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Cette invention concerne en général l'usinage des métaux et plus particulièrement un procédé de fabrication d'objets de forme tronconique à partir d'ébauches de métal en feuille par l'emploi d'un galet prévu pour s'adapter sur l'ébauche et faire déplacer axialement la matière jusqu'à obtention de la forme désirée.
Les objets connus par le procédé de l'invention, sont générale- ment de forme tronconique, analogue à un haut-parleur, par exemple. Les procédés sont également applicables pour le formage d'une portion tron- conique dans un objet. Excepté là où le contexte nécessite une signifi- cation plus spécifique, on emploiera les termes "tronconique", "conique" ou "c8ne" pour un objet qui possède généralement une forme hémisphérique, par exemple un bol, pour un objet ou la plus grande partie des parois sont parallèles les unes aux autres, par exemple un cylindre, et également pour un objet possédant sensiblement une des formes précédentes, dans lequel les parois peuvent présenter un ensemble de portions coniques, concaves, convexes ou planes.
Il est de plus, bien entendu, que le terme "feuille métallique" s'emploie inclusivement pour désigner une plaque.
Le procédé de l'invention est caractérisé par ce qu'on forme une, paroi annulaire conique dans un objet à partir de la portion annulai- re d'une ébauche en faisant tourner cette ébauche et en appliquant des pressions au moyen d'un ou de plusieurs galets, tout en soumettant à'ébau- che'à. une contre-pression équilibrant celle des galets.
Le procédé comprend une première phase opératoire qui consiste dans le formage d'une ébauche en forme de coupe possédant une portiqn an- nulaire conique, l'angle de conicité de cette ébauche ou demi-angle au sommet ayant été préalablement choisi, et son épaisseur étant , 'détermi- née par sa relation avec l'épaisseur réduite désirée, et la conicité de la paroi qui doit être obtenue. Selon cette relation, l'épaisseur de cet- te portion de l'ébauche est sensiblement égale à l'épaisseur désirée de la paroi finie multipliée par le rapport du sinus de l'angle de conicité de a portion d'ébauche au sinus de l'angle de conicité de la paroi que l'on désire obtenir.
On peut faire tourner l'ébauche sur un mandrin possédant un an- gle de conicité correspondant à l'angle de conicité de la paroi finie, ce mandrin servant de support pour l'ébauche qui subit la pression du galet.
Le degré maximum de réduction de la paroi conique de l'ébauche est défini par une valeur du rapport du sinus de l'angle de conicité de l'ébauche au sinus'de l'angle dé conicité du mandrin d 1 environ 2,5.
Conformément à une autre caractéristique de l'invention, l'é- bauche subit upe contre-pression correspondant à la pression du galet, au moyen d'une portion de support, généralement annulaire, voisine de la circonférence extérieure de l'ébauche lorsque l'angle de conicité de la portion d'ébauche est sensiblement égal à 900, ce qui permet de réduire l'ébauche à la paroi conique sans employer de mandrino
Il reste bien entendu que, sauf indication contraire du contex- te, le terme "objet" (ou tout terme équivalent) signifie soit un objet terminé, soit un objet intermédiaire qui doit subir d'autres opérations d'usinage ou de finissage ou subir à nouveau un ou plusieurs des stades opératoires décrits ici.
Des objets de forme conique peuvent être obtenus par formage d'une ébauche en forme de coupe ou de cône, possédant un angle de conici- té et une épaisseur de paroi bien déterminés. L'angle et l'épaisseur sont des facteurs importants de l'invention et sont calculés d'après une for- @
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qui sera explicitée plus loin, L'ébauche est fixée'sur un mandrin, et on préfère généralement faire tourner le mandrin et l'ébauche. On utilise alors un galet pour déplacer progressivement et axialement les parois de l'ébauche afin de réduire son épaisseur et de l'allonger des quantités désirées. Tandis que cet objet est ainsi formé, la surface interne de la paroi de l'ébauche vient progressivement au contact de la surface du man- drin.
En utilisant le procédé ci-dessus,on peut former un objet par une passe unique, c'est-à-dire, qu'un trajet unique du galet le long de l'axe du mandrin déplace l'ébauche et forme l'objet terminé. Dans certains cas ; il est nécessaire dutiliser plusieurs passes et de réduire l'ébau- che par étapes,,c'est-à-dire que l'on effectue plusieurs passes du galet pour réduire progressivement l'épaisseur et l'angle correspondant jusqu'à obtention de l'objet terminé. On utilise à chaque stade des mandrins de plus en plus petits. La formule citée plus haut est applicable à chaque stade.
L'un des avantages les plus importants du procédé précédent con- siste en ce que de nombreux types différents de métaux et d'alliages peu- vent être rapidement et facilement formés en objets coniques, ces formes étant pratiquement impossibles à obtenir par les procédés connus, ou en- traînant un prix de production élevé et commercialement indésirable, Par exemple,ce procédé a été utilisé pour fabriquer un organe présentant des portions coniques, avec un prix de revient égal au dixième du prix de fa- brication par les procédés connus.
L'invention s'étend en outre à un outillage pour la mise en oeu- vre des procédés précédents et procédés similaires, caractérisé par une poupée tournante entourant la feuille,une poupée fixe assurant la contre- pression et un outil rotatif tel que galet, créant la pression et refou- lant le métal suivant la forme voulue.
Le mode de mise en oeuvre du procédé est expliqué dans la des- cription suivante faite à l'aide des dessins joints, l'invention s'éten- dant aux caractéristiques résultant de ladite description et des dessins ainsi qu'à leurs combinaisons possibles.
La figure 1 est une élévation latérale, vue partiellement en coupe, montrant une ébauche plate en forme de disque,montée tournante, présentant un flasque sur sa périphérie, et montrant une portion de galet en contact avec l'ébauche.
La figure 2 montre les parois de l'ébauche de la figure 1 dépla- céespar le galet sans l'emploi d'aucun mandrin.
La figure 3 est une élévation, en coupe partielle, montrant une ébauche en forme de coupe, supportée par un mandrin, et la portion frag- mentaire d'un galet en contact avec celle-ci-.
La figure 4 montre les parois de l'ébauche en forme de coupe de la figure 3, déplacées par le galet,la surface interne des parois étant en con- tact avec la surface du mandrin.
La figure 5 est une vue fragmentaire d'une ébauche en forme de coupe sur un mandrin, cette ébauche possédant une portion conique plus importante.
La figure 6 est une vue fragmentaire de l'ébauche de la figure 5
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après réduction de la portion conique.
La figure 7 montre un mandrin et la section d'une ébauche en forme de coupe en traits pleins, et la section de cette ébauche dans sa forme finale sur le mandrin, ainsi que certaines désignations d'angles et de longueurs.
Les figures 8 et 9 sont des vues illustrant la manière d'utili- sation de l'invention pour former des objets de forme conique générale dans le cas où cet objet est obtenu par plusieurs passes du galet.
Dans la figure 1, le disque plat 1 est fixé entre une contre- poupée 2 possédant une tête 2a et un outil 3 possédant une tête 3a, qui est relié à une poupée fixe 4 par un arbre 3b et un organe de couplage 5.
Dans la réalisation habituelle, la poupée fixe est prévue pour être com- mandée, et la contre-poupée est montée tournanteo Comme on le voit sur la figure, le disque 1, fixé entre la poupée fixe et la contre-poupée, tour- ne avec ces deux organes.
Un galet 6 est monté sur un arbre 6a, les moyens de montage as- surant l'orientation de l'axe R du galet dans un plan contenant l'axe X de l'outil. Ces moyens de montage assurent également le déplacement du ga- let le long d'un trajet délimitant le contour extérieur de l'objet termi- né. Un organe de fixation C est fixé sur la périphérie du disque 1. Cet organe comprend les éléments 7 et 8 qui sont fixés l'un à l'autre au moyen d'un ensemble de boulons et d'écrous 9-9.
Bien qu'on ait montré l'organe de fixation C dans le dispositif décrit, il est bien entendu que cet organe peut se présenter sous une va- riété deformes. Par exemple, il peut faire partie intégrante du disque; Ainsi , le disque peut présenter une lèvre ou une forme analogue sur son contour extérieur.
Pour calculer l'épaisseur du disque utilisé, on se sert de la formule
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dans laquelle t est 1 épaisseur dedépart, tl est l'épaisseur de la parpi du cône que l'on désire obtenir et X est la moitié de l'angle au sommet du cône terminé, mesuré à l'intérieur des parois du cône. Le diamètre du disque est choisi sensiblement plus grand que le plus grand diamètre du c8ne terminé afin de prévoir un espace convenable pour la fixation.,
Le processus de formage de l'objet est évident en comparant les figures 1 et 2.
Dans la figure 2, le galet 6 s'est déplacé vers la gauche le long d'un trajet déterminant le contour extérieur de l'objet terminé et provoque le déplacement du métal de la portion la de l'ébauche et ré- duit cette portion en un cône possédant une paroi 1b d'épaisseur et de co- nicité désirées.. La conicité ou angle au sommet du cône terminé, est na- turellement contrôlé par la direction du mouvement du galet. En général, la réduction d'épaisseur désirée est obtenue par la vitesse de rotation du disque, par la pression exercée par le galet et par le trajet du mouvement du galet.
Le procédé précédent est extrêmement utile, car il est'possible de réaliser un grand nombre de cônes, ayant chacun un angle au sommet dif- férento Aucun de ceux-ci ne nécessite un mandrin pour sa fabrication, ce qui est appréciable du point de vue des économies dans l'appareillage,, Bien que pour différents angles au sommet, il faille prévoir des têtes dif-
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férentes 2a et 3a,il est évident que le prix de revient de ces différen- tes têtes est beaucoup moins élevé que le prix de revient d'un mandrin com- plet. Ordinairement, les têtes 2a et 3a sont facilement amovibles.
La figure 3 montre une ébauche 10 en forme de coupe, fixée entre une contre-poupée 11 et un mandrin 12. L'ébauche a une paroi conique 10a.
Le mandrin est monté sur un arbre 13 fixé à la poupée fixe 14 par l'orga- ne de couplage 15. Le galet est désigné par le numéro 16. Dans le mécanis- me indiqué, le mandrin est commandé pour faire tourner l'ébauche en forme de coupe et la contre-poupée. On peut orienter l'axe du galet dans un plan contenant l'axe Y du mandrin, celui-ci se déplaçant dans ce plan le long du mandrino L'ébauche 10 peut être formée par n'importe quelle méthode con- nue, telle qu'étirage ou usinage ou encore par formage d'une ou de plusieurs portions et soudure le long de certaines parties marginales.
Le processus de formage de l'objet à partir de l'ébauche en for- me de coupe, apparaît en comparant les figures 3 et 4. Dans la figure 4, le galet 16 se déplace sensiblement le long du mandrin et provoque le dé- placement du métal de la paroi 10a, et réduit celle-ci à un cône possédant une paroi 10b d'épaisseur désirée. On remarque que la surface interne de la paroi de l'ébauche vient en contact intime avec le contour extérieur du mandrin. La conicité ou angle au sommet de l'objet terminé est contrôlé par la forme du mandrin.
La réduction d'épaisseur désirée est accomplie générale- ment par l'espace compris entre la pointe du galet et la surface du mandrin, par la pression exercée par le galet et par la vitesse de rotation de l'é- bauche et le trajet du mouvement du galeto
Les figures 5 et 6 illustrent comment on peut utiliser le procé- dé de l'invention pour former dans un objet une portion conique. Dans la figure 5, l'ébauche 17 est supportée sur un mandrin 18 et présente une por- tion conique 17a. Dans la figure 6, le galet (non indiqué) agit sur la po- sition 17a en déplaçant le métal et en réduisant l'épaisseur, comme indi- qué par la portion 17b.
Il est donné ci-après une explication de cette méthode en rela- tion avec la formule
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en se reportant à la figure 7.
Dans la figure 7, un mandrin est représenté par le numéro 20, une ébauche en forme de coupe par le numéro 21, et l'objet formé à partir de l'ébauche par le numéro 22. L'angle au sommet de l'objet terminé, mesu- ré entre les surfaces internes des parois, est indiqué en 22a et de même l'angle au sommet du mandrin est représenté par l'angle FDE ou e.
L'angle de conicité du mandrin (qui est la moitié de l'angle FDE), mesuré entre l'axe Z et la surface du mandrin est représenté par ADE ou ss-ss représente également l'angle abE, c'est-à-dire l'angle de conicité de l'objet terminé, mesuré entre l'axe Z et la surface interne des parois 22a.
L'angle au sommet de l'ébauche, mesuré entre les surfaces inter- nes des parois 21a est représenté par GBC. L'angle de conicité de l'ébau- che (qui est la moitié de l'angle GBC), mesuré entre l'axe Z et la surfa- ce interne de la paroi 21a, est représenté par l'angle ABC ou ce - [alpha] repré- sente également abC.
L'épaisseur de la paroi de l'ébauche est représentée par T1, et sa longueur est représentée par L1. L'épaisseur de l'objet terminé est re- présentée par T2, et la. longueur de sa paroi est représentée par L2. Les
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rayons maximums internes de l'ébauche originelle et de l'objet terminé sont représentés par x + x1.
Comme le volume des parois de l'ébauche est sensiblement égal au volume des parois de l'objet fini, on a L1 T1 = L2 T2. De même, il est évident que x = L1 sin[alpha] = L2 sinss ou L1 sin[alpha] = L2 sinss. En reportant cette valeur de L1 dans la première formule, on obtient après simplification
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Ainsi, connaissant l'épaisseur des parois et l'angle au sommet d'un objet fini, on peut reporter ces valeurs dans la formule ci-dessus et, ayant choisi une valeur pour l'angle [alpha] , on peut calculer l'épaisseur de paroi de l'ébauche originellee
Le choix de l'angle [alpha] est important, comme on va le voir main- tenant.
Le choix de la valeur de l'angle a est relié au maximum de ré- duction d'épaisseur qu'il est praticable d'obtenir avec une seule passe.
Par une seule passe signifie que le galet se déplace une seule fois le long du mandrin,, En partant d'une ébauche en forme de(coupe, la réduction maximum praticable avec une seule passe est d'environ 60%, c'est-à-dire que l'épaisseur du cône après une passe, sera 40% de l'épaisseur de l'ébau- che de départ. Cela donne la relation T2 = 40 x T1.En combinant ce résul-
100 tat avec la formule T1 = T2 sin [alpha], on obtient sin[alpha] = 2,5 sinss. Ainsi, la sin ss valeur maximum de Sin [alpha] est de 2,5 Sin ss.
Plus généralement, la valeur de [alpha] peut être calculée d'après la formule Sin [alpha] = K Sinss dans laquelle, la valeur maximum pour K est de 2,5.
Les autres valeurs de K sont obténues en faisant le rapport de 100 sur 100 moins le pourcentage dè réduction désiré.
Comme il apparaît maintenant, la valeur de L1 peut être obtenue d'après la formule L1 Sin[alpha] = L2 Sin. La valeur minimum de L1 qui peut être employée s'obtient comme suit,Comme on le voit diaprés là formule, L1 est relié directement à la différence entre les-deux angles [alpha] et ss et ep conséquence,est également en'rélation ' directe avec la réduction choisie. La formule Sin[alpha]
2,5 Sinss donne la réduction maximum obtenue par une seule passe. En com- binant ces deux formules, on voit que la longueur minimum L1 que l'on peut utiliser est L2 utiliser est L1 = 2,5
La formule précédente peut être représentée par L1 = 2 dans
K1 laquelle la valeur maximum de K1 est 2,5.
La valeur de K choisie pour dé- terminer la valeur de l'angle [alpha] peut être reportée dans la formule ci-des- sus pour déterminer la valeur minimum de L1 pour chaque angle particulier.
La valeur de L1 naturellement peut être plus grande que ce minimum, spé- cialement dans les cas où il est nécessaire de prévoir du matériau supplé- mentaire à l'embouchure du cône ou de la portion conique.
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Les fibres 8 et 9 illustrent la manière d'utiliser la méthode en question dans le formage d'objets coniques,en partant de différente types d'ébauches l'opération de formage comprenant plusieurs passes du galet. Dans la figure 8, l'extrémité de l'ébauche est sensiblement incur- vée, et non plate comme dans les figures 3 et 40 Cette ébauche est prévue pour être réalisée dans une seule opération de pressage. Dans la figure 9, l'extrémité del'ébauche est sensiblement conique et possède des flancs relativement épais. Il serait très difficile de former une ébauche du ty- pe de la figure 9 par pressage, et dès lors, cette ébauche est réalisée par coulage à la forme désirée.
Il faut signaler que ces ébauches mention- nées ci-dessus, peuvent être obtenues par estampage de deux ou de plusieurs de leurs parties qui sont ensuite assemblées par soudure. Que l'ébauche soit formée dans une presse, usinée, ou soudée, le galet, en faisant dé- placer axialement le métal,donne une orientation de grain sensiblement hélicoïdale qui améliore grandement la solidité de l'objet terminé.
La figure 8 peut servir d'exemple d'utilisation des formules ci- tées plus haut. Par exemple, on connaît les dimensions de l'objet désiré 23, et on peut calculer les dimensions de l'ébauche intermédiaire 24 en choisissant une valeur qui satisfasse l'équation sin [alpha] = 2,5 sinss (on a choisi 7 dans ce cas), et en substituant ces valeurs dans les équations T1 = T2 Sinss et L1 Sin [alpha] = L2 Sin ss. On utilise la même procédé pour cal- culer les dimensions de l'ébauche intermédiaire 25 et de l'ébauche initia- le 26. On peut appliquer un calcul semblable à la figure 9.
Il est bien entendu que les valeurs numériques indiquées dans les figures 5, 6. 8 et 9, sont seulement des illustrations, et ne sont aucune- ment limitatives, excepté dans la mesure où elles doivent rester dans les limites définies par la formule.
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This invention relates generally to the machining of metals and more particularly to a method of manufacturing objects of frustoconical shape from sheet metal blanks by the use of a roller provided to fit on the blank and move the material axially until the desired shape is obtained.
The objects known by the method of the invention are generally frustoconical in shape, analogous to a loudspeaker, for example. The methods are also applicable for forming a truncated portion into an object. Except where the context requires a more specific meaning, the terms "frustoconical", "conical" or "cone" will be used for an object which generally has a hemispherical shape, for example a bowl, for an object or the larger one. part of the walls are parallel to each other, for example a cylinder, and also for an object having substantially one of the preceding shapes, in which the walls may have a set of conical, concave, convex or plane portions.
It is further, of course, that the term "metallic foil" is used inclusive to denote a plate.
The method of the invention is characterized by forming a conical annular wall in an object from the annular portion of a blank by rotating this blank and applying pressure by means of one or more of several rollers, while subjecting to 'roughing' to. a back pressure balancing that of the rollers.
The method comprises a first operational phase which consists in forming a blank in the shape of a cup having a conical annular portiqn, the angle of conicity of this blank or half-angle at the top having been previously chosen, and its thickness. being, 'determined by its relation to the desired reduced thickness, and the taper of the wall which is to be obtained. According to this relation, the thickness of this portion of the blank is substantially equal to the desired thickness of the finished wall multiplied by the ratio of the sine of the taper angle of the portion of the blank to the sine of the 'angle of taper of the wall that is desired.
The blank can be rotated on a mandrel having a taper angle corresponding to the taper angle of the finished wall, this mandrel serving as a support for the blank which is subjected to the pressure of the roller.
The maximum degree of reduction of the taper wall of the blank is defined by a value of the ratio of the sine of the taper angle of the blank to the sine of the taper angle of the mandrel of about 2.5.
According to another characteristic of the invention, the blank undergoes upe back pressure corresponding to the pressure of the roller, by means of a generally annular support portion, close to the outer circumference of the blank when the taper angle of the preform portion is substantially equal to 900, which allows the preform to be reduced to the tapered wall without using a mandrino
It remains of course understood that, unless the context otherwise indicates, the term "object" (or any equivalent term) signifies either a finished object, or an intermediate object which must undergo other machining or finishing operations or undergo. again one or more of the operative steps described here.
Conically shaped objects can be obtained by forming a cup or cone shaped blank having a well defined taper angle and wall thickness. Angle and thickness are important factors of the invention and are calculated from a for- @
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which will be explained later, the blank is fixed on a mandrel, and it is generally preferred to rotate the mandrel and the blank. A roller is then used to progressively and axially move the walls of the blank in order to reduce its thickness and to lengthen it by the desired amounts. While this object is thus formed, the internal surface of the wall of the blank gradually comes into contact with the surface of the core.
Using the above method, an object can be formed by a single pass, that is, a single path of the roller along the axis of the mandrel moves the blank and forms the object. finished. In some cases ; it is necessary to use several passes and to reduce the roughing in stages, that is to say that one carries out several passes of the roller to progressively reduce the thickness and the corresponding angle until obtaining the finished object. Smaller and smaller mandrels are used at each stage. The formula mentioned above is applicable at each stage.
One of the most important advantages of the foregoing process is that many different types of metals and alloys can be quickly and easily formed into conical objects, these shapes being practically impossible to obtain by known processes. , or resulting in a high cost of production and commercially undesirable. For example, this process has been used to manufacture an organ having tapered portions, with a cost equal to one tenth of the cost of manufacturing by known processes.
The invention further extends to a tool for implementing the preceding methods and similar methods, characterized by a rotating headstock surrounding the sheet, a fixed headstock ensuring the back pressure and a rotary tool such as a roller, creating the pressure and pushing the metal back into the desired shape.
The method of carrying out the method is explained in the following description given with the aid of the accompanying drawings, the invention extending to the characteristics resulting from said description and from the drawings as well as to their possible combinations.
Fig. 1 is a side elevation, partially in section, showing a disc-shaped, rotatably mounted blank having a flange on its periphery, and showing a portion of a roller in contact with the blank.
FIG. 2 shows the walls of the blank of FIG. 1 moved by the roller without the use of any mandrel.
FIG. 3 is an elevation, in partial section, showing a cup-shaped blank, supported by a mandrel, and the fragment portion of a roller in contact therewith.
Figure 4 shows the walls of the cup-shaped blank of Figure 3 moved by the roller with the inner surface of the walls in contact with the surface of the mandrel.
Figure 5 is a fragmentary view of a cup-shaped blank on a mandrel which blank has a larger taper portion.
Figure 6 is a fragmentary view of the blank of Figure 5
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after reduction of the conical portion.
Figure 7 shows a mandrel and the section of a cup-shaped blank in solid lines, and the section of that blank in its final form on the mandrel, as well as certain designations of angles and lengths.
FIGS. 8 and 9 are views illustrating the manner of use of the invention to form objects of general conical shape in the case where this object is obtained by several passes of the roller.
In figure 1, the flat disc 1 is fixed between a tailstock 2 having a head 2a and a tool 3 having a head 3a, which is connected to a fixed headstock 4 by a shaft 3b and a coupling member 5.
In the usual embodiment, the fixed headstock is designed to be controlled, and the tailstock is mounted rotatably. As can be seen in the figure, the disc 1, fixed between the fixed tailstock and the tailstock, turns with these two organs.
A roller 6 is mounted on a shaft 6a, the mounting means ensuring the orientation of the axis R of the roller in a plane containing the axis X of the tool. These mounting means also ensure the movement of the roller along a path delimiting the outer contour of the finished object. A fixing member C is fixed on the periphery of the disc 1. This member comprises the elements 7 and 8 which are fixed to each other by means of a set of bolts and nuts 9-9.
Although the fixing member C has been shown in the device described, it is understood that this member can be in a variety of shapes. For example, it can be an integral part of the disc; Thus, the disc may have a lip or a similar shape on its outer contour.
To calculate the thickness of the disc used, we use the formula
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where t is 1 starting thickness, tl is the thickness of the desired cone parpi and X is half the angle at the top of the finished cone, measured inside the walls of the cone. The diameter of the disc is chosen to be substantially larger than the largest diameter of the finished cone in order to provide a suitable space for fixing.
The object forming process is evident by comparing Figures 1 and 2.
In Figure 2, the roller 6 has moved to the left along a path determining the outer contour of the finished object and causes the displacement of the metal of the portion 1a of the blank and reduces this portion. into a cone having a wall 1b of the desired thickness and conicity. The taper, or angle at the apex of the completed cone, is naturally controlled by the direction of movement of the roller. In general, the desired reduction in thickness is obtained by the speed of rotation of the disc, by the pressure exerted by the roller and by the path of the movement of the roller.
The foregoing process is extremely useful, since it is possible to make a large number of cones, each having a different apex angle. None of these require a mandrel for its manufacture, which is appreciable from the point of view. savings in the apparatus, Although for different angles at the top, different heads must be
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2a and 3a, it is obvious that the cost price of these different heads is much lower than the cost price of a complete mandrel. Usually, heads 2a and 3a are easily removable.
Figure 3 shows a cup-shaped blank 10 secured between a tailstock 11 and a mandrel 12. The blank has a tapered wall 10a.
The chuck is mounted on a shaft 13 fixed to the headstock 14 by the coupling member 15. The roller is designated by the numeral 16. In the mechanism shown, the chuck is controlled to rotate the blank. cup-shaped and tailstock. The axis of the roller can be oriented in a plane containing the Y axis of the mandrel, the latter moving in this plane along the mandrel. Blank 10 can be formed by any known method, such as stretching or machining or by forming one or more portions and welding along certain marginal portions.
The process of forming the object from the blank to cut form is shown by comparing Figures 3 and 4. In Figure 4, the roller 16 moves substantially along the mandrel and causes the de- placement of the metal of the wall 10a, and reduces it to a cone having a wall 10b of desired thickness. Note that the inner surface of the wall of the blank comes into intimate contact with the outer contour of the mandrel. The taper or angle at the top of the finished object is controlled by the shape of the mandrel.
The desired reduction in thickness is generally accomplished by the space between the tip of the roller and the surface of the mandrel, by the pressure exerted by the roller and by the speed of rotation of the blank and the path of the mandrel. galeto movement
Figures 5 and 6 illustrate how the method of the invention can be used to form a conical portion in an object. In FIG. 5, the blank 17 is supported on a mandrel 18 and has a conical portion 17a. In Figure 6, the roller (not shown) acts on position 17a by moving the metal and reducing the thickness, as indicated by portion 17b.
An explanation of this method is given below in relation to the formula
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referring to figure 7.
In Figure 7, a mandrel is represented by the number 20, a cup-shaped blank by the number 21, and the object formed from the blank by the number 22. The angle at the top of the object completed, measured between the inner surfaces of the walls, is indicated at 22a and likewise the angle at the top of the mandrel is represented by the angle FDE or e.
The mandrel taper angle (which is half of the FDE angle), measured between the Z axis and the mandrel surface is represented by ADE or ss-ss also represents the angle abE, that is say the taper angle of the finished object, measured between the Z axis and the internal surface of the walls 22a.
The angle at the apex of the blank, measured between the internal surfaces of the walls 21a, is represented by GBC. The angle of taper of the blank (which is half the angle GBC), measured between the Z axis and the internal surface of the wall 21a, is represented by the angle ABC or this - [alpha] also represents abC.
The wall thickness of the blank is represented by T1, and its length is represented by L1. The thickness of the finished object is represented by T2, and la. length of its wall is represented by L2. The
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maximum internal radii of the original blank and the finished object are represented by x + x1.
As the volume of the walls of the blank is substantially equal to the volume of the walls of the finished article, we have L1 T1 = L2 T2. Likewise, it is obvious that x = L1 sin [alpha] = L2 sinss or L1 sin [alpha] = L2 sinss. By deferring this value of L1 in the first formula, one obtains after simplification
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Thus, knowing the thickness of the walls and the angle at the top of a finished object, we can report these values in the above formula and, having chosen a value for the angle [alpha], we can calculate the original blank wall thickness
The choice of angle [alpha] is important, as we will see now.
The choice of the value of the angle a is linked to the maximum reduction in thickness that can be obtained with a single pass.
By one pass means that the roller moves along the mandrel only once ,, Starting from a (cut) -shaped blank, the maximum reduction practicable with a single pass is about 60%, that is, that is, the thickness of the cone after one pass will be 40% of the thickness of the starting blank. This gives the relation T2 = 40 x T1. By combining this result-
100 tat with the formula T1 = T2 sin [alpha], we get sin [alpha] = 2.5 sinss. Thus, the maximum sin ss value of Sin [alpha] is 2.5 Sin ss.
More generally, the value of [alpha] can be calculated according to the formula Sin [alpha] = K Sinss in which, the maximum value for K is 2.5.
The other values of K are obtained by making the ratio of 100 to 100 minus the desired percent reduction.
As it now appears, the value of L1 can be obtained from the formula L1 Sin [alpha] = L2 Sin. The minimum value of L1 that can be used is obtained as follows, As can be seen from the formula, L1 is directly related to the difference between the two angles [alpha] and ss and ep consequence, is also 'related' direct with the chosen reduction. The Sin [alpha] formula
2.5 Sinss gives the maximum reduction obtained by a single pass. By combining these two formulas, we see that the minimum length L1 that can be used is L2 to use is L1 = 2.5
The previous formula can be represented by L1 = 2 in
K1 where the maximum value of K1 is 2.5.
The value of K chosen to determine the value of the angle [alpha] can be carried over to the formula above to determine the minimum value of L1 for each particular angle.
The value of L1 of course may be greater than this minimum, especially in cases where it is necessary to provide additional material at the mouth of the cone or of the conical portion.
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The fibers 8 and 9 illustrate how to use the method in question in the forming of conical objects, starting from different types of blanks, the forming operation comprising several passes of the roller. In Figure 8, the end of the blank is substantially curved, and not flat as in Figures 3 and 40. This blank is intended to be produced in a single pressing operation. In Figure 9, the end of the blank is substantially conical and has relatively thick flanks. It would be very difficult to form a blank of the type of Figure 9 by pressing, and therefore this blank is produced by casting to the desired shape.
It should be noted that these blanks mentioned above can be obtained by stamping two or more of their parts which are then assembled by welding. Whether the blank is press-formed, machined, or welded, the roller, by axially moving the metal, provides a substantially helical grain orientation which greatly improves the strength of the finished article.
FIG. 8 can serve as an example of the use of the formulas mentioned above. For example, we know the dimensions of the desired object 23, and we can calculate the dimensions of the intermediate blank 24 by choosing a value which satisfies the equation sin [alpha] = 2.5 sinss (we have chosen 7 in this case), and substituting these values in the equations T1 = T2 Sinss and L1 Sin [alpha] = L2 Sin ss. The same method is used to calculate the dimensions of the intermediate blank 25 and the initial blank 26. A calculation similar to FIG. 9 can be applied.
It is understood that the numerical values indicated in figures 5, 6, 8 and 9, are only illustrations, and are in no way limiting, except insofar as they must remain within the limits defined by the formula.