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WALES-STRIPPIT CORPORATION, résidant à NORTH TONAWANDA (E. U.A.).
UNITE AUTONOME DE POINÇONNAGE.
La présente invention a trait aux outils de poinçonnage, et plus particulièrement aux outils de poinçonnage complets en soi ou autonomes, tels que ceux qui peuvent être utilisés isolément ou par groupes dans une poinçon- neuse ordinaire pour poinçonner des trous dans une tôle ou matière analogue.
Les unités autonomes de poinçonnage ont été universellement adop- tées dans l'industrie chaque fois qu'on désire poinçonner simultanément une série de trous dans une tale ou matière analogue. Les dispositifs perforateurs individuels sont soit fixés à un gabarit, soit montés de façon ajustable sur les rails de support d'une presse, afin que leur disposition dans la presse corresponde à celle des trous qui doivent être poinçonnés dans un ouvrage, et afin qu'ils puissent être actionnés simultanément par le coulisseau de la presse, dans la course de travail du coulisseau, pour poinçonner les trous désirés dans l'ouvrage.
Les dispositifs de ce type ont l'avantage que chaque unité contient à la fois un poinçon et une matrice et que ces deux organes sont montés en alignement; de plus, dans ce type d'appareil perforateur, le dispositif extracteur qui détache le poinçon de l'ouvrage fait aussi partie de l'unité de poinçonnage. Il en résulte que si une unité devient défectueu- se pour une cause quelconque, elle peut *être enlevée en bloc et remplacée par une autre. Par suite, la durée d'immobilisation des presses utilisant ces dis- positifs est réduite au minimum. En outre, les outils de poinçonnage se prê- tent aussi bien à des cycles de production de longue durée qu'à des cycles de production de courte durée, ce qui constitue aussi un avantage important.
Des unités autonomes de poinçonnage ont déjà été établies sous des formes très diverses. Dans l'unité de poinçonnage faisant l'objet du brevet délivré aux Etats-Unis d'Am. sous le N 1.955.866 le 24 Avril 1934, la course de descente ou de travail du coulisseau de la presse emmagasine de l'énergie
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dans un ressort à boudin en fil d'acier qui fait partie de l'unité et qui agit de manière à retirer le poingon de l'ouvrage une fois la course de poinçonnage terminée. Toutefois, le travail que ces outils de poinçon- nage sont capables d'effectuer est limité par la puissance du ressort d'a- cier utilisé pour retirer le poinçon de l'ouvrage. Pour poinçonner des tô- les d'épaisseurs maxima, il est nécessaire de faire usage d'un ressort en fil d'acier de gros diamètre.
Un tel ressort augmente la largeur totale de l'unité de poinçonnage, et ceci limite le minimum de distance d'axe en axe de deux trous adjacents qu'il est possible de poinçonner en une seule opération. Il en résulte que les dispositifs extracteurs des appareils de poinçonnage du genre décrit dans le brevet précité sont fréquemment sou- mis à des charges excessives qui provoquent leur mise hors service préma- turée. Il a été aussi nécessaire, dans le cas des unités de poinçonnage décrites dans le brevet précité, de réaff.ter fréquemment le poinçon ou de faciliter le dégagement de poinçons coincés en frappant l'ouvrage à l'aide d'un maillet du fait que la nature des charges exercées sur le res- sort d'extraction rendait impossible l'extraction d'un poinçon émoussé d'un ouvrage.
Un autre inconvénient du ressort de puissance insuffisante de l'u- nité de poinçonnage réside dans le fait que, dans les montages de grandes dimensions utilisant des centaines ou un millier d'unités de poinçonnage, il arrive quelquefois qu'un poinçon qui se coince est libéré pendant la course de retour du coulisseau de telle sorte qu'il jaillit hors de son support et vient se placer en travers de l'ouvrage, du sommier de la pres- se ou de l'unité de poinçonnage. Si ceci n'a pas été observé par l'opéra- teur et que celui-ci laisse retomber le coulisseau pour l'opération sui- vante, il en résulte souvent une détérioration de l'ouvrage ou des porte- poinçon et, dans certains cas, de la presse elle-même.
Il arrive aussi qu'un opérateur continue la production entière sans remarquer qu'un des trous qui doivent être pratiqués dans une série d'ouvrages successifs n'a- pas été poinçonné. Dans de nombreux cas, on est alors obligé de percer ce trou sur la totalité des tôles déjà perforées, en ayant recours à un mon- tage spécialement établi et repéré sur un trou précédemment poinçonné.
Une autre imperfection des unités de poinçonnage du brevet pré- cité réside dans la nécessité où l'on se trouve de limiter l'épaisseur de la matière à poinçonner à une valeur de l'ordre de trois millimètres, si l'on utilise une poinçonneuse normale, étant donné que dans le cas de tra- vaux de poinçonnage effectués sur des tôles de plus de trois millimètres d'épaisseur, l'extraction exige des ressorts d'une puissance telle qu'un seul ressort est pratiquement insuffisant pour les hauteurs d'ouverture normales. Il a par conséquent été nécessaire de construire des poinçon- neuses spéciales pour poinçonner des trous à une distance d'axe en axe donnée dans des tôles de plus de trois millimètres d'épaisseur à l'aide d'une unité de poinçonnage telle que celle décrite dans le brevet préci- té.
Avec les machines de ce genre il a été possible, en faisant usage d'unités de poinçonnage telles que celles représentées dans le brevet pré- cité, de poinçonner des tôles de 6 à 7 mm. d'épaisseur à la faible distan- ce d'axe en axe désirée, mais les machines de ce genre sont coûteuses.
Le minimum de distance d'axe en axe des trous perforés et l'é- paisseur de la matière qu'il était possible de poinçonner étaient par con- séquent ordinairement déterminés par le meilleur compromis qu'il était possible de faire, par le choix du ressort extracteur, entre la largeur du support et la force d'extraction nécessaire. Il s'ensuit que, pour un grand nombre d'ouvrages, deux ou trois opérations étaient nécessaires pour poinçonner des trous à des distances d'axe en axe données dans une matière d'épaisseur donnée.
Pour surmonter cette difficulté, on a construit des unités de poin- çonnage du genre de celles décrites dans le brevet délivré aux Etats-Unis
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d'Amérique sous le N 2.326.588 en date du 10 Août 1943, dans lesquelles une série de ressorts sont disposés en tandem au-dessus du support. Une telle disposition de mécanisme à ressorts rend toutefois le poinçon pro- prement dit extrêmement fragile en raison de sa minceur comparée à sa hau- teur,qui le rend comparable à une mince colonne de grande hauteur sujette au flambage.
De plus, ces unités ont une hauteur plus grande que celle qu'il est possible d'utiliser dans une presse ayant une hauteur d'ouvertu- re normale, de sorte que leur emploi était limité en combinaison avec des presses coûteuses de grandes dimensions et de grande hauteur d'ouverture.
De plus, de telles unités sont coûteuses parce qu'elles exigent des opéra- tions d'assemblage délicates et précises. Les poingons de grande longueur, tels que ceux qui ont été décrits plus haut, donnent lieu aussi à des dif- ficultés de fabrication, parce que la portion de corps doit être tenace alors que l'extrémité de poinçonnage doit posséder une grande dureté pour résister à l'usure résultant du frottement qu'elle exerce sur le métal pen- dant le passage du poinçon à travers l'ouvrage.
Ceci a toujours constitué un problème difficile dans le traitement thermique, par ce que les poinçons doivent d'abord être chauffés à la température voulue, puis, trempés à l'huile, à l'eau ou à l'air, selon que l'exige le métal, après quoi il est nécessaire de soumettre la partie du corps située directement en arrière de la pointe du poinçon à un revenu, pour lui donner la ténacité désirée, pendant que l'extrémité de poinçonnage est maintenue à la dureté voulue pour le poinçonnage. Il existe ainsi deux risques de malfaçons qui sont l'une et l'autre coûteuses et difficiles à éviter.
En premier lieu, par leur nature, les aciers pour poinçons n'ont généralement pas une ténacité élevée et sont au contraire destinés à recevoir une grande dureté pour résister à l'abrasion; et l'opération consistant à soumettre une portion du poinçon à un revenu pour lui donner la ténacité désirée est une opération extrêmement difficile et coûteuse. Si les poinçons sont soumis à un revenu trop poussé, la pointe, qui doit effectuer le travail de poinçonnage devient trop douce; de sorte qu'elle ne travaille plus convenablement.
Si la transition entre la portion trempée et celle soumise à un revenu se trouve dans la zone de section réduite du poinçon, là où elle se raccorde à la pointe, il est à peu près certain qu'il en résultera une rupture de la pointe, étant donné que la structure moléculaire du métal dans cette portion est différente et que la tendance des molécules à s'unir est moindre. Dans ce cas encore, on doit généralement adopter un compromis, étant donné qu'il faut choisir un acier à outil auquel le revenu donne juste le degré de ténacité qui est nécessaire pour le travail, mais dont la trempe rend la pointe suffisam- ment dure pour perforer la matière.
Indépendamment de la question du trai- tement thermique, les longs poinçons de ce genre, qui sont faits d'un acier à outil ou, dans le cas le plus favorable, d'un alliage difficile à usiner, sont des outils coûteux non seulement parce que la matière est par elle- même plus coûteuse, mais aussi parce que la main-d'oeuvre et les techni- ques du traitement thermique nécessaire sont elles-mêmes beaucoup plus coû- teuses. De plus, lorsque la pointe du poinçon vient à se rompre, il est né- cessaire de remplacer l'ensemble du poinçon, ce qui est une opération coû- teuse.
Pour remédier aux imperfections des unités autonomes de poinçon- nage qui font usage de ressorts mécaniques à titre d'organes extracteurs, on a imaginé des unités de poinçonnage dans lesquelles il est fait usage de liquides compressibles pour effectuer l'extraction. Des unités de ce type ont été décrites dans les demandes de brevets déposées aux Etats-Unis d'Amérique par la Demanderesse sous les Numéros de série 185.604 et 185.606, le 19 Septembre 1950. Avec ces unités de poinçonnage,
il est possible d'ob- tenir des forces d'extraction plus grandes et par suite de perforer dans des tôles dont l'épaisseur atteint 19 mm. des trous dont la distance d'axe en axe est la même que celle des trous qui pouvaient être poinçonnés à l'ai- de des unités antérieures faisant usage de ressorts mécaniques et qui étaient limitées au poinçonnage de tôles de 6 mm. De plus, les unités de
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poinçonnage faisant l'objet des susdites demandes de brevet peuvent être montées à l'intérieur de la hauteur d'ouverture des presses normales. Bien entendu, ces dispositifs sont beaucoup plus efficaces, en ce sens qu'il est possible d'adopter des dimensions moindres pour la largeur du support et la hauteur d'ouverture.
Ils se prêtent beaucoup mieux au poinçonnage de trous à de faibles distances d'axe en axe, et au poinçonnage de tôles plus épaisses dans de plus petites presses.Ces unités de poinçonnage sont tou- tefois plus coûteuses que les unités de poinçonnage individuelles qui font usage de ressorts mécaniques à titre d'organes d'extraction. Il en résulte que les unités de poinçonnage qui utilisent des ressorts hydrauliques,tels que ceux représentés dans les demandes de brevets sus-mentionnées, ne sont ordinairement utilisés que pour perforer des tôles épaisses, telles que celles dont l'épaisseur est comprise entre 6 mm. et 19 mm.
La présente invention a pour objet une unité autonome de poingon- nage présentant les particularités, caractéristiques ou avantages suivants:
Elle peut être fabriquée pour une dépense moindre que les unités de poinçonnage qui utilisent un liquide à titre d'agent extracteur, tout en étant capable de poinçonner des tôles dont l'épaisseur est du même ordre que celle qui peut être poinçonnée à l'aide des unités à ressort hydrauli- que, outre qu'elle peut être utilisée à l'intérieur de la hauteur d'ouvertu- re des presses à poinçonner normales.
Sa durée de bon fonctionnement est plus longue que celle des uni- tés de poinçonnage complètes en soi fabriquées jusqu'à ce jour, son fonc- tionnement est plus sûr et la poussée élastique que son organe extracteur est capable d'exercer est plus élevée que celle requise.
Elle peut être utilisée soit avec les presses à poinçonner de hauteur d'ouverture normale,soit avec des pressesà poinçonner de construc- tion spéciale de plus grande hauteur d'ouverture, ce qui permet de réduire le stock des unités de poinçonnage nécessaires et d'obtenir en une seule unité un dispositif jouant deux rôles différents et se prêtant ainsi à des usages plus divers.
Elle peut être établie en des largeurs plus faibles que les uni- tés de la construction antérieure, tout en effectuant le poinçonnage et l'extraction à partir de matières plus épaisses.
Les forces d'extraction sont plus élevées que celles requises et le dispositif extracteur ne risque donc pas d'être surchargé, comme c'était le cas des extracteurs à ressort mécanique appliqués jusqu'à ce jour.
Comme les forces d'extraction sont plus élevées que celles ordi- nairement requises, le poinçon n'a pas besoin d'être affûté aussi souvent que dans le cas des constructions antérieures, et l'on évite ainsi d'autre part la nécessité d'utiliser des maillets ou d'autres types d'outils à per- cussion pour seconder l'action du ressort extracteur en vue de détacher l'ou- vrage des poinçons lorsque ces derniers sont coincés.
La durée de l'unité est un multiple de celle des unités de poin- çonnage utilisant des ressorts mécaniques.
Le pouvoir de transmission d'énergie de l'organe extracteur peut rapidement être ramené à sa valeur normale dans le cas où une perte de char- ge se produirait pour une cause quelconque. Lorsque la force d'un ressort d'acier diminue, ceci est presque toujours dû à une défectuosité du ressort lui-même et aucun réglage n'est possible par l'emploi de cales ou autres éléments d'écartement pour rétablir la force du ressort.
Il est possible de régler l'organe extracteur élastique, en ce qui concerne sa force, tout en maintenant la même course et le mouvement total du poinçon.
La durée du poinçon de la présente unité est beaucoup plus grande
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que celle des poinçons des unités de poinçonnage ordinaires.
La présente unité de poinçonnage possède une résistance mécanique plus grande et un flambage du poinçon en charge moindre que les unités de poinçonnage ordinaires. La plupart des défaillances du poinçon se produi- sent au moment où l'extraction commence parce que, à ce moment, le poinçon qui s'était infléchi au cours de l'opération de poinçonnage, se redresse brusquement au moment où le coulisseau de presse effectue sa course de re- tour, ce qui occasionne des ruptures excessives du poinçon.
Le porte-poinçon est plus rigide que celui des unités ordinaires.
Cet organe peut être guidé directement dans un support sans l'in- terposition de moyens d'extraction entre ledit organe et le support.
La présente unité de poinçonnage est pourvue d'un poinçon du type rapporté, ce qui diminue la dépense en poinçons.
Le lieu d'assemblage du poinçon du type rapporté avec le corps principal du poinçon est situé au point où les poinçons du type courant cè- dent généralement, de sorte que le poinçon est beaucoup moins sujet à se rom- pre puisqu'il est déjà séparé du corps principal au point de transition où s'effectue une concentration des efforts.
L'outil de poinçonnage proprement dit consiste en une petite piè- ce rapportée qui est montée de façon interchangeable dans une structure te- nace qui résiste aux chocs et qui est capable de transmettre la force de la presse à ladite pièce rapportée, tout en recevant intérieurement l'organe ,extracteur élastique.
Le corps du poinçon est fait d'un alliage qui se prête à son re- venu, par un traitement thermique, jusqu'à un maximum de ténacité; et l'é- lément rapporté, ou poinçon proprement dit, peut être fait de tout alliage propre à recevoir le maximum de dureté, les deux pièces se prêtant de ce fait à une fabrication en grande série par des procédés réglés de façon distincte.
Dans les poinçons massifs des types antérieurs, il était néces- saire d'adopter un compromis entre un bon alliage de poinçonnage et un bon alliage pour le corps ou porte-poinçon, parce que la pointe ou portion tra- vaillante et le corps du poinçon étaient d'une seule pièce et que le poin- çon devait être soumis à une opération de revenu distincte, après la trem- pe ou traitement thermique proprement dit, à l'effet de communiquer la té- nacité désirable au corps du poinçon, tout en conservant la dureté de la pointe, sans qu'on soit suffisamment assuréque ces desiderata seront réa- lisés l'un et l'autre.
L'organe extracteur contribue à la résistance mécanique du poin- çon.
Le logement de l'organe extracteur consiste en une chambre aména- gée dans une structure dont la résistance mécanique est relativement fai- ble, au lieu que cet organe soit monté à la périphérie d'une telle struc- ture, et l'on obtient ainsi une structure stable et propre à transmettre la force de poinçonnage au poinçon.
Il est fait usage, à titre d'organe extracteur, d'un corps soli- de compressible qui est monté à l'intérieur d'une chambre constituée dans un organe tubulaire portant le poinçon.
La masse de l'ensemble du poinçon et du ressort extracteur est di- minuée de telle sorte que la fréquence naturelle qui peut être obtenue est de beaucoup supérieure à celle d'un poinçon du type courant, ce qui a comme résultat que ledit ensemble peut être animé d'un mouvement alternatif plus rapide.
Le poids et le volume de l'organe extracteur sont réduits, de tel- le sorte que la masse de cet organe est notablement moindre que celle de l'organe extracteur utilisé dans les poinçonneuses classiques, ce qui a
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comme résultat que la période des cycles de poinçonnage peut recevoir une valeur plus élevée que dans le cas des unités à poinçon et à ressort ex- tracteur des types courants.
Le poinçon de lunité est composé d'une colonne de poinçon, qui peut être faite d'un tube d'acier normal, et d'une pièce rapportée, en for- me de bouchon, de faible longueur et susceptible d'être fabriquée économi- quement à l'aide d'une machine à décolleter ordinaire, au lieu de consister en une longue barre massive faite d'aciers à outil coûteux comme l'exigent les poinçons actuels destinés à être utilisés dans les unités de poinçonna- ge complètes en soi.
Il est prévu un ensemble combiné de poinçon et d'organe extrac- teur établi de telle sorte que, dans le cas où le poinçon viendrait à se coincer temporairement dans l'ouvrage et à se détacher ensuite brusquement après la course de retour du coulisseau de la presse, l'énergie engendrée par ladite masse accélérée par le ressort exercerait sur le dispositif de retenue de l'ensemble de poinçonnage ou sur le coulisseau de presse, selon celui de ces organes qu'il vient heurter le premier, une force moindre que celle qui s'exerce dans les unités de poinçonnage classiques, de telle sor- te que le dommage est réduit au minimum.
Cette unité autonome de poinçonnage est construite de telle sorte qu'aucune des forces tendant à détacher l'ouvrage du poinçon n'est transmi- se par l'intermédiaire du support.
Des moyens sont prévus pour empêcher l'ensemble de poinçonnage de sauter hors du support dans le cas où le poinçon viendrait à se coincer dans l'ouvrage au cours d'une opération de perforation.
L'unité est protégée contre la projection intempestive du poin- çon par un dispositif qui est établi de façon à pouvoir être détaché rapi- dement pour permettre l'enlèvement rapide du poinçon en vue de son réaf- fûtage.
D'autre objets, avantages et particularités de l'invention se- ront mis en évidence au cours de la description détaillée donnée ci-après de quelques formes de réalis ation de ladite invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels:
Figure 1 est une vue de côté d'une unité autonome de poinçonna- ge conforme à une forme de réalisation de l'invention.
Figure 2 est une coupe de cette unité par la ligne 2-2 de Fi- gure 1, en regardant dans le sens des flèches.
Figure 3 est une coupe semblable à la figure 2, mais représen- tant les pièces mobiles de l'unité dans les positions qu'elles occupent à la fin de la course de travail du poinçon.
Figure 4 est une coupe par la ligne 4-4 de figure 2, en regar- dant dans le sens des flèches.
Figure 5 est une coupe longitudinale partielle, avec arrachement partiel, de la partie supérieure d'un porte-poinçon établi conformément à une autre forme de réalisation de l'invention, ce porte-poinçon étant pour- vu de moyens permettant de régler la charge préalable de l'organe extrac- teur.
Figure 6 est une vue de coté semblable à la figure 1, mais repré- sentant une autre forme de réalisation de l'invention.
Figure 7 est une coupe verticale partielle de cette variante.
Figure 8 est une coupe semblable à la figure 7, mais représentant les pièces mobiles de l'unité dans la position qu'elles occupent à la fin de la course de travail.
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Figure 9 est une coupe partielle par la ligne 9-9 de figure 7, en regardant dans le sens des flèches.
Figure 10 est une coupe par la ligne 10-10 de figure 8, en regar- dant dans le sens des flèches.
Figure 11 est une vue de l'arrière de la structure de l'organe ex- tracteur de l'unité perforatrice des figures 6 à 10 inclus.
On se référera d'abord à la forme de réalisation de l'invention représentée aux figures 1 à 4 inclus. 20 désigne l'unité représentée dans son ensemble et qui comprend un bâti 21 en forme de ¯C dont les bras supé- rieur et inférieur sont désignés par 22 et 23, ce bâti étant pourvu d'un goujon de guidage 24 qui fait saillie sur sa surface de base et permet de repérer la position de l'unité en coopérant avec un trou de guidage complé- mentaire pratiqué dans un socle-gabarit 25 faisant partie de la presse sur laquelle l'unité est utilisée. Sur le bras inférieur 23 du bâti est montée une matrice 27.
Cette matrice peut être de la construction classique pré- sentant une ouverture de matriçage 28 (Fig. 2) au-dessous de laquelle un évidement est prévu comme indiqué en 29 pour constituera passage par le- quel s'effectue l'évacuation de la rondelle poinçonnée'dans l'ouvrage.
Dans le bras supérieur 22 du bâti est monté en alignement axial avec la matrice l'ensemble à poinçon 30 qui comprend un organe tubulaire cy- lindrique 31 fermé à son extrémité supérieure et dans l'extrémité inférieu- re duquel est monté un élément 33 constituant le poinçon proprement dit.
L'organe tubulaire 31 est pourvu d'un évidement conique 34 à son extrémité inférieure, et le poingon proprement dit 33 est pourvu d'une portion coni- que correspondante 35 qui est destinée à être assemblée par un emboîtement à force dans l'évidement conique 34 de l'organe tubulaire.
Dans l'organe tubulaire 31 est monté, au-dessus du poinçon 33, un piston 37 destiné à coulisser verticalement dans cet organe. Ce piston repose par son extrémité inférieure sur une goupille ou barre transversale 38 qui traverse des fentes diamétralement opposées de l'organe tubulaire 31 et dont les extrémités opposées sont engagées dans des trous pratiqués dans une virole d'extraction 40.
L'organe tubulaire 31 renferme un organe cylindrique 46 fait d'une matière solide compressible, telle qu'une matière plastique à haut degré de compressibilité, par exemple d'un solicone dur, de "Nylon", de polystyrène, etc... L'organe cylindrique 46 prend appui par son.extrémité supérieure contre le fond de l'organe tubulaire 31 et par son extrémité inférieure contre un organe ou joint d'étanchéité 48, qui prend lui-même appui contre l'extrémité supérieure du piston 37.
La force de poinçonnage est transmise à partir du coulisseau de presse 45 (Figo 3), par l'intermédiaire de l'organe tubulaire 31, au poin- çon 33. Pendant une course de travail, la virole d'extraction 40 se meut avec le poinçon 33 et le porte-poinçon 31 jusqu'à ce qu'elle heurte la tô- le ou autre ouvrage 50 (Fig. 3) destiné à être perforé, ladite virole étant poussée par le porte-poinçon 31, le cylindre compressible 46, l'organe d'é- tanchéité 48 et la goupille 38.
Dans la continuation de la course du poin- çon vers le bas, qui effectue la perforation de la tôle, l'organe solide 46 est comprimé et diminue de volume sous la pression de la virole d'extrac- tion 40, de la goupille 38, du piston 37 et du joint 48, de sorte que lors- que le coulisseau de presse 45 remonte dans sa course de retour, en suppri- mant de ce fait la pression qu'il exerçait sur l'organe tubulaire 31, l'or- gane solide 46 se dilate et reprend son volume initial, en obligeant ainsi le porte-poinçon 31 à se mouvoir vers le haut, c'est-à-dire à extraire le poinçon 33 de l'ouvrage 50..
Le mouvement d'extraction du poinçon continue jusqu'à ce que l'extrémité inférieure 52 de la fente 39 du porte-poingon 31 heurte ou ar-
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rête la goupille 38. L'ensemble à poinçon 30 est alors ramené à la position supérieure, représentée à la figure 3, par un ressort à boudin de levée 55 qui entoure le porte-poinçon et dont une extrémité 56 est fixée à l'inté- rieur dudit porte-poinçon, l'autre extrémité reposant sur le bras supérieur 22 du bâti 21.
Dans l'ensemble à poinçon 30, au lieu que l'organe principal 31' qui a été appelé porte-poinçon et constitue en réalité le corps du poinçon, soit comme d'habitude un outil de perforation de faible section transversa- le par rapport à sa longueur entouré par un extracteur tubulaire, cet orga- ne est tubulaire, c'est-à-dire qu'il consiste en un corps cylindrique dont le noyau, ou portion intérieure de petite section et de faible résistance mé- canique, a été enlevé et remplacé par un organe solide compressible 46. Cet organe 46 renforce le tube, en même temps qu'il se comporte à la façon d'un agent d'extraction.
L'ensemble à poinçon de l'unité de poinçonnage représen- tée aux figures 1 à 4 inclus comprend ainsi un organe tubulaire fermé 31 qui possède la résistance mécanique et la rigidité qui sont les attributs normaux des organes cylindriques de même diamètre et de même longueur.
La figure 3 représente les positions qu'occupent les pièces à l'a- chèvement du poinçonnage, le poinçon proprement dit 33 ayant perforé la tô- le 50, dont il a détaché la rondelle 51, et la virole d'extraction 40 ayant été déplacée vers le haut par rapport au corps 31 du poinçon, de sorte que la goupille 38 a comprimé le piston 37, lequel à son tour a assuré la com- pression ou la réduction de volume de l'organe solide compressible 46.
Après que le coulisseau de presse a effectué son mouvement ascendant comme ile est dit plus haut, la virole d'extraction 40 agit sur la tôle 50 pour dégager le poinçon proprement dit 33, après quoi, sous l'action du ressort de le- vée 55, l'appareil vient de nouveau occuper une position telle que celle re- présentée à la figure 2, le dit ressort ayant élevé l'ensemble 30 sur une distance suffisante pour permettre l'enlèvement de l'ouvrage ou sa remise en place au-dessous dudit ensemble.
Les cônes complémentaires 34 et 35 de l'organe tubulaire 31 et du poinçon proprement dit 33 constituent collectivement un emboîtement bloqué à force, le poinçon 33 ayant initialement été emmanché à force dans l'or- gane tubulaire. A chacune des opérations successives, le poinçon s'enfonce davantage dans l'organe tubulaire et il ne peut plus en 9 tre dégagé par la charge normale d'extraction. Ceci est du au fait que, indépendamment du blo- cage assuré par l'emboîtement conique, le frottement superficiel qui se pro- duit entre les surfaces coniques est supérieur au frottement qui se produit entre le poinçon proprement dit et les parois du trou, de sorte que ledit poinçon est fermement maintenu dans l'organe tubulaire.
Toutefois, à l'aide d'un outil approprié, il est facile de détacher le poinçon de l'organe tu- bulaire en vue de le remplacer par un neuf lorsqu'il s'est émoussé ou en cas de rupture.
La goupille 38 qui transmet les charges résultant de l'extraction est de préférence un organe tubulaire constitué par une plaque roulée qui, lorsqu'on l'encastre et l'emmanche à force dans les ouvertures alignées de la virole 40, se verrouille dans lesdites ouvertures puis, par l'effet de l'élasticité du métal, tend à reprendre sa forme, ce qui la maintient plus solidement en position. Cette goupille a été représentée plus en détail à la figure 4, qui fait ressortir la façon dont ladite goupille est étroite- ment logée dans la virole extérieure 40, afin d'entrer en contact avec le piston 37. Bien entendu, une cheville rectangulaire ou une autre cheville appropriée pourrait être substituée à la goupille 38.
Bien que l'organe solide compressible 46 ait été représenté sous la forme d'une pièce cylindrique de grande longueur, on remarquera que lors- que l'appareil est au repos, le poinçon proprement dit 33 a été relevé et est rentré à l'intérieur de la virole d'extraction 40, de telle sorte que son extrémité inférieure est légèrement en retrait (Fig. 2) et que, lors du
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fonctionnement initial du dispositif, l'organe solide 46 est soumis à une déformation initiale ou à une charge préalable, avant que le poingon entre en contact avec l'ouvrage, la compression dudit organe solide s'effec- tuant au moment ou la virole 40 entre en contact avec l'ouvrage.
Bien que cette disposition soit satisfaisante dans la plupart des cas, il est sou- vent nécessaire de soumettre l'organe compressible soit à une déformation initiale,soit à une compression, avant qu'aucun mouvement ait eu lieu. A cet effet, on peut faire usage d'un organe tubulaire de construction modi- fiée, tel que celui représenté à la figure 5.
Dans ce cas, l'organe tubu- laire 31' est taraudé à son extrémité supérieure pour recevoir une'vis de réglage 60 qui prend appui sur une rondelle d'étanchéité en "Nylon" 61, prenant elle-mme appui sur l'organe solide compressible 46. Il est évident qu'on peut régler la position de la vis 60 en la vissant dans l'organe tu- bulaire 31' de manière à soumettre l'organe solide compressible 46 à une charge préalable, tout en conservant la même course pour le poinçon, étant donné qu'on peut donner à l'organe cylindrique 31' la même longueur que cel- le de l'organe tubulaire 31, cette longueur étant la même .par rapport à la hauteur d'ouverture de l'unité de poinçonnage. Il est en outre évident que l'organe 31' peut être fait d'un tube d'acier sans soudure, afin de réduire les frais d'usinage.
Une autre modification de l'invention a été représentée aux figu- res 6 à 11 inclus. Dans cette forme de réalisation, afin d'augmenter le vo- lume dans la mesure nécessaire pour perforer une pièce de matière plus épaisse, on donne à l'organe compressible, désigné par 76, une forme coni- que. L'application d'un organe de cette forme permet d'accroitre le volume de la matière compressible, tout en conservant la même section dans la por- tion de cet organe qui entre en contact avec le piston. L'organe conique 76 va en s'amincissant de son extrémité supérieure jusqu'à son extrémité infé- rieure, où son diamètre est sensiblement le même que celui de l'organe com- pressible cylindrique 46 de la construction des figures 1 à 3. L'organe compressible conique permet des charges sur de plus longues courses, pour une force du piston et un volume donnés.
En raison de la portion élargie et de la forme conique de l'organe solide compressible, dont le volume a été accru, l'unité de poinçonnage des figures 6 à 11 est capable de perforer une épaisseur de matière qui est approximativement le double de celle que peut perforer l'unité de poinçonnage des figures 1 à 5. Ceci est dû au fait que l'accroissement de volume de l'organe solide compressible permet une course plus longue, combinée avec une force plus grande que celle qu'il est possible d'obtenir avec le dispositif des figures 1 à 5. Une uni- té établie conformément à cette variante de l'invention peut être plus cour- te et plus étroite et engendrer néanmoins une force d'extraction beaucoup plus grande, avec un ressort de plus longue durée de service, que les uni- tés classiques pourvues d'un seul ressort en acier.
Dans cette forme de réalisation de l'invention, l'unité de poin- çonnage comprend un bâti 121 en forme de C pourvu d'un bras supérieur 122 et d'un bras inférieur 123. Le bras inférieur porte une matrice 127, qui peut être de la construction habituelle. Dans le bras supérieur 122 est monté un organe tubulaire 71 qui présente intérieurement une cavité axiale conique 72 contenant l'organe solide compressible 76, de forme conique cor- respondante. De même que l'organe 46 de la construction précédente, l'or- gane 76 est fait d'une matière plastique compressible, telle qu'un sili- cone dur ou une substance similaire. L'extrémité supérieure de l'organe tubulaire 71 est obturée par un chapeau taraudé 73 se vissant sur celui-ci de façon réglable.
Entre le chapeau 73 et l'organe solide 76 sont interpo- sés une série en nombre variable de rondelles 74 et un joint en "Nylon" 77.
L'organe bolide-compressible 76 repose à son extrémité inférieure sur un joint en "Nylon" 78, qui repose à son tour sur l'extrémité supérieure d'un piston 77.
Dans cette forme de réalisation de l'invention, l'organe extrac-
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teur consiste en une pièce 80 en forme de C embrassant une saillie 81 pré- vue à l'extrémité inférieure du piston 77 et engagée dans un trou 82 du bras supérieur 83 de ladite pièce 80. Le bras supérieur 83 travers une fen- te 84 de l'organe tubulaire 71. En raison de la charge accrue de l'unité des figures 6 à Il, il est désirable que l'organe tubulaire 71 ne soit pas sectionné ou rainuré en deux endroits, étant donné que ceci affaiblirait la structure qui transmet les charges de compression ou de poinçonnage.
Par conséquent, l'organe tubulaire 71 n'est rainuré que d'un seul coté, comme indiquéen 84,la pièce 80 en forme de C étant insérée à travers ladite rai- nure de manière qu'elle s'ajuste sur la saillie 81 du piston 77, ce qui la verrouille audit piston et l'empêche de se mouvoir par rapport à celui-ci dans la direction axiale du poinçon.
La pièce 80 formant l'organe extracteur est maintenue en contact avec le piston 77 par un ressort à boudin 85 logé dans un trou 86 du bras supérieur 122 du bâti de l'unité, ce ressort s'engageant par une de ses ex- , trémités dans un trou 87 de l'organe extracteur et s'accrochant par son au- tre extrémité sur une goupille 88 fixée dans le bras supérieur 122 du bâti en forme de Ç. Ce ressort 85 sert à relever le poinçon et à maintenir l'or- gane extracteur 80 en contact avec le piston 77. L'organe extracteur en for- me de ± peut facilement être démonté puisqu'il suffit de le tirer vers le bas de manière à le dégager de la saillie 81 du piston 77, puis de le faire glisser vers la droite de la figure 7.
En raison des charges élevées qui doivent être transmises par l'intermédiaire de l'organe 80, il est préférable de donner à cet organe une section transversale généralement semblable à celle d'une poutrelle en 1., comme le montrent les vues de détail des figures 10 et Il* De cette façon, les charges élevées excessives peuvent être transmises autour du corps 71 pour les buts décrits.
Le poinçon proprement dit de cette forme de réalisation possède, à son extrémité supérieure, une surface cylindrique 91 dont le diamètre est un peu plus grand que celui de sa portion travaillante et qui est emboîtée à force dans l'extrémité inférieure de l'organe tubulaire 71. Le bras infé- rieur 93 de l'organe extracteur 80 est percé d'un trou 94 qui est à l'ali- gnement axial de l'organe tubulaire 71 et à travers lequel le poingon 90 peut se mouvoir dans ses courses de travail et de retour.
En faisant varier l'épaisseur ou le nombre des rondelles 74, on peut modifier à volonté la charge préalable de l'organe solide compressible 76.
On notera que l'organe extracteur 80 et l'organe correspondant 40 de la figure 2 sont plus larges que le trou du bras supérieur 122 (ou 22) de l'unité de poinçonnage dans lequel est monté l'organe tubulaire 71 (ou 31). Ceci empêche l'ensemble à poinçon 130 (ou 30) de se séparer du porte- poinçon respectif: sous l'effet d'un choc. Si le poinçon est ainsi projeté alors que l'extraction n'a pas eu lieu, comme cela s'est produit dans des unités de poinçonnage antérieures, le coulisseau de presse est quelquefois commandé dans une nouvelle course de descente, ce qui provoque la destruc- tion de la presse, de l'ouvrage et des outils. Cette éventualité n'est pas possible avec le dispositif de protection contre les projections du poinçon de la présente invention.
Le fonctionnement du poinçon, dans cette forme de réalisation de l'invention, est essentiellement le marne que celui déjà décrit. Dans sa des- cente, le coulisseau 45 de la presse vient heurter le chapeau 73, ce qui fait mouvoir l'organe tubulaire 71 et le poinçon 90 vers le bas, jusqu'à ce que l'organe tubulaire 71 entre en contact avec le bras supérieur 83 de l'or- gane extracteur 80.
Dans la continuation du mouvement de descente du coulis- seau, l'organe extracteur 80 participe au mouvement du poing on et de l'orga- ne tubulaire 71, en surmontant la résistance du ressort 85. Lorsque l'orga- ne extracteur 80 entre en contact avec la face de dessus de la tôle ou ouvra-
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ge 50, ce mouvement vers le bas est arrête, mais le coulis seau. continue à descendre pour chasser le poinçon à travers l'ouvrage. Dans ce mouvement de descente du coulisseau, l'organe solide 76 est comprimé et diminue de volume, comme le montre une comparaison des figures 7 et 8; et le poinçon, chassé à travers l'ouvrage, perfore la tôle dans laquelle il découpe une rondelle 51.
Lorsque le coulisseau remonte, l'organe solide comprimé 76 peut se dilater pour reprendre son volume initial, ce qui a pour effet d'extraire le poinçon de l'ouvrage. Le ressort 85 peut alors rappeler l'en- semble à poinçon à sa position supérieure, les pièces occupant les posi- tions représentées à la figure 7.
Ainsi qu'il est évident, dans les unités de poinçonnage décri- tes le ressort à boudin puissant qui constituait l'organe extracteur des constructions antérieures est supprimé. Grâce à la présente construction, on peut poinçonner des trous à des distances d'axe en axe moindres; et des tôles ayant une épaisseur donnée peuvent être poinçonnées sur des presses plus petites ; ou bien on peut poinçonner des trous dans des tôles plus épaisses que celles qu'il avait été possible de poinçonner jusqu'à ce jour à l'aide des presses des dimensions habituelles. En raison du fait que la masse de l'ensemble à poinçon a été réduite, on peut utiliser des presses travaillant à des vitesses plus élevées.
On a décrit différentes formes de réalisation de l'invention, mais il doit être entendu que cette dernière est susceptible de recevoir d'autres formes et modifications de détail, rentrant dans le cadre et l'es- prit de ladite invention.
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WALES-STRIPPIT CORPORATION, residing in NORTH TONAWANDA (E. U.A.).
AUTONOMOUS PUNCHING UNIT.
The present invention relates to punching tools, and more particularly to punching tools that are complete in themselves or stand-alone, such as those which can be used singly or in groups in an ordinary punching machine for punching holes in sheet metal or the like. .
Self-contained punching units have been universally adopted in the industry whenever it is desired to simultaneously punch a series of holes in a plate or the like. The individual punch devices are either attached to a jig or adjustably mounted on the support rails of a press, so that their arrangement in the press matches that of the holes that are to be punched in a job, and so that they can be actuated simultaneously by the slide of the press, in the working stroke of the slide, to punch the desired holes in the work.
Devices of this type have the advantage that each unit contains both a punch and a die and that these two members are mounted in alignment; furthermore, in this type of perforating apparatus, the extractor device which detaches the punch from the work is also part of the punching unit. As a result, if a unit becomes defective for any reason, it can be removed en bloc and replaced with another. As a result, the downtime of presses using these devices is reduced to a minimum. In addition, the punching tools are suitable for both long production runs and short production runs, which is also an important advantage.
Autonomous punching units have already been established in a variety of forms. In the punching unit the subject of the United States patent of Am. under the N 1.955.866 on April 24, 1934, the downhill or working stroke of the press slide stores energy
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in a steel wire coil spring which is part of the unit and which acts to withdraw the punch from the work after the punching stroke is completed. However, the work that these punching tools are able to perform is limited by the power of the steel spring used to remove the punch from the work. To punch sheets of maximum thickness, it is necessary to use a large diameter steel wire spring.
Such a spring increases the overall width of the punching unit, and this limits the minimum center-to-center distance of two adjacent holes that can be punched in a single operation. As a result, the extractor devices of punching apparatus of the type described in the aforementioned patent are frequently subjected to excessive loads which cause them to be taken out of service prematurely. It has also been necessary, in the case of the punching units described in the aforementioned patent, to frequently reshape the punch or to facilitate the release of stuck punches by striking the work with a mallet because the nature of the loads exerted on the extraction spring made it impossible to extract a dull punch from a work.
Another disadvantage of the insufficient spring force of the punch unit is that, in large assemblies using hundreds or a thousand punch units, it sometimes happens that a punch gets stuck. is released during the return stroke of the slide so that it springs out of its support and comes into place across the work, the press frame or the punching unit. If this has not been observed by the operator and he lets the slide drop down for the next operation, this often results in deterioration of the work or of the punch holders and, in some cases, case, from the press itself.
It also happens that an operator continues the entire production without noticing that one of the holes which must be made in a series of successive works has not been punched. In many cases, it is then necessary to drill this hole on all of the sheets already perforated, by having recourse to an assembly specially established and marked on a previously punched hole.
Another imperfection of the punching units of the aforementioned patent lies in the need to limit the thickness of the material to be punched to a value of the order of three millimeters, if a punching machine is used. normal, since in the case of punching work carried out on sheets more than three millimeters thick, the extraction requires springs of such power that a single spring is practically insufficient for the heights of normal opening. It has therefore been necessary to construct special punching machines for punching holes at a given center-to-center distance in sheets over three millimeters thick using a punching unit such as the one described in the aforementioned patent.
With machines of this kind it has been possible, by making use of punching units such as those shown in the aforementioned patent, to punch 6 to 7 mm sheets. thick at the small center-to-center distance desired, but such machines are expensive.
The minimum center-to-center distance of the drilled holes and the thickness of the material that it was possible to punch out were therefore usually determined by the best compromise that could be made, by the choice. of the extractor spring, between the width of the support and the required extraction force. It follows that, for a large number of works, two or three operations were necessary to punch holes at given center-to-center distances in a material of given thickness.
To overcome this difficulty, punching units of the type described in the United States patent have been constructed.
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America under N 2.326.588 dated August 10, 1943, in which a series of springs are arranged in tandem above the support. Such a spring mechanism arrangement, however, renders the punch itself extremely fragile due to its thinness compared to its height, which makes it comparable to a thin column of great height subject to buckling.
In addition, these units have a height greater than that which can be used in a press having a normal opening height, so that their use was limited in combination with expensive presses of large dimensions and. high opening height.
In addition, such units are expensive because they require delicate and precise assembly operations. Long punches, such as those described above, also give rise to manufacturing difficulties, because the body portion must be tough while the punch end must have great hardness to resist. wear resulting from the friction it exerts on the metal during the passage of the punch through the work.
This has always been a difficult problem in heat treatment, in that the punches must first be heated to the desired temperature and then quenched in oil, water or air, depending on whether the requires the metal, after which it is necessary to subject the part of the body directly behind the tip of the punch to tempering, to give it the desired toughness, while the punch end is maintained at the desired hardness for the punching. There are thus two risks of poor workmanship which are both costly and difficult to avoid.
In the first place, by their nature, steels for punches generally do not have a high toughness and are on the contrary intended to receive great hardness in order to resist abrasion; and the operation of subjecting a portion of the punch to tempering to give it the desired toughness is an extremely difficult and expensive operation. If the punches are subjected to too much tempering, the point, which has to perform the punching work, becomes too soft; so that she no longer works properly.
If the transition between the hardened portion and the tempered portion is in the area of reduced section of the punch where it connects to the tip, it is almost certain that the tip will break. since the molecular structure of the metal in this portion is different and the tendency of molecules to unite is less. Here again, a compromise usually has to be adopted, since a tool steel must be chosen which tempers just the degree of toughness necessary for the job, but whose quenching makes the point hard enough. to perforate the material.
Irrespective of the issue of heat treatment, long punches of this kind, which are made of tool steel or, in the most favorable case, of a difficult-to-machine alloy, are expensive tools not only because that the material is by itself more expensive, but also because the labor and heat treatment techniques required are themselves much more expensive. In addition, when the tip of the punch breaks, it is necessary to replace the entire punch, which is an expensive operation.
To remedy the imperfections of autonomous punching units which make use of mechanical springs as extracting members, punching units have been devised in which compressible liquids are used for carrying out the extraction. Units of this type have been described in the patent applications filed in the United States of America by the Applicant under serial numbers 185.604 and 185.606, on September 19, 1950. With these punching units,
it is possible to obtain greater extraction forces and consequently to perforate in sheets up to 19 mm thick. holes whose axis-to-axis distance is the same as that of the holes which could be punched using previous units using mechanical springs and which were limited to punching 6 mm sheets. In addition, the units of
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Punching machines covered by the above patent applications can be mounted within the opening height of normal presses. Of course, these devices are much more efficient, in that it is possible to adopt smaller dimensions for the width of the support and the opening height.
They are much better suited for punching holes at short center-to-center distances, and punching thicker plates in smaller presses. These punch units are however more expensive than the individual punch units which do use of mechanical springs as extraction members. As a result, punching units which use hydraulic springs, such as those shown in the aforementioned patent applications, are ordinarily only used for punching thick sheets, such as those with a thickness of 6mm . and 19 mm.
The present invention relates to an autonomous punching unit having the following particularities, characteristics or advantages:
It can be manufactured for less expense than punching units which use liquid as the extracting agent, while still being able to punch sheets of the same order thickness as that which can be punched using hydraulic spring units, in addition to being able to be used within the opening height of normal punch presses.
Its operating life is longer than that of complete punching units per se manufactured to date, its operation is safer, and the elastic thrust which its extractor member is capable of exerting is higher than that required.
It can be used either with punch presses of normal opening height, or with specially constructed punch presses with greater opening height, thereby reducing the stock of necessary punching units and obtain in a single unit a device playing two different roles and thus lending itself to more diverse uses.
It can be set in narrower widths than units of the previous construction, while punching and punching out from thicker materials.
The extraction forces are higher than those required and there is therefore no risk of the extractor device being overloaded, as was the case with mechanical spring extractors applied to date.
As the extraction forces are higher than those ordinarily required, the punch does not need to be sharpened as often as in the case of previous constructions, and thus avoids the need for 'use mallets or other types of impact tools to assist the action of the extractor spring to release the work from the punches when the punches are stuck.
The duration of the unit is a multiple of that of punching units using mechanical springs.
The energy transmitting power of the extractor member can quickly be restored to its normal value in the event that a loss of load occurs for any cause. When the force of a steel spring decreases, it is almost always due to a defect in the spring itself and no adjustment is possible by the use of shims or other spacers to restore the spring force. .
It is possible to adjust the elastic extractor member, with regard to its force, while maintaining the same stroke and the total movement of the punch.
The duration of the punch of this unit is much greater
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than that of the punches of ordinary punching units.
The present punching unit has higher mechanical strength and less loaded punch buckling than ordinary punching units. Most punch failures occur when the extraction begins because, at this point, the punch which had bent during the punching operation suddenly straightens up when the press ram makes its return stroke, which causes excessive breakage of the punch.
The punch holder is more rigid than that of ordinary units.
This member can be guided directly in a support without the interposition of extraction means between said member and the support.
The present punching unit is provided with a punch of the attached type, which reduces the expense of punches.
The place of assembly of the insert-type punch with the main body of the punch is at the point where the common-type punches generally give way, so that the punch is much less prone to breakage since it is already separated from the main body at the transition point where a concentration of forces takes place.
The actual punching tool consists of a small insert which is interchangeably mounted in a durable structure which resists impact and which is capable of transmitting the force of the press to said insert, while accommodating. internally the organ, elastic extractor.
The body of the punch is made of an alloy which lends itself to hardening, by heat treatment, up to maximum tenacity; and the insert, or punch proper, can be made of any alloy suitable for receiving the maximum hardness, the two parts thereby lending themselves to mass production by processes regulated separately.
In the massive punches of the previous types, it was necessary to adopt a compromise between a good punching alloy and a good alloy for the body or punch holder, because the point or working portion and the body of the punch were in one piece and that the punch had to be subjected to a separate tempering operation, after the actual quenching or heat treatment, in order to impart the desired toughness to the body of the punch, while while maintaining the hardness of the point, without being sufficiently assured that these desiderata will both be fulfilled.
The extractor member contributes to the mechanical resistance of the punch.
The housing of the extractor member consists of a chamber arranged in a structure whose mechanical resistance is relatively low, instead of this member being mounted at the periphery of such a structure, and one obtains thus a stable structure suitable for transmitting the punching force to the punch.
As an extractor member, use is made of a compressible solid body which is mounted inside a chamber formed in a tubular member carrying the punch.
The mass of the assembly of the punch and the extractor spring is reduced so that the natural frequency which can be obtained is much greater than that of a punch of the common type, which results in said assembly being able to be animated by a faster reciprocating movement.
The weight and the volume of the extractor member are reduced, so that the mass of this member is notably less than that of the extractor member used in conventional punching machines, which has
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as a result that the period of the punching cycles may be given a higher value than in the case of punch and pull-out spring units of common types.
The punch of the unit is composed of a punch column, which may be made of normal steel tube, and an insert, in the form of a plug, of short length and capable of being economically manufactured. - only using an ordinary bar turning machine, instead of consisting of a long, massive bar made of expensive tool steels as required by current punches for use in complete punching units in self.
A combined assembly of punch and extractor is provided so that, in the event that the punch should become temporarily wedged in the work and then suddenly come off after the return stroke of the slider. the press, the energy generated by said mass accelerated by the spring would exert on the retaining device of the punching assembly or on the press slide, depending on which of these members it strikes first, a force less than that which occurs in conventional punching units, such that damage is minimized.
This self-contained punching unit is constructed so that none of the forces tending to detach the work from the punch is transmitted through the holder.
Means are provided to prevent the punch assembly from jumping out of the support in the event that the punch gets stuck in the work during a punching operation.
The unit is protected against the inadvertent projection of the punch by a device which is established so as to be able to be detached quickly to allow the rapid removal of the punch for its resharpening.
Other objects, advantages and particularities of the invention will become evident in the course of the detailed description given below of some embodiments of said invention, with reference to the appended drawings, in which:
Figure 1 is a side view of a self-contained punching unit according to one embodiment of the invention.
Figure 2 is a sectional view of this unit taken along line 2-2 of Figure 1, looking in the direction of the arrows.
Figure 3 is a section similar to Figure 2, but showing the moving parts of the unit in the positions they occupy at the end of the working stroke of the punch.
Figure 4 is a section taken on line 4-4 of Figure 2, looking in the direction of the arrows.
Figure 5 is a partial longitudinal section, with partial cutaway, of the upper part of a punch holder established in accordance with another embodiment of the invention, this punch holder being provided with means for adjusting the load prior to the extractor.
Figure 6 is a side view similar to Figure 1, but showing another embodiment of the invention.
Figure 7 is a partial vertical section of this variant.
Figure 8 is a section similar to Figure 7, but showing the moving parts of the unit in the position they occupy at the end of the working stroke.
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Figure 9 is a partial section taken on line 9-9 of Figure 7, looking in the direction of the arrows.
Figure 10 is a section taken on line 10-10 of Figure 8, looking in the direction of the arrows.
Figure 11 is a rear view of the structure of the extractor member of the punch unit of Figures 6 to 10 inclusive.
Reference will firstly be made to the embodiment of the invention shown in Figures 1 to 4 inclusive. 20 denotes the unit shown as a whole and which comprises a frame 21 in the form of ¯C, the upper and lower arms of which are denoted by 22 and 23, this frame being provided with a guide pin 24 which protrudes from it. its base surface and makes it possible to mark the position of the unit by cooperating with a complementary guide hole made in a jig base 25 forming part of the press on which the unit is used. A die 27 is mounted on the lower arm 23 of the frame.
This die may be of conventional construction having a die-forging opening 28 (Fig. 2) below which a recess is provided as indicated at 29 to constitute a passage through which the evacuation of the washer takes place. punched in the work.
In the upper arm 22 of the frame is mounted in axial alignment with the die the punch assembly 30 which comprises a cylindrical tubular member 31 closed at its upper end and in the lower end of which is mounted an element 33 constituting the punch itself.
The tubular member 31 is provided with a conical recess 34 at its lower end, and the fist itself 33 is provided with a corresponding conical portion 35 which is intended to be assembled by force fitting into the recess. conical 34 of the tubular member.
In the tubular member 31 is mounted, above the punch 33, a piston 37 intended to slide vertically in this member. This piston rests by its lower end on a pin or transverse bar 38 which passes through diametrically opposed slots of the tubular member 31 and whose opposite ends are engaged in holes made in an extraction ring 40.
The tubular member 31 encloses a cylindrical member 46 made of a compressible solid material, such as a plastic with a high degree of compressibility, for example a hard solicone, "nylon", polystyrene, etc. The cylindrical member 46 bears by its upper end against the bottom of the tubular member 31 and by its lower end against a member or seal 48, which itself bears against the upper end of the piston 37 .
The punching force is transmitted from the press slide 45 (Figo 3), through the tubular member 31, to the punch 33. During a working stroke, the extraction ring 40 moves with it. the punch 33 and the punch holder 31 until it strikes the sheet metal or other work 50 (Fig. 3) intended to be perforated, said ferrule being pushed by the punch holder 31, the compressible cylinder 46 , the sealing member 48 and the pin 38.
In the continuation of the downward stroke of the punch, which perforates the sheet, the solid member 46 is compressed and decreases in volume under the pressure of the extraction sleeve 40, of the pin 38 , of the piston 37 and of the seal 48, so that when the press slide 45 rises in its return stroke, thereby removing the pressure which it exerted on the tubular member 31, the gold - solid gane 46 expands and returns to its initial volume, thus forcing the punch holder 31 to move upwards, that is to say to extract the punch 33 from the work 50 ..
The punch extraction movement continues until the lower end 52 of the slot 39 of the punch holder 31 hits or ar-
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ridge the pin 38. The punch assembly 30 is then returned to the upper position, shown in Figure 3, by a lifting coil spring 55 which surrounds the punch holder and one end 56 of which is attached to the interior. - laughing of said punch holder, the other end resting on the upper arm 22 of the frame 21.
Overall with punch 30, instead of the main member 31 'which has been called the punch holder and actually constitutes the body of the punch, is as usual a perforating tool of small cross section with respect to at its length surrounded by a tubular extractor, this organ is tubular, that is to say that it consists of a cylindrical body whose core, or inner portion of small section and low mechanical resistance, has been removed and replaced by a solid compressible member 46. This member 46 strengthens the tube, at the same time that it behaves like an extractant.
The punch assembly of the punching unit shown in Figures 1 to 4 inclusive thus comprises a closed tubular member 31 which has the mechanical strength and rigidity which are the normal attributes of cylindrical members of the same diameter and length. .
FIG. 3 represents the positions occupied by the parts on completion of the punching, the punch itself 33 having perforated the sheet 50, from which it has detached the washer 51, and the extraction ring 40 having been moved upwardly relative to the body 31 of the punch, so that the pin 38 compressed the piston 37, which in turn provided the compression or reduction in volume of the compressible solid member 46.
After the press slide has performed its upward movement as stated above, the extraction ferrule 40 acts on the sheet 50 to release the actual punch 33, after which, under the action of the lifting spring 55, the apparatus again comes to occupy a position such as that shown in FIG. 2, the said spring having raised the assembly 30 by a sufficient distance to allow the removal of the work or its reinstallation in the below said assembly.
The complementary cones 34 and 35 of the tubular member 31 and of the punch proper 33 collectively constitute a force-locked interlocking, the punch 33 having initially been force-fitted into the tubular member. At each of the successive operations, the punch sinks further into the tubular member and it can no longer be released therefrom by the normal extraction load. This is because, independently of the blocking provided by the conical interlocking, the surface friction which occurs between the conical surfaces is greater than the friction which occurs between the punch itself and the walls of the hole. so that said punch is firmly held in the tubular member.
However, with the aid of a suitable tool, it is easy to detach the punch from the tubular member in order to replace it with a new one when it becomes dull or if it breaks.
The pin 38 which transmits the loads resulting from the extraction is preferably a tubular member constituted by a rolled plate which, when it is fitted and forcibly inserted into the aligned openings of the ferrule 40, locks in said openings then, by the effect of the elasticity of the metal, tends to resume its shape, which maintains it more firmly in position. This pin has been shown in more detail in FIG. 4, which highlights the way in which said pin is closely housed in the outer shell 40, in order to come into contact with the piston 37. Of course, a rectangular pin or another suitable peg could be substituted for pin 38.
Although the compressible solid member 46 has been shown in the form of a cylindrical piece of great length, it will be noted that when the apparatus is at rest, the punch itself 33 has been raised and retracted. inside the extraction shell 40, so that its lower end is slightly recessed (Fig. 2) and that, when
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initial operation of the device, the solid member 46 is subjected to an initial deformation or to a preliminary load, before the punch comes into contact with the work, the compression of said solid member taking place at the moment when the ferrule 40 comes into contact with the work.
Although this arrangement is satisfactory in most cases, it is often necessary to subject the compressible member either to initial deformation or to compression before any movement has taken place. For this purpose, use may be made of a tubular member of modified construction, such as that shown in FIG. 5.
In this case, the tubular member 31 'is threaded at its upper end to receive an adjustment screw 60 which bears on a "nylon" sealing washer 61, itself bearing on the member. compressible solid 46. It is obvious that the position of the screw 60 can be adjusted by screwing it into the tubular member 31 'so as to subject the compressible solid member 46 to a preliminary load, while maintaining the same. stroke for the punch, since the cylindrical member 31 'can be given the same length as that of the tubular member 31, this length being the same with respect to the opening height of the punch. punching unit. It is further evident that the member 31 'can be made of a seamless steel tube, in order to reduce the machining costs.
Another modification of the invention has been shown in Figures 6 to 11 inclusive. In this embodiment, in order to increase the volume to the extent necessary to perforate a piece of thicker material, the compressible member, designated 76, is given a conical shape. The application of a member of this shape makes it possible to increase the volume of the compressible material, while maintaining the same section in the portion of this member which comes into contact with the piston. The conical member 76 tapers from its upper end to its lower end, where its diameter is substantially the same as that of the cylindrical compressible member 46 of the construction of Figures 1 to 3. The conical compressible member allows loads over longer strokes, for a given piston force and volume.
Due to the enlarged portion and the conical shape of the compressible solid member, the volume of which has been increased, the punching unit of Figures 6 to 11 is capable of perforating a thickness of material which is approximately twice that of the punching unit. that the punching unit of Figures 1 to 5 can puncture. This is due to the fact that the increased volume of the compressible solid member allows a longer stroke, combined with a greater force than is possible to obtain with the device of FIGS. 1 to 5. A unit established in accordance with this variant of the invention can be shorter and narrower and nevertheless generate a much greater extraction force, with a spring of longer service life than conventional units with a single steel spring.
In this embodiment of the invention, the punching unit comprises a C-shaped frame 121 with an upper arm 122 and a lower arm 123. The lower arm carries a die 127, which can be of the usual construction. In the upper arm 122 is mounted a tubular member 71 which internally has a conical axial cavity 72 containing the compressible solid member 76, of corresponding conical shape. Like the member 46 of the previous construction, the member 76 is made of a compressible plastic material, such as hard silicone or the like. The upper end of the tubular member 71 is closed off by a threaded cap 73 which is screwed onto it in an adjustable manner.
Between the cap 73 and the solid member 76 are interposed a series of variable number of washers 74 and a "Nylon" gasket 77.
The bolide-compressible member 76 rests at its lower end on a "Nylon" seal 78, which in turn rests on the upper end of a piston 77.
In this embodiment of the invention, the extrac-
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tor consists of a C-shaped part 80 embracing a projection 81 provided at the lower end of the piston 77 and engaged in a hole 82 of the upper arm 83 of said part 80. The upper arm 83 through a slot 84 of the tubular member 71. Due to the increased load on the unit of Figures 6 through 11, it is desirable that the tubular member 71 not be severed or grooved in two places, as this would weaken the structure which transmits compressive or punching loads.
Consequently, the tubular member 71 is only grooved on one side, as shown in 84, the C-shaped piece 80 being inserted through said groove so that it fits over the projection 81. piston 77, which locks it to said piston and prevents it from moving relative to the latter in the axial direction of the punch.
The part 80 forming the extractor member is kept in contact with the piston 77 by a coil spring 85 housed in a hole 86 of the upper arm 122 of the frame of the unit, this spring engaging by one of its ex-, hoppers in a hole 87 of the extractor member and hooked at its other end on a pin 88 fixed in the upper arm 122 of the C-shaped frame. This spring 85 serves to raise the punch and to keep the extractor member 80 in contact with the piston 77. The extractor member in the form of ± can easily be removed since it suffices to pull it downwards. so as to disengage it from the projection 81 of the piston 77, then slide it to the right of FIG. 7.
Due to the high loads that must be transmitted through member 80, it is preferable to give this member a cross section generally similar to that of a 1-beam., As shown in the detail views of the Figures 10 and 11 * In this way, excessive high loads can be transmitted around body 71 for the purposes described.
The actual punch of this embodiment has, at its upper end, a cylindrical surface 91, the diameter of which is slightly larger than that of its working portion and which is force-fitted into the lower end of the tubular member. 71. The lower arm 93 of the extractor member 80 is pierced with a hole 94 which is in axial alignment with the tubular member 71 and through which the punch 90 can move in its travel strokes. work and back.
By varying the thickness or the number of washers 74, the preliminary load of the compressible solid member 76 can be modified at will.
It will be noted that the extractor member 80 and the corresponding member 40 of FIG. 2 are wider than the hole in the upper arm 122 (or 22) of the punching unit in which the tubular member 71 (or 31) is mounted. ). This prevents the punch assembly 130 (or 30) from separating from the respective punch holder: under the effect of an impact. If the punch is thrown in this way even though extraction has not taken place, as has happened in previous punching units, the press ram is sometimes driven into a new downstroke, causing destruction. - tion of the press, the work and the tools. This possibility is not possible with the device for protecting against projections of the punch of the present invention.
The operation of the punch, in this embodiment of the invention, is essentially the same as that already described. In its descent, the slide 45 of the press strikes the cap 73, which causes the tubular member 71 and the punch 90 to move downward, until the tubular member 71 comes into contact with the cap. upper arm 83 of the extractor member 80.
In the continuation of the downward movement of the slide, the extractor member 80 participates in the movement of the fist on and of the tubular member 71, overcoming the resistance of the spring 85. When the extractor member 80 enters in contact with the top face of the sheet or opening
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ge 50, this downward movement is stopped, but the bucket grout. continue to descend to drive the punch through the work. In this downward movement of the slide, the solid member 76 is compressed and decreases in volume, as shown by a comparison of FIGS. 7 and 8; and the punch, driven through the work, perforates the sheet in which it cuts a washer 51.
When the slide rises, the compressed solid member 76 can expand to resume its initial volume, which has the effect of extracting the punch from the work. The spring 85 can then return the punch assembly to its upper position, the parts occupying the positions shown in FIG. 7.
As is evident, in the described punching units the powerful coil spring which was the extractor member of the previous constructions is omitted. Thanks to the present construction, it is possible to punch holes at shorter axis-to-axis distances; and sheets of a given thickness can be punched on smaller presses; or it is possible to punch holes in sheets thicker than those which it had been possible to punch up to date using presses of the usual dimensions. Due to the fact that the mass of the punch assembly has been reduced, presses operating at higher speeds can be used.
Various embodiments of the invention have been described, but it should be understood that the latter is capable of receiving other forms and modifications of detail, coming within the scope and spirit of said invention.