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" PERFECTIONNEMENTS APPORTES AUX PROCEDES ET DISTCOTIIFS
POUR FABRIQUER DES EBAUCHES POUR DES CYLINDRES ETIRES"
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L'invention est relative à un procédé pour fa- briquer une ébauche métallique à partir de laquelle on peut étirer, en profondeur, une pièce cylindrique ; etelle concerne également l'ébauche ainsi obtenue.
L'invention a pour objet.un procédé pour fabri quer une ébauche pour des cylindres étirés, ce procédé consistant à faire agir un poinçon sur une ébauche métallique comportant plusieurs coins, ledit poinçon comportant des parties en retrait, curvilignes et incli- nées, à ses bords latéraux, en regard des côtés de l'ébauche et entre les coins de celle-ci ; à donner, de force, à ladite ébauche une forme à peu près circulai, re avec des parties surélevées réparties le long de ses côtés, en concordance avec les parties en retrait du poinçon.
L'invention a également pour objet un procédé pour fabriquer une ébauche pour des cylindres étirés, ce procédé consistant à confiner une ébauche métallique. sensiblement carrée dans une matrice cylindrique ayant un diamètre légèrement plus grand que la diagonale de l'ébauche; à faire agir sur l'ébauche un poinçon cylin- drique qui s'emboîte exactement dans la matrice, et à donner, de force, à l'ébauche une forme sensiblement' circulaire, correspondant à la forme de la matrice.
L'invention a également pour objet un disposi- tif pour matricer une ébauche métallique, ce dispositif comprenant une matrice, en substance, circulaire et un poinçon, en substance, circulaire qui peut venir stem- botter dans celle-ci, le poinçon comportant plusieurs parties en retrait curviligne et inclinées, sur sa face frontale, en s'étendant vers l'intérieur depuis le bord extérieur de cette face.
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Des cylindres métalliques dont une extrémité est fermée, tels que des douilles de cartouches, sont souvent fabriqués par emboutissage d'une ébauche plate, cet emboutissage étant suivi de plusieurs opérations d'étirage successives par lesquelles on amincit progres- sivement la paroi du cylindre et par lesquelles on rend celui-ci de plus en plus profond jusqu'à ce que le cy- lindre ait la forme voulue et que sa paroi ait l'épais- seur désirée.' Il est évident qu'une telle ébauche de- vrait, en général, avoir une forme circulaire car la sy- métrie du cercle correspond naturellement à la nature symétrique du cylindre obtenue par l'étirage de l'ébau- che.
Par conséquent, la pratique usuelle pour éti- rer en profondeur des cylindres est de partir d'une ébauche métallique circulaire.
L'ébauche métallique circulaire présente, tou- tefois, l'inconvénient que l'estampage ou le découpage d'une ébauche de ce genre dans une grande tôle inévita- blement laisse subsister, en tant que-déchet, une partie appréciable de la matiète aux endroits où les cercles ne se touchent pas. C'est-à-dire, comme chaque cercle (dans les meilleures conditions) 'est tangent aux cercles adjacents en quatre points, la partie qui se trouve en- tre cercles doit obligatoirement être jetée à la fer- raille. Du point de vue géométrique du procédé, 'on peut aisément calculer que le rendement thécrique maximum des cercles obtenus dans une grande tôle est d'environ 78,5 %.
En pratique, les déchets ou chutes sont mêmes plus grands et le rendement pratique de l'estampage des ébauches circulaires hors d'une grande feuille métalli- que est compris entre 60 % et 70 %.
L'invention a pour but de réaliser une ébauche !
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métallique à partir de laquelle un cylindre, étire en profondeur, peut être fabriqué d'une manière satisfai- sante, cette ébauche ne nécessitant pas la mise au rebut d'un grand pourcentage de matière par suite de l'estam- page d'une ébauche circulaire, hors d'une grande tôle rectangulaire.
L'ébauche la plus simple et la plus économique que l'on peut découper hors d'une grande tôle est une ébauche carrée. Alors qu'il est possible d'étirer di- rectement, en profondeur, un cylindre à partir d'une ébauche carrée, les déchets qui résultent des pointes allongées qui doivent être découpées quand le métal se replie sur lui-même au cours des opérations d'emboutis- sage et d'étirage sont tellement importants qu'ils cor- respondent à peu près aux déchets initiaux que l'on ob- tiendrait si une ébauche circulaire était découpée en premier lieu dans la tôle. Par conséquent, quand on part d'une ébauche carrée plutôt que d'une ébauche cir- culaire on ne fait pas une économie appréciable.
On a déjà essayé de comprimer ou de matricer des ébauches carrées de manière à leur donner une forme à peu près circulaire afin que l'ébauche soit adaptée d'une manière plus efficace et plus effective, au pro- cédé d'emboutissage et d'étirage en profondeur. qu'elle doit subir. Les méthodes, en général, n'ont pas permis d'atteindre le but poursuivi car, pendant que l'ébauche carrée est comprimée, des moyens de retenue et de déga- gement n'ont pas été prévus.
L'absence de moyens de retenue aux coins ou angles permet à ceux-ci de se dé- placer radialement vers l'extérieur à une vitesse appro- ximativement égale à celle du mouvement radial des côtés de sorte qu'on obtient une ébauche qui est encore essen- tiellement carrée après le matriçage et qui comporte
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des pointes allongées que l'on doit découper après l'em- boutissage, l'importance de ces pointes étant telle qu'on ne diminue que de très peu les pertes ou chutes.
De même, quand les coins se déplacent radialement vers ltextérieur, la longueur du cote de l'ébauche,augmente et ce coté subit donc une tension qui, à son tour, peut provoquer la déchirure ou le fendillement de l'ébauche.
Ce métal déchiré doit également être découpé ce qui aug- mente encore davantage la quantité de métal perdu.
Un autre but de l'invention est de réaliser un procédé pour obtenir, à partir d'une ébauche métalli, que sensiblement carrée, une ébauche matricée qui puisse d'une manière satisfaisante être étirée en profondeur sous la forme d'un cylindre sans qu'il en résulte des chutes notablement plus grandes que celles qui se pro- duisent quand on se sert d'une ébauche circulaire.
Un autre but de l'invention est de réduire, d'une manière appréciable, la durée du recuit nécessaire avant qu'une ébauche soit soumise à un étirage en pro- fondeur.
Encore un autre but de l'invention est de supprimer l'opération de sphéroïdisation qui demande du temps et qui est généralement nécessaire avant que des ébauches métalliques soient soumises à une opération d'étirage en profondeur.
Afin d'obtenir les avantages résultant de l'usage d'une ébauche circulaire sans qu'il se produise des pertes de métal au cours de l'étirage d'une ébauche carrée, des efforts de compromis ont été faits en utili sant des ébauches polygonales dont le nombre de c8tés est plus grand que quatre. Plus le nombre de côtés est grand, plus on s'approche des avantages obtenus pendant l'étirage d'une ébauche circulaire. Mais, en même.
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temps, les chutes deviennent plus grandes pendant l'es- tampage initial de l'ébauche car il est impossible de découper dans une grande feuille de matière des polygo- nes ayant plus de six côtés sans qu'il se produise une perte de la matière entre les ébauches.
Même'avec des polygones à six cotés, il se produit une chute apprécia- ble'le long des bords de la grande feuille.
Conformément à l'invention, une ébauche carrée est emboutie par un poinçon, de manière telle que l'é- bauche matricée obtenue puisse être étirée, d'une maniè- re satisfaisante, sous la forme d'un cylindre profond, un découpage légèrement supérieur à celui à prévoir dans le cas où l'on se sert d'une ébauche circulaire étant seulement nécessaire. Le procédé selon l'invention con- siste à soumettre l'ébauche à la pression d'un poinçon cylindrique circulaire avec une face frontale compor- tant des parties en retrait réparties sélectivement le long de ses bords afin que toutes les parties de l'ébau- che ne soient pas soumises à la même pression. En par- ticulier, les parties en retrait du poinçon se trouvent sur les côtés de l'ébauche entre les coins de celle-ci.
Par conséquent, alors que les coins de l'ébauche sont soumis à un effort de compression élevé, les bords de l'ébauche, entre les coins, ne subissent aucune pression de ce genre. Il en résulte que le métal des cpins a une tendance à être refoulé périphériquement vers les côtés de l'ébauche ce qui soumet ces côtés à une com- pression. Cette tendance à soumettre les côtés à une compression s'oppose à la tendance naturelle qui est de soumettre les côtés à une tension pendant que le métal, initialement, est refoulé radialement vers l'extérieur aux côtés ou bords de l'ébauche. De cette manière, le fendillement ou le déchirement des bords de l'ébauche
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est visuellement éliminé.
On préfère restreindre le fluage radial aux coins de l'ébauche pendant cette opération de matriçage afin d'obliger le métal qui se trouve aux coins de l'é- baùche à s'écouler latéralement ou périphériquement vers les côtés de l'ébauche.
Alors que l'invention est applicable au matri- çage de n'importe quelle ébauche polygonale, elle est particulièrement utile pour une ébauche carrée car une ébauche de cette forme est généralement celle que l'on peut obtenir le plus économiquement à partir d'une gran- de feuille de matière avec un minimum de déchets ou chute. Par conséquent, les modes de réalisation préfé- rés de l'invention sont décrits ci-dessous à titre d'exemples et en se référant aux dessins ci-annexés, pour le matriçage d'une ébauche carrée.
- La figure 1 montre, en plan et vu vers le bas, un organe de retenue, tel qu'une matrice, dans lequel est logée une ébauche carrée que l'on veut façonner ou matricer conformément à l'invention; - la figure 2 montre, semblablement à la figure 1, l'ébauche après qu'elle a été matricée conformément à l'invention, le poinçon étant enlevé pour montrer l'ébauche; - la figure 3 montre une coupe transversale sui- vant 3-3 figure 2 avec le poinçon en place; - la figure 4 montre une coupe transversale sui- vant 4-4 figure 2 avec le poinçon (coupé) en place; - la figure 5 montre, en perspective, une ébau- che matricée conformément à l'invention;
- la figure 6 montre, en coupe partielle, une des premières opérations pour l'emboutissage de l'ébau- che montrée sur les figures 1 à 4 avant l'étirage en
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profondeur ; - la figure 7 montre, semblablement, une phase ultérieure de cet emboutissage; - la figure 8 montre, en perspective, le cylin. dre pendant une phase intermédiaire, au cours,de l'éti- rage ; - la figure 9 montre le cylindre en une autre phase de l'étirage en profondeur; - les figures 10, 11 et 12 montrent, semblable, ment aux figures 1, 2 et 3, un autre mode de réalisa- tion de l'invention; - la figure 13 montre, d'une manière générale- ment analogue à la figure 4, un troisième mode de réali- sation de l'invention; - la figure 14 montre, semblablement à la fi gure 13, un quatrième mode de réalisation de l'inven- tion ;
- la figure 15 montre, semblablement à la fi- gure 13, un cinquième mode de réalisation de l'inven- tion ; la figure 16 montre, en vue de c8té quelque peu schématique, un poinçon en vue d'illustrer la manié- re suivant laquelle le poinçon a été modifié ou entailla conformément à l'invention; - la figure 17 montre, en perspective, le poinçon vu à angle droit pas rapport à la figure'16; - la figure 18 montre, en vue par dessous, la poinçon avec ses parties en retrait; - la figure 19 montre- la relation entre la face entaillée du poinçon et la pièce carrée que l'on veut matricer; - les figures 20 et 21 montrent, respective- ment en plan et en vue de coté, la pièce carrée,avant
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le matriçage ;
- les figures 22 et 23 montrent, respectivement en plan et en coupe transversale, l'ébauche matricée tout en indiquant certaines dimensions; - la figure 24 montrez-en coupe partielle, l'ébauche ainsi que le poinçon et la. matrice après leur mise en place, tout en indiquant la relation entre l'é- bauche matricée et la face frontale du poinçon; - la figure 25 montre, schématiquement, une pièce carrée avant le matriçage ; - la figure 26 montre, semblablement, la même pièce après qu'elle a été matricée pour former une ébau- che conformément à l'invention.
Les figures 1 à 4 montrent une ébauche ou piè ce métallique 16, de l'orme sensiblement carrée, que l'on veut matricer conformément à l'invention. On fait ob- server, avant tout, que les quatre coins 17 de l'ébau- che 16 sont retenus, pour empêcher le fluage du métal en ces endroits, en logeant l'ébauche l6 dans une matri- ce cylindrique 18 dont le diamètre est, en substance, égal à la diagonale de la pièce carrée 16.
Dans la matrice 18 peut venir s'emboîter un poinçon 19, sensiblement circulaire ou cylindrique,dont la face frontale ou active est sensiblement'plane et' perpendiculaire à l'axe du poinçon excepté qu'elle com- porte quatre parties curvilignes 20, en retrait.
L'ébauche métallique 16 occupe un emplacement tel, dans la matrice 18, que les parties en retrait 20 du poinçon se trouvent directement en regard ou sur l'alignement du milieu des bords latéraux 21 de ltébau- che 16, entre les coins 17. La face frontale du poin- çon'19 et la face du fond de la matrice 18 forment, en- semble, des organes de compression entre lesquels l'ébau.
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che l6 peut être comprimée et matricée conformément à l'invention.
Quand la pression agit sur le poinçon 19, de manière à refouler celui-ci contre l'ébauche 16 logée dans la matrice 18, l'ébauche entière, à l'exception des faces latérales qui se trouvent en regard des parties en retait 20, est soumise à une compression élevée, suffi- sante pour provoquer le fluage du métal. Comme les coins sont empêchés de fluer vers l'extérieur, le métal est obligatoirement contrait de s'écouler périphériquement ou circonférentiellemeni; vers les côtés 21. En même temps, le métal qui se ;rouve aux cotés 21, est refoulé radialement vers l'extérieur et, également, vers le hau à cause de la présence des parties en retrait 20.
Quand une pression prédéterminée est exercée sur l'ébauche ou quand on a donné une épaisseur prédéter- minée à l'ébauche ou quand un écartement prédéterminé est atteint entre les faces actives des deux organes de compression opposés, le matriçage est interrompu et la matrice est ouverte pour permettre l'enlèvement de l'é- bauche matricée.
En ménageant des parties en retrait 20 dans la face active des poinçons 19, en a constaté qu'il est possible d'interrompre le matriçage avant que le mé- tal ait été refoulé jusqu'à être complètement en.contact avec toutes les parties de la matrice 18. Ainsi;'les parties médianes des quatre côtés 21 de l'ébauche 16 restent écartées des parois de la matrice, comme montré en 23 sur la figure 2, de .sorte que l'ébauche finale est généralement circulaire, mais comporte quatre bords par- tiellement rectilignes ou aplatis. C'est-à-dire, les quatre coins initiaux ont la courbure exacte de la ma- trice alors que les bords initialement droits ont une courbure légèrement moindre, comme montré en 23.
La pré-
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sence des intervalles 23 permet que le procédé puisse se faire à une pression maximum notablement moindre que celle qui serait nécessaire si l'on voulait donner au mé. tal une forme exactement semblable à celle de la matrice 18.
Si l'effet de retenue exercé par la matrice 18 sur les coins 17 n'existait pas de même que la compres- sion sélective produite par le poinçon à l'aide des par- ties en retrait 20, on créerait une tension dans les bords 21 qui aurait une tendance à former des déchirures ou crevasses comme indiqué en 24 par des traits inter- rompus sur la figure 2. Cette tension résulterait du fait que chaque côté 21 doit être allongé à partir de sa longueur initiale, c'est-à-dire depuis sa longueur mon- trée sur la figure 1 jusqu'à sa nouvelle longueur mon- trée sur la figure 2. Toutefois, l'effet obtenu selon l'invention élimine cette tension en faisant intervenir une compression, dirigée en sens contraire, par suite du fluage du métal depuis les coins 17 circonférentielle- ment vers les côtés 21.
Ainsi, le compresseur tend à neutraliser la tension et les bords latéraux 21 sont virtuellement exempte de tension.
Après que l'ébauche a été matricée de la maniè- re décrite, elle est emboutie, comme montré sur les fi- gures 6 et 7 et elle est ensuite remise à une;série d'o- pérations successives à l'aide de matrices et de poin- çons. -Par ces opérations, l'épaisseur de la paroi est diminuée progressivement à mesure que le cylindre dévier de plus en plus profond.
Pendant les phases intermédiaires de l'étirage, le cylindre apparaît comme montré en 26 sur la figure 8 qui indique que le bord 27 du cylindre 26, à l'ouvertu- re de celui-ci, est légèrement ondulé ou dentelé. Ceci est un résultat inévitable des facteurs variables qui se
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présentent au cours de l'étirage et, après chaque série de deux ou trois opérations d'étirage, le bord doit être découpé afin de le rendre lisse et perpendiculaire à l'axe du cylindre.
Ceci a lieu avec une machine grignoteuse qui découpe des bouts de métal tout autour du bord comme montré en 28 jusqu'à ce que le bord soit virtuellement lisse et droit, comme indiqué en 29 par des traits in- terrompus. Ce découpage, répété au cours des opérations d'étirage, est nécessaire même si l'on part d'une ébau- che exactement circulaire. On a constaté en pratique qu'une partie étirée, constituée à partir d'une ébauche matricée 16 obtenue par le procédé faisant l'objet de l'invention, n'exige essentiellement pas un découpage plus important que celui qui est nécessaire quand on part d'une ébauche circulaire.
Pendant le matriçage, le fluage périphérique ou circonférentiel, à froid, du métal est facilité'à la fois par la retenue des coins 17 par la matrice 18 et par les parties en retrait 20 du poinçon, ces parties formant des espaces libres dans lesquels le métal peut être refoulé. Comme indiqué plus haut, les parties méaianes des côtés 21 n'atteignent jamais le bord laté- ral ae la matrice.
Pendant le matriçage, les parties en retrait 20 au poinçon 19 procurent l'avantage supplémentaire qu'elles s'opposent progressivement à l'effet de com- pression du poinçon et il en résulte que le matriçage peut se faire avec un effort maximum plus petit que si la face frontale du poinçon était parfaitement plate. l'on seulement les parties en retrait 20 du poinçon 19 empêchent la déchirure ou le fendillement des bords la- téraux 21 de l'ébauche mais les surélévations 22 qui en
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résultent permettent d'obtenir une ébauche finale dans laquelle la même quantité de métal se trouve, en substah ce, dans chaque secteur angulaire.
Par conséquent, les surélévations 22, du point de vue volume, compensent le fait que le métal ne remplit jamais complètement la ma- trice mais laisse subsister des intervalles 23. Il en résulte, lorsque l'ébauche est transformée progressive- ment en un cylindre par étirage comme montré essentiel- lement sur les figures 6 et 7, qu'une quantité égale de matière se trouve toujours périphériquement autour de l'ébauche ce qui simule l'effet d'une ébauche plate et circulaire, et permet que l'irrégularité du bord 27 soit maintenue à un minimum au cours de l'étirage.
Pendant l'emboutissage initial de l'ébauche 16, par laquelle on obtient la forme montrée sur la fi- gure 7, l'épaisseur supplémentaire 31 du métal, aux par- ties médianes des côtés 21, renforce le bord de l'ébau- che d'une manière appréciable et empêche que les parties marginales forment des plis pendant l'emboutissage.
Le nouveau procédé ae matriçage présente un autre avantage par rapport à l'usage d'une simple ébau- che circulaire. Pour l'étirage, en profondeur, de cy- lindres fabriqués à partir d'ébauches constituées en' certains aciers, on a jugé nécessaire'de soumettre le métal, avant l'étirage en profondeur, à un traitement connu sous le nom "sphéroidisation". Ce traitement est nécessaire à cause de l'état perlitique naturel des car- bures dans le métal et il consiste, essentiellement, en un recuit prolongé dont la durée est de l'ordre de 96 heures. La sphéroïdisation, en général, est nécessaire car, si le métal était embouti sans être sphéroidisé, la tendance au fendillement et à la déchirure serait beaucoup plus grande pendant l'emboutissage.
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On a découvert maintenant que le matriçage selon l'invention produit le travail à froid du métal à un degré tel que, lorsqu'il est suivi d'un recuit très court (de une ou deux heures), il en résulte un état interne à peu près équivalent à la sphéroïdisation. Cet te structure métallurgique équivalente, bien qu'elle ne corresponde pas à une sphéroidisation vraie, permet à l'ébauche d'être étirée en profondeur virtuellement avec les mêmes résultats satisfaisants que lorsqu'on a re- cours à la sphéroïdisation. En général, on effectue le recuit, associé au procédé en question, à une températu- re un peu supérieure à celle du traitement usuel de re- cuit ou de sphérmidisation et, comme dit plus haut, il est beaucoup plus court.
Avec certains métaux, on a constaté qu'il es. satisfaisant de supprimer les parties en retrait dans la poinçon et d'avoir recours uniquement à la retenue des coins pendant l'opération de compression ou de matriça- ge. Ceci est montré sur la figure 10, pour laquelle une ébauche carrée 16'est placée dans une matrice-de retenue 18' et est soumise à une pression à l'aide d'un poinçon 19t dont la face frontale ou utile est plate ou sans parties en retrait. L'ébauche obtenue est mon- trée sur la figure 11, le métal provenant des coins 17' étant refoulé circonférentiellement depuis les coins dans les espaces libres de la matrice 18' san que des parties en retrait du poinçon aident à se refoulement.
Il n'est pas nécessaire que les parties en re- trait se trouvent sur le poinçon 19. Si on le désire, elles peuvent être prévues sur la face interne du fond de la matrice comme visible sur la figure 13. Celle-ci montre une variante additionnelle suivant laquelle la matrice est montrée comme étant simplement un organe 30
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dans lequel est ménagée une cavité cylindrique 18".
Dans le fond de la cavité se trouve la face inférieure active 32 de la matrice et dans la partie supérieure de la.cavité est logée le poinçon mobile 19". On voit qur la figure 13 'que les parties en retrait 20" sont formées à la périphérie du fond 32. Pour la variante de la fi- gure 13, le poinçon 19" et/ou l'organe 32 peuvent être déplacés suivant un mouvement alternatif par rapport à l'organe 30 en vue de comprimer l'ébauche 16 qui doit être matricée conformément à l'invention.
Si on le désire, des parties en retrait peu- vent être formées sur les deux organes de compression supérieur et inférieur, comme montré sur la figure 14 sur laquelle on voit que l'organe supérieur 19'" et l'organe inférieur 32' comportent tous deux des parties en retrait 20"' qui sont en regard les unes des autres de manière à former des parties périphériques 22 en saillie sur les faces opposées de l'ébauche matricée obtenue 16.
Une autre caractéristique de l'invention est que l'opération de matriçage peut être aisément incorpo- rée dans l'opération de préemboutissage usuelle par la- quelle on donne à l'ébauche une légère courbure initiale pour qu'elle ait la forme en cuvette montré sur la fi- gure 6. Un dispositif de ce genre est montré sur la fi- gure 15 pour laquelle les faces de compression ont res- pectivement et en général une forme incurvée et une for- me bombée. Le poinçon 19"' comporte une face convexe 33 qui correspond à une face concave 34 prévue au fond de l'organe de matriçage 30'. Comme pour les variantes précédentes, une de ces faces, dans ce cas la face 33, comporte des parties périphériques en retrait 30"".
Il est évident, di on le désire, que les parties en retrait
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20"" pourraient être formées sur la face concave 34 ou sur les deux faces 34 et 33. De même, l'une ou l'autre de ces deux faces ou les deux pourraient être rendues mobiles, comme montré sur la figure 13.
Sur la figure 15 les deux faces curvilignes 33 et 34 sont montrées comme ayant une forme générale sphérique. Si on le 'désire, ces faces peuvent être pla- tes au centre et coniques à leurs bords de manière à former un tronc de cône ce qui présente également l'avan- tage de former, par matriage, une ébauche en forme de cuvette.
Un mode de réalisation spécifique de l'inven- tion a été réalisé avec les paramètres suivants.
Les parties en retrait 20 du poinçon sont constituées comme montré schématiquement sur les figu- res 16, 17 et 18. La face frontale du poinçon 19 est inclinée par rapport à l'axe d'un tour à profiler ou d'une machine à meuler suivant un angle a e les quatre bords de la face sont taillées à la meule 41 suivant un rayon R. Le moulage est continué jusqu'à ce que la profondeur de la partie en retrait, au bord extérieur de la face du poinçon, ait une valeur prédéterminée F.
La corde de la partie en retrait est alors égale à C et l'étendue interne de cette partie en retrait est S.
Le diamètre de la face du poinçon est D et l'écartement interne de deux parties diamétralement opposées est E.
Pour un exemple spécifique on a adopté les dimensions suivantes :D = 19 cm; R = 48,25 cm : F = 4 cm A = 5 ,34' C = 10,15 cm; S = 3,9 cm ; E = 11,15 cm.
Comme visible sur la figure 19, quand ce poinçon est utilisé conformément à l'invention pour le matriçage d'une ébauche carrée, on provoque le fluage vers l'extérieur du métal de manière telle qu'il occu-
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pe, en général, la position montrée en 16a sur la figu- re 19. Comme expliqué plus haut, le fluage vers l'exté- rieur du métal, aux quatre côtés 21 de l'ébauche 16, est moins forcé à cause de l'existence des parties en re- trait 20 du poinçon. Alors que" le métal, au milieu des côtés 21, est refoulé radialement vers l'extérieur commq montré par la flèche 42, le métal est refoulé également, dans le sens circonférentiel, depuis les coins, comme montré par la flèche 43.
Une ébauche carrée 16, montrée sur les figures 20 et 21, a une diagonale C et une épaisseur T. Elle est sollicitée par le poinçon 19 afin qu'on obtienne une ébauche matricée, montrée sur les figures 22 et 23. Le plus grand diamètre G de l'ébauche matricée obtenue, montrée sur la figure 22, est en substance égal à la diagonale G de l'ébauche carrée initiale, montrée sur la figure 20 comme on pouvait s'y attendre. Le diamètre le plus petit est désigné par H. L'ébauche est matri- cée jusqu'à ce qu'on obtienne une épaisseur M au centre et sur la plus grande partie de l'étendue de l'ébauche.
En réalité, l'opération est poursuivie jusqu'$ ce qu'un effort prédéterminé, exprimé en tonnes, soit exercé sur le poinçon et-on constate alors que l'épaisseur M a été atteinte. La crête de chacune des surélévations ou saillies, au bord de celles-ci, a une épaisseur de L.
Le raccord entre une surélévation 22 et la partie cen- trale de l'ébauche matricée ne forme pas une ligne nette mais est formée plut8t sur un rayon, comme visible en 44. Ceci résulte du fait qu'au cours du matriàage, le fluage du métal ne fait sur une largeur considérable de la matière qui vient en contact successivement avec la ligne de jonction correspondante du poinçon au lieu qu'une ligne du poinçon vienne en contact avec une seule
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ligne ou partie de l'ébauche, comme expliqué plus en détail à l'aide de la figure 24.
On a constaté que la distance N entre les points initiaux des surélévations appartenait plutôt à une gamme au lieu d'avoir une va- leur unique,.à cause de ce rayon en 44. Un poinçon 19 ayant les paramètres indiqués plus haut, agit sur une ébauche 16, montrée sur les figures 22 et 23, avec un effort compris entre 280 et 290 tonnes et on obtient les paramètres suivants pour l'ébauche : G = 19,05 cm; T = 2,05 cm ; M = 1,35 cm ; N = 11,2 à 11,8 cm ; G = 18,4 à 18,6 cm ; L =-1,5 cm.
Du point de vue théorique, on peut aisément calculer que si l'ébauche a été matricée jusqu'à un point ou M = 1,3 cm le métal dans les surélévations 22 remplit exactement les interstices 23. On a constaté, en pratique, que lorsque le matriçage est effectué jus- qu'à ce point extrême, il se trouve une quantité de mé- tal un peu excessive dans les surélévations 22 en ce qui concerne un étirage subséquent satisfaisant. En outre, pour effectuer le matriçage jusqu'µ ce degré, il est nécessaire de faire intervenir un effort beaucoup plus grand et'hors de proportion que celui de 290 tonnes uti- lisé pour la mise en oeuvre préférée de l'invention..'De cette manière on soumet le poinçon à des efforts exces- sifs et on risque de l'abîmer.
On a constaté, en pratique, que la mise en oeuvre de l'invention, telle que décrite plus haut, per- met de réalser 8-tune manière satisfaisante l'objet es- sentiel de l'invention qui consiste à fabriquer une ébau- che matricée contenant, en substance, la même quantité de métal dans un secteur angulaire quelconque de sa sur- face.
La figure 24 montre, à plus grande échelle et
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en coupe partielle, la relation existant entre l'ébauche
16, le poinçon 19 et la matrice 18 à la fin du matriça- ge. Il est à noter que la surface de la 'surélévation 22 s'est écartée de la face frontale du poinçon 19, plus @artieulièrement de la face de ia partie en retrait 20 du poinçon. Cet écartement ne se fait pas vers le bas pais plut8t vers l'extérieur, comme indiqué par la flè- che 46 et est attribuable au fluage vers l'extérieur du
Métal au cours du matriçage.
Les paramètres-indiqués plus haut sont utili- sés de pair avec un acier pour douilles de cartouches, portant le n C 1030 de l'American Iron and Steel Insti. tute, cet acier également connu sous la désignation F.S. 1030. Cet acier est conforme à la U.S.Army Speci- fication Mil-S-3289 excepté qu'il n'a pas été sphéroldi- se. En d'autres mots, cet acier a simplement été lami- né à chaud. Comme expliqué plus haut, on a constaté, conformément à l'invention, que la sphéroidisation n'est pas nécessaire pour des ébauches en acier, matricées selon l'invention. Un recuit après matriçage a été jugé nécessaire avant l'étirage, mais ce recuit doit se fai- re même si l'on utilise du métal sphéroidisé.
Pour l'invention, la différence principale est qu'au lieu' de recuire comme à l'ordinaire à environ 650 après le ma- triçage comme dans le cas du métal sphéroïdisé, l'ébau- che matricée est recuite à environ 720 dans le cas du métal non sphéroidisé utilisé selon l'invention. Dans chaque cas, une période de recuit de 1 1/2 heures est adoptée. De cette manière, la sphéroidisation est com- plètement supprimée d'où résultent des économies.
L'acier AISI utilisé contient les constituants suivants en plus du fer de base carbone = 0,25 à 0,35 %; man- ganèse = 0,6 à 0,9 %; phosphate = 0,04 % au maximum;
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soufre = 0,45% au maximum; silicium = 0,1% au maximum.
Afin de mieux comprendre le dessin du fluage du métal par l'effet de la pression exercée par le poin- çon 19, une ébauche carrée 16 analogue à celle des figu- res 20 et 21,. est munie de lignés de la manière indiquée sur la figure 25. Une moitié de l'ébauche comporte des lignes orthogonales 48'et l'autre moitié porte des cour- bes 49. Sur la figure 25 le cercle en traits interrom- pus représente la matrice 18 dans laquelle l'ébauche 16 est placée.
Comme montré sur. la figure 26, le graphique après le matriçage montre que le fluage du métal dans l'intervalle 23 de la matrice se fait non seulement dans le sens radial vers l'extérieur depuis les côtés, comme indiqué par la flèche 51 mais aussi périphériquement ou circonférentiellement depuis les coins de l'ébauche carrée, comme indiqué par la flèche 52. Ceci est éga- lement montré en 53 par la déformation des rectangles à proximité des coins du carré. omme il va de soi et comme il résulte déjà de.ce qui précède, l'invention ne se limite aucunement à ses modes d'application non plus qu'à ceux des modes de réalisation denses diverses parties;.ayant plus spé- cialement été indiqués; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes.
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"IMPROVEMENTS IN PROCESSES AND DISTCOTIIVES
TO MAKE BLANKETS FOR STRETCH CYLINDERS "
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The invention relates to a process for manufacturing a metal blank from which a cylindrical part can be drawn in depth; and it also relates to the blank thus obtained.
The object of the invention is a process for manufacturing a blank for drawn rolls, this process consisting in causing a punch to act on a metal blank comprising several corners, said punch comprising recessed, curvilinear and inclined parts, at its lateral edges, facing the sides of the blank and between the corners thereof; to forcibly give said blank a roughly circular shape, with raised parts distributed along its sides, in correspondence with the recessed parts of the punch.
Another subject of the invention is a method for manufacturing a blank for drawn rolls, this method consisting in confining a metal blank. substantially square in a cylindrical die having a diameter slightly larger than the diagonal of the blank; in causing a cylindrical punch to act on the blank which fits exactly into the die, and forcing the blank into a substantially circular shape, corresponding to the shape of the die.
The subject of the invention is also a device for forging a metal blank, this device comprising a substantially circular die and a substantially circular punch which can stem therein, the punch comprising several curvilinear and inclined recessed parts, on its front face, extending inward from the outer edge of this face.
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Metal cylinders with one end closed, such as cartridge cases, are often made by stamping a flat blank, this stamping being followed by several successive drawing operations in which the cylinder wall is gradually thinned and by which it is made deeper and deeper until the cylinder has the desired shape and its wall has the desired thickness. ' It is obvious that such a blank should, in general, have a circular shape because the symmetry of the circle naturally corresponds to the symmetrical nature of the cylinder obtained by stretching the blank.
Therefore, the usual practice for deep stretching rolls is to start from a circular metal blank.
The circular metal blank, however, has the disadvantage that stamping or cutting such a blank in a large sheet metal inevitably leaves a substantial part of the material remaining as waste. in places where the circles do not touch. That is, since each circle (under the best possible conditions) is tangent to the adjacent circles at four points, the part which lies between the circles must be scrapped. From the geometrical point of view of the process, it can easily be calculated that the maximum thecric efficiency of the circles obtained in a large sheet is about 78.5%.
In practice, the waste or scraps are even greater and the practical efficiency of stamping the circular blanks out of a large metal sheet is between 60% and 70%.
The invention aims to achieve a blank!
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metal from which a deep drawn cylinder can be satisfactorily manufactured, which blank does not require the disposal of a large percentage of material as a result of the stamping of a circular blank, out of a large rectangular sheet.
The simplest and most economical blank that can be cut out of a large sheet metal is a square blank. While it is possible to stretch a cylinder directly, in depth, from a square blank, the waste that results from the elongated tips that must be cut as the metal bends back on itself during operations drawing and drawing are so important that they roughly correspond to the initial waste that would be obtained if a circular blank were cut in the sheet first. Therefore, when we start with a square blank rather than a circular blank, there is no appreciable saving.
Attempts have already been made to compress or forge square blanks so as to give them an approximately circular shape so that the blank can be adapted in a more efficient and effective manner to the stamping and stamping process. deep stretching. that she must undergo. The methods, in general, have not made it possible to achieve the desired aim because, while the square blank is compressed, retaining and disengaging means have not been provided.
The absence of retaining means at the corners or angles allows them to move radially outward at a speed approximately equal to that of the radial movement of the sides so that a blank is obtained which is still essentially square after the forging and which comprises
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elongated points which must be cut out after stamping, the importance of these points being such that losses or falls are reduced very little.
Likewise, as the wedges move radially outward, the length of the blank side increases and this side therefore experiences a stress which in turn can cause the blank to tear or crack.
This torn metal must also be cut which further increases the amount of metal lost.
Another object of the invention is to provide a method for obtaining, from a metal blank, which is substantially square, a forged blank which can satisfactorily be drawn in depth in the form of a cylinder without having to This results in significantly larger scraps than those which occur when a circular blank is used.
Another object of the invention is to reduce, appreciably, the duration of annealing required before a blank is subjected to deep drawing.
Yet another object of the invention is to eliminate the spheroidization operation which requires time and which is generally necessary before metal blanks are subjected to a deep drawing operation.
In order to obtain the advantages resulting from the use of a circular blank without any loss of metal occurring during the stretching of a square blank, compromise efforts have been made by using blanks. polygonal whose number of sides is greater than four. The greater the number of sides, the closer to the benefits obtained during the stretching of a circular blank. But, at the same.
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time, the offcuts become larger during the initial blanking of the blank because it is not possible to cut polygoes with more than six sides from a large sheet of material without loss of the material. between the blanks.
Even with six-sided polygons, there is a noticeable drop along the edges of the large sheet.
According to the invention, a square blank is stamped by a punch, so that the die-forged blank obtained can be stretched satisfactorily in the form of a deep cylinder, cutting slightly. greater than that to be expected in the case where a circular blank is used being only necessary. The method according to the invention consists in subjecting the blank to the pressure of a circular cylindrical punch with a front face comprising recessed parts selectively distributed along its edges so that all parts of the blank - che are not subjected to the same pressure. In particular, the recessed parts of the punch are on the sides of the blank between the corners thereof.
Therefore, while the corners of the blank are subjected to a high compressive force, the edges of the blank, between the corners, are not subjected to any such pressure. As a result, the metal of the cpins has a tendency to be driven back peripherally towards the sides of the blank, which subjects these sides to compression. This tendency to compress the sides is opposed to the natural tendency to stress the sides as the metal initially is forced radially outward at the sides or edges of the blank. In this way, cracking or tearing of the edges of the blank
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is visually eliminated.
It is preferred to restrict the radial creep at the corners of the blank during this die-forging operation in order to force the metal at the corners of the sheet to flow laterally or peripherally towards the sides of the blank.
While the invention is applicable to the forging of any polygonal blank, it is particularly useful for a square blank because a blank of this shape is generally the most economically obtainable from a square blank. large sheet of material with minimal waste or scrap. Therefore, preferred embodiments of the invention are described below by way of example and with reference to the accompanying drawings, for the die forging of a square blank.
- Figure 1 shows, in plan and seen downwards, a retaining member, such as a die, in which is housed a square blank that is to be shaped or die-stamped in accordance with the invention; - Figure 2 shows, similarly to Figure 1, the blank after it has been stamped in accordance with the invention, the punch being removed to show the blank; FIG. 3 shows a cross section taken on 3-3 of FIG. 2 with the punch in place; FIG. 4 shows a cross section following 4-4 FIG. 2 with the punch (cut) in place; FIG. 5 shows, in perspective, a blank forged in accordance with the invention;
- Figure 6 shows, in partial section, one of the first operations for the stamping of the blank shown in Figures 1 to 4 before stretching in
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depth; - Figure 7 shows, similarly, a subsequent phase of this stamping; - Figure 8 shows, in perspective, the cylinder. dre during an intermediate phase, during stretching; FIG. 9 shows the cylinder in another phase of the deep drawing; - Figures 10, 11 and 12 show, similar to Figures 1, 2 and 3, another embodiment of the invention; FIG. 13 shows, generally similar to FIG. 4, a third embodiment of the invention; FIG. 14 shows, similarly to FIG. 13, a fourth embodiment of the invention;
FIG. 15 shows, similarly to FIG. 13, a fifth embodiment of the invention; Figure 16 shows, in somewhat schematic side view, a punch to illustrate the manner in which the punch has been modified or scored in accordance with the invention; - Figure 17 shows, in perspective, the punch seen at a right angle not in relation to figure '16; - Figure 18 shows, in view from below, the punch with its recessed parts; - Figure 19 shows the relationship between the notched face of the punch and the square part that is to be die-stamped; - Figures 20 and 21 show, respectively in plan and in side view, the square part, before
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forging;
- Figures 22 and 23 show, respectively in plan and in cross section, the stamped blank while indicating certain dimensions; - figure 24 show in partial section, the blank as well as the punch and the. die after their installation, while indicating the relationship between the die-forged blank and the front face of the punch; - Figure 25 shows, schematically, a square part before stamping; FIG. 26 shows, similarly, the same part after it has been stamped to form a blank in accordance with the invention.
Figures 1 to 4 show a blank or metal part 16, of the substantially square elm, which is desired to die according to the invention. It is observed, first of all, that the four corners 17 of the blank 16 are retained, to prevent the flow of the metal in these places, by accommodating the blank 16 in a cylindrical die 18 whose diameter is, in essence, equal to the diagonal of square piece 16.
In the die 18 can fit a punch 19, substantially circular or cylindrical, whose front or active face is substantially 'flat and' perpendicular to the axis of the punch except that it comprises four curvilinear parts 20, in withdrawal.
The metal blank 16 occupies such a position, in the die 18, that the recessed parts 20 of the punch are located directly opposite or in alignment with the middle of the side edges 21 of the blank 16, between the corners 17. The front face of the punch 19 and the bottom face of the die 18 together form compression members between which the blank.
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che 16 can be compressed and stamped according to the invention.
When the pressure acts on the punch 19, so as to force the latter against the blank 16 housed in the die 18, the entire blank, with the exception of the side faces which are located opposite the retent parts 20, is subjected to high compression sufficient to cause the metal to flow. As the wedges are prevented from creeping outwards, the metal is necessarily constrained from flowing peripherally or circumferentially; towards the sides 21. At the same time, the metal which opens at the sides 21, is forced radially outwards and, also, upwards because of the presence of the recessed parts 20.
When a predetermined pressure is exerted on the blank or when a predetermined thickness has been given to the blank or when a predetermined spacing is reached between the active faces of the two opposing compression members, the stamping is interrupted and the die is open to allow removal of the punched blank.
By making recessed parts 20 in the active face of the punches 19, it has been found that it is possible to interrupt the forging before the metal has been forced up until it is completely in contact with all the parts of the die. die 18. Thus, the middle portions of the four sides 21 of the blank 16 remain spaced from the walls of the die, as shown at 23 in FIG. 2, so that the final blank is generally circular, but comprises four partially straight or flattened edges. That is, the initial four corners have the exact curvature of the matrix while the initially straight edges have slightly less curvature, as shown at 23.
The pre-
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The presence of the intervals 23 allows the process to be carried out at a maximum pressure which is considerably less than that which would be necessary if one wanted to give the substance. tal a shape exactly similar to that of matrix 18.
If the retaining effect exerted by the die 18 on the wedges 17 did not exist as well as the selective compression produced by the punch using the recessed portions 20, tension would be created in the edges. 21 which would have a tendency to form tears or crevices as indicated at 24 by broken lines in Figure 2. This tension would result from the fact that each side 21 must be extended from its original length, that is to say - say from its length shown in FIG. 1 to its new length shown in FIG. 2. However, the effect obtained according to the invention eliminates this tension by bringing in a compression, directed in the opposite direction, due to metal creep from the corners 17 circumferentially to the sides 21.
Thus, the compressor tends to neutralize the tension and the side edges 21 are virtually tension free.
After the blank has been die-stamped in the manner described, it is stamped, as shown in Figures 6 and 7, and is then delivered to a series of successive operations using die-stamps. and punches. -By these operations, the wall thickness is gradually reduced as the cylinder deflects deeper and deeper.
During the intermediate stages of drawing, the cylinder appears as shown at 26 in Fig. 8 which indicates that the edge 27 of cylinder 26, at the opening thereof, is slightly wavy or serrated. This is an inevitable result of the variable factors which occur
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present during stretching and, after each series of two or three stretching operations, the edge should be trimmed to make it smooth and perpendicular to the axis of the cylinder.
This takes place with a nibbler which cuts off bits of metal all around the edge as shown at 28 until the edge is virtually smooth and straight, as indicated at 29 by dotted lines. This cutting, repeated during the drawing operations, is necessary even if one starts from an exactly circular blank. It has been found in practice that a stretched part, formed from a forged blank 16 obtained by the method forming the subject of the invention, essentially does not require more cutting than that which is necessary when starting. of a circular blank.
During forging, the peripheral or circumferential cold flow of the metal is facilitated both by the retention of the corners 17 by the die 18 and by the recessed parts 20 of the punch, these parts forming free spaces in which the die. metal can be upset. As indicated above, the middle portions of the sides 21 never reach the side edge of the die.
During die-forging, the recessed portions 20 at the punch 19 provide the additional advantage that they gradually oppose the compressive effect of the punch and as a result, the die-forging can be done with a smaller maximum force. only if the front face of the punch was perfectly flat. only the recessed parts 20 of the punch 19 prevent tearing or cracking of the lateral edges 21 of the blank, but the elevations 22 which
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result allow to obtain a final blank in which the same amount of metal is found, in substance, in each angular sector.
Therefore, the elevations 22, from a volume point of view, compensate for the fact that the metal never completely fills the matrix but leaves gaps 23. As a result, when the blank is gradually transformed into a cylinder by stretching as shown essentially in Figures 6 and 7, that an equal amount of material is always peripherally around the blank which simulates the effect of a flat circular blank, and allows the irregularity edge 27 is kept to a minimum during stretching.
During the initial stamping of the blank 16, whereby the shape shown in Figure 7 is obtained, the additional thickness 31 of the metal, at the middle parts of the sides 21, reinforces the edge of the blank. cheers appreciably and prevents the marginal portions from forming creases during stamping.
The new die-forging process has another advantage over the use of a simple circular blank. For the deep drawing of cylinders made from blanks made of certain steels, it has been considered necessary to subject the metal, before the deep drawing, to a treatment known as "spheroidization. ". This treatment is necessary because of the natural pearlitic state of the carbides in the metal and it consists essentially of a prolonged annealing the duration of which is of the order of 96 hours. Spheroidization, in general, is necessary because, if the metal were stamped without being spheroidized, the tendency for cracking and tearing would be much greater during stamping.
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It has now been discovered that the die-forging according to the invention produces cold working of the metal to a degree such that, when followed by a very short annealing (of one or two hours), an internal state results. roughly equivalent to spheroidization. This equivalent metallurgical structure, although it does not correspond to true spheroidization, allows the blank to be stretched to depth virtually with the same satisfactory results as when spheroidization is used. In general, the annealing, associated with the process in question, is carried out at a temperature a little higher than that of the usual annealing or sphermidization treatment and, as mentioned above, it is much shorter.
With some metals, it has been found that they are. It is satisfactory to remove the indented portions in the punch and to resort only to corner retention during the compression or die-forging operation. This is shown in figure 10, for which a square blank 16 is placed in a retaining die 18 'and is subjected to pressure with the aid of a punch 19t whose front or working face is flat or without. recessed parts. The resulting blank is shown in Fig. 11 with the metal coming from the wedges 17 'being forced circumferentially from the corners into the free spaces of the die 18' without recessed portions of the punch aiding in upsetting.
It is not necessary that the withdrawn parts be on the punch 19. If desired, they can be provided on the inner face of the bottom of the die as shown in figure 13. This shows a additional variant in which the matrix is shown as simply being an organ 30
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in which is formed a cylindrical cavity 18 ".
In the bottom of the cavity is the active lower face 32 of the die and in the upper part of the cavity is housed the movable punch 19 ". It can be seen that in figure 13 'that the recessed parts 20" are formed at the periphery of the base 32. For the variant of FIG. 13, the punch 19 "and / or the member 32 can be moved in a reciprocating movement with respect to the member 30 in order to compress the blank 16 which must be stamped according to the invention.
If desired, recessed portions can be formed on both upper and lower compression members, as shown in Figure 14 in which it is seen that upper member 19 '"and lower member 32' include. both recessed parts 20 "'which face each other so as to form peripheral parts 22 projecting from the opposite faces of the stamped blank obtained 16.
Another characteristic of the invention is that the forging operation can easily be incorporated into the usual pre-stamping operation by which the blank is given a slight initial curvature so that it has the shape of a bowl. shown in figure 6. One such device is shown in figure 15 in which the compression faces have respectively and generally a curved shape and a domed shape. The punch 19 "'comprises a convex face 33 which corresponds to a concave face 34 provided at the bottom of the die-forging member 30'. As for the previous variants, one of these faces, in this case the face 33, comprises parts peripherals recessed 30 "".
It is obvious, if desired, that the receding parts
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20 "" could be formed on the concave face 34 or on both faces 34 and 33. Likewise, one or the other of these two faces or both could be made movable, as shown in Fig. 13.
In Figure 15 the two curvilinear faces 33 and 34 are shown as having a generally spherical shape. If desired, these faces may be flat in the center and conical at their edges so as to form a truncated cone which also has the advantage of forming, by stamping, a cup-shaped blank.
A specific embodiment of the invention has been carried out with the following parameters.
The recessed parts 20 of the punch are formed as shown schematically in Figures 16, 17 and 18. The front face of the punch 19 is inclined relative to the axis of a profiling lathe or a grinding machine. at an angle ae the four edges of the face are cut with a grinding wheel 41 along a radius R. The molding is continued until the depth of the recessed part, at the outer edge of the face of the punch, has a value predetermined F.
The chord of the recessed part is then equal to C and the internal extent of this recessed part is S.
The diameter of the face of the punch is D and the internal spacing of two diametrically opposed parts is E.
For a specific example, the following dimensions have been adopted: D = 19 cm; R = 48.25cm: F = 4cm A = 5.34 'C = 10.15cm; S = 3.9 cm; E = 11.15 cm.
As can be seen in FIG. 19, when this punch is used in accordance with the invention for the forging of a square blank, the metal is caused to flow outward in such a way that it occupies
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eg, in general, the position shown at 16a in Fig. 19. As explained above, the outward flow of the metal, at the four sides 21 of the blank 16, is less forced due to the. existence of the recessed parts 20 of the punch. While the metal, in the middle of the sides 21, is upset radially outward as shown by arrow 42, the metal is also upset, in the circumferential direction, from the corners, as shown by arrow 43.
A square blank 16, shown in Figures 20 and 21, has a diagonal C and a thickness T. It is stressed by the punch 19 so that a stamped blank is obtained, shown in Figures 22 and 23. The largest diameter G of the stamped blank obtained, shown in Fig. 22, is substantially equal to the diagonal G of the initial square blank, shown in Fig. 20 as one would expect. The smallest diameter is designated by H. The blank is stamped until a thickness M is obtained in the center and over most of the extent of the blank.
In reality, the operation is continued until a predetermined force, expressed in tonnes, is exerted on the punch and it is then observed that the thickness M has been reached. The crest of each of the elevations or projections, at the edge of these, has a thickness of L.
The connection between an elevation 22 and the central part of the forged blank does not form a clear line but is formed rather on a radius, as visible at 44. This results from the fact that during the forging, the creep of the die. metal forms over a considerable width of the material which successively comes into contact with the corresponding junction line of the punch instead of a line of the punch coming into contact with a single
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line or part of the blank, as explained in more detail with the help of figure 24.
It was found that the distance N between the initial points of the elevations belonged rather to a range instead of having a single value, because of this radius at 44. A punch 19 having the parameters indicated above acts on a blank 16, shown in Figures 22 and 23, with a force of between 280 and 290 tonnes and the following parameters are obtained for the blank: G = 19.05 cm; T = 2.05 cm; M = 1.35 cm; N = 11.2 to 11.8 cm; G = 18.4 to 18.6 cm; L = -1.5 cm.
From a theoretical point of view, one can easily calculate that if the blank has been forged to a point where M = 1.3 cm the metal in the elevations 22 exactly fills the interstices 23. It has been found, in practice, that when the die-forging is carried out to this extreme point, there is a somewhat excessive amount of metal in the elevations 22 for satisfactory subsequent stretching. Furthermore, in order to effect the forging to this degree, it is necessary to apply a force much greater and out of proportion than that of 290 tons used for the preferred embodiment of the invention. In this way, the punch is subjected to excessive forces and there is a risk of damaging it.
It has been found, in practice, that the implementation of the invention, as described above, makes it possible to achieve 8-in a satisfactory manner the essential object of the invention, which consists in manufacturing a blank. forged che containing, in substance, the same quantity of metal in any angular sector of its surface.
Figure 24 shows, on a larger scale and
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in partial section, the relationship between the blank
16, the punch 19 and the die 18 at the end of the stamping. Note that the surface of the elevation 22 has moved away from the front face of the punch 19, more specifically from the face of the recessed portion 20 of the punch. This separation does not occur downwards rather outwards, as indicated by arrow 46 and is attributable to the outward creep of the
Metal during forging.
The above parameters are used in conjunction with a cartridge case steel bearing American Iron and Steel Insti # C 1030. tute, this steel also known under the designation F.S. 1030. This steel conforms to the U.S. Army Specification Mil-S-3289 except that it has not been spheroidized. In other words, this steel was simply hot rolled. As explained above, it has been found, in accordance with the invention, that spheroidization is not necessary for steel blanks, stamped according to the invention. Post-stamping annealing has been deemed necessary before stretching, but this annealing must be done even if spheroidized metal is used.
For the invention, the main difference is that instead of annealing as usual at about 650 after setting as in the case of spheroidized metal, the blank is annealing at about 720 in the die. case of the non-spheroidized metal used according to the invention. In each case, an annealing period of 1 1/2 hours is adopted. In this way, spheroidization is completely eliminated, resulting in savings.
The AISI steel used contains the following constituents in addition to the base iron carbon = 0.25 to 0.35%; manganese = 0.6 to 0.9%; phosphate = 0.04% maximum;
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sulfur = 0.45% at most; silicon = 0.1% maximum.
In order to better understand the pattern of the flow of the metal by the effect of the pressure exerted by the punch 19, a square blank 16 similar to that of FIGS. 20 and 21 ,. is lined in the manner shown in Fig. 25. One half of the blank has orthogonal lines 48 'and the other half has curves 49. In Fig. 25 the dotted circle represents the line. die 18 in which the blank 16 is placed.
As shown on. Fig. 26, the graph after forging shows that the flow of the metal in the gap 23 of the die is not only radially outward from the sides, as indicated by arrow 51 but also peripherally or circumferentially from the corners of the square blank, as indicated by arrow 52. This is also shown at 53 by the deformation of the rectangles near the corners of the square. As goes without saying and as it already follows from the foregoing, the invention is in no way limited to its modes of application nor to those of the dense embodiments various parts;. having more especially been indicated; on the contrary, it embraces all the variants.
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