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PROCEDE ET DISPOITIFS POUR LA FABRICATION INDUSTRIELLE DE PIECES METALLIQUES.
Dans l'application des proches de travail de masses métalliques par déformation plastique chaud, il est d'usage de produire des pièces lon- gues ou profondes en travaillant par phases successives, chaque phase produi- sant une partie du travail et la pièce étant déplacée et réchauffée entre chacune des phases.
Ces procédés présentent le grave inconvénient d'être relative- ment lents et coûteux. En effet, les manipulations des pièces entre chaque opération et surtout les modifications successives de la température entre des limites relativement éloignées l'une de l'autre, déterminent une perte de calories sensible. De plus, la pièce en subissant des variations succes- sives et importantes de température peut, par ce fait, subir des altérations de ses qualités propres.
On a tenté de remédier à cet inconvénient,en préconisant l'exé- cution, par extrusion, filage ou autre moyen auxiliaire à chaud, de pièces de tout genre en une seule opération.
La pratique a montré l'impossibilité absolue de constituer des poinçons suffisamment résistants pour assurer, par ce moyen,uné production industrielle.
Il a été, en effet, démontré que, malgré les moyens les plus énergiques employés pour assurer le refroidissement du poinçon, ce dernier, en considération de la durée d'exécution fortement augmentée par rapport au procédé par opérations successives, prenait, après quelques opérations, une température telle que la résistance devenait insuffisante pour supporter les efforts auxquels il devait pouvoir résister.
D'autre part, les formes d'un poingon, pour exécuter le travail en une seule opération, se prêtent, en général, très mal à un filage normal de la matière, elles provoquent des étranglements et des coincements de ma- tière, qui réclament des efforts énormes, augmentent les sollicitations des
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outillages et exigent l'emploi de presses développant des puissances considé- rables, exigeant la mise en oeuvre de forces motrices importantes et coûteu- ses.
L'invention concerne un procédé nouveau permettant l'exécution de pièces pouvant être longues, respectivement profondes, moyennant un apport de calories minimum et l'utilisation de presses à puissance relativement ré- duite.
Ce procédé nouveau consiste à façonner la pièce en opérations successives, comprenant en général une opération de filage, suivie d'une ou de plusieurs opérations de matriçage. La combinaison des outillages est réa- lisée de telle façon que les opérations successives peuvent être réalisées en une seule chaude et sans que l'ébauche ne quitte la presse.
Pour la mise en oeuvre de ce procédé nouveau, la matière est introduite dans une matrice appropriée ; on fait usage de deux poinçons à actions successives et l'on provoque un mouvement relatif entre ladite matri- ce appropriée et lesdits poinçons de manière à amener ceux-ci successivement dans l'axe de la pièce travaillée..
La matrice se compose d'au moins deux parties dont l'une, fixe, maintient la matière à travailler dans sa chaude initiale et dont l'autre, mobile, conditionne, en quelque sorte, le logement de la matière à travail- ler, dans la matrice, aux phases successives, respectivement d'extrusion et de matriçage. Cette partie mobile de la matrice est déplaçable par transla- tion, rotation ou par tout autre mouvement. En outre, cette pièce mobile pourrait comporter plus de deux.positions caractéristiques, chacune d'elles correspondant à une sollicitation de l'un des poinçons et déterminant une complétion de la forme de la pièce pour atteindre la forme finale désirée.
Les poinçons peuvent être amenés en position de travail, respec- tivement en position effacée, par un mouvement de translation, de rotation ou tout autre mouvement approprié. Les mouvements desdits poinçons peuvent être individuels ou simultanés. On peut disposer de plus de deux poinçons, chacun d'eux correspondant à une phase du travail de la matière, celle-ci étant néanmoins sollicitée sans autre chauffage que sa mise à température initiale.
Suivant une autre caractéristique du procédé de l'invention, les poinçons amenés en position effacée sont automatiquement amenés dans un milieu conditionné pour en abaisser la température. Ce refroidissement peut provenir de la mise en oeuvre de tous les moyens connus et, notamment, le refroidissement par air, l'emploi d'un local à parois réfrigérées, une cir- culation d'eau, ou tout autre moyen connu en soi.
En raison même de l'alternance de la mise en oeuvre de deux poinçons différents, respectivement pour l'extrusion et le matriçage, chaque poinçon bénéficie, après chaque temps de travail, d'un temps mort pendant le- quel, étant immobilisé, il peut être aisément refroidi. Il en est ainsi, alternativement, pour chaque poinçon. Or, si, par exemple, l'action d'un poinçon dure 5 secondes et que le temps intermédiaire dure également 5 se- condes, la durée du cycle de la première phase sera de 10 secondes. Donc, dans les procédés connus, chaque poinçon restera pendant 5 secondes en con- tact avec le métal chaud et la durée pendant laquelle pourra être effectué le refroidissement sera ainsi de 5 secondes.
Or, le procédé, objet de l'in- vention, est en mesure de conserver davantage l'outillage, puisqu'il double-. le temps de repos des poingons, c'est-à-dire aussi les durées de refroidisse- ment.
Les dispositifs appliquant ces différentes caractéristiques sont- essentiellement variables et l'homme de métier pourra, sans aucune difficul- té, imaginer une foule de mécanismes pour conditionner la matrice bipartible, immobiliser et déplacer opportunément les poinçons, assurer la coprdination des différentes transmissions cinématiques en vue d'assurer l'impact des poinçons sur la matière et le conditionnement successif de la matrice.
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C'est à simple-titre d'exemples sans aucune restriction d'aucune sorte, qu'un exemple d'exécution d'un tel dispositif relativement très simple est décrit plus en détail ci-après en se référant aux dessins annexés, dans lesquels 8 la figure 1 est une vue sommaire des parties--essentielles d'une presse équipée d'un dispositifcapable d'appliquer le procédé suivant l'in- vention; les figures 2 et 3 représentent, en coupe verticale, les parties essentielles, respectivement des poinçons et de leur support mobile et d'une matrice bipartible; les figures 4 à 8 représentent l'outillage des figures 2 et'3 dans différentes phases caractéristiques du procédé.
Dans la figure 1, on a représenté sommairement une presse 1 dont la table mobile 2 porte la matrice appropriée en vue d'appliquer le procédé de l'invention. D'autre part, la tête ± de la presse porte le bâti 4 sur le- quel est articulé le support mobile des poinçons. Cet outillage spécial est, -dans ses parties essentielles, représenté aux figures 2 et 3.
La matrice est, en 1?occurrencesconstituée par un corps fixe et un tiroir 6. Le corps fixe 2 présente un orifice central 7 dans lequel est logée une buselure 8 en métal approprié formant une partie de la matrice proprement dite dans laquelle la matière doit être travaillée. Le tiroir 6 est susceptible d'être déplacé d'un mouvement alternatif de translation, d'amplitude relativement réduite, par l'intemédiaire d'un mécanisme appro- prié connu en soi (non représenté) auquel ce tiroir est relié par une tringle
Dans ce tiroir est fixée une pièce 10 présentant une concavité centrale prolongée par un trou axial et formant le complément de la buselure fixe 8 pour former la matrice appropriée à la phase d'extrusion.
Le trou axial de ladite pièce 10 reçoit un axe coulissant 11 prenant inférieurement appui sur une embase 12 profilée pour pouvoir coiffer le poinçon extracteur 13. Le même tiroir 6 présente un creux 14 dont la forme et les dimensions sont tel- les qu'il est capable de compléter la susdite buselure fixe 8 en vue d'appro- prier la matrice pour la phase de matriçage. Ce creux 14 est prolongé par un trou 15, dont le diamètre correspond au diamètre extérieur du poinçon extracteur 13. L'amplitude du mouvement de translation alternatif du tiroir 6 correspond à l'entre-axe de la pièce 10 et du creux 14. Cette matrice spé- ciale est solidement fixée sur la table 2 de la presse.
Les poinçons, en l'occurrence au nombre de deux, constituent, respectivement,le poinçon d'extrusion 16 et le poinçon de matriçage 17.
Ces deux poinçons sont fixés dans un même support 18 susceptible de tourner autour d'un axe.12 prenant appui sur un support fixe 4. Celui-ci comporte des bras 20-21 dans lesquels prennent appui des verrous, respectivement 22-23, capables d'immobiliser fermement le poinçon amené dans sa position effacée.
De part et d'autre du support fixe ± peuvent être disposés des moyens de re- froidissement des poinçons, des moyens étant sommairement figurés respecti- vement en 24-25. Ces moyens peuvent être constitués par des parois entre lesquelles les poinçons viendraient s'immobiliser, parois conditionnées pour assurer le refroidissement des poinçonso
Le fonctionnement d'un tel outillage capable d'appliquer le pro- cédé de l'invention est excessivement simple. Au départ, comme représenté à la figure 4, le tiroir 6 est dans sa position droite, la pièce 10 formant le prolongement de la buselure 8. Ledit tiroir 6 est fermement immobilisé dans cette position.
Le ppinçon d'extrusion 16 est en position active et le poinçon de matriçage 17 est en position effacée et immobilisé dans cette position par le verrou 23. Le lopin 26 préalablement chauffé à la tempéra- ture de déformation plastique à chaud est introduit dans la matrice. Un mou- vement de rapprochement brusque.entre le poinçon et la matrice est provoqué par la mise en oeuvre de la presse déterminant,'par déformation plastique, une première déformation dudit lopin' 26. L'outillage se trouve alors dans la
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position relative schématisée à la figure 5 produisant une première pièce 27.
Le poinçon 16 et la matrice sont alors séparés, la pièce 27 est légèrement repoussée et le tiroir 6 est déplacé dans sa position gauche amenant le creux dudit tiroir dans le prolongement de la buaelure fixe 8. Simultanément, le support mobile 18 des poinçons a tourné de 90 amenant ainsi le poinçon de matriçage 17 en position active et le poinçon d'extrusion 16 dans la posi- tion effacée, ledit poinçon étant dûment immobilisé à son tour par le verrou 22 et susceptible d'être refroidi pendant la phase de repos.
La position relative, dans cette phase du procédé, est représentée à la figure 6, ledit outillage étant prêt pour le matriçage et la pièce 27 étant maintenue immobi- lisée dans la matrice sans subir de nouvelles chauffes, les opérations se dé- roulant à un rythme suffisamment rapide pour que ladite pièce 27 soit mainte- nue à une température adéquate pour ladite phase de matriçage. Celle-ci est, comme pour la phase précédente, simplement produite par le rapprochement ra- pide entre le poinçon 17 et la matrice, comme schématisé à la figure 7. En- fin, le procédé est terminé par l'éloignement mutuel du poinçon et de la ma- trice et l'extraction de la pièce 28 qui a été obtenue par le forgeage de la pièce 27 en vue d'atteindre sa forme définitive.
Dans la figure 8, on a re-' présenté cette phase finale, la pièce 28 étant conventionnellement représentée extraite de la matrice.
On pourra évidemment multiplier les phases, modifier la forme des outils et adopter des mécanismes très différents sans, de ce fait, s'écar- ter de l'invention, pour autant que les phases successives soient appliquées sur une matière portée une seule fois à la température adéquate, les opéra- tions successives étant, de préférence, des opérations d'extrusion ou simi- laires et des opérations de matriçage ou similaires. Pour la sollicitation de la matière à travailler, elle pourra résulter aussi bien du déplacement axial des poinçons que du déplacement axial de la matrice ou, simultanément, de ces deux éléments essentiels de l'outillage.
L'invention concerne, à la fois, le procédé susdécrit, les dis- positifs capables d'appliquer ce procédé et les presses équipées desdits dis- positifs.
REVENDICATIONS.
1.- Procédé pour la fabrication industrielle de pièces métalli- ques, caractérisé en ce qu'il consiste à façonner la pièce en deux opérations successives d'extrusion et de matriçage, la matière travaillée n'étant por- tée qu'une seule fois à la température requise pour cette double opération et sans que la pièce ne quitte les outillages.
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METHOD AND EQUIPMENT FOR THE INDUSTRIAL MANUFACTURING OF METAL PARTS.
In the application of working close to metal masses by hot plastic deformation, it is customary to produce long or deep parts by working in successive phases, each phase producing part of the work and the part being moved. and reheated between each of the phases.
These methods have the serious drawback of being relatively slow and expensive. In fact, the handling of the parts between each operation and above all the successive modifications of the temperature between limits relatively far from one another, determine a significant loss of calories. In addition, the part by undergoing successive and significant temperature variations may, as a result, undergo alterations in its own qualities.
An attempt has been made to remedy this drawback by recommending the execution, by hot extrusion, extrusion or other auxiliary means, of parts of any kind in a single operation.
Practice has shown the absolute impossibility of constituting punches sufficiently resistant to ensure, by this means, an industrial production.
It has in fact been shown that, despite the most energetic means employed to ensure the cooling of the punch, the latter, in consideration of the greatly increased execution time compared to the process by successive operations, took, after a few operations , a temperature such that the resistance became insufficient to withstand the forces which it had to be able to withstand.
On the other hand, the shapes of a fist, to perform the work in a single operation, generally lend themselves very badly to a normal spinning of the material, they cause constrictions and jams of material, which require enormous efforts, increase the demands of
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tools and require the use of presses developing con- siderable power, requiring the use of large and costly driving forces.
The invention relates to a new process allowing the production of parts which may be long, respectively deep, with a minimum supply of heat and the use of presses with relatively low power.
This new process consists in shaping the part in successive operations, generally comprising a spinning operation, followed by one or more stamping operations. The combination of tools is carried out in such a way that the successive operations can be carried out in a single hot one and without the blank leaving the press.
For the implementation of this new process, the material is introduced into a suitable matrix; two successive action punches are used and a relative movement is brought about between said appropriate die and said punches so as to bring the latter successively into the axis of the workpiece.
The matrix is made up of at least two parts, one of which, fixed, maintains the material to be worked on in its initial hot state and the other of which, mobile, conditions, in a way, the accommodation of the material to be worked, in the die, in the successive phases, respectively of extrusion and stamping. This mobile part of the matrix can be moved by translation, rotation or by any other movement. In addition, this mobile part could have more than two characteristic positions, each of them corresponding to a stress on one of the punches and determining a completion of the shape of the part to achieve the desired final shape.
The punches can be brought into the working position, respectively in the retracted position, by a translational, rotational or any other suitable movement. The movements of said punches can be individual or simultaneous. It is possible to have more than two punches, each of them corresponding to a phase in the working of the material, the latter nevertheless being requested without further heating than its initial temperature setting.
According to another characteristic of the method of the invention, the punches brought into the retracted position are automatically brought into a conditioned medium in order to lower the temperature thereof. This cooling can come from the use of all known means and, in particular, air cooling, the use of a room with refrigerated walls, water circulation, or any other means known per se.
Because of the alternation of the use of two different punches, respectively for extrusion and forging, each punch benefits, after each working time, from a dead time during which, being immobilized, it can be easily cooled. This is the case, alternatively, for each punch. Now, if, for example, the action of a punch lasts 5 seconds and the intermediate time also lasts 5 seconds, the duration of the cycle of the first phase will be 10 seconds. Thus, in the known methods, each punch will remain in contact with the hot metal for 5 seconds and the time during which the cooling can be carried out will thus be 5 seconds.
Now, the method, object of the invention, is able to conserve more tooling, since it doubles. the resting time of the punches, that is to say also the cooling times.
The devices applying these different characteristics are essentially variable and the person skilled in the art will be able, without any difficulty, to imagine a host of mechanisms for conditioning the bipartite die, immobilizing and appropriately moving the punches, ensuring the co-ordination of the various kinematic transmissions in to ensure the impact of the punches on the material and the successive conditioning of the die.
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It is merely by way of examples without any restriction of any kind that an exemplary embodiment of such a relatively very simple device is described in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which FIG. 1 is a summary view of the essential parts of a press equipped with a device capable of applying the method according to the invention; FIGS. 2 and 3 represent, in vertical section, the essential parts, respectively of the punches and of their mobile support and of a bipartite die; FIGS. 4 to 8 represent the tooling of FIGS. 2 and '3 in different characteristic phases of the process.
In Figure 1, there is briefly shown a press 1 whose movable table 2 carries the appropriate die for applying the method of the invention. On the other hand, the head ± of the press carries the frame 4 on which the mobile support for the punches is articulated. This special tool is, -in its essential parts, shown in Figures 2 and 3.
The die is, in 1? Occurrencesconstituted by a fixed body and a slide 6. The fixed body 2 has a central orifice 7 in which is housed a nozzle 8 of suitable metal forming part of the die proper in which the material is to be. worked. The slide 6 is capable of being moved in an alternating translational movement, of relatively small amplitude, by means of an appropriate mechanism known per se (not shown) to which this slide is connected by a rod.
In this drawer is fixed a part 10 having a central concavity extended by an axial hole and forming the complement of the fixed nozzle 8 to form the die suitable for the extrusion phase.
The axial hole of said part 10 receives a sliding pin 11 bearing lower down on a profiled base 12 so as to be able to cover the extractor punch 13. The same drawer 6 has a hollow 14, the shape and dimensions of which are such as it is. capable of completing the aforesaid fixed nozzle 8 with a view to appropriating the matrix for the forging phase. This hollow 14 is extended by a hole 15, the diameter of which corresponds to the outer diameter of the extractor punch 13. The amplitude of the reciprocating translational movement of the spool 6 corresponds to the center distance of the part 10 and the hollow 14. This special die is securely fixed on the press table 2.
The punches, in this case two in number, constitute, respectively, the extrusion punch 16 and the die-forging punch 17.
These two punches are fixed in the same support 18 capable of rotating about an axis.12 resting on a fixed support 4. The latter comprises arms 20-21 in which the bolts, respectively 22-23, are supported. firmly immobilize the punch brought to its retracted position.
On either side of the fixed support ± may be arranged means for cooling the punches, the means being summarily shown respectively at 24-25. These means can consist of walls between which the punches would come to rest, walls conditioned to ensure the cooling of the punches.
The operation of such a tool capable of applying the process of the invention is exceedingly simple. At the start, as shown in FIG. 4, the slide 6 is in its upright position, the part 10 forming the extension of the nozzle 8. Said slide 6 is firmly immobilized in this position.
The extrusion punch 16 is in the active position and the die-forging punch 17 is in the retracted position and immobilized in this position by the latch 23. The blank 26 previously heated to the hot plastic deformation temperature is introduced into the die. . A sudden approaching movement between the punch and the die is caused by the use of the press determining, by plastic deformation, a first deformation of said blank 26. The tool is then located in the press.
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relative position shown schematically in FIG. 5 producing a first part 27.
The punch 16 and the die are then separated, the part 27 is slightly pushed back and the drawer 6 is moved to its left position bringing the hollow of said drawer in the extension of the fixed scuff 8. Simultaneously, the mobile support 18 for the punches has turned. of 90 thus bringing the die-forging punch 17 into the active position and the extrusion punch 16 into the retracted position, said punch being duly immobilized in turn by the latch 22 and capable of being cooled during the rest phase.
The relative position, in this phase of the process, is shown in FIG. 6, said tool being ready for die-forging and part 27 being kept immobilized in the die without undergoing further heating, the operations taking place at a constant rate. a sufficiently rapid rate for said part 27 to be maintained at an adequate temperature for said stamping phase. This is, as for the previous phase, simply produced by the rapid approach between the punch 17 and the die, as shown diagrammatically in FIG. 7. Finally, the process is completed by the mutual removal of the punch and of the die and the extraction of part 28 which was obtained by forging part 27 in order to reach its final shape.
In FIG. 8, we have shown this final phase, the part 28 being conventionally shown extracted from the die.
It will obviously be possible to multiply the phases, modify the shape of the tools and adopt very different mechanisms without thereby departing from the invention, provided that the successive phases are applied to a material carried only once to. the appropriate temperature, the successive operations preferably being extrusion operations or the like and stamping operations or the like. For the stress of the material to be worked, it may result both from the axial displacement of the punches and from the axial displacement of the die or, simultaneously, from these two essential elements of the tool.
The invention relates both to the above-described process, to devices capable of applying this process and to presses equipped with said devices.
CLAIMS.
1.- Process for the industrial manufacture of metal parts, characterized in that it consists in shaping the part in two successive extrusion and stamping operations, the worked material being worn only once. at the temperature required for this double operation and without the part leaving the tools.