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PROCEDE DE,CONFORMATION A FROID .DE METAUX ET AUTRES MATIERES AYANT)UNE ;LIMITE
D'ETIRAGE PRONONCEE.
Les métaux sont transformés suivant les procédés connus par usi- nage ou façonnage avec ou sans enlèvement de copeaux pour obtenir des pié- ces de forme déterminée., La conformation sans enlèvement de copeaux se fai- sait jusqu'à présent soit après un fort chauffage préalable du corps ini- tial, soit, dans le cas de la conformation à froid, en utilisant des pres- sions relativement grandes.
Dans le premier cas on utilise des marteaux et des presses de forgeage, tandis que dans le second cas on se sert de presses à emboutir et à estamper et de machines analogues.
L'invention est basée sur la considération que la conformation à froid de métaux doit être possible avec un très faible travail, à condi- tion que le métal puisse être amené, pendant la conformation, à un état étirable ou coulable permanent sous lequel les fortes résistances internes existant ordinairement dans le corps solide en métal sont éliminées dans une large mesure. Un moyen connu pour diminuer les résistances internes du fer forgé, de l'acier et d'autres métaux consiste à chauffer la pièce à con- former.
Mais le chauffage nécessaire exige beaucoup de temps et de chaleur, de sorte qu'il est inéconomique, Des limites relativement étroites sont é- galement imposées à la conformation à chaud par le refroidissement se produi- sant au cours du processus de conformation et de l'augmentation impliquée de ce fait des résistances interneso En outre, il se produit une forte oxy- dation de la surface du métal avec les conséquences indésirables bien con- nues. Enfin, malgré le chauffage préalable, des pressions toujours très im- portantes sont encore nécessaires pour conformer la matière à chaud.
On a aussi utilisé avec succès la conformation plastique de mé- tal,notamment d'acier, seulement dans une mince couche superficielle pour imprimer dans la matière, par des pressions dites superficielles, par exem- ples des filetages, au moyen d'un cylindre d'impression, ou également pour
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obtenir seulement une compression de la couche extérieure de la matière.
On a constaté que l'on peut augmenter essentiellement par ce procédé la du- rée d'existence de pièces mécaniques soumises à de fortes sollicitations.
Mais ce procédé de conformation à froid ne peut aussi être exécuté qu'en utilisant une grande force agissant sur une petite surface.
Les procédés connus ont, en outre, ceci de commun que la con- formation d'une pièce métallique ne peut être poussée que jusqu'à une me- sure déterminée de changement de forme, car lorsque la limite d'étirage de la matière est dépassée, il se produit des fissures et ruptures quand la matière coulant ne peut plus suivre les forces de changement de forme, par- ce que la cohésion interne des couches de la matière se relâche déjà.
On appelle état plastique ou conformable l'état de corps soli- des sous lequel ils peuvent modifier leur forme de façon permanente dans une forte mesure sans relâchement notable de leur cohésion. Dans les mé- taux, les changements de forme plastiques sont basés principalement sur la déformation des divers corps cristallins dont la matière est constituée, due à ce qu'on appelle la translation ou formation de jumeaux. L'élévation de la température pendant la conformation à chaud facilite la formation de surfaces de glissement dans les corps cristallins, tandis qu'une grande vi- tesse de charge favorise la tendance à la rupture brusque. On sait, en ou- tre, que la même matière est cassante dans un état de tension déterminé, alors qu'elle permet des changements de forme plastiques dans un autre é- tat de tension.
En suivant l'idée sur laquelle l'invention est basée, qui est de faire passer une matière métallique à l'état plastique en éliminant les tensions internes dans une forte mesure et de conformer cette matière à froid dans cet état 'dans la mesure maximum, on a créé un procédé qui donne un nouveau moyen de conformation à froid avec une dépense minimum de force et'de temps. Le procédé conforme à l'invention permet l'augmentation brus- que de la faculté de glissement entre les grains cristallins à l'état froid de la matière. Le moyen pour obtenir cet état "superplastique" consiste à faire passer la pièce à conformer à un état oscillant imposé par des for- ces excitatrices extérieures, par exemple par un champ d'inertie fonction- nant à la cadence de la fréquence propre.
Ce procédé est en opposition ap- parente à la théorie admise de la résistance, selon laquelle des oscilla- tions permanentes conduisent à une désorganisation de la matière et fina- lement à la rupture de la pièce. Au contraire, dans le procédé selon l'in- vention, l'état plastique de la matière se produit brusquement dans la gam- me des oscillations critiques du premier, second ou troisième degré, de la pièce à conformer, de sorte qu'à partir de l'instant de l'écoulement la pièce peut être amenée à des formes très différentes par des forces extérieures extrêmement petites sans que la texture de la matière perde'de ce fait la cohésion interne.
Une propriété du procédé conforme à l'invention est, en outre, que la matière mise à l'état plastique par les oscillations imposées reste pendant un temps prolongé à l'état plastique après avoir été ramenée au-dessous de la fréquence des oscillations critiques, de sorte que la déformation amorcée dans la gamme critique peut aussi être continuée en dehors de cette gamme. On peut tirer une explication de cette transformation subite de l'état d'agrégat solide d'un métal en un état plastique ou vis- queux, sans chauffage préalable, de la considération suivante
Selon l'état actuel de la science, on admet que lors de la con- formation à chaud des métaux, des lois analogues à celles applicables dans le cas de liquides visqueux sont valables en ce qui concerne le frottement interne.
Il existe donc une relation de dépendance entre la résistance au changement de forme et la vitesse de ce changement de forme. Le procédé con- forme à l'invention donne un moyen de suivre ces lois dans un domaine inac- cessible jusqu'à présent. Des métaux sont amenés à froid à l'état d'agrégat visqueux ou "superplastiques", du fait que le corps métallique est soumis à des oscillations entrant dans la gamme des oscillations critiques. Dans cet état, le changement de forme s'effectue, suivant le procédé établi par
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l'invention, à une grande vitesse, étant donné que la pièce à conformer a déjà, au cours de l'opération, une grande vitesse périphérique de par exem- ple 20 m/s, à laquelle s'ajoute encore la déviation radiale impliquée par l'état d'oscillation.
Dans cet état de mouvement, dont à une très grande vitesse de changement de forme, la résistance au changement de forme baisse à une valeur si faible que de grands changements de forme sont possibles a- vec une très faible dépense de force, sans que la cohésion interne de la structure de la texture soit éliminée de ce fait. Cette constatation coin cide aussi avec le fait connu que la résistance au changement de forme a- baisse beaucoup plus fortement lors de la déformation dynamique à chaud, sous le marteau de forge, à une température croissante d'une pièce en acier au carbone, que lors d'une conformation à chaud statique à la presse.
Sui- vant cette loi connue, l'influence de la vitesse de changement de forme sur la résistance au changement de forme est déjà clairement exprimée, mê- me si ce n'est que dans une mesure beaucoup plus faible que dans le procé- dé conforme à l'invention. C'est ainsi que, par exemple, selon l'expérien ce, avec un acier au carbone déterminé, la résistance au changement de for- me diminue d'environ 65% entre 800 et 1200 C lors de la conformation dyna- mique.
Mais, tandis que.l'acier ne se rapproche de l'état visqueux qu'à 1200 C, l'acier non chauffé est amené, dans le procédé conforme à l'invention, brus- quement à l'état visqueux ou à l'état "superplastique", inconnu jusqu'à pré- sent, par des forces dynamiques qui sont à l'état d'oscillations critiques et sont de ce fait beaucoup plus élevées. L'effet obtenu par l'invention sur la structure de texture de métaux n'est donc pas en contradiction avec la théorie valable jusque présent. Le procédé selon l'invention élargit au contraire seulement la connaissance des processus de changement de forme au delà des limites connues jusqu'à présent.
Dans l'expérimentation méthodique du procédé de l'invention avec des matières de natures diverses, on a constaté que le comportement d'une matière mise à l'état d'oscillation dépend de sa structure de texture et de ses propriétés de résistance. Des matières déterminées, qui ont une limite prononcée d'écoulement, comme par exemple l'acier fondu, sont de préférence appropriées à la conformation à froid suivant le procédé de l'in- vention.
Si, par exemple, un anneau en acier fondu est soumis par une ac- tion extérieure à des oscillations forcées, qui conduisent à l'état d'os- cillation critique de l'anneau, l'anneau tournant peut être élargi en quel- ques secondes au multiple de son diamètre sous une pression extrêmement faible par un outil fixe, tel que mandrin ou analogue, attaquant sa surface intérieure, sans qu'il se produise des fissures ou crevasses. L'anneau ainsi conformé avait des surfaces lisses de tous côtés, la surface extérieure de l'anneau profilé à conformer étant limitée par un anneau gabarit tour- nant avec lui. L'anneau profilé était ainsi achevé, prêt à être utilisé, ou bien, selon sa destination il suffisait de le rectifier à la meule.
La fabrication d'untel anneau exige selon les procédés usuels par laminage et usinage à enlèvément de copeaux au tour environ six à huit minutes, ce qui représente donc, par rapport au procédé de l'invention, plus de cent fois plus de temps, si l'on tient compte du temps mort dans les deux pro- cédés. Avec la conformation à froid usuelle, la conformation d'une pièce en acier fondu exigerait dans les limites indiquées dans l'exemple une pression totalè d'environ 360 tonnes; or, pour les raisons déjà indiquées, la conformation à froid exécutée avec les moyens usuels n'est pratiquement pas applicable pour le changement de forme d'environ 475% auquel s'applique 1'exemple. Le procédé conforme à l'invention n'exige donc qu'une fraction du temps qui est nécessaire dans les procédés usuels pour la conformation à froid ou à chaud.
En outre, l'invention permet un changement de forme beaucoup plus poussé en une seule opération de travail que les procédés connus jusqu'à présent. Le procédé selon l'invention est en outre caracté- risé par le fait que le volume de la pièce dont la conformation' est achevée est égal au volume du corps initial; il ne se produit donc aucune sorte de déchet de matière contrairement aux procédés usuels à enlèvement de copeaux.
Le progrès technique obtenu de ce fait est si important que le procédé con- forme à l'invention semble approprié à changer fondamentalement l'usinage de métaux à limite d'étirage prononcée.
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Il y a de nombreuses possibilités d'application de l'invention, la conformation indiquée d'un anneau profilé n'étant évidemment qu'un exem- ple. Sans donner d'autres exemples d'application, on signale seulement la conformation à froid de corps creux de diverses natures selon le procédé de l'invention, ces corps pouvant être fabriqués de façon analogue confor- mément à l'invention.