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PROCEDE DE REALISATION DE VILBREQUINS ET MANIVELLES.
Les manivelles et,vilbrequins sont habituellement forgés à par- tir de blocs d'acier et, dans ce cas, la garantie essentielle de la qualité du produit est assurée par un forgeage répété du bloc. Le,procédé de réali- sation est multiple dans ses détails. Entre autres, les blocs sont d'abord forgés de manière à obtenir des pièces brutes de forme cubique et, ensuite, les vilbrequins ou les manivelles sont fabriqués par l'enlèvement par ma- chine outil de la matière située entre les flasques. Un autre procédé lar- gement divulgué consiste dans l'étirage, dans son sens longitudinal, d'un bloc en acier et, dans ce cas, le vilbrequin reçoit sa forme au cours du forgeage par le repliage de la manivelle.
Enfin, il est également connu.de ne pas forger les blocs dans leur sens longitudinal, mais de les perforer et d'utiliser la pièce perforée pour la réalisation d'un anneau qui est ensuite découpé et façonné en une ou plusieurs manivelles. Toutes ces formes de réa- lisation exigent des façonnages préliminaires à chaud considérables qu'il faut cependant'accepter eu égard à la grande fatigue que subissent ces élé- ments de machine. Ainsi, suivant par exemple, la réglementation du Lloyd Register Shipping anglais, il tété décidé qu'il était nécessaire de procé- der à un forgeage quintuple pour la réalisation de manivelles fabriquées à partir d'une seule pièce.
Lors de la fabrication de manivelles, telle que mentionnée plus haut, c'est-à-dire, à partir d'une pièce annulaire, il est même courant de procéder, dans la pratique, à sept forgeages successifs.
On connait évidemment des vilbrequins pour autos qui sont réalisés- par cou- lée dans des moules et ceux-ci ont été reconnus comme étant parfaits. Cepen- dant ces vilbrequins, dont la fabrication a été développée par Ford, ne sont que de dimensions assez petites et, par ce fait, il est impossible de prévoir si ces vilbrequins pourraient être utilisés pour les machines lourdes. En outre, les vilbrequins de Ford ne sont pas en acier, mais ils sont fabri- qués en une matière qui, par ses composés de graphite et sa teneur totale en carbone, représente une matière intermédiaire entre l'acier et la fonte.
Pour cette raison cette matière est désignée par les américains sous :
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"bastard-metal". Cette matière connue, servant à la fabrication de vilbrequins, est de plus alliée à du cuivre et du chrome (voir Metals and Alloys, 1935, p.259). Les essais pratiques en vue de l'utilisation avec succès des mani- velles fabriquées en acier coulé ont menés à de graves déboires, étant donné que ces manivelles cédaient après un fonctionnement d'une courte durée indé- terminable.
Suivant l'invention, une nouvelle méthode est préconisée pour ob- tenir des vilbrequins en acier de haute qualité sans qu'ils doivent être sou- mis à un forgeage répété. Tout d'abord, une ébauche creuse est obtenue par coulée centrifuge, celle-ci présente une sur-épaisseur de matière (bossage) à l'endroit qui dans la suite deviendra le manneton de la manivelle. A cet effet, la coquille de coulée centrifuge est munie d'un renfoncement à sa périphérie intérieure correspondant au dit bossage. Le procédé le plus ap- 'proprié pour obtenir la symétrie consiste à prévoir dans la coquille des renfoncements disposés par paires et en opposition radiale l'un de l'autre.
Cependant il est à remarquer qu'une disposition asymétrique des renfonce- ments n'influence en rien le procédé, étant donné que L'acier s'amasse beau- coup plus rapidement dans les renfoncements, même à une vitesse de rotation relativement faible, que dans les autres parties de la coquille. Les pièces coulées sont ensuite découpées, éventuellement après division (perpendicu- lairement à l'axe central) en sections appropriées, en face du bassage et aplaties radialement en une pièce en forme de U. De cette manière la mani- velle se présente, déjà dans son ensemble, sous sa forme définitive non- façonnée. Lorsque la pièce coulée présente deux bossages disposés radiale- ment en opposition l'un de l'autre, il est préférable de procéder à l'apla- tissement avant la division des deux manivelles.
Dans le cas où plus de deux bossages seraient prévus, les pièces à façonner sont découpées utilement au centre, entre les bossages avoisinants, et aplaties en pièces en forme de U.
L'aplatissement peut se faire éventuellement lors d'un recuit, particulièrement lorsqu'il s'agit de pièces à façonner présentant deux bos- sages, par le fait que les pièces à façonner sont rangées dans le four à recuire de manière que l'axe centrifuge imaginaire soit disposé horizonta- lement et que le plan symétrique axial, passant au centre des deux bossages disposés en opposition l'un de l'autre, soit parallèle à la sole du four.
Pendant le recuit, la pièce coulée se tasse par suite de son poids propre.
Dans ce cas il est à conseiller de prévoir une pièce d'écartement à l'in- térieur de l'anneau empêchant le rapprochement trop accentué des flasques de la manivelle.
La matière utilisée pour les vilbrequins réalisés suivant l'in- vention consiste, de préférence, en un acier pur, non-allié, tel qu'utilisé habituellement pour les vilbrequins forgés. Il est utile de procéder à un recuit de normalisation. Si nécessaire, il est possible de procéder à un recuit de diffusion avant la normalisation.
La zône de ségrégation se formant à l'intérieur de la pièce creuse lors de la coulée centrifuge peut être enlevée à un moment quelconque de l'opération de façonnage.
Le nouveau procédé présente avant tout l'avantage qu'il permet la réalisation de vilbrequins de la qualité la meilleure sans qu'il soit nécessaire d'utiliser de lourdes presses de forgeage, indispensables lors du forgeage. En outre, le déchet en acier est très minime.
Il entre également dans le domaine de l'invention de partir d'un bloc plein approprié, à la place du bloc creux centrifugé et d'enle- ver l'âme de ce premier, soit par forage, soit par perforation.
En outre, il est également possible, particulièrement lors de dimensions plus petites, de centrifuger des blocs cylindriques- (pleins ou creux) et de réaliser les bossages pour les manivelles par un façonnage à chaud. Même lors de ce procédé, aucun forgeage répété de l'acier n'est nécessaire. Il est également possible de renforcer les bossages centrifugés par un façonnage à chaud.
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L'objet de l'invention comprend enfin les coquilles de coulée centrifuge, présentant à leur paroi intérieure un ou plusieurs renfoncements servant à la réalisation des bossages.
Les dessins représentent :
En fig, l, la vue frontale schématique d'une coquille de coulée centrifuge, représentée à la fig. 2 en coupe suivant la ligne A-B. L'action- nement (non-représenté) s'effectue de la manière connue ; la vitesse étant appropriée aux conditions locales. 2 représente le couvercle de la coquille et 3 sa bride=.
Les renfoncements 4, servant à la coulée des bossages, sont dis- posés radialement en opposition l'un de l'autre. Le cercle intérieur, en pointillé à la fig. 2, indique la limite intérieure d'un bloc creux obtenu par coulée centrifuge.
La fig. 3 représente le profil d'un bloc aplati.
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CRANKSHAFTS AND CRANKS PROCESSING PROCESS.
Cranks and crankshafts are usually forged from steel blocks and in this case the essential guarantee of product quality is provided by repeated forging of the block. The production process is manifold in its details. Among other things, the blocks are first forged so as to obtain cubic-shaped blanks, and then the crankshafts or cranks are produced by machine-tool removal of the material between the flanges. Another widely disclosed method consists in stretching, in its longitudinal direction, a block of steel and, in this case, the crankshaft receives its shape during forging by the folding of the crank.
Finally, it is also known to not forge the blocks in their longitudinal direction, but to perforate them and to use the perforated part to produce a ring which is then cut and shaped into one or more cranks. All these embodiments require considerable preliminary hot workings which must, however, be accepted in view of the great fatigue which these machine elements undergo. Thus, following, for example, the regulations of the English Lloyd Register Shipping, it was decided that it was necessary to carry out quintuple forging in order to make cranks made from one piece.
During the manufacture of cranks, as mentioned above, that is to say, from an annular part, it is even common to proceed, in practice, to seven successive forgings.
We obviously know crankshafts for cars which are made by casting in molds and these have been recognized as being perfect. However, these crankshafts, which were developed by Ford, are only of fairly small dimensions and, therefore, it is impossible to predict whether these crankshafts could be used for heavy machinery. In addition, Ford crankshafts are not made of steel, but are made of a material which, by virtue of its graphite compounds and total carbon content, is an intermediate material between steel and cast iron.
For this reason this material is designated by the Americans under:
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"bastard-metal". This known material, used in the manufacture of crankshafts, is also alloyed with copper and chromium (see Metals and Alloys, 1935, p.259). The practical tests with a view to the successful use of cranks made of cast steel have led to serious setbacks, as these cranks fail after indefinitely short operation.
According to the invention, a new method is recommended for obtaining high quality steel crankshafts without them having to be subjected to repeated forging. First of all, a hollow blank is obtained by centrifugal casting, it has an extra thickness of material (boss) at the place which will subsequently become the crank pin of the crank. For this purpose, the centrifugal casting shell is provided with a recess at its inner periphery corresponding to said boss. The most suitable method of obtaining symmetry is to provide recesses in the shell arranged in pairs and in radial opposition to each other.
However, it should be noted that an asymmetrical arrangement of the recesses does not influence the process in any way, since the steel collects much more quickly in the recesses, even at a relatively low speed of rotation, than in the other parts of the shell. The castings are then cut, possibly after division (perpendicular to the central axis) into appropriate sections, opposite the basing and radially flattened into a U-shaped part. In this way the crank is already presented. as a whole, in its final unshaped form. When the casting has two bosses arranged radially in opposition to each other, it is preferable to proceed with the flattening before the division of the two cranks.
In the event that more than two bosses are provided, the pieces to be shaped are usefully cut in the center, between the neighboring bosses, and flattened into U-shaped pieces.
The flattening may possibly take place during annealing, particularly in the case of workpieces having two bumps, by the fact that the workpieces are stored in the annealing furnace so that the imaginary centrifugal axis is arranged horizontally and that the axially symmetrical plane, passing through the center of the two bosses arranged in opposition to one another, is parallel to the bottom of the furnace.
During annealing, the casting settles due to its own weight.
In this case, it is advisable to provide a spacer inside the ring to prevent the crank flanges from coming too close together.
The material used for crankshafts made according to the invention is preferably pure, unalloyed steel, such as is customarily used for forged crankshafts. It is useful to carry out a normalization annealing. If necessary, diffusion annealing can be carried out before normalization.
The segregation zone forming inside the hollow part during centrifugal casting can be removed at any time during the shaping operation.
The new process has above all the advantage that it allows the production of crankshafts of the best quality without the need to use heavy forging presses, essential during forging. In addition, the steel waste is very minimal.
It also falls within the scope of the invention to start from a suitable solid block, in place of the centrifuged hollow block and to remove the core of the former, either by drilling or by perforation.
In addition, it is also possible, particularly with smaller dimensions, to centrifuge cylindrical blocks (solid or hollow) and to produce the bosses for the cranks by hot forming. Even in this process, no repeated forging of the steel is necessary. It is also possible to reinforce the centrifuged bosses by hot forming.
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The object of the invention finally comprises the centrifugal casting shells, having on their inner wall one or more recesses serving for the production of the bosses.
The drawings represent:
In fig, 1, the schematic front view of a centrifugal casting shell, shown in fig. 2 in section along line A-B. The actuation (not shown) is carried out in the known manner; the speed being appropriate for local conditions. 2 represents the shell cover and 3 its flange =.
The recesses 4, used for casting the bosses, are arranged radially in opposition to one another. The inner circle, dotted in fig. 2, indicates the inner limit of a hollow block obtained by centrifugal casting.
Fig. 3 represents the profile of a flattened block.