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La présente invention concerne un precédé perfectionné et un appareil pour fabriquer des objets de forme déterminée en acier à partir de métal en barre ou en fil sur des machines à forger à froid, telles que celles connues sous le nom de frappeuses ou machines à refouler les têtes, et plus particulièrement les procédés et appareils pour le forgeage à froid des pièces en acier, telles que vis, boulons, rivets, goupilles et pièces analogues, ces appareils et procédés assurant .le chauffage modéré de la matière avant l'opération de refou-
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lement ou trappe des tête .
Dt'ns la pratique du façonnage des vis forgées à froid ou d'autres pièces munies d'une tête, on rencontre une grande difficulté à forger les vis à partir d'aciers spéciaux d'osiers à moyenne et haute teneur en carbone, en particulier par suite de la rupture ou de la casse du métal pendant l'opération de refoulement de la tête.
Lorsqu'on utilise des aciers du type en question qui sont difficiles à forger à froid, une pratique classique dans l'industrie consiste à refouler la tête des vis en plusieurs passes avec au moins un recuit entre ces passes, c'est--dire que l'ébauche est partiellement forgée à froid en plus! urs phases sur une machine et est ensuite recuite, après quoi le forgeage à froid est achevé dans une seconde machine assurant souvent quatre ou cine chocs. Il est évident que ces opérations multiples sont coûteuses et longues, exigeant une main-d'ceuvre considérable et de l'outillage et même la proportion de rebuts peut être élevée, en particulier avec les aciers qui se travaillent plus difficilement, puis la gamme des aciers qui peuvent être forgés à froid avec succès est très limitée.
Un tel procé- dé exige l'utilisation de deux machines à refouler les têtes pour chaque travail, ainsi que plusieurs matrices et l'outillage pour le recuit, puis il faut une main-d'oeuvre considérable non seulement pour transporter les pièces de la première machine à l'installation de recuit et, de là, à la seconde machine, mais encore pour monter les deux machines à refouler les têtes en vue de ce travail particulier. De plus, ce procédé exige généralement un minimum de quatre matrices et les poinçons correspondants, ce qui entraîne un prix de revient prohibitif dans le cas de petites commandes de vis spéciales.
On a essayé de vaincre ces difficultés en utilisant
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des machines à refouler les têtes relativement lentes et coûteu- ses appliquant le procédé dit "progressif", dans lesquelles la tête de vis est refoulée en cinq ou six phases successives' pour éviter la rupture ou la casse du métal.
Bien que les machi- nes progressives refouler les têtes apportent un perfectionne- ment par rapport à l'ancien procédé de foreaee en deux phases différentes avec un recuit intermédiaire, il n'en reste pas moins qu'il # a la dépense pour créer et monter plusieurs matri- ces et souvent les poinçons correspondant, que la @@me des métaux utilisables est très limitée, que la vitesse de débit n'est pas très élevée et que la précision et la qualité de la production laissent beaucoup à désirer, les défauts et les rebuts étant fréquents.
Conformément . la présente invention, les pièces munies d'une tête, telles que les vis, peuvent être -complètement for- gées à froid à partir d'aciers spéciaux et d'aciers à teneur de carbone moyenne et élevée et autres alliages ferreux forgeables froid sur une seule machine '-- refouler les têtes -, deux coups en chauffant la matière juste avant le forgeage au moyen d'un appareil chauffant, de préférence du type à haute fréquence, qui est placé en liaison étroite avec la machine à refouler les têtes, mais en est isolé thermiquement et' est commandé pour com- muniquer à la matière un degré modéré de chaleur.
La présente invention crée aussi un procédé et un appareil de grande produc- tion pour forger à froid. des pièces munies d'une tête à -partir à d'aciers spéciaux et d'aciers/teneur moyenne et élevée en car- bone sur une seule machine qui a un fonctionnement essentielle- ment sûr et qui augmente beaucoup la gamme des aciers pouvant être forgés à froid, puis produit des vis ou autres pièces mu- nies d'une tête de structure et d'aspect améliorés.
D'autres caractéristiquesressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit.
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3r3.).tÎB::4.L0¯. ;'1" :';,,11(,\;, pur (;Ol1;j,rwat, i..r ,.ief-.G"1ques d'opération, du construction, o;,e combinaison il.:> ?15;.,<=iitr, de fonctionnement et.de disposition des pièces, qui sont décri- tes ci-après à l'aide d'exemples de construction et de fonction- nement.
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Des formes de réalisation sont représentée;: scl;<5..:ati.que- ment, à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexes.
La figure 1 est un plan schématique partiel d'une machine à refouler les têtés, dans laquelle on a monté l'appareil de chauffage spécialement adapté à l'exécution du procédé de la présente invention.
La figure 2 est une élévation latérale partielle, à plus grande échelle, d'une partie de la machine à refouler les têtes et de l'appareil de chauffage.
La figure 3 est une coupe longitudinale, à plus grande échelle, de l'appareil de chauffage et d'une partie du bâti de la machine à refouler les têtes.
La figure 4 est une coupe transversale suivant la ligne 4-4 de la figure 3.
La figure 5 est un schéma donnant les températures approximatives auxquelles es t chauffée la barre ou le fil d'acie avant les opérations de.forgeage à froid de la présente invention pour les pièces relativement longues, les tempe: ures le long de la barre ou du fil étant indiquées sur le graphique à la partie inférieure de cette figure, dans laquelle la courbe en trait plein A est destinée à des aciers spéciaux et 1, en traits mixtes S à des aciers doux.
La figure 6 est une élévation latérale d'un tron@@@
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d'acier donné à titre (;' exemp+e et coupé en longueur dans une matière en barre ou en fil pour les opérations de forgeage à fr@@ par le procédé et l'appareil de la présente invention.
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La figure 7 est une élévation latérale du même tron- çon à la fin l'une première opération de forcecte à froid@confor- mément à la présente invention, une partie arrachée de la matrice et du poinçon, à l'aide desquels l'ébauche intermédiaire est forgée, étant représentée en coupe et une partie de l'ébau- che partiellement forgée étant aussi représentée en coupe.
La figure 8 est une vue analogue de la même ébauche dans la matrice avec le scond poinçon et à la fin de la seconde et dernière phase de forgeage à froid.
La figure 9 est une élévation latérale d'un tronçon différent qui est destiné à être façonné en une ébauche forgée ayant le même diamètre de tige que le tronçon.
La figure 10 est une vue du même tronçon à la fin de la première opération de forgeage conforme au procédé de la pré- -sente invention avec une partie arrachée de la matrice et du poinçon, à l'aide desquels le tronçon est forgé à froid, une partie de la tête de l'ébauche partiellement façonnée étant arrachée et représentée en coupe.
La figure 11 est une vue de la même ébauche à la fin de la seconda et dernière phase de forgeage à froid conforme à la présente invention, la matrice et le poinçon enveloppants étant représentés en coupe.
Les figures 12 à 17 sont des élévations d'extrémité des tronçons et ébauches représentés respectivement aux figures 6 à 11.
Une forme classique préférée donnée à titre d'exemple de l'appareil conforme à la présente invention, à l'aide duquel le procédé est de préférence exécuté,'est représentée schématiquement aux figures 1 à 4. Dans la description détaillée qui suit, l'appareil est décrit en détail et présente certaines caractéristiques de fonctionnement, puis le procédé de la présente invention est ensuite décrit en se référamt à cet appareil,
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bien que le procédé puisse .àvi<1<; :;non Stre exécuta C"'N .;=-i --s:3
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nombre d'autres formes d'appareil très différentes.
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La figure 1 représente, un peu scïj'cr.tir.,l .acrr.t, ..i:i;; machine 3. refouler classique lodiriéc .;a< our,s ¯ du. type; représenté dans le brevet américain n ;.;s:eï.7;v, el '.-,::;1 le '3 octobre 1938, qui comporte un bûti 10 affectant la for-M l'un rand bloc ou pièe de fonte, une paire do rouleaux 6fev2-
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ce 12, 14 montés sur le support 16 pour faire avancer un fil
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18 représenté en traits mixtes à travers un couloir .80 d;ol1S le bâti 10 à partir d'une alimentation appropriée (non !'s:r'i,2:;:1.t';e}.
Le fil d'acier 18 avance par intermittence s. travers le couloir 20 du hêti 10 vers l'ensemble lanie et 9cenise de tr2llSport représenté sché.l8.ti<;.ue.::lent en 22 dans lequel des tronçons
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ou pièces d'ouvrage individuels sont sectionnés a l'extrémité
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avant du fil et transportés latéralement jusqu'à ue ill&tric8 de façonnage appropriée (non représentée) dens le biti 10.
Après le trsnspcrt des tronçons sectionnés par le : Gilw.-.¯: de coupe et de transport 23, le tronçon subit les opérations s;1ivantes sous l'action du poinçon de refoulement 84 et è.u ?0LlçOn de matriçage 26 qui sont nontés tous les deux sur le châssis ou coulisseau 28 de la machine a refouler les têtes. Los ::l0cl:Í::cs refouler les têtes de ce type sont bien connues et fonctionnent de façon continue à grande vitesse pour façonner unts3 -.t"icée dens une ébauche ou un tronçon. 1±t*nt F jnnµ <.,¯1e ; les tEt#ils de construction à.* la machine j¯±-efouie* les t3tes ne font pas partie de la présente invention, on les .. sunri::.s pour simplifier et abr:..:r la description.
Lé. -..1:.1C11in.::; :, l'C ¯'001;'1' les Gtes peut être ±le l'un Quelconque des :;ioàl=1,-,zs i?o.l-.3 C.:..l:C: le C .t."*U4? lJlr forcer et r. :1'ouler les t4t,js de pièces 2û'¯Iiçu.a, te!1ev eue (;1:;8 vis de c..rr.3, 1:r'"l.c, =\ . '4r1::..¯ "'\..t1'\.!:' <-,.,,>vis.ij t8'G6súlv'ol(es, vis ?1 têtes si:, pans, r#v ets, boulons, vis à bois et nièces r.lo.u8s.
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Un riù <3 a i i î ;; >< i, du ch:tut'j';';;H, qui <3HL L .t.<;j¯: 1 4 ;; J:iù=. <5 J ;. i ' = <;v= 1(,- en uO d:.us Ha .t.'S77:ULC: (lom16u '1 bitre tl'ff:C::31<3, <-t disposa entre 1-s xnlr;;.u cl.Tevt:ru:e 13, 14. Fa le tut3. 10, puis est n;ontµ o ftiçon pouvoif ôtre r4j:1<é loti,îtudi Il -.,l ,f .(.; r It entre ces pièces. Le inéc1nS. ame 1.: clxaui'.L';y,e 30 co:avn:;. un bloc 32 de préférence en un(, matière bonne conductrice de la chaleur, telle que cuivre, laiton ou aluminium., creusé d'un
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lose;nen.t 54 pour recevoir un bobine 36,, formée de préférence de tubes de cuivre.
La bobine 36 est maintenue dans le logement 34 par un isolateur non métallique 38 qui peut affecter la forme d'un patin rectangulaire fixé au bloc 32 et d'un patin semblable 40 fixé à une plaque amovible 42 qui est maintenue en position assemblée sur le bloc 32 par des boulons 44.
Les conduits 46, 48 de la bobine 36 s'étendent le long des côtés extérieurs d'une paire de conducteurs 52, 54 et y
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sont fixés, puis sont reliésà leur extrémité éloignée, à une source, non représentée, de liquide à refroidissement, tel que de l'eau. Le liquide refroidisseur amené par les tubes 46, 48 est aussi distribué'aux canaux indiqués d'une façon générale en 54 dans le bloc 32, au moyen de tubes de distribution 56, 58 formant une dérivation à partir des tubes' 46, 48,respectivement en
60 et 62.
Les barres omnibus 50, 52 sont montées sur et branchées une source de courant à haute fréquence représentée d'une fa- çon générale en 64, telle qu'un transformateur. La source de courant à haute fréquence peut être un transformateur ou gên6- ratrice classique conveneble quelconque, On préfère utiliser une distribution à haute fréquence à débit variable capable de fournir un courant alternatif de l'ordre de 400 kilocycles et une capacité de puissance de sortie de 10 à 50 kilowatts ou davantage
Le fil en cours d'amenée 18 est Guidé dans la bobine
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S6 par 1'é.lésa:;e 67 du bloc 33.
Un second alosase 73 percjà
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à l'extrémité opposée du bloc 33, supporte le fil après qu'il a passé à travers la bobine 36, ce qui assure que le fil est sup- porté et guidé convenablement par le centre de la bobine 35 sans venir en contact evec elle en assurant une action de chauf- rade uniforme et souvent localisée. Après son passage à travers l'alésage 73, le fil 18 entre dans en fourneau 72 qui est disposé dans le passage 20.
Le fourneau 72 est un tube allongé en matière faiblement conductrice de la chaluer, telle qu'acier inoxydable poli, et est muni de distance en distance de nervures périphé- riques 76 pour réduire au minimum le contact avec le bâti 10 et, par suite, la transmission de chaleur du fil 18 au hâti 10.
La position longitudinale de l'ensemble chauffant 30 est réglée par rapport au bâti 10 de façon que la distance de la lame 22 à la bobine 36 soit un multiple de la longueur du tronçon coupé, ce qui assure que la partie localisée du fil en cours de chauffage est, à un moment quelconque, une partie uni- forme du tronçon complet après la coupe par la Lame 22. On peut aussi faire varier la longue du dispositif chaffant, pour des ébauchs-. différentes, en enlevant la bobine 36 et en la rempla- çant par une autre avec ses pièces associées, de sorte qu'on peut chauffer une partie plus ou moins longue du tronçon. Il est évident que le fil 18 est avancé par intermittence par les rouleaux d'avancement 12, 14 suivant la vitesse à laquelle les tronçons sont coupés et transportés par le mécanisme à lame 22 .
Dans le fonctionnement de l'appareil de la présente invention, on fait de préférence fonctionner la machine à rfou- ler les têtes à la vitesse maximum pour laquelle elle a été conçue.
Bien que l'avance du fil soit @@@@@@ intermittente, la bobine de chauffage 36 peut être alimentée en continu quoiqu'il
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soit à conseiller de pr8voir des moyens pour couper I.1Uto,']/::tj ('1(;- é:18nt l'alimentation de la bobine :3G chaque foin que la a:ct.ire; s'arrête. Conformèrent ia l'invention, 10. puissance do la source 9. haute fréquence G4 est réglée en t'-;mnt compte <1<s d.ime; ;1-*nc et de la vitesse d'avance du fil, de façon que le fil alimenté soit chauffé uniformément ou localement, lorsqu'il passe à tre-
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vers la bobine ë6, à une température relativement modérée, co ::±:1'. cela est décrit en détail ci-après.
L'ef1}Üc.i du chauffage électrique à haute fréquence assure eue la matrice peut être chauffée d'une manière suffisak-nent rapide mêül'S aux grandes vitesses d'avancement du fil et avec du fil de grandes dimensions, puis le chauffage se fait sensiblement uniformément sur toute la section transversale du fil.
Bien que les gammes de.températures soient importantes du point de vue du travail du métal ferreux, ces températures ne sont pas suffisantes pour avoir une influence défavorable sur le revêtement du fil normalement prévu pour améliorer l'avance du fil. La composition exacte de ces revêtements peut varier dans de grandes mesures et ces revêtements sont souvent de
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nature organique , puis comportent fréquemment une matière sensible 8. la chaleur, telle que le stéarate d'aluminium ou matière analogue ou encore une matière pouvant être du sulfure de molybdène en suspension dans l'huile.
La température du tronc.on dans la marine à refouler les têtes n'approche jamais une limite 'critique pour l'acier dont le fil le est composé,
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de SOr1i8 qu'il n'y a pas <=' grandes modifications de structure dents l'acier. i. '1 lorsqu'elles sont façonnées en acier spécial ou a. forte teneur en caroone qui se travaillent difl'icllement, les pièces obtenues 111Uni8S de têtes sont peuples, i;.;is une grande mesure, de cas:-;es ou de ruptures, puis -la qualité et l'aspect des vis, boulons, rivets, eoupillcs et pièces ano.lor..:llt:'S obtenues sont généralement ;':TZrJÉ:r7.GU.;C'CS il CeUX considérés (}O.,UI1Q possiblejusqu'ici.
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Un autre avantage de l'appareil de la présente inven- tion est que la transmission de chaleur -, la machine à refouler les têtes et aux rouleaux d'alimentation et d'avance est essen- tiellement évitée. Alors qu'il y a tendance 4 une certaine trans- misssion de chaleur vers l'arrière à travers le fil 18, cette transmission est compensée par l'avance rapide du fil vers l'avan@ pour produire un fil chauffé uniformément, ou, si le chauffage est localisé, les parties chauffées peuvent être travaillées ou forgées avant que la chaleur se soit égalisée sur toute la longueur de la matière alimentée.
La transmission de chaleur au bâti 10 et de là aux matricesest essentiellement empêchée par la position isolée du dispositif chauffant 30 et la petite surf=-- ce de contact entre le bâti et la matière alimentée.
Comme résultat du procédé de la présente invention, il est possible de façonner des pièces munies de têtes, telles que vis, boulons, rivets, goupilles et pièces analogues, coupées en aciers à partir de matière en barre en aciers spéciau et/à teneur en carbone moyenne et élevée, qui ne pouvaient pas jusqu'à pré- sent être co@@lètement forgés à froid dans des machines à refou- ler les tétes à deux coups. par"aciers spéciaux", on entend des aciers auxquelson a ajouté. des quantités caractéristiques d'éléments d'alliages, tels que les aciers au nickel, les aciers au chrome, les aciers au molybdène, les aciers inoxydables et les aciers analogues.
Par " aciers à teneur en carbone moyenne et élevée",on entend des aciers ayant une teneur en carbone d'au moins 0,3@, ainsi que dés aciers ayant une teneur en carbone de l'ordre de 0,6@ et approchant de la classe des aciers à outils. Il est également possible de forger à froid des fils de grandes dimensions de sorte qu'une grande ga@me de dimensions d'ébauches de vis, allant même jusqu'à un multiple de 2,5 cm pour le diamètre, peut être disponible dans les pièces munies d'une tête, façonnée.
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en aciers spéciaux et en aciers à teneur en carbone moyenne et élevée.
La fourniture de pièces à bas prix de revient façonnées en aciers spéciaux et en aciers à teneur en carbone moyenne et élevée ouvre un champ d'utilisation entièrement nouveau pour les pièces forgées à froid dans les installations dans lesquelles les pièces forgées à froid classiques de faible résistance à la traction ne convenaient pas et dans lesquelles celles de meil- leure résistance étaient trop chère.
Le procédé de la présente invention permet non seulement d'utiliser une plus grande gamme, d'aciers, mais sa capacié de puissance'est généralement au moins de 50% plus grande que celle des appareils antérieurs, puis la précision et la qualité sont . supérieures. En même temps, les frais sont réduits d'autant plus que l'opération complète de forgeage à froid peut généralement être obtenue par l'emploi d'une seule matrice au lieu de plu- sieurs matrices et que le temps de montage et de démontage est moindre. Par exemple,en mettant en pratique la présente invention, le prix de la matrice peut s'élever seulement à environ 87.500 francs aux prix actuels, tandis que le prix des matières pour un travail semblable sur une machine progressive serait au voi- sinage de 350.000 francs.
Ceci est un facteur particulièrement important dans la fabrication de petites commandes de pièces spéciales, pour laquelle le prix des matrices dépassait aupara- vant largement le total des autres éléments du prix de revient.
Le procédé de la présente invention dépend du contrôle assez précis de la température des ébauches, car celles-ci sont forgées à froid et le procédé exige invariablement que l'ébauche soit initialement chauffée avant de la travailler et il exige de plus que le travail soit exécute..' à une vitesse telle que, compte tenu de la quantité de métal à refouler en un temps "donné et des vitesses de transmission de la chaleur à partir de/pièce d'ou- vrage métallique, la pièce ne dépasse pas dans sa partie tra- vaillée une température moyenne de 343 C et, de préférence, ne
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dépassant pas 315 0.
La température du poinçon de nv:::trir;;¯e d;:r. les opérations comprenant la formation d'alvéoles forgées à froid est également importantes et on a trouve les meilleurs résultats, spécialement en ce qui concerne la durée du poinçon, Quand on fait fonctionner le poinçon au voisinais de 315 C,
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c'est-à-dire de 260 à 34oO, la chaleur du poinçon ét0Ut sriv8e de la pièce qu'il réalise.
Les températures précises, auxquelles la matière ou
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les ébauches sont chauffées et auxquelles elle -.ci=:J So:ar=iies par le mécanisme de coupe aux parties de refoulenent ou de ''orer,a à froid de la machine à refouler les têtes, QéDen08nt due plu- facteurs
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sieurs/différents, tels que le tvpe d'acier travaillé, li 3sr0 à laquelle l'acier doit être travaillé ou i: 0?'", 8. froid en une ou deux phases ou davantage, la rapidité avec laquelle l'acier est forgé à froid et, dans une mesure moindre, la forme de le
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tête ou c-e la partie façonnée a produire sur l'ébauche.
Les exemples spécifiques donnas ci-aprss sont des re- présentations d'applications spécifiques du procédé de la ;- se ¯ te invention, mais, dans leur principal aspect, les procédés de présente invention sont complètement exécutés, dans les opéra-
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#ions de forsspge a. froid ou de refoa.'! :xenC:zes têtes, sens dé- -.J --u --. v.........,.-.;, E±±S 'Qpasser une température de 43 C co..e te.Tpérature rore::::le de 1 partie de la pièce travaillée ou """11'1 d'une vte t, de .,..,±''; rence, dans la ':;..:1le allant de 260 à 7'6cC Co'e une - e:- L x Ûk ,. finale de la tête de la pièce.
Dans certains cas, la û ¯ xw-u;e peut ne pas dépasser 232 C bien que la durée du poinçon soit nettement meilleure lorsque la température atteinte par la tête
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me trouve dans la yc-.;e de 260 à 313 C.
Pour atteindre cette tor;p4rature, la consolation de chaleur dans la uatrice est soi[::neuse-'l1ent contre et on 12 fait varier suivant 1"importance du forGease a froid auquel le
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métal doit être soumis, lu rapidité avec laquelle le travail est exécuté, le nombre de pres es de rofoulement de la tôte utilises et la perte de chaleur dans la machine pendant l'opération de refoulement de la tête.
La raison pour laquelle le durée du poinçon est augmentée n'est pas encore expliquée de façon satisfaisante, mais le grand accroissement de la durée du poinçon stobserve facilement dans les opérations exécutées actuellement et conduisant à une te:npé- rature finale de la tête de 323 à 343 c et, de préférence, de
260 à 315 C
En fonctionnant à ces températures finales, les machi- nes à refouler les têtes peuvent produire des objets à ttes de dimensions plus grandes que celles pouvant être obtenues autre- ment sur une machine donnée, puis les pièces ainsi produites sont de dimensions plus précises et les machines à refouler les têtes fonctionnent plus régulièrement qu'autrement.
Pour atteindre ces températures finales avec les dimen- sions habituelles des pièces et lorsqu'il faut faire travailler le métal dans une mesure normale sur la tête de l'ébauche, la tête ou toute l'ébauche est alors chauffée à une température initiale, par exemple par chauffage à haute fréquence, d'au moins 62 C et plus généralement d'au moins 93 C, le travail du métal dans les opérations de refoulement de la tête élevant la température dans la gamme de 232 à 343 C ou, de préférence, de 260 à 318 C
Lorsqu'il faut faire l'opération de refoulement de la tête ou de forgeage à froid en une seule passe,la température initiale de la matière 3st comprise entre 118 et 204 C et le travail du métal élève la température dans la Gamme de 232 à 324 C et, de préférence,
de 260 à 315 C
Quand l'opération de refoulement de la tête ou de fa- çonnage comprend une opération en deux passes comprenant une première opération de façonnage en cône (figure 7) et une opération finale de poinçonnée et de matriçage (figure 8), la
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pièce est d'abord chauffée à environ 65 ou 98 C de façon suffi- sante pour qu'à la fin de l'opération de façonnage en cône la température moyenne de la tête soit dors la gamme de 121 à 339 C et, de préférence, de 162 à 204 C, cette opération de façonn@ge encône étant suivie immédiatement par l'opération de matriçage et produisant une température moyenne,finale de la tête de 232 à
343 C et, de préférence, de 260 à 315 C.
Quand plus de deux opérations de fo @e à froid sont mises en jeu et que la partie de la pièce muni d'une tête doit être façonnée en trois phases ou davantage, la pièce est d'abord chauffée à une température d'au moins 65 C et, de préférence, de 93 C, puis dans la phase de travail finale comprenant géné- ralement une opération de poinçonnage, le forgeage à frôla, est exécuté à une température supérieure à 222 C ou, d'unefaçon moins désirable, à 204 C et la température atteinte par la tête à la 'in du travail ne dépasse pas 315 C ou, d'une façon moins dési- rable, 343 C.
Dans la phase finale d'une opération de forgeage à froid en deux phases ou davantage, dans laquelle la forme finale de la tête est déterminée, le fonctionnement destiné à produire une température finale de 232 à 343 C ou de 260 à 31500 présente l'avatage supplémentaire de travailler ave moins de réaction élastique dans la machine à refouler les têtes, ce facteur con- tribuant probablement à une plus longue durée de l'outil et à un fonctionnement plus silencieux dans cette gamme de tempéra- tures.
Conformément à la façon préféréed'exécuter le procédé de la présente invention pour le forçage à froid de tronçons ou ébauches d'acier ayant une certaine ductilité à des tempéra- tures relativement froides, les tronçons ou ébauches peuvent être forgées sans être chauffées à des températures initiales au-dessus de 5:
58 C (contrairement aux procédés qui exigent que l'ébauche ou le tronçon de métal soit chauffé à des températures
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approchant du rouée ou aux procédés qui exigent que l'ébauche de métal soit stabilisée, recuite ou soumise à un autre traitement thermique pendant ou immédiatement aprèsl'opération de forgeage à froid pour la corriger de la structure formée par le travail de l'ébauche de métal pendant l'opération de forgeage à froid).
L'ébauche ou le tronçon en matière en fil ou en barre d'acier a un diamètre s'anprochant du diamètre général de l'objet fini à fabriquer; qui peut aller jusqu'à 2,5 mm ou moins ou bien., à titre de variante, il peut avoir un diamètre de 25 mm. ou plus, suivant la capacité de la machine à refouler les têtes, dans laquelle le morceau tronçonné ou l'ébauche doit être mis en forme par une 'forte pression parmi une série d'opérations.
Bien que le procédé et l'appareil de la présente inven- tion soient généralement applicables à une grande variété d'aciers qui sont suffisamment ductiles pour être forgés à froid en une ou plusieurs phases, le procédé et l'appareil sont appliqués de façon la plus efficace dans le forgeage à froid en deux ou trois phases de métaux ferreux, en particulie d'aciers spéciaux, y compris les aciers inoxydables et les aciers à outils, qui ne peuvent pas autrement être forgés à froid d'une manière ptat@cue quelconque.
Lors de l'exécution du procédé de la présente invention, les tronçons ou ébauches d'acier ayant le diamètre désiré sont chauffés et tronçonnés à partir de la matière fournie et avan- cent par intermittence du poste d'alimentation à la machine à refouler les têtes. Le chauffage est de préférence réalisé en un laps de temps extrêmement court et seulement peu de temps avant les opérations do tronçonnage et de refoulement des têtes, de sorte que, dans presoue tous les cas, la matière est chauffée pendant au moins une seconde et toujours moins de deux ou trois secondes, les temps dépassant une seconde n'étant néeess@ires que quand il s'agit d'une matière relativement lourde, tulle
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qu'une matière en barre de plus de 19 mm de diamètre.
Le chauffage peut être réalisé au voisinage du poste de tronçonnage et, lorsque la matière en fil ou en barre n'est pas chauffée à une température uniforme, le dispositif de chauffage peut être réglé de façon que le point de tronçonnage sur la matière en fil ou en barre soit relativement froid par rapport à la partie la plus chaude de la matière, ce qui assure un tronçonnage plus net ou plus propre que celui qui se produisait si la matière métallique était plus chaude à l'endroit du tronçonnage.
Donc, conformément à la présente invention, la matière d'acier est chauffée en un endroit et est avancée par intermittence jusou'à un poste de tronçonnage et de là jusqu'à un poste de refoulement de la tête, le poste de refoulement de la tête étant placé près du poste de chauffage. De cette façon, la matière en fil ou en barre peut être chauffée à volonté et localement à une température modérée; elle peut être tronçonnée pendant que les points de tronçonnage sont encore relativement froids et être amenée au poste de refoulement de la tête pendant que la tête est encore chauffée localement à une température plus élevée que le reste de la matière avancée.
De préférence, il n'y a pas plus de quelques longueurs de matière entre le poste de tronçonnage et le poste de refoulement des têtes, ... sorte que, quand l'appareil fonctionne à une vitesse totale de 60 à 250 unités ou plus à, la minute suivant les dimensions des ébauches produites, il ne s'écoule pasplus de quelquesseondes et quelquefois moins d'une seconde entre l'opération de chauffée et l'opération initiale de refoulement des ttes ou de foreae à froid.
De cette façon, les tronçons ou les ébauch.s peuvent être chauffés de façon que certaines parti.-... de l'ébauche soient rendues plus plastiques que dans l'opération normale de forgeage à froid, tandis que des tronçons ou ébauches relativement longs peuvent maintenir certaines parties sensiblement à la tempér turc
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ambiante, de façon qu'aucune force de compression de l'acier ne soit perdue avant l'opération de forgeage à froid, ce qui permet de pousser le tronçon ou ébauche dans une matrice de ré- duction et d'y être mis en forme en même temps et au même poste que celui dans lequel le tronçon ou ébauche est soumis à l'opéra- 'tion de refoulement de la tête.
Les tronçons relativement courts et ceux qui ne doivent pas être sensiblement réduits en diamètre, ainsi que ceux dans lesquels la tête ne doit pas être anormale- ment grande, peuvent être chauffée avec une uniformité sensible et cela se fait de préférence en chauffant une longueur unitaire de'matière en fil ou en barre quand elle avance par intermittence, le chauffage étant .sensiblement uniforme sur toute la longueur du tronçon et de l'ébauche à couper dans la matière.
La figure 5 montre les températures classiques non uni- formes qui peuvent être utilisées sur une longueur de matière alimentée devant être coupée en tronçons ou ébauches relativement longs avant les opérations de forgeage à froid. Comme cela est représenté; les températures optima dans le sens de la longueur du tronçon ou de l'ébauche sont: données pour une barre ou un fil qui doit éventuellement être coupé pour former une ébauche ou un tronçon de 19 mm par 190 mm, dont une extrémité doit être réduite en diamètre sur une partie importante de sa longueur et dont l'autre extrémité doit être façonnée en une tête de forme précise' ,définie, la surface de la tête étant égale à environ deux fois la surface de la matière, à partir de laquelle elle a été formée, comme le montrent les figures 6 à 8.
Comme on le voit à la figure 5, la longueur de la barre 18, qui avance par intermittence, est chauffée localement au moyen de la bobine à haute fréquence 36 et celle-ci est relativement courte par rapport à la longueur de la barre entre les' points 90 où elle doit. être tronçonnée par le mécanisme de tron- çonnage 22.
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A la partie inférieure de la figure 5, on a ; pr4>Jr=nté les températures classiques de la metière qui avance par intermittence après avoir été ahaunfée localement. Ces te-.p raturr-,s varient largement en fonction du type d'acier ou autre métal alimenté et utilisé dans le procédé, mais des valeurs types sont
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données pour un acier relativement doux, tel que le S.i1.Z. l3;0, ainsi que pour un acier spécial plus réfractaire, tel que le SAß. 6150.
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Lorsque l'acier quitte la position de chauf6ze, il a été localement chauffé à une température qui approche de 1;1 à 20400 pour l'acier spécial ou environ de 6 à-20400 pour l'acier doux. Cependant, la plus grande partie de la matière n'a pas été chauffée, sauf par conduction le long de la matière, et, au moment du tronçonnage ou au maximum une à trois secondes plus tard, la partie la plus chaude de la barre peut varier de 62 à 201 c pendant que la position de tronçonnage est notablement plus froide et que les parties intermédiaires de la barre sont sensiblement à leur température ambiante initiale.
Lorsque la matière en barre ou en fil est coupée par le dispositif de tron- çonnage, les extrémités sont un peu chauffées par l'action de la coupe et les parties de la barre voisinés des extrémités tron- çonnées deviennent plus plastiques, ce qui facilite les opératioi.
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de forgeage qui suivent iil=6diatement.
Donc, quand des pièces relativement longues sont à forger et surtout quand une extrémité doit être sensiblement réduite en diamètre sur une partie essentielle de sa longueur, le tronçon coupé ou l'ébauche est chauffé à ses extrémités en lais sant la partie intermédiaire du tronçon ou de l'ébauche sensiblement non chauffée.
L'extrémité du tronçon ou de l'ébauche,
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qui doit être réduite en diamètre, n'est chauffe que 15L"èrc¯'lent par la chaleur appliquée au poste de chauffage et à laquelle
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s'ajoute la petite quantité d'échauffiient engendré par l'action ue coupage de la matière, tandis que l'autre extrémité du tron- çon unitaire ou de l'ébauche e 6t' ,1-szuf ' e à une distance 16"'::
0-
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-renient éloignée de l'ext .é>iité, di sorte que cette extrémité est chauffée dans une mesure suffisante pour lui permettre d'être
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façonnée par deux ou plusieurs coups de forée>e¯'ie exécutés rapi- dément, qui forgent l'acier à sa forms finale voulue sans élever la température au-dessus de 343 C et, de préférence, non au-des- sus de 31510.
En utilisant le tronçon d'acier ou l'ébauche aux températures indiquées à la figure 5 pour façonner l'ébauche finie par les phases représentées aux figures 6 à 8, l'ébauche 'où le
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tronçon long 18' est une température d'environ 62 ou 9000 à 2'0/: G %. son extrémité avant qui doit être façonnée en-'.'une tête agrandie. L'autre extrémité de l'ébauche est à uns température d'environ 51 à 149 C sur une courte distance, cette rature
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tonbant rapidement a environ fi3E C le !on±- de la pièce ou de la matière tronçonnée, ce qui donne une 0rCr3':l;i é un peu plastique i*121 'i3tCÎ'nt voisine d'une longueur froide de la barre Qui nit a éssenti1-llaoeient rien perdu de sa ré3iste.:c.ce à la compression.
L'extrémité chaude 11" tronçon ou de -Loimie une partie qui peut $tre ïZ5.tîaloem<5n.i déformée quand l'ébauche ou. le trou- çon est poussé dans la 41&,'ÜTiîIS de réduction, cette action en- .:;e;':-:'±'.:l""0 aSSGZ de Valeur supplémentaire pour faire suffisaient dé6 la surface du Biétal afin de lui permettre de prendre la fv5 fiale voulue.
Conformément à la manière préférée d'exécuter le pro- cédé de la présente invention, tel que celui illustré pour le
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"à?i5S à froid d'une ébauche de vis d'cciep relativement ion¯ gue représentée 3.
la figure 6 et dans lequel la partie munie d'une tête est plus grande que cella qu'il est possible d'obtenir en utilisant les techniques classiques de forgeage à froid, la tête est façonnée en refoulant de 4,5 à 5 fois le diamètre -du fil, et même de plus grandes têtes peuvent être réalisées par le procédé de la présente invention.
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La température, à laquelle l'ébauche tronçonnée est
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chauffée, dépend dans une large mesure de l'opération de r@fou- lement de la tête à réeliser et de la composition de l'acier suivant lequel l'ébauche est façonnée. Avec des aciers au carbone et faiblement spéciaux en partîtes dimensions allant jusqu'à 6,35 mm ou 9,5 mm de diamètre, l'ébauche n'a besoin d'être chauffée localement qu'à des températures allant de 90 à118 C tandis que de plus grandes dimensions peuvent exiger des températures allant jusau'à 173 C. Certaines qualités d'aciers spéciaux, d'aciers inoxydables et d'aciers à outils peuvent exiger des températures allant jusqu'à 173 à 204 C.
En utilisant un acier spécial, tel que le 4037, et pour former l'ébauche de vis représentée à la figure 6, la longueur tronçonnée de fil d'acier 18' a été localement chauffée près de son extrémité à une température d'environ 149 C, un peu de chaleur étant prélevée par conduction sur la longueur d'ébauche suivante chauffée avant tronçonnage, ce qui chauffe légèrement l'autre extrémité de l'ébauche à une température d'environ 90 C.
La vitesse de fonctionnement et le petit intervalle de temps entre les opérations de chauffage, de tronçonnage et de forgeage à froid sont si/courte que les températures le long de la matière en fil n'ont pas le temps de s'égaliser, car il n'y a que quelques phases entre le point de chauffage et le forgeage, et le tronçonnage et l'avance des ébauches a lieu généralement à une vitesse de plusieurs cycles à la seconde. Par conséquent, la partie centrale de l'ébauche reste sensiblement à sa température initiale jusqu'à ce que le forgeage à froid soit exécuté.
La figure 7 est une coupe représentant l'ébauche chauffée après que la première opération de forgeage de l'ébauche ou du tronçon a eu lieu. Dans la première phase de l'opération, L'extrémité de eauche de l'ébauche 18', qui est légèrement chaude et est à une température d'environ 90 C, est poussée dans la pertie de forme gémnéralement tubulaire de la matrice de forgeage
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90 et est engagée àforce dans lu partie cylindrique plus étroi@ 92 de la matrice jusqu'à ce que l'extréiité (le l'ébauche colt en prise avec la butée et l'organe d'éjection 94 reuplissant 1'extrémité de la matrice 92. Pendant cette ci(3 l'opéra- tion,
l'extré lité chaude de l'ébauche est réduite à une dimension précise - et: le travail de forgesge à froid fait chauffer l'extrémité et la p rtie réduite à'une température ne dépassant pas 343 C et, de préférence, au-dessous de 288 à 315 C, ce qui donne une dimension précise à la partie d'extrémité 96 de l'ébauche 18' conformément à la dimension et à la forme de la partie 92 de la matrice.
Quand la matrice et le poinçon de refoulement 24 continuent à se replacer vers l'organe de butée 94, l'autre extrémité de l'ébauche est refoulée pour y former la tête 98 conformément à la forme de la matrice 24 et de l'ouverture agrandie de.la matrice 100 et la tête est en même temps chauffée p@r ce travail de l'acier au-dessus de sa température initiale de 118 C, mais au-dessus de la température de 343 C et, de pr4férence, au-dessous de 288 à 315 C.
Dans la pratique, les dimensions et la forme de l'extrémité 98 munie d'une tête de l'ébauche 18' peuvent varrer largement et le diamètre de la tête peut même être égal à. 2 à 2,5 fois le diamètre initial de l'ébauche.
Quand.l'opération de refoulement illustrée à la figure 7 est terminée, l'ébauche partiellement forgée est ensuite soumise à une seconde opération de forgeage dans la même matrice et par un second jeu de matrice et poinçon. L'ébauche est encore dans la matrice cylindrique 92, elle prend appui sur la butée 94 et elle est soumise, pendant qu'elle est ence @e chaude,
à l'action puissante de forgeage à froid de la matrice et du poinçon de matriçage 26 qui façonnent la cavité voulue dans l'extrémité de la tête refoulée 98 et mettent l'acier de le tête refoulée 98 en conformité sensiblement exacte avec la partie agrandie de refou- lement des têtes 100 de la matrice 92 en chauffant encore la
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tête 100, axis sans dépasser li te;:?:''rature :tWX:ll:1U:L c.ë0 15<--' J (;, de préférence, sans dépasser '3S6 ?1 31i> C. La butée d'éjection 94 éjecte alors l'ébauche finie 100
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de la motrice et on la laisse ensuite r<;i'roiLil après quoi elle peut être-soumise, si on le d6r:ire, d'autres opérations de filetage, d'usinage, de finition et de traitement thermique.
Quand les ébauches ne doivent pas être réduites en dismètre et, surtout, quand les ébauches sont relativement courtes, les ébauches tronçonnées dans la matrice en barre o en fil peuvent être chauffées sur toute leur longueur. Comme le rentre le @@gure 9, l'ébauche en acier 110 est chauffée à une tempéra-
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ture d'au moins 90 0 et, de préférence, nez dépassant y '.;."';:;
8, après quoi l'ébauche est transportée aux matrices de fogease à froid 11 N, 114 pour refouler l'extrémité côté tête ;' el' ébe1.;.C;-Le en façonnant la tête refoulée 116 .après quoi l'ébauche refilée est de nouveau forgée par le poinçon 120 pour finir les opéra-
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tions de forgeage à froid de poinçonnage, natriqaje et io-rreaje final de la tête entre les matrices 112 et 120.
Le travail de forgeage dans ces deux phases ?lève généralement la température de l'acier de 38 à 62 C mais il est commandé de façon que la température de l'ébauche ne dépasse jamais 343 C et soit, de
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préférence, maintenue au-dessous de 88 sis"3, D'autres formes de pièces en acier munies d'une tête
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forgée à froid peuvent évide.-ient être façonnées en utilisant des matrices et poinçon appropriés de forçage et de refoulement des têtes en appliquant les procédés et les phases décrites ci-avant.
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:r.: ;1T'.UTCaTlOiVS 1. Procédé de for,.;ea2;e de pièces profilées en acier en barre ou en fil munies d'une tête, en utilisant des striées de machine à refouler les têtes, caractérisé en ce qu'on chauffe l'acier recouvert de lubrifiant à un':) température d'au moins
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66 C, on découpe une ébauche, et l'on forge l'ébauche en acier par compression axiale, tout en maintenant la température maximum de l'ébauche, pendant les opérations successives, entre 163 et
343 C 3.Procédé de forgeage de pièces profilées en acier en barre ou en fil munies d'une tête, en utilisant des matrices de machine à refouler les têtes,
caractérisé en ce eu'on chauffe une ébauche en acier recouverte de lubrifiant à une température comprise entre 66 et 204 C et l'on forge l'ébauche en acier chauf . fée par compression axiale de celle-ci, tout en maintenant la température de ladite ébauche en dessous de 343 C,
3.
Procédé de forgeage à froid de pièces profilées en acier en fil ou en barre munes d'une tête en utilisant une ma- trice à refouler les têtes et au moins @ @ @ un poinçon effectuant une seule passe, caractérisé en ce qu'on fait avancer.des longueurs successives de ladite matière recouverte de lubrifiant, on chauffe ladite matière, on la tronçonne, la température des tronçons de matière chauffée étant comprise entre 66 et 232 C, et l'on forge à froid, l'ébauche en au moins une passe, la vitesse de forgeage et les pertes calorifiques étant telles que la température de l'ébauche ne dépasse pas 343 C.
4. Procédé de forgeage de pièces profilées en acier en barre ou en fil munies d'une tête, en utilisant au moins une matrice à refouler les têtes afin de former les pièces par compression axiale de la matière, Caractérisé en 'ce que l'acier recouvert de lubrifiant est chauffé à une température comprise entre 66 et 204 C, on y découpe une ébauche et l'on forge rapidement l'ébauche en acier en une seule passe, la vitesse et l'importance du forgeage étant telles que la température maximum de l'ébauche ne dépasse pas 316 C.
5.Procédé de forgeage à froid de pièces profilées en acier en barre ou en fil munies d'une tête, en plusieurs passes, c caractérisé en ce qu'on chauffe l'acier recouvert de lubrifiant
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3. une te.li?1ttü2'v C.'?.t1'y:'i.'>,. t-:iL>:.; .OJ nt 1 =1- C, oji y <J 'cc:=j:<.= . i'3 ê1.ut:hü l'on l'or.,; c: Ia2'w l.ltJllt 1;vûµ-= <. ,.:7Âzl 1><;>. CvY(i; r'..,."/¯On axiale, li vitesse de V.'I. y: .'.wlÂU t.:l.l<> 'f-l.-, 1:: .i,:..N>.lrà1iJ.","; maximum du l'ébaucha ne d':9,:--::-e !1:iS à'¯6 iJ.
6. Procédé o fc'rcae -"i froid de jduces profilées en acier en fil munies d'une tête, en utilisant une :.:i;rice % r==1'ou-
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et
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1er les têtes/au moins un poiu'lon J CélractSri S8 en ce qu'on chauffe un fil d'acier reccuvcrt cze lubri±1*;:at une Ge,.l::?1ro.ture
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en
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comprise entre cd et 204 C, on/dµco.-1pe une ébauche, on forse cette ébauche, à une de ses par compression axiG7.e, pour former une tête agraneie et on fore de nouveau l'ébauche
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à la même extrémité pour forcer une cavité dans la tête agrandie
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et, simultanément, pour 1'±", ,mer COI:1:;ÙÈ:te,18nt ladite tête, la
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vitesse de forgeage de l'ébauche chauffée étant telle que la
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température de l'ébauche auvents nais na dépasse pas ;:16 C.
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7.
Procédé de forgeage 9. froid de pièces profilées en
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acier en fil munies d'unE;tête, en plusieurs passes, caractérisé
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en ce qu'on chauffe des parties d'une ébauche en acier recouverte
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lubrifiant à une te:ipe-,rature comprise entre 66 et 316 C, on
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-:-il découpe une ébauche, l'on réduit simultanément l'épaisseur
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de ladite ébauche et l'on forte partiellement une tête à son
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autre extrémité, avant que la température ne se soit égalisée
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dans toute l'ébaunhe, par fGrJe2ye à froid grfce à une col.p,ression axiale de l'ébauche, la'vitesse de 1'oreage étant telle que la température de l'ébauche ne dépasse pes 34K C.
8. Procédé de f'or,,-e6.:se de pièces profilées en acier en au moins une Matrice et un poinçon à r¯xfoulel barre ou en fil munies d'une tête, en u'cilis?nt/les têtes, ca¯ ractérisé en ce qu'on chauffe une 2bauvlle en ;;cjei, recouverte de lubrifiant 3. une température ini tiule comprise entre 66 et 2o,,loC et on torse par compression exi <1.e 1 "}1Juuclle chau1'fée, la vitesse et l' inpcrtl:!nce du L'O]'Leuce 6tant td 1 ':;8 r:ue la te.<lpr1ture le l'4bauLbe 1#e dépasse pas ::';4:j(;. v.
Procédé suivit 1'-, rovendicutiou G, ex,..ûctlf;t en
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ce que l'ébauche est chauffée initialement une température d'au moins 95 le i:'ort;e8e ttY<;J.nt lieu en au moins trois :pusses, la passe ficnale étant effectuée alors que la température de l'ébauche est comprise entre h52 et ô16 É et 1-:.,s premières pr:s,;:es ::r::'nt pour résultat des températures de l'ébauche comprises entre 177 et 316 C.
10,Appareil pour chauffer et forger une matière en fil, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'avancement de la
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natière,des moyens de i::uide.f;e pour ladite matière , des moyens de chauffage plaças entre les moyens d'avancement et de guidage
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et ayant une faible conductibilité thermique, des moyens des'ci- nés à tronçonner la matière, et des moyens destinés à faire subir aux tronçons de matières une succession de passes dans une matrice à refouler les têtes.
11..appareil suivant la revendication 10, caractérise en ce les moyens de chauffage', comprennent une bobine de chauf-
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fage par induction a haute fréquence, à travers laquelle passe le fil.
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12. Appareil suivant la revendication Il, caractérisé en ce eue la bobine hauts'fréquence et son support sont refrcidis par un liquide en circulation.
1S. appareil po'c- 1s chauffage de matière en fil é;ix.#==;. être ? une machine à refouler les têtes, caractérisé en es qu'il comprend un bâti en i'OIDne Le bloc -...;-I-\ o;:'l"c'-:'",:=" pitàs;eza.ui, i-.; un fi*.E"5e intérieur des à un ±l'jiie, ,¯,¯ ¯ bobine eleotri.-ue supportée par ledit bloc ais isolée ;siectiiiu;>;;;.t;;¯.i Js colui-ci, des O7..3ns pour taira circuler un liquide de refroidissent ..ans le rieur du bloc, et des moyens ùestincs 3. fournir un couran-5 haute fréquence )4 la bobine'.
'4'"l 1¯', " .,',", :.l,i<üiéàrc i'iJ, -î#,,+i¯n.t 1. Appareil pour chauffage ;"t=:Cl8:i?8 811 fil devant être amenée une Y:1&clline fi refouler les tâtes, caractérisé on ce qu'il comprend un bâti en l'or.me (10 bloc métallique présentant un passage intérieur '' fluide, une bobine électrique
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supportée par ledit bloc m@is isolée él@ctriouenent de celui-ci, une paire de guides pour le fil formés dans le bâti aux extrénités opposées de la bobine et en li ne avce celle-ci, des moyens pour faire circuler un liquidade refroidisse lent dans le passade intérieur du bloc et des moyens destinés à fournir un courant haute fréquence à la bobine.
15. Procédé de forgeage de pièces profilées en acier munies d'une tête, tel décrit ci-avant.
16. Appareil de chauffage de matière en fil tel que décrit ci-avant ou conforme aux dessins annexés.
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The present invention relates to an improved process and apparatus for making steel objects of specific shape from bar or wire metal on cold forging machines, such as those known as knockers or upsetting machines. heads, and more particularly the methods and apparatus for cold forging of steel parts, such as screws, bolts, rivets, pins and the like, these apparatus and methods ensuring the moderate heating of the material before the refilling operation -
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lement or head hatch.
In the practice of shaping cold forged screws or other parts provided with a head, one encounters great difficulty in forging screws from special wicker steels with medium and high carbon content, in particularly due to breakage or breakage of the metal during the head upsetting operation.
When using steels of the type in question which are difficult to cold forge, a standard practice in the industry consists in upsetting the heads of the screws in several passes with at least one annealing between these passes, that is to say that the blank is also partially cold forged! This is done on one machine and then annealed, after which cold forging is completed in a second machine often providing four or more shocks. It is obvious that these multiple operations are expensive and time consuming, requiring considerable manpower and tooling and even the proportion of scrap can be high, especially with steels which are more difficult to work then the range of steels that can be cold forged successfully is very limited.
Such a process requires the use of two head upsetting machines for each job, as well as several dies and the tooling for annealing, then it takes a considerable manpower not only to transport the parts of the machine. first machine to the annealing installation and, from there, to the second machine, but also to assemble the two machines for upsetting the heads for this particular work. In addition, this process generally requires a minimum of four dies and the corresponding punches, which is prohibitively expensive for small orders of special screws.
We tried to overcome these difficulties by using
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relatively slow and expensive head upsetting machines using the so-called "progressive" process, in which the screw head is forced back in five or six successive stages to prevent breakage or breakage of the metal.
Although progressive head upsetting machines are an improvement over the old two-phase drilling process with intermediate annealing, the fact remains that it # has the expense to create and fit several dies and often the corresponding punches, that the usable metals are very limited, that the flow rate is not very high and that the precision and the quality of the production leave much to be desired, the faults and rejects being frequent.
In accordance. According to the present invention, head-fitted parts, such as screws, can be completely cold-forged from special steels and medium and high carbon steels and other cold-forged ferrous alloys. a single machine '- upsetting the heads -, two strokes by heating the material just before forging by means of a heating device, preferably of the high frequency type, which is placed in close connection with the head upsetting machine , but is thermally insulated therefrom and is controlled to impart a moderate degree of heat to the material.
The present invention also provides a high production process and apparatus for cold forging. parts fitted with a head from special steels and steels / medium and high carbon content on a single machine which has an essentially safe operation and which greatly increases the range of steels that can be cold forged, then produces screws or other head-mounted parts of improved structure and appearance.
Other characteristics moreover emerge from the detailed description which follows.
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3r3.). TÎB :: 4.L0¯. ; '1 ":'; ,, 11 (, \ ;, pure (; Ol1; j, rwat, i..r, .ief-.G" 1ques of operation, of construction, o;, e combination there. :>? 15;., <= Iitr, function and arrangement of parts, which are described below with the help of construction and working examples.
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Embodiments are shown ;: scl; <5 ..: ati.que- ment, by way of non-limiting examples, in the accompanying drawings.
Figure 1 is a partial schematic plan of a head upsetting machine, in which the heater specially adapted for carrying out the method of the present invention has been mounted.
Figure 2 is a partial side elevation, on a larger scale, of part of the head upsetting machine and heater.
Figure 3 is a longitudinal section, on a larger scale, of the heater and part of the frame of the head upsetting machine.
Figure 4 is a cross section taken on line 4-4 of Figure 3.
Figure 5 is a diagram showing the approximate temperatures to which the bar or steel wire is heated prior to the cold forging operations of the present invention for relatively long parts, temples along the bar or of the wire being shown in the graph at the bottom of this figure, in which the solid line curve A is for special steels and 1, in phantom S for mild steels.
Figure 6 is a side elevation of a tron @@@
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of steel given as an example and cut to length from a bar or wire material for the forging operations by the method and apparatus of the present invention.
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Fig. 7 is a side elevation of the same section at the end of the first cold forcing operation @ in accordance with the present invention, a cut away part of the die and the punch, with the aid of which the Intermediate blank is forged, being shown in section and part of the partially forged blank also being shown in section.
FIG. 8 is a similar view of the same blank in the die with the punch scond and at the end of the second and last phase of cold forging.
Figure 9 is a side elevation of a different section which is intended to be formed into a forged blank having the same shank diameter as the section.
Figure 10 is a view of the same section at the end of the first forging operation according to the process of the present invention with a part cut away from the die and the punch, with the aid of which the section is cold forged , a portion of the head of the partially shaped blank being torn off and shown in section.
FIG. 11 is a view of the same blank at the end of the second and final cold forging phase according to the present invention, the enveloping die and punch being shown in section.
Figures 12 to 17 are end elevations of the sections and blanks shown in Figures 6 to 11, respectively.
A preferred conventional form given by way of example of the apparatus according to the present invention, by means of which the method is preferably carried out, is shown schematically in Figures 1 to 4. In the detailed description which follows, The apparatus is described in detail and has certain operating characteristics, then the method of the present invention is next described with reference to this apparatus,
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although the method may .àvi <1 <; :; no Stre executed C "'N.; = - i --s: 3
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many other very different forms of device.
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Figure 1 shows, a little scïj'cr.tir., The .acrr.t, ..i: i ;; 3. classic lodiriec pushing machine; a <our, s ¯ du. type; shown in U.S. Patent No.;.; s: eï.7; v, el '.-, ::; 1 on October 3, 1938, which has a bûti 10 affecting the for-M one rand block or piece of cast iron, a pair of rollers 6fev2-
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this 12, 14 mounted on the support 16 to advance a wire
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18 shown in phantom through a corridor .80 d; ol1S the frame 10 from a suitable feed (no! 'S: r'i, 2:;: 1.t'; e}.
The steel wire 18 advances intermittently s. through the corridor 20 of the hêti 10 towards the whole lanie and 9cenise of tr2llSport represented sché.l8.ti <;. ue.:: slow in 22 in which sections
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or individual work pieces are severed at the end
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before the yarn and transported laterally to a suitably shaped figure (not shown) in biti 10.
After the trsnspcrt sections cut by the: Gilw .-. ¯: cutting and transport 23, the section undergoes s; 1ivantes operations under the action of the delivery punch 84 and è.u? 0LlçOn forging 26 which are both not mounted on the frame or slide 28 of the head upsetting machine. Los :: l0cl: Í :: cs upsetting heads of this type are well known and operate continuously at high speed to shape unts3 -.t "iced into a blank or section. 1 ± t * nt F jnnµ <. , ¯1e; the heads of construction to. * The machine j¯ ± -efouie * the heads are not part of the present invention, they are .. sunri ::. S for simplicity and abr: ..: r the description.
The. - .. 1: .1C11in. ::; :, the C ¯'001; '1' the Gtes can be ± the one Any of:; ioàl = 1, -, zs i? ol-.3 C.:..l:C: the C. t. "* U4? lJlr forcing and r.: 1'ouler the t4t, js of pieces 2û'¯Iiçu.a, te! 1ev eue (; 1:; 8 screws of c..rr.3, 1: r '"lc, = \.' 4r1 :: .. ¯" '\ .. t1' \.!: '<-,. ,,> vis.ij t8'G6súlv'ol (es, screw? 1 heads if: , panes, r # v ets, bolts, wood screws and r.lo.u8s nieces.
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A riù <3 a i i î ;; > <i, du ch: tut'j ';' ;; H, which <3HL L .t. <; j¯: 1 4 ;; J: iù =. <5 J;. i '= <; v = 1 (, - in uO d: .us Ha .t.'S77: ULC: (lom16u' 1 bitre tl'ff: C :: 31 <3, <-t arranged between 1-s xnlr ;;. u cl.Tevt: ru: e 13, 14. Fa le tut3. 10, then is n; ontµ o ftiçon can be r4j: 1 <é loti, îtudi Il -., l, f. (.; r It between these parts. The inéc1nS. ame 1 .: clxaui'.L '; y, e 30 co: avn:;. a block 32 preferably in one (, material good conductor of heat, such as copper, brass or aluminum., hollowed out of a
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lose; nen.t 54 to receive a coil 36 ,, preferably formed of copper tubes.
Coil 36 is held in housing 34 by a non-metallic insulator 38 which may take the form of a rectangular pad attached to block 32 and a similar pad 40 attached to a removable plate 42 which is held in assembled position on the coil. block 32 by bolts 44.
Conduits 46, 48 of coil 36 extend along the outer sides of a pair of conductors 52, 54 and y
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are fixed, then are connected at their remote end, to a source, not shown, of cooling liquid, such as water. The coolant supplied by the tubes 46, 48 is also distributed to the channels indicated generally at 54 in the block 32, by means of distribution tubes 56, 58 forming a bypass from the tubes 46, 48, respectively in
60 and 62.
Bus bars 50, 52 are mounted to and connected to a high frequency current source generally shown at 64, such as a transformer. The high frequency current source can be any suitable conventional transformer or generator. It is preferred to use a variable rate high frequency distribution capable of providing an alternating current of the order of 400 kilocycles and an output power capacity. 10 to 50 kilowatts or more
The wire being fed 18 is guided in the spool
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S6 by 1'é.lésa:; e 67 of block 33.
A second alosase 73 percjà
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at the opposite end of block 33, supports the wire after it has passed through spool 36, which ensures that the wire is properly supported and guided by the center of spool 35 without coming into contact with it. by ensuring a uniform and often localized heating action. After its passage through the bore 73, the wire 18 enters the furnace 72 which is disposed in the passage 20.
Furnace 72 is an elongated tube of low conductive trawl material, such as polished stainless steel, and is spaced apart with peripheral ribs 76 to minimize contact with frame 10 and hence heat transmission from wire 18 to frame 10.
The longitudinal position of the heater assembly 30 is adjusted relative to the frame 10 so that the distance from the blade 22 to the spool 36 is a multiple of the length of the cut section, which ensures that the localized portion of the current wire The heater is, at any one time, a uniform part of the entire section after cutting by the Blade 22. The length of the heater can also be varied for roughing. different, by removing the coil 36 and replacing it with another with its associated parts, so that a more or less long part of the section can be heated. It is evident that the wire 18 is fed intermittently by the advancing rollers 12, 14 depending on the speed at which the sections are cut and transported by the blade mechanism 22.
In the operation of the apparatus of the present invention, the head thrower is preferably operated at the maximum speed for which it has been designed.
Although the wire feed is intermittent, the heater coil 36 can be continuously fed even though it is
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either to advise to provide means to cut I.1Uto, '] / :: tj (' 1 (; - é: 18nt the feeding of the reel: 3G each hay that the a: ct.ire; stops. In accordance with the invention, 10. the power of the high-frequency source 9. G4 is regulated in t '-; mnt counts <1 <s d.ime;; 1- * nc and the speed of advance of the wire, of so that the fed wire is heated uniformly or locally, when it passes through
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to coil ë6, at a relatively moderate temperature, co :: ±: 1 '. this is described in detail below.
The effect of the high frequency electric heating ensures that the die can be heated in a sufficiently fast manner even at high wire feed speeds and with large wire sizes, then the heating is carried out. substantially uniformly over the entire cross section of the wire.
Although the temperature ranges are important from a ferrous metal working point of view, these temperatures are not sufficient to adversely affect the coating of the wire normally intended to improve the advance of the wire. The exact composition of these coatings can vary widely and these coatings are often of
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organic in nature, then frequently include a heat sensitive material, such as aluminum stearate or the like or a material which may be molybdenum sulfide suspended in oil.
The temperature of the trunk. One in the navy to push back the heads never approaches a limit 'critical for the steel of which the wire is composed,
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of SOr1i8 that there are not <= 'large structural modifications teeth steel. i. '1 when shaped from special steel or a. high content of caroone which work difl'icllement, the pieces obtained 111Uni8S of heads are peoples, i;.; is a great extent, of cases: -; es or ruptures, then -the quality and appearance of the screws, bolts, rivets, tweezers and ano.lor parts ..: llt: 'S obtained are generally;': TZrJÉ: r7.GU.; These are considered (} O., UI1Q possible so far.
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Another advantage of the apparatus of the present invention is that heat transfer to the head upsetting machine and to the feed and feed rollers is essentially avoided. While there tends to be some backward transmission of heat through wire 18, this transmission is compensated by the rapid advance of the wire forward to produce a uniformly heated wire, or, if the heating is localized, the heated parts can be worked or forged before the heat has equalized over the entire length of the fed material.
The transmission of heat to the frame 10 and thence to the dies is essentially prevented by the isolated position of the heater 30 and the small contact surface between the frame and the fed material.
As a result of the process of the present invention, it is possible to shape parts with heads, such as screws, bolts, rivets, pins and the like, cut into steels from bar material of special and / or high-grade steels. medium and high carbon, which heretofore could not be completely cold-forged in double-shot head press machines. By "special steels" is meant steels to which one has added. characteristic amounts of alloying elements, such as nickel steels, chromium steels, molybdenum steels, stainless steels and the like.
By "steels with a medium and high carbon content" is meant steels having a carbon content of at least 0.3%, as well as steels having a carbon content of the order of 0.6% and approaching from the class of tool steels. It is also possible to cold forge large dimension wires so that a wide range of screw blank dimensions, even up to a multiple of 2.5 cm in diameter, can be available in the parts provided with a shaped head.
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special steels and steels with medium and high carbon content.
The supply of low-cost parts made from special steels and medium and high carbon steels opens up an entirely new field of use for cold forgings in installations where conventional cold forgings of low tensile strengths were not suitable and in which those with the best strength were too expensive.
The method of the present invention not only allows a larger range of steels to be used, but its power capacity is generally at least 50% greater than that of prior devices, then the precision and quality are. higher. At the same time, costs are reduced all the more as the complete cold forging operation can generally be obtained by using a single die instead of several dies and the assembly and disassembly time is less. For example, by practicing the present invention, the price of the die may amount to only about 87,500 francs at present prices, while the cost of materials for similar work on a progressive machine would be in the neighborhood of 350,000. frank.
This is a particularly important factor in the manufacture of small orders of special parts, where the price of the dies previously greatly exceeded the total of the other components of the cost price.
The process of the present invention depends on the fairly precise control of the temperature of the blanks, as these are cold forged and the process invariably requires that the blank be initially heated before working it and it further requires that the work be done. performs .. 'at a speed such that, taking into account the quantity of metal to be forced in a given time and the rates of heat transmission from the metal workpiece, the workpiece does not protrude into its working part has an average temperature of 343 C and, preferably, does not
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not exceeding 315 0.
The punch temperature of nv ::: trir ;; ¯e d;: r. the operations comprising the formation of cold forged cells are also important and the best results have been found, especially with regard to the duration of the punch, When the punch is operated at around 315 C,
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that is to say from 260 to 34oO, the heat of the punch et0Ut comes from the part which it carries out.
The precise temperatures at which the material or
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the blanks are heated and to which it -.ci =: J So: ar = iies by the cutting mechanism to the upsetting or '' orer parts, to the cold of the head upsetting machine, QéDen08nt due to several factors
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other / different, such as the type of worked steel, li 3sr0 to which the steel is to be worked or i: 0? '", 8. cold in one or two or more phases, how quickly the steel is cold forged and, to a lesser extent, the shape of the
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head or the shaped part to be produced on the blank.
The specific examples given below are representations of specific applications of the process of the invention, but, in their main aspect, the processes of the present invention are carried out completely, in operations.
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#ions of forsspge a. cold or refoa. '! : xenC: zes heads, direction de- -.J --u -. v ........., .-.;, E ± ± S 'Qpass a temperature of 43 C co..e te.Temperature rore :::: the of 1 part of the workpiece or "" "11'1 of a vte t, of., .., ± ''; rence, in the ':; ..: 1le ranging from 260 to 7'6cC Co'e a - e: - L x Ûk, .final of the head of the piece.
In some cases, the û ¯ xw-u; e may not exceed 232 C although the duration of the punch is much better when the temperature reached by the head
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found in yc - .; e from 260 to 313 C.
To achieve this temperature, the consolation of heat in the uatrice is itself against and is varied according to the extent of the cold forGease to which the
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metal must be subjected, the speed with which the job is done, the number of head presses used and the heat loss in the machine during the head dozer operation.
The reason why the duration of the punch is increased is not yet explained satisfactorily, but the great increase in the duration of the punch is easily observed in the operations currently carried out and leading to such a final temperature of the head of the punch. 323 to 343 c and, preferably,
260 to 315 C
By operating at these final temperatures, the head upsetting machines can produce objects with heads of larger dimensions than those obtainable otherwise on a given machine, then the parts thus produced are of more precise dimensions and head upsetting machines work more regularly than not.
To reach these final temperatures with the usual dimensions of the parts and when it is necessary to work the metal in a normal extent on the head of the blank, the head or the whole blank is then heated to an initial temperature, by example by high frequency heating, at least 62 C and more generally at least 93 C, the working of the metal in the head upsetting operations raising the temperature in the range of 232 to 343 C or, preferably , from 260 to 318 C
When it is necessary to do the head upsetting or cold forging operation in one pass, the initial temperature of the material is between 118 and 204 C and the metal working raises the temperature in the range of 232 to 324 C and, preferably,
from 260 to 315 C
When the head upsetting or shaping operation comprises a two-pass operation comprising a first cone shaping operation (Figure 7) and a final punching and die-forging operation (Figure 8),
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The workpiece is first heated to about 65 or 98 C sufficiently so that at the end of the cone shaping operation the average temperature of the head falls within the range of 121 to 339 C and preferably , from 162 to 204 C, this cone shaping operation being immediately followed by the forging operation and producing an average, final temperature of the head of 232 to
343 C and preferably 260 to 315 C.
When more than two cold forming operations are involved and the part of the workpiece with a head is to be shaped in three or more phases, the workpiece is first heated to a temperature of at least 65 C and preferably 93 C, then in the final working phase generally comprising a punching operation, the forging to grazed, is carried out at a temperature above 222 C or, in a less desirable manner, at 204 C and the temperature reached by the head at the end of labor does not exceed 315 C or, less desirably, 343 C.
In the final phase of a two or more phase cold forging operation, in which the final head shape is determined, operation to produce a final temperature of 232 to 343 C or 260 to 31500 exhibits the The added benefit of working with less elastic reaction in the head upsetting machine, this factor likely contributing to longer tool life and quieter operation in this temperature range.
In accordance with the preferred way of carrying out the process of the present invention for cold forcing steel sections or blanks having a certain ductility at relatively cold temperatures, the sections or blanks can be forged without being heated to temperatures. initials above 5:
58 C (unlike processes which require the blank or section of metal to be heated to temperatures
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approaching the wheel or to processes which require the metal blank to be stabilized, annealed or subjected to other heat treatment during or immediately after the cold forging operation to correct it for the structure formed by the working of the blank. metal during the cold forging operation).
The blank or the section of wire or steel bar material has a diameter approaching the general diameter of the finished article to be manufactured; which may be up to 2.5mm or less or alternatively it may have a diameter of 25mm. or more, depending on the capability of the head upsetting machine, in which the cut-off piece or blank is to be shaped by strong pressure among a series of operations.
Although the method and apparatus of the present invention are generally applicable to a wide variety of steels which are sufficiently ductile to be cold forged in one or more phases, the method and apparatus are applied in the following manner. most effective in two or three phase cold forging of ferrous metals, especially special steels, including stainless steels and tool steels, which cannot otherwise be cold forged in a ptat @ cue manner any.
In carrying out the process of the present invention, steel sections or blanks having the desired diameter are heated and cut from the supplied material and intermittently advanced from the feed station to the upsetting machine. heads. The heating is preferably carried out in an extremely short period of time and only a short time before the cutting and upsetting operations of the heads, so that in almost all cases the material is heated for at least one second and always. less than two or three seconds, the times exceeding one second being borness @ ires only when it is a question of a relatively heavy material, tulle
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than a bar material more than 19 mm in diameter.
The heating can be done in the vicinity of the cutting station and, when the wire or bar material is not heated to a uniform temperature, the heater can be adjusted so that the cutting point on the wire material or bar is relatively cool relative to the hottest part of the material, which provides a cleaner or cleaner cut than would occur if the metallic material was hotter at the point of cut.
Thus, in accordance with the present invention, the steel material is heated at one location and is intermittently advanced to a cutting station and from there to a head discharge station, the head discharge station. head being placed near the heating station. In this way, the wire or bar material can be heated at will and locally at a moderate temperature; it can be cut while the cut points are still relatively cold and be brought to the head delivery station while the head is still locally heated to a higher temperature than the rest of the feed material.
Preferably, there are no more than a few lengths of material between the cutting station and the head delivery station, ... so that when the apparatus operates at a total speed of 60 to 250 units or more At, the minute depending on the dimensions of the blanks produced, no more than a few probes and sometimes less than a second elapse between the heating operation and the initial operation of upsetting the heads or cold drilling.
In this way, sections or blanks can be heated so that some parts of the blank are made more plastic than in the normal cold forging operation, while relatively sections or blanks long ones can keep some parts noticeably Turkish
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ambient, so that no compressive force of the steel is lost before the cold forging operation, which makes it possible to push the section or blank into a reduction die and to be shaped there at the same time and at the same station as that in which the section or blank is subjected to the head upsetting operation.
Relatively short sections and those which should not be substantially reduced in diameter, as well as those in which the head should not be abnormally large, can be heated with substantial uniformity and this is preferably done by heating a unit length. of wire or bar material when it advances intermittently, the heating being .sensibly uniform over the entire length of the section and of the blank to be cut in the material.
Figure 5 shows the conventional non-uniform temperatures which may be used on a length of fed material to be cut into relatively long sections or blanks prior to cold forging operations. As shown; optimum temperatures along the length of the section or blank are: given for a bar or wire which may need to be cut to form a blank or a 19 mm by 190 mm section, one end of which must be reduced in diameter over a substantial part of its length and the other end of which must be shaped into a precisely defined head, the area of the head being equal to about twice the area of the material, from which it was formed, as shown in Figures 6 to 8.
As can be seen in Figure 5, the length of the bar 18, which advances intermittently, is heated locally by means of the high frequency coil 36 and this is relatively short compared to the length of the bar between the bars. '90 points where she should. be cut by the cutting mechanism 22.
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In the lower part of FIG. 5, we have; pr4> Jr = nté the classic temperatures of the material which advances intermittently after having been ahaunfée locally. These te-.p raturr-, s vary widely depending on the type of steel or other metal fed and used in the process, but typical values are
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data for relatively mild steel, such as S.i1.Z. 13; 0, as well as for a more refractory special steel, such as SAβ. 6150.
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When the steel leaves the heating position, it has been locally heated to a temperature which approaches 1.1 to 20400 for special steel or about 6 to -20400 for mild steel. However, most of the material has not been heated except by conduction along the material, and at the time of cutting or at most one to three seconds later the hottest part of the bar may vary from 62 to 201 ° C while the cut-off position is notably cooler and the intermediate portions of the bar are substantially at their initial ambient temperature.
When the bar or wire material is cut by the cutting device, the ends are slightly heated by the action of the cut and the parts of the bar adjacent to the cut ends become more plastic, which facilitates the operations.
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of forging which follow iil = 6 immediately.
Therefore, when relatively long parts are to be forged and especially when one end must be appreciably reduced in diameter over an essential part of its length, the cut section or the blank is heated at its ends leaving the intermediate part of the section or of the substantially unheated blank.
The end of the section or blank,
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which must be reduced in diameter, is heated only 15L "slowly by the heat applied to the heating station and to which
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In addition, there is the small amount of heating generated by the action of cutting the material, while the other end of the unit section or of the blank is 6t ', 1-szuf' e at a distance of 16 " '::
0-
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-Keep away from the outside, so that this end is heated to a sufficient extent to allow it to be
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shaped by two or more rapid drilled strokes which forge the steel to its desired final shape without raising the temperature above 343 C and, preferably, not above 31510.
Using the steel section or the blank at the temperatures shown in Figure 5 to shape the finished blank through the phases shown in Figures 6 to 8, the blank where the
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long section 18 'is a temperature of about 62 or 9000 at 2'0 /: G%. its front end which is to be shaped into - '.' an enlarged head. The other end of the blank is at a temperature of about 51 to 149 C for a short distance, this erasing
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rapidly toning at about fi3E C le! on ± - of the part or of the cut material, which gives a 0rCr3 ': l; i é a little plastic i * 121' i3tCÎ'nt close to a cold length of the bar Who nit has felt nothing of its realism lost.: That is to compression.
The hot end 11 "section or of -Loimie a part which may be deformed when the blank or. The hole is pushed into the 41 &, 'ÜTiîIS of reduction, this action in- .:; e; ': -:' ± '.: l "" 0 aSSGZ of additional value to make enough of the surface of the Bietal in order to allow it to take the wished fv5 fial.
In accordance with the preferred manner of carrying out the process of the present invention, such as that illustrated for
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"at? i5S cold of a relatively ionized cciep screw blank shown 3.
figure 6 and in which the part provided with a head is larger than that which is possible to obtain using conventional cold forging techniques, the head is shaped by upsetting 4.5 to 5 times the wire diameter, and even larger heads can be made by the method of the present invention.
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The temperature at which the cut-off blank is
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heated, depends to a large extent on the re-rolling operation of the head to be formed and on the composition of the steel from which the blank is shaped. With carbon and low-grade steels in part sizes up to 6.35mm or 9.5mm in diameter, the blank only needs to be heated locally at temperatures ranging from 90 to 118 C while larger dimensions may require temperatures up to 173 C. Certain grades of special steels, stainless steels and tool steels may require temperatures up to 173 to 204 C.
Using a special steel, such as 4037, and to form the screw blank shown in Figure 6, the cut length of steel wire 18 'was locally heated near its end to a temperature of about 149 C, some heat being taken by conduction on the next length of heated blank before cutting, which slightly heats the other end of the blank to a temperature of about 90 C.
The operating speed and the small time interval between heating, cutting and cold forging operations are so / short that the temperatures along the wire material do not have time to equalize, because it There are only a few phases between the heating point and forging, and the cutting and advance of the blanks usually takes place at a rate of several cycles per second. Therefore, the central part of the blank remains substantially at its initial temperature until cold forging is performed.
Fig. 7 is a section showing the heated blank after the first forging operation of the blank or section has taken place. In the first phase of the operation, the wet end of the blank 18 ', which is slightly hot and has a temperature of about 90 ° C, is pushed into the generally tubular shaped part of the forging die.
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90 and is forcefully engaged in the narrower cylindrical portion 92 of the die until the end (the blank engages the stopper and the ejection member 94 flattening the end of the die 92. During this period (3 the operation,
the hot end of the blank is reduced to a precise dimension - and: the cold forging work heats the end and the reduced part to a temperature not exceeding 343 C and, preferably, at- below 288-315 C, which gives an accurate dimension to the end portion 96 of the blank 18 'in accordance with the size and shape of the portion 92 of the die.
As the die and the discharge punch 24 continue to move back towards the stopper member 94, the other end of the blank is forced to form the head 98 therein in accordance with the shape of the die 24 and the opening. enlarged of the die 100 and at the same time the head is heated by this working of the steel above its initial temperature of 118 C, but above the temperature of 343 C and, preferably, at - below 288 to 315 C.
In practice, the dimensions and the shape of the end 98 provided with a head of the blank 18 'can vary widely and the diameter of the head can even be equal to. 2 to 2.5 times the initial diameter of the blank.
When the upsetting operation illustrated in Fig. 7 is completed, the partially forged blank is then subjected to a second forging operation in the same die and by a second set of die and punch. The blank is still in the cylindrical die 92, it bears on the stopper 94 and it is subjected, while it is hot,
to the powerful cold forging action of the die and the forging punch 26 which form the desired cavity in the end of the upset head 98 and bring the steel of the upset head 98 into substantially exact conformity with the enlarged portion of the heads 100 of the die 92 by further heating the
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head 100, axis without exceeding li te;:?: '' rature: tWX: ll: 1U: L c.ë0 15 <- 'J (;, preferably, without exceeding' 3S6? 1 31i> C. The stop ejection 94 then ejects the finished blank 100
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motor and then left to r <; i'roiLil after which it can be-subjected, if allowed, other operations of threading, machining, finishing and heat treatment.
When the blanks do not have to be dismetered and, above all, when the blanks are relatively short, the blanks cut into the bar die or wire can be heated over their entire length. As shown in Figure 9, the steel blank 110 is heated to a temperature.
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ture of at least 90 0 and, preferably, nose protruding y '.;. "';:;
8, after which the blank is conveyed to the 11 N cold fogease dies, 114 for upsetting the head end; ' el 'ébe1.;. C; -Le by shaping the repressed head 116 .after which the threaded blank is again forged by the punch 120 to finish the operations.
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punching cold forging tions, natriqaje and final io-rreaje of the head between dies 112 and 120.
The forging work in these two phases usually raises the temperature of the steel from 38 to 62 C but is controlled so that the temperature of the blank never exceeds 343 C and either
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preferably maintained below 88 sis "3, Other shapes of steel parts with head
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cold forging can of course be shaped using appropriate dies and punch forcing and upsetting heads by applying the methods and steps described above.
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: r .:; 1T'.UTCaTlOiVS 1. Method of drilling,.; ea2; e of profiled steel pieces in bars or wire provided with a head, using the grooves of a head upsetting machine, characterized in that that the steel coated with lubricant is heated to a temperature of at least
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66 C, a blank is cut, and the steel blank is forged by axial compression, while maintaining the maximum temperature of the blank, during the successive operations, between 163 and
343 C 3 Process for forging profiled steel parts into bars or wire fitted with a head, using dies from a head upsetting machine,
characterized in that a steel blank coated with lubricant is heated to a temperature of between 66 and 204 ° C. and the hot steel blank is forged. fairy by axial compression thereof, while maintaining the temperature of said blank below 343 C,
3.
Process of cold forging of profiled steel parts in wire or bar without a head using a head upsetting die and at least @ @ @ a punch making a single pass, characterized in that advancing successive lengths of said material covered with lubricant, said material is heated, it is cut into sections, the temperature of the sections of heated material being between 66 and 232 C, and the blank is cold forged in at least one pass, the forging speed and heat losses being such that the temperature of the blank does not exceed 343 C.
4. A method of forging profiled steel parts into bars or wire provided with a head, using at least one die for upsetting the heads in order to form the parts by axial compression of the material, characterized in that the Lubricant coated steel is heated to a temperature between 66 and 204 C, a blank is cut there and the steel blank is quickly forged in a single pass, the speed and extent of forging being such as the temperature maximum of the blank does not exceed 316 C.
5.Process of cold forging of profiled parts in bar or wire provided with a head, in several passes, characterized in that the steel coated with lubricant is heated
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3. a te.li?1ttü2'v C. '?. t1'y:' i. '> ,. t-: iL>:.; .OJ nt 1 = 1- C, oji y <J 'cc: = j: <. =. i'3 ê1.ut: hü on the gold.,; c: Ia2'w l.ltJllt 1; vûµ- = <. ,.: 7Âzl 1> <;>. CvY (i; r '..,. "/ ¯On axial, li velocity of V.'I. Y:.'. WlÂU t.:ll <> 'fl.-, 1 :: .i,: .. N> .lrà1iJ. ","; Maximum of the roughing d ': 9,: - :: - e! 1: iS to'¯6 iJ.
6. Process o fc'rcae - "i cold profiled steel wire jets with a head, using a:.: I; rice% r == 1'or-
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and
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1st the heads / at least one poiu'lon J CélractSri S8 in that we heat a steel wire reccuvcrt cze lubri ± 1 * ;: at a Ge, .l ::? 1ro.ture
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in
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between cd and 204 C, on / dµco.-1pe a blank, this blank is forced, at one of its axiG7.e compression, to form an agranie head and the blank is drilled again
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at the same end to force a cavity in the enlarged head
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and, simultaneously, for 1 '± ",, mer COI: 1:; ÙÈ: te, 18nt said head, the
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forging speed of the heated blank being such that the
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temperature of the awning blank does not exceed;: 16 C.
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7.
Cold forging process 9.of profiled parts in
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steel wire provided with an E; head, in several passes, characterized
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by heating parts of a coated steel blank
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lubricant with a te: ipe-, rature between 66 and 316 C, one
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-: - he cuts a blank, simultaneously reducing the thickness
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of said blank and one partially sharpens a head to its
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other end, before the temperature has equalized
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throughout the entire slab, by cold fGrJe2ye using a col.p, axial recession of the blank, the speed of the piercing being such that the temperature of the blank does not exceed 34K C.
8. Method of f'or ,, - e6.:se of profiled steel parts in at least one die and a punch with r¯xfoulel bar or wire provided with a head, using / the heads , cā ractérisé in that we heat a 2bauvlle in ;; cjei, covered with lubricant 3. a temperature ini tiulates between 66 and 2o ,, loC and we twist by compression exi <1.e 1 "} 1Juuclle chau1 ' fairy, speed and inpcrtl:! nce of L'O] 'Leuce 6 being td 1':; 8 r: ue la te. <lpr1ture le l'4bauLbe 1 # e not exceed :: '; 4: j ( ;. v.
Process followed 1'-, rovendicutiou G, ex, .. ûctlf; t en
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that the blank is initially heated to a temperature of at least 95 le i: 'ort; e8e ttY <; J.n place in at least three: pusses, the final pass being carried out while the temperature of the blank is between h52 and ô16 É and 1 -:., s first pr: s,;: es :: r :: 'nt resulting in blank temperatures between 177 and 316 C.
10, Apparatus for heating and forging a wire material, characterized in that it comprises means for advancing the
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material, means of i :: uide.f; e for said material, heating means placed between the advancement and guide means
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and having a low thermal conductivity, means intended for cutting the material, and means for subjecting the sections of material to a succession of passes in a die for upsetting the heads.
11. Apparatus according to claim 10, characterized in that the heating means' comprise a heating coil
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High frequency induction wire, through which the wire passes.
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12. Apparatus according to claim II, characterized in that the high-frequency coil and its support are refrcidis by a circulating liquid.
1S. apparatus for heating wire material; ix. # == ;. be ? a machine to push back the heads, characterized in that it includes a frame in i'OIDne The block -...; - I- \ o;: 'l "c' -: '",: = "pitàs; eza .ui, i- .; a fi * .E "inside the to a ± l'jiie,, ¯, ¯ ¯ eleotri.-ue coil supported by said isolated ais block; siectiiiu;> ;;;. t ;; ¯.i Js colui here, O7..3ns to circulate a coolant liquid .. in the laughter of the block, and means ùestincs 3. to provide a high frequency current) 4 the coil '.
'4' "l 1¯ ',".,', ",: .L, i <üiéàrc i'iJ, -î # ,, + īnt 1. Apparatus for heating;" t =: Cl8: i? 8 811 wire to be fed a Y: 1 & clline fi push back the heads, characterized in that it comprises a frame in el.me (10 metal block having a fluid internal passage, an electric coil
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supported by said block electrically isolated therefrom, a pair of wire guides formed in the frame at opposite ends of the spool and li ne therewith, means for circulating a cooled liquid slow in the passage inside the block and the means for supplying a high frequency current to the coil.
15. A process for forging profiled steel parts provided with a head, as described above.
16. Apparatus for heating wire material as described above or in accordance with the accompanying drawings.