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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
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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.
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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),
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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
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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 @
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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).
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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,
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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
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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
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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.
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