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PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LA FABRICATION DE CORPS CREUX, TUBES ET ANALOGUES
FERMES D'UN COTEo
La fabrication de corps creux fermés d'un côté par des opérations combinées à l'étireuse et à la presse à profiler est connue. Dans ce procédé, le mandrin de forage exécute l'étirage sur la section sortante pendant qu'on exerce un effort de pressage sur les épaulements du bloc creux.
Dans des presses à profiler proprement dites adaptées à'des presses mécaniques, lorsque le pilon de presse atteint la pièce usinée enfoncée dans la matrice, il se produit sur la pièce usinée, par suite du freinage brusque de la commande du pilon, une action analogue à un choc par laquelle la pression de l'épaulement est augmentée et le fluage de la matière est amor- cé. On a considéré que cette action de choc sur la pièce usinée était indispensable et on a par conséquent tenté de la provoquer mécaniquement ou par explosion également dans des étireuses et presses à profiler combimées adaptées à des presses hydrauliques.
Ces propositions n'ont cependant trouvé aucune application dans la pratique parce qu'on n'aboutit pas, de cette façon, à répartir le travail de façonnage dans le rapport correct entre le mandrin et le pilon de la presse. Tel est le problème qui est à la base de la présente invention.
Sur des bancs d'étirage de tubes et des presses à étirer, on opère en général avec des rétrécissements de 20% au maximum. La section du produit fini fabriqué par étirage pur atteint par conséquent environ 80% de la section de départ. A un allongement de la matière au quadruple, par étirage et pressage simultanés, correspond à une section de départ, une section finale de 0,25. Pour un rétrécissement total de 0,75. le travail du mandrin ne participe seulement qu'à raison de (0,25 : 0,$0) - 0,25 = 0,06 ou 8%. 92% du travail de façonnage constituent par conséquent le travail de la presse à profiler.
Si alors on admet que l'opération de la presse à profiler seule puisse s'effectuer avec le même rendement de façonnage que l'opération d'étirage proprement dite, on obtient pour un allongement quadruple un rapport entre la pression aux épaulements et celle du mandrin, de 12:1 en'chiffres ronds. De cette manière, on ne tient pas encore compte de la résistance au frottement de la pièce ouvrée sur les parois de la matrice, qui doit être supportée en
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supplément par le pilon de la presse. Mais en outre, le pilon de la presse et le mandrin d'étirage ont également des déplacements de travail différents correspondant aux allongements correspondants.
Pour qu'elle puisse être façonnée, on doit soumettre la pièce usinée à une pression de surface par cm2 telle qu'elle passe à l'état plastique.
Sous cet état, cependant, la pièce usinée s'appuie contre la paroi de la matrice sous une pression de surface d'autant plus élevée que la pression devant être nécessairement appliquée aux épaulements par le pilon de la presse est plus grande. Pour de longues ébauches et un grand allongement la résistance au frottement contre les parois de la matrice peut ainsi devenir tellement grande que la force totale exercée par le pilon de la presse suffise précisément à la vaincre, sans qu'aucun travail de façonnage ne soit réalisé. Toute augmentation de la pression du pilon serait uniquement liée à une augmentation de la pression de surface entre la pièce usinée et la matrice.
L'invention part de ces découvertes. Elle a pour but, la fabrication de corps creux, tubes ou analogues fermés d'un côté, de longue ur relativement grande, sur des presses à profiler opérant au moyen d'un mandrin commandé. On résout ce problème par la proposition générale qui consiste à transformer une partie notable de la pression du pilon de presse s'extériorisant jusqu'à présent comme pression sur les parois de la matrice dans le travail simultané à l'étireuse et à la presse à profiler, en une pression sur la paroi du mandrin, au moyen de laquelle on peut par conséquent réaliser un travail d'étirage. Comme les surfaces pressées entre la matrice et le mandrin ont la même longueur, le mandrin participe d'autant plus à vaincre le frottement de la matière sur la paroi de matrice que son diamètre est plus élevé.
Le façonnage s'effectue de la manière la plus favorable conformément au procédé de la présente invention quand, pour la pression à exercer sur le mandrin d'une part et sur les épaulements de la pièce perforée d'autre part, on part d'un rapport qui est égal ou supérieur au rapport entre le diamètre du mandrin et le diamètre de la matrice et qu'on ajoute à la pression qui en résulte sur les épaulements, la pression nécessaire à faire passer la matière usinée à l'état plastique.
D'après l'expérience, la pression superficielle spécifique nécessaire aux températures¯usuelles appliquées aux presses à profiler l'acier, pour obtenir l'état plastique est d'environ 500 Kgr/cm2.
A un rapport choisi à titre d'exemple de 2 : entre les diamè- tres du mandrin et de la matrice, correspondent les pressions de travail du mandrin et du pilon de la presse. Le mandrin recevant sur son enveloppe le frottement de la pièce usinée, supporte alors pendant la marche deux cinquiè- mes du frottement des parois de la matrice et effectue un travail de façonnage pur correspondant à ce rapport à l'intérieur de la matrice.
On représente schématiquement sur le dessin un exemple de réalisation d'une installation servant à l'application du procédé conforme à l'invention.
Les figures 1 à 4 représentent l'installation en différentes positions de travail;
Les figures 5 et 6 sont des parties de l'installation à échelle agrandie, et
La figure 7 représente graphiquement les pressions de surface appliquées à la matrice et au mandrin.
Dans les cylindres de presse 1 et les cylindres de retour 2 sont montés des pistons raccordés au pilon de la presse 5 par une traverse 4.
Sur l'alésage central du pilon de la presse est montée la tige de mandrin 6 maintenue par une traverse 7. Sur celle-ci agissent une crémaillère 8 et des pistons 9 guidés dans les cylindres sous pression 10 et munis de butées 11 limitant leur course. Sur la face de la matrice 12 opposée au coté de la commande, se trouve un éjecteur à pulvérisation 13 auquel se rattache la pièce d'étirage munie de bagues d'étirage l4 ou de calibres à rouleaux. Dans
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l'enveloppe de la matrice 12 se trouve un évidement 15 dans lequel se dispose une plaque de pression 16.
Après avoir disposé la pièce usinée de départ 20 devant le pilon de la presse 5, les pistons 3 et avec eux la traverse 4 et le-pilon de la presse 5 sont poussés en avant (fig. 1) par admission d'eau sous pression dans le cylindre 1. Le pilon 5 pousse ainsi la pièce à usiner 20 jusqu'à ce qu'elle vienne buter contre l'éjecteur de pulvérisation 13 dans la matri- ce 12 (fig. 2). Par admission d'eau sous pression dans le cylindre 10, le mandrin est poussé en avant par les pistons 9 et la traverse 7, ce qui pro- duit le perçage préalable de.la pièce usinée 21 (fig. 3). Jusqu'au moment où le perçage préalable est terminée -la sortie de matière de l'éjecteur 13 est obstruée par la plaque de pression 16.
La profondeur de pénétration du mandrin 6 dans la pièce forée 21 est réglée par les butées 11 qui limitent la course des pistons 9. A ce moment, on retire la plaque 16 et le mandrin est poussé en avant à travers la matrice par la commande de la crémaillère 8, le pilon 5 étant ainsi soumis à la pleine pression de pressage et agissant sur la section d'introduction de la pièce forée 21. La pièce usinée pressée hors de l'éjecteur de pulvérisation 13 à travers les bagues d'étirage 14, est étirée de façon usuelle en un tube ou un corps creux 22 (fig. 4).
A la fin de la course de travail, les pistons 3 ramènent de nouveau le pilon de presse à sa position de départ par admission d'eau sous pression dans les cylindres de retour 2. En même temps la crémaillère 8 ramène également le mandrin 6 en arrière par inversion de sa commande et la traverse 7 re- pousse les pistons 9 de nouveau dans les cylindres 10. Ensuite débute un nouveau cycle de travail. Le dispositif destiné à détacher le tube 22 du mandrin revenant en arrière n'est pas représenté pour cause de simplicité. D'autre part, la séparation du tube du mandrin peut également s'effectuer au moyen de cylindres connus faisant suite au dispositif conforme à l'invention, et on peut utiliser chaque fois de façon connue une nouvelle tige de mandrin.
La figure 5 représente un dispositif pour séparer le collet résiduaire 23 existant sur le tube 22. Avant le début de la course de travail, on dispose un disque de pression 17 en avant du pilon de presse 5 dans la matrice 12. Ce disque porte une saillie antérieure 18 correspondant à la forme de section de l'éjecteur 13. Toutefois, son inclinaison doit être mesurée de telle sorte qu'après la fin de la course de travail (position représentée en traits mixtes) il reste un collet 23 sur le tube 22 en avant de l'éjecteur 13 dans la matrice. Ce collet a une forme qui se rétrécit de l'intérieur à l'extérieur et peut être retiré sans plus de la matrice ou respectivement de l'éjecteur de pulvérisation par le mandrin revenant en arrière.
Sur la figure 6 on représente le début du façonnage de la pièce forée 21 après avoir enlevé la plaque de pression 16. Par la pression du pilon de presse 5 agit sur la paroi intérieure de la matrice 12 un frottement x et sur l'enveloppe du mandrin 6, un frottement y qui correspondent aux pressions agissant sur les surfaces (fig. 7). Gomma résistance agissant contre le frottement, on obtient le segment xl = x - y.
La longueur de pénétration maximum possible de la pièce usinée 20 se règle d'après le rapport entre les diamètres du mandrin et de la matrice, et le rapport entre les pressions du mandrin et du pilon de presse qui en dépend conformément à l'invention. Comme le frottement effectif de la matrice xl est très faible par rapport au frottement x existant quand on n'applique pas le procédé de l'invention, il en ressort sans plus que la longueur de pénétration est.notablement augmentée par rapport à celle permise dans les procédés connus, et peut être maintenue toujours au delà d'une fois et demi le diamètre de la matrice.
Par le procédé conforme à l'invention, le frottement entme la pièce usinée et la paroi de la matrice peut àtre réduit par lubrification t celui entre la pièce usinée et l'enveloppe du mandrin peut ou bien rester intact ou être augmenté par des moyens connus en soi.
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METHOD AND DEVICE FOR THE MANUFACTURE OF HOLLOW BODIES, TUBES AND THE LIKE
FARMS OF A SIDEO
The production of hollow bodies closed on one side by operations combined with the drawing machine and the profiling press is known. In this process, the drill mandrel performs the stretching on the exiting section while a pressing force is exerted on the shoulders of the hollow block.
In profiling presses proper adapted to mechanical presses, when the press rammer reaches the workpiece embedded in the die, a similar action occurs on the workpiece, as a result of the sudden braking of the rammer control. to an impact by which the pressure of the shoulder is increased and the flow of the material is initiated. It was considered that this impact action on the workpiece was essential and therefore attempts have been made to induce it mechanically or by explosion also in combination stretchers and profiling presses suitable for hydraulic presses.
However, these proposals have not found any application in practice because this does not result in distributing the shaping work in the correct ratio between the mandrel and the ram of the press. This is the problem which is the basis of the present invention.
On tube drawing benches and drawing presses, the operation is generally carried out with shrinkages of at most 20%. The section of the finished product produced by pure stretching therefore reaches about 80% of the starting section. A quadruple elongation of the material, by simultaneous stretching and pressing, corresponds to a starting section, a final section of 0.25. For a total shrinkage of 0.75. the work of the chuck participates only at the rate of (0.25: 0, $ 0) - 0.25 = 0.06 or 8%. 92% of the shaping work therefore constitutes the work of the profiling press.
If then we accept that the operation of the profiling press alone can be carried out with the same shaping efficiency as the stretching operation proper, we obtain for a quadruple elongation a ratio between the pressure at the shoulders and that of the chuck, 12: 1 in round digits. In this way, the resistance to friction of the workpiece on the walls of the die, which must be supported in
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supplement by the press pestle. But in addition, the ram of the press and the drawing mandrel also have different working displacements corresponding to the corresponding elongations.
In order for it to be shaped, the machined part must be subjected to a surface pressure per cm2 such that it becomes plastic.
In this state, however, the workpiece rests against the wall of the die under a surface pressure all the higher as the pressure which must necessarily be applied to the shoulders by the ram of the press is greater. For long blanks and high elongation the resistance to friction against the die walls can thus become so great that the total force exerted by the ram of the press is precisely enough to overcome it, without any shaping work being carried out. . Any increase in ram pressure would only be related to an increase in surface pressure between the workpiece and the die.
The invention starts from these discoveries. Its aim is the manufacture of hollow bodies, tubes or the like closed on one side, of relatively large length, on profiling presses operating by means of a controlled mandrel. This problem is solved by the general proposal which consists in transforming a significant part of the pressure of the press ram which until now is externalized as pressure on the walls of the die in the simultaneous work with the drawing machine and the press to profiling, with a pressure on the wall of the mandrel, by means of which one can consequently carry out a drawing work. As the surfaces pressed between the die and the mandrel have the same length, the mandrel is more involved in overcoming the friction of the material on the die wall as its diameter is greater.
The shaping is carried out in the most favorable manner in accordance with the method of the present invention when, for the pressure to be exerted on the mandrel on the one hand and on the shoulders of the perforated part on the other hand, one starts from a ratio which is equal to or greater than the ratio between the diameter of the mandrel and the diameter of the die and which is added to the pressure which results therefrom on the shoulders, the pressure necessary to pass the machined material to the plastic state.
According to experience, the specific surface pressure required at the usual temperatures applied to steel profiling presses, to obtain the plastic state is about 500 Kgr / cm2.
A ratio chosen by way of example of 2: between the diameters of the mandrel and the die, correspond the working pressures of the mandrel and the ram of the press. The mandrel receiving on its casing the friction of the machined part, then withstands two fifths of the friction of the walls of the die during operation and performs pure shaping work corresponding to this ratio inside the die.
The drawing shows schematically an exemplary embodiment of an installation serving to apply the method according to the invention.
Figures 1 to 4 show the installation in different working positions;
Figures 5 and 6 are parts of the installation on an enlarged scale, and
Figure 7 graphically shows the surface pressures applied to the die and mandrel.
In the press cylinders 1 and the return cylinders 2 are mounted pistons connected to the ram of the press 5 by a cross member 4.
On the central bore of the ram of the press is mounted the mandrel rod 6 maintained by a cross member 7. On this act a rack 8 and pistons 9 guided in the pressurized cylinders 10 and provided with stops 11 limiting their stroke . On the face of the die 12 opposite to the side of the drive, there is a spray ejector 13 to which is attached the draw piece provided with draw rings 14 or roller gauges. In
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there is a recess 15 in the envelope of the die 12 in which a pressure plate 16 is placed.
After having placed the starting machined part 20 in front of the pestle of the press 5, the pistons 3 and with them the cross member 4 and the pestle of the press 5 are pushed forward (fig. 1) by admission of pressurized water. in the cylinder 1. The ram 5 thus pushes the workpiece 20 until it abuts against the spray ejector 13 in the die 12 (fig. 2). By admitting water under pressure into the cylinder 10, the mandrel is pushed forward by the pistons 9 and the cross member 7, which produces the pre-drilling of the workpiece 21 (fig. 3). Until the pre-drilling is completed -the material outlet of the ejector 13 is blocked by the pressure plate 16.
The depth of penetration of the mandrel 6 into the drilled part 21 is regulated by the stops 11 which limit the stroke of the pistons 9. At this moment, the plate 16 is withdrawn and the mandrel is pushed forward through the die by the control of the rack 8, the pestle 5 thus being subjected to the full pressing pressure and acting on the insertion section of the drilled part 21. The machined part pressed out of the spray ejector 13 through the drawing rings 14 , is stretched in the usual way into a tube or a hollow body 22 (Fig. 4).
At the end of the working stroke, the pistons 3 return the press ram to its starting position again by admitting pressurized water into the return cylinders 2. At the same time the rack 8 also brings the mandrel 6 back to rear by reversing its control and the cross member 7 pushes the pistons 9 back into the cylinders 10. Then a new work cycle begins. The device for detaching the tube 22 from the retracting mandrel is not shown for the sake of simplicity. On the other hand, the separation of the tube from the mandrel can also be carried out by means of known cylinders following the device according to the invention, and a new mandrel rod can be used each time in a known manner.
FIG. 5 shows a device for separating the residual collar 23 existing on the tube 22. Before the start of the working stroke, a pressure disc 17 is placed in front of the press ram 5 in the die 12. This disc carries a anterior projection 18 corresponding to the sectional shape of the ejector 13. However, its inclination must be measured so that after the end of the working stroke (position shown in phantom) there remains a collar 23 on the tube 22 in front of the ejector 13 in the die. This collar has a shape which tapers from the inside to the outside and can be removed without more from the die or from the spray ejector respectively by the mandrel moving back.
Figure 6 shows the start of shaping the drilled part 21 after removing the pressure plate 16. By the pressure of the press ram 5 acts on the inner wall of the die 12 a friction x and on the casing of the. mandrel 6, a friction y which correspond to the pressures acting on the surfaces (fig. 7). Gomma resistance acting against friction, we obtain the segment xl = x - y.
The maximum possible penetration length of the workpiece 20 is adjusted according to the ratio between the diameters of the mandrel and the die, and the ratio between the pressures of the mandrel and the press ram which depends thereon in accordance with the invention. As the effective friction of the matrix xl is very low compared to the friction x existing when the method of the invention is not applied, it emerges without more than the length of penetration is.notably increased compared to that allowed in known methods, and can always be maintained beyond one and a half times the diameter of the die.
By the method according to the invention, the friction between the workpiece and the wall of the die can be reduced by lubrication and that between the workpiece and the shell of the mandrel can either remain intact or be increased by known means. in itself.