13 % recuit doux
Courbe C : acier fondu Siemens-Martin avec C = 0,24% recuit doux
Courbe D : acier fondu Siemens-Martin avec C = 0,35% recuit doux.
La caractéristique de la présente invention consiste à utiliser la possibilité illustrée par l'équation et les courbes ci-dessus d'une augmentation très considérable des valeurs de résistance de matières métalliques par conforma- tion à froid pour produire des vis très solides. Le procédé @
<Desc/Clms Page number 5>
est caractérisé en ce que le corps conformé par conformation à froid est fabriqué avec des degrés de conformation gradués de façon convenable, de modes et degrés de conformation de même sens ou de sens contraires dans leur. action extérieure et est amené ainsi dans toutes les sections aux valeurs de résistance désirées dépassant considérablement les résistan- ces initiales.
Contrairement aux procédés de fabrication connus jusqu'à présent de vis et d'éléments d'assemblage conformés analogues, la tige et la tête sont donc fortement conformées à froid du fait que la tige est produite par la projection à froid connue en soi à partir d'un corps de plus grand diamètre que celui de la tige par pressage à froid à l'aide d'une matrice de rétrécissement, tandis que la tête est amenée à la forme finale désirée par une nouvelle conforma- tion à froid.
En conséquence, les diverses conformations partiel- les ne sont pas choisies comme jusqu'à présent exclusive- ment pour l'obtention simple de la forme finale désirée, mais elles sont choisies sciemment suivant la présente in- vention en même temps de façon que l'on obtienne lasrésis- tances désirées partout.
Le procédé selon la présente invention est expliqué en détail à l'aide de l'exemple de la fabrication d'une vis six-pans M 10 en acier Siemens-Martin doux, sans alliage, comportant environ 0,15 % de carbone, une limite d'étirage à l'état initial d'environ 15 kg. au mm2, une résistance à la rupture d'environ 34 kg au mm2.
Les fig. 2 à 5 montrent les diverses phases de la fabrication.
Pour l'ébauche, qui est par exemple coupée sur du fil laminé, on choisit un diamètre beaucoup plus petit (11 mm) que la largeur de clef (17 mm) de la tête six-pans de la vis (fig.2).
<Desc/Clms Page number 6>
Cette ébauche est planée et elle est soumise en même temps ou après à un matriçage initial la réduisant à un diamètre de 13,35 mm (fig.3).
Le rapport des sections est :
F1 = 1,47
Fo le degré de conformation initiale est ln
Au cours de la phase la tige est produite par projection à froid suivant la fig.4.
On désigne par :
E = le poinçon de refoulement,
F = l'ébauche en cours de conformation,
G = la matrice de rétrécissement.
On a le rapport de section F1 1,79.
Le degré de conformation partielle est ln F1 = 0,575.
F2
Dans la phase de travail suivante, la tête ronde de 13,35 mm de diamètre est pressée pour former la tête six- pans. La fig. 5 montre la vis dont le pressage est achevé, sur laquelle le filetage est ensuite formé par laminage ou taillage de façon connue.
Lors du pressage de la tête, on a : F3 le rapport de section : F3 = 1,79 F1 F3 Le degré de conformation partielle : ln F3 = 0,575
F1
Ainsi, la conformation totale effective dans la tige et dans la tête pour la consolidation est exactement de même grandeur, à savoir : pour la tige : ln F1 + ln F1= 0,385 + 0,575 = 0,96;
Fo F2 donc limite d'étirage 60 kg.au mm2,
<Desc/Clms Page number 7>
pour la tête : F1 F3 ln F1 + ln F3 0,385 + 0,575 = 0,96;
Fo F1 donc limite d'étirage 60 kg. au mm2.
Par conséquent, en partant d'un acier coulé Siemens- Martin doux ordinaire, ayant une limite d'étirage initiale de seulement 15 kg au mm2, on obtient par le procédé de la présente invention, exclusivement par un petit nombre d'opé- rations de conformation convenablement accordées, un corps ayant une limite d'étirage considérablement augmentée, uni- forme dans la tête et la tige, d'environ 60 kg au mm2.
Ceci est rendu possible par la succession sensée des modes de conformation de même sens et de sens contraires quant à leur effet extérieur, par exemple : refoulement et amincissement (projection) pour la tige,et refoulement et refoulement pour la tête.
On peut naturellement, si on le désire, obtenir suivant ce procédé dans la tête une résistance spécifique différente de celle obtenue dans la tige.
De même, les résistances peuvent également être ob- tenues en général plus élevées du fait que l'on choisit généralement des degrés de conformation supérieurs à ceux indiqués dans l'exemple, ou bien, on peut utiliser des ma- tières ayant une plus grande résistance initiale, par exemple des aciers ayant une plus forte teneur en carbone ou des métaux légers bonifiés.
La tige peut aussi être fabriquée avec un appendice de plus petit diamètre qui est nécessaire, par exemple pour le laminage du filetage. Dans ce cas, on peut utiliser une matrice de rétrécissement à deux étages pour la projection à froid ou bien effectuer le rétrécissement au cours d'une autre opération de travail après la projection de la tige, ou encore projeter la tige tout d'abord sous un plus faible
<Desc/Clms Page number 8>
diamètre des flancs du filetage et refouler ensuite la par- tie supérieure de la tige lors du pressage de la tête ou au cours d'une opération de travail séparée au plus grand diamètre désiré et de la longueur nécessaire.
De plus, le premier refoulement peut être combiné avec la projection de la tige de façon que l'on refoule tout d'abord et que l'on projette ensuite dans uh seul et même outil et en une seule et même phase de travail, par exemple en choisissant l'angle de projection de la matrice d'amincissement de façon que la matière soit tout d'abord complètement refoulée avant que l'opération de projection proprement dite commence. Ceci est le cas, selon l'inven- tion, lorsque l'angle de la surface de projection par rap- port à l'axe de la matrice de projection est égal ou plus grand que arc tg 2,diminué de l'angle de frottement ; les bas coefficients de friction nécessaires pour des raisons de conservation des outils, ce sont des angles de matrice d'environ 63 .
Mais, le procédé conforme à l'invention est égale- ment applicable en particulier pour des rivets pressés à froid, qui ne sont amenés sous leur forme définitive ap- propriée à leur utilisation que lors de leur utilisation par une nouvelle conformation à froid, à savoir le pressage ou martelage de la seconde tête du rivet,;
Afin que le rivet adhevé donne un corps ayant une grande solidité uniforme, le procédé selon la présente in- vention doit en conséquence être appliqué de façon que l'extrémité libre de la tige du rivet, nécessaire pour for- mer la seconde tête de ce rivet, soit beaucoup moins con- formée au cours de sa fabrication que la partie restant inchangée de la tige du rivet.
Ceci peut par exemple être obtenu de la façon suivante, comme indiqué aux fig. 6 à 8.
L'ébauche cylindrique, de préférence un morceau de fil métallique suivant la fig. 6, est matricée au coursée
<Desc/Clms Page number 9>
la première opération de travail de façon qu'une extrémité soit non conformée (fig. 7a) ou ne soit intentionnellement que peu conformée (fig. 7b).
La tige et la tête suivant la fig. 8 sont ensuite formées à partir de cette phase intermédiaire, de préférence en utilisant la projection à froid. Le rivet ainsi produit a donc une tige dont l'extrémité libre n'est pas ou n'est que peu conformée à froid et une intersection ou un passage uniforme, à déterminer convenablement, quant à sa position et à sa longueur, entre la partie non conformée ou faible- ment conformée à froid et la partie fortement conformée.
Si la seconde-tête du rivet est formée ultérieure- ment par conformation à froid, on obtient le corps désiré, ayant une grande solidité, uniforme et convenablement étagé.
Le procédé de la présente invention est particu- lièrement approprié à la production d'assemblages très soli- des par rivets en métaux légers bonifiables. Si, en effet, on travaille en partant d'ébauches ou pièces de fil métalli- que bonifiées, on obtient par la forte conformation à froid subséquente, des accroissements de solidité très considéra- bles, qui permettent une grande diminution des dimensions des rivets avec une solidité au moins égale de l'assemblage à rivets.
Le procédé est, en outre, applicable de façon sen- sée à la fabrication d'éléments d'assemblage et corps profi- lés séparables ou non séparables conformés de façon analogue de toute nature.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
<Desc / Clms Page number 1>
A method of manufacturing strong shaped bodies, such as screws; by cold plastic shaping and bodies manufactured by this process.
According to the methods known hitherto, shaped bodies, such as screws, are most often produced by plastic shaping so that the raw material, for example drawn or rolled wire, has the diameter of the shank of the screw. and the head thereof, for example hexagonal, four-sided or cylindrical or the like, is cold or hot forged in one or more working passes.
Conversely, it is possible to use a material having the diameter of the head of the screw and reduce this material to the diameter of the shank of the screw by cold upsetting, with the aid of back presses.
All these processes have in common that the stem and the head
<Desc / Clms Page number 2>
of the screw are shaped with a very irregular force.
This inevitably causes the following disadvantages:
A part of the screw, therefore the shank or the head, has during cold pressing only very low resistance values of the raw material, consequently a particularly low draw limit, because it is necessary use the raw material in the soft annealed or hot rolled state or at most only very little solidified by blank drawing due to the very high degree of conformation in head presses and in rod pushing presses.
At the intersection of the rod with the head, the cap material very suddenly changed from the nonconformed state to only very little cold conformed to the very strongly conformed cold state. This sudden passage gives rise to the production of dangerous internal stresses and further reduces the already very weak ability to stress the screw, particularly against oscillations and alternating forces, which is due to the fact that one of the parts is almost or completely not confirmed. At the same time, with this process, a zone of "critical conformation" is formed with this process at the intersection of the head with the rod (for example in Siemens-Martin steel 5 to 15% conformation), which can produce very harmful effects during subsequent heat treatment.
In the case of hot head upsetting, a considerably cold shaped raw material could well be used, but its greater strength is lost in the part heated for delivery.
For the manufacture of screws, which must meet stringent conditions with regard to strength, it was therefore necessary until now to use materials with special alloys which give them greater strength and which were therefore expensive. .
<Desc / Clms Page number 3>
For particularly high solidity conditions, the screws, whose conformation was completed, had to be improved by a special heat treatment.
This again presupposes the use of materials which are beneficial by heat treatment to increase their strength, for example special steels, hardenable light metal alloys, etc.
The subsidy also requires additional costly installations and great expense to produce heat, additional labor costs, etc.
Despite this, faults often occur due to dangerous quenching stresses on sudden change from the head section to that of the rod or by the action of reducing the strength of the critical conformation during heat treatment. subsequent. The process according to the present invention therefore follows a completely new path for the manufacture of high strength screws.
All the metals which come into question for the manufacture of screws (for example steel, brasses, bronzes, aluminum and other light metals, etc.) have, as is known, the property of considerably modifying their most important strength value under the action of cold conforma- tion. It is known that the yield strength, the stretch limit and the tensile strength increase with the action of cold shaping, while the elongation decreases.
Numerous studies have shown that the following relationships, not yet known until now, exist for the metals mentioned above between the measurement of cold conforma- tion and the draw limit ks which is decisive for the capacity of stress: ks is the stretch limit of the raw material in the conformed state (kg / mm2),
<Desc / Clms Page number 4>
F In Fo is the natural logarithm of the ratio of the sections Fn between the initial section Fo and the final section F obtained after conformation in the same direction following n, e is the elastic limit in the initial state (Kg / mm2 ). thus, when no intermediate annealing is performed, the stretch limit in the shaped state is
EMI4.1
In the conformation stages in the opposite direction,
for example by a succession of upsetting and stretching, the various degrees of conformation must be added without taking into account the variable signs.
K is a characteristic constant for each kind of raw material which can be established for the above equation using measurements made during fracture testing.
Fig. 1 of the accompanying drawing shows this dependence of upsetting or pouring resistance and draw limit on the degree of total cold conformation for the following materials:
Cpurbe A: brass Ms 63, soft annealed Curve B: Siemens-Martin melt comprising
C = 0.13% soft annealed
Curve C: Siemens-Martin molten steel with C = 0.24% soft annealed
Curve D: Siemens-Martin molten steel with C = 0.35% soft annealed.
The feature of the present invention is to use the possibility illustrated by the above equation and curves of increasing the strength values of metallic materials very considerably by cold forming to produce very strong screws. The process @
<Desc / Clms Page number 5>
is characterized in that the body shaped by cold shaping is manufactured with suitably graduated degrees of conformation, modes and degrees of conformation in the same direction or in opposite directions in their. external action and is thus brought in all sections to the desired resistance values considerably exceeding the initial resistances.
Unlike the hitherto known manufacturing methods of screws and similar shaped assembly elements, the shank and the head are therefore strongly cold-formed because the shank is produced by the cold spraying known per se from of a body of larger diameter than that of the rod by cold pressing using a shrinkage die, while the head is brought to the desired final shape by further cold forming.
Accordingly, the various partial conformations are not chosen as heretofore exclusively for the simple achievement of the desired final shape, but they are deliberately chosen according to the present invention at the same time so that the 'the desired resistance is obtained everywhere.
The method according to the present invention is explained in detail with the aid of the example of the manufacture of an M 10 hexagon screw in mild Siemens-Martin steel, without alloy, comprising approximately 0.15% carbon, a stretch limit in the initial state of about 15 kg. per mm2, a breaking strength of approximately 34 kg per mm2.
Figs. 2 to 5 show the various stages of production.
For the blank, which is for example cut on rolled wire, we choose a diameter much smaller (11 mm) than the key width (17 mm) of the hexagon head of the screw (fig. 2).
<Desc / Clms Page number 6>
This blank is planed and it is subjected at the same time or after to an initial forging reducing it to a diameter of 13.35 mm (fig. 3).
The report of the sections is:
F1 = 1.47
Fo the degree of initial conformation is ln
During the phase the rod is produced by cold spraying according to fig. 4.
We denote by:
E = the discharge punch,
F = the blank during shaping,
G = the shrinkage matrix.
We have the section ratio F1 1.79.
The degree of partial conformation is ln F1 = 0.575.
F2
In the next working phase, the 13.35 mm diameter round head is pressed to form the hexagon head. Fig. 5 shows the screw whose pressing has been completed, on which the thread is then formed by rolling or cutting in known manner.
When pressing the head, we have: F3 the section ratio: F3 = 1.79 F1 F3 The degree of partial conformation: ln F3 = 0.575
F1
Thus, the effective total conformation in the rod and in the head for consolidation is exactly the same size, namely: for the rod: ln F1 + ln F1 = 0.385 + 0.575 = 0.96;
Fo F2 therefore draw limit 60 kg. Per mm2,
<Desc / Clms Page number 7>
for the head: F1 F3 ln F1 + ln F3 0.385 + 0.575 = 0.96;
Fo F1 therefore draw limit 60 kg. per mm2.
Therefore, starting from an ordinary Siemens-Martin mild cast steel, having an initial draw limit of only 15 kg per mm2, the process of the present invention is obtained by the process of the present invention exclusively by a small number of operations. of suitably tuned conformation, a body having a considerably increased stretch limit, uniform in head and shank, of about 60 kg per mm 2.
This is made possible by the sensible succession of conformation modes of the same direction and of opposite directions as to their external effect, for example: repression and thinning (projection) for the rod, and repression and repression for the head.
It is of course possible, if desired, to obtain by this method in the head a specific resistance different from that obtained in the rod.
Likewise, the resistances can also be obtained in general higher because one generally chooses degrees of conformation higher than those indicated in the example, or else, one can use materials having a greater. initial strength, for example steels with a higher carbon content or enhanced light metals.
The shank can also be made with a smaller diameter appendage which is required, for example for thread rolling. In this case, a two-stage shrinkage die can be used for cold spraying, or the shrinkage can be carried out during another working operation after the throwing of the rod, or the rod can be projected first under a weaker one
<Desc / Clms Page number 8>
diameter of the thread flanks and then upset the upper part of the shank when pressing the head or in a separate working operation to the largest desired diameter and length required.
In addition, the first repression can be combined with the projection of the rod so that one pushes first and then one projects in uh one and the same tool and in one and the same work phase, by example by choosing the angle of projection of the thinning matrix so that the material is first of all completely repressed before the actual projection operation begins. This is the case, according to the invention, when the angle of the projection surface with respect to the axis of the projection matrix is equal to or greater than arc tg 2, minus the angle of friction; the low coefficients of friction necessary for reasons of tool conservation, these are die angles of about 63.
However, the process according to the invention is also applicable in particular for cold-pressed rivets, which are only brought into their final form suitable for their use when they are used by a new cold forming, to namely the pressing or hammering of the second head of the rivet;
In order for the finished rivet to give a body having a high uniform strength, the method according to the present invention must therefore be applied so that the free end of the shank of the rivet, necessary for forming the second head of this rivet. rivet, is much less shaped during its manufacture than the part remaining unchanged of the shank of the rivet.
This can for example be obtained in the following way, as indicated in FIGS. 6 to 8.
The cylindrical blank, preferably a piece of metal wire according to FIG. 6, is stamped in coursée
<Desc / Clms Page number 9>
the first working operation so that one end is not conformed (fig. 7a) or is intentionally only slightly conformed (fig. 7b).
The rod and the head according to fig. 8 are then formed from this intermediate phase, preferably using cold spraying. The rivet thus produced therefore has a shank, the free end of which is not or is only slightly shaped when cold and an intersection or a uniform passage, to be suitably determined, as to its position and its length, between the part nonconformed or weakly conformed when cold and the part strongly conformed.
If the second rivet head is subsequently formed by cold forming, the desired body is obtained, having great strength, uniformity and suitably stepped.
The process of the present invention is particularly suitable for the production of very strong assemblies by rivets of bonifiable light metals. If, in fact, one works starting from blanks or pieces of improved metal wire, one obtains by the subsequent strong cold conformation, very considerable increases in solidity, which allow a great reduction in the dimensions of the rivets with at least equal strength of the rivet assembly.
The process is, moreover, broadly applicable to the manufacture of similarly shaped separable or non-separable assembly elements and profiled bodies of any kind.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.