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Procédé pour l'usinage de surface d'une ébauche,
La présente invention concerne un procédé pour enlever du métal d'une ébauche et elle se rapporte plus particulièrement à un procédé pour enlever une épaisseur limitée de métal à la surface d'une ébauche sans utiliser d'outils de coupe.
L'invention a notamment pour objet un procédé pour l'usinage de surface par enlèvement d'une couche superficielle sur une ébauche métallique, procédé caractérisé parce qu'o oriente un rouleau sur la surface de l'ébauche de telle sorte que la sur- face conique du rouleau suive un parcours où elle s'engage avec le métal de surface de l'ébauche, ce qui oblige le rouleau à tourner et à exercer une force orientée dans une direction normaleà la cote d'épaisseur de la surface d'ébauche, ce contact et cette force
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obligeant le métal de la surface d'ébauche à se cisailler dans le sens d'application de cette force au point de contacte le plus à l'intérieur de le surface conique avec l'ébauche,
et également à fluer en s'écartant de l'ébauche dans une direction transversale au sens d'application de la force.
Pour écailler ou enlever la surface de métal de la pièce, le procédé consiste à exercer de façon continue des forces sur de petites zones continues, les forces créant un cisaillement et un fluage plastique qui donnent lieu à une séparation du métal de la surface par rapport au corps de l'ébauche. Suivant l'invention, l'écaillage ou l'enlèvement du métal superficiel est réalisé par l'intermédiaire d'un rouleau présentant une surface périphérique conique qui est appliquée contre et déplacée par rapport à la surface à écailler de manière à provoquer le cisaillement et le fluage plastique.
Le procédé permet d'enlever du métal sur des ébauches de profils divers, opération qui a été jusqu'à maintenant exécutée en utilisant des procédés et des outillages classiques de tournage, de surface ou de perçage. Par exemple, l'invention est applicable à 1$écaillage d'une surface métallique telle que, par exemple, une surface sensiblement plane d'une plaque, d'un lingot ou d'une billette, la surface périphérique extérieure d'une barre, d'une tige, d'une billette, la surface d'extrémité d'une billette et la surface périphérique intérieure ou extérieure d'une pièce tubulaire
L'invention est en particulier utilisable pour la prépara tion de lingots, de billettes, de tiges, de tubes et de barres constitués d'acier alliés de haute qualité, de métaux réfractaires, d'aluminium et l'équivalent,
dans tous les cas où l'élimination de surfaces contaminées ou fissurées constitue une opération nécessai- re et classique.
L'un des avantages importants du procédé de l'invention est qu'elle permet l'enlèvement du étal superficiel è une vitesse plusieurs fois supérieure à la vitesss d'usinage par un outil de
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coupe classique.
Un autre avantage de l'invention est que l'on peut attein- dre des vitesses élevées d'écaillage ou d'enlèvement du métal su- perficiel sans avoir à remplacer fréquemment le rouleau ou l'outil.
L'invention s'étend également aux caractéristiques résul- tant de la description ci-après et des dessins annexés ainsi qu'à leurs combinaisons possibles.
La description ci-après se rapporte aux dessins ci-joints représentant des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels: - la figure 1 est une vue en élévation latérale d'un rou- leau destiné à être utilisé suivant le procédé de l'invention; - la figure 2 est une vue schématique d'une ébauche ..pré- sentant une surface périphérique extérieure qui est à éliminer; - la figure 3 est une vue en plan de l'ébauche de la figure 2; - les figures 4, 5 et 6 sont des vues en coupe fragmentai-: res représentant schématiquement la manière dont la surface péri- phérique de l'élauche de la figure 2 doit être enlevée ou écaillée;
- la figure 7 est une vue en perspective à échelle gros- sie d'une ébauche telle que l'ébauche de la figure 1, dans laquelle le métal superficiel est partiellement écaillé; - la figure 8 est une vue schématique d'une ébauche présent tant une surface d'extrémité qui est à écailler ; - la figure 9 est une vue en coupe fragmentaire de l'ébau che de la figure 8 mettant en évidence la manière dont le xnuleau est utilisé pour écailler la surface d'extrémité; - la figure 10 est une vue schématique de l'ébauche pré- sentant une surface périphérique intérieure de forme cylindrique et dont le métal superficiel est à éliminer;
- la figure 11 est une vue en coupe fragmentaire de
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l'ébauche de la figure 10 mettant en évidence la manière dont le rouleau est utilisé pour écailler la surface périphérique; - la figure 12 est une vue schématique de l'ébauche présentant une surface généralement plane qui est à éliminer; - la figure 13 est une vue en coupe fragmentaire de l'ébauche de la figure 10 mettant en évidence la manière dont le rouleau est utilisé pour écailler la surface plane.
En référence à la figure 1, le rouleau R présente un profil qui est imposé pour la mise en pratique de l'invention.
Le rouleau comporte une surface périphérique conique 1 et une surface périphérique adjacente conique 2. Ces deux surfaces sont coaxiales avec l'axe de rotation du rouleau 3. La projec- tion de la surface 1 représentée par les lignes- en pointillé 4 coupe l'axe 3 et la projection de la surface 2, représentée par les lignes en pointillé 5 coupe également l'axe 3.
La surface 1 du rouleau R est la surface réelle de travail, c'est-à-dire la surface qui produit les forces nécessaires pour créer le cisaillement et le fluage plastique utilisés pour écailler la surface d'ébauche. La hauteur h de la surface conique est importante en ce que sa valeur doit être au moins aussi grande, et de préférence supérieure à l'épaisseur de la surface à écailler.
La surface 2 n'engendre pas les forces nécessaires pour le cisail.- lement et le fluage plastique, cependant, la surface 2 a son uti- lité puisqu'elle lisse les parties de l'ébauche dont la surface à été écaillée et qu'elle agit de manière à produire un fini super- ficiel sur l'ébauche.
En référence à la figure 2, l'ébauche 6 et le rouleau R peuvent être supportés par un équipement connu, par exemple de manière que l'ébauche 6 puisse tourner autour de l'axe 7. Le rou- leau R est supporté sur le chariot d'une machine de manière à être déplacé dans une direction qui est sensiblement parallèle à
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l'axe de rotation 7. Le support du rouleau doit être conçu de manière à permettre l'orientation de ce dernier.
L'ébauche 6 présente une surface périphérique extérieure 8 dont l'épaisseur est indiqua par t, les lisières extérieure et intérieure étant désignées par 9 et 10. Comme indiqué survies . dessins, l'ébauche a un profil généralement cylindrique et peut se présenter sous forme d'une billette ou d'une tige, ou d'une autre pièce similaire dont la surface est à écailler. La manière dont le rouleau R est c'ienté et déplacé pour écailler la surface 8 est expliquée dans la suite. Cependant, il est à noter que, pour l'opération d'écaillage proprement dite, le rouleau est dé- placé parallèlement à l'axe 7.
En référence à la figure 3, le rouleau R (en vue en plan) est positionné de manière que son axe de rotation 3 soit situé dans un plan vertical P qui contient l'axe de rotation de l'ébauche 7.
En référence à la figure 4, le rouleau (en vue en élévation) est orienté de manière que son axe de rotation 3 soit incliné dans le plan P. L'intersection des surfaces 1 et 2.dans le plan P est dé- signée par 11. L'intersection de la hauteur h de la surface 1 avec le plan P est indiquée par la ligne 12.
Le rouleau R est incliné de manière que la surface de travail 1 présente l'orientation correcte pour réaliser l'écail- lage superficiel. Cette orientation est appelée l'angle d'attaque i. de la surface de pièce et elle est déterminée par l'inclinaison angulaire de la ligne 12 par rapport à la projection de la lisière 10 dans le plan P.
Comme indiqué sur les Figures, le rouleau est incliné de manière que la ligne 12 fasse un angle de 90 par rapport à la projection de lisière ou présente un angle d'attaque nul.
Dans certains cas, le rouleau est incliné de manière que la-ligne 12 fasse un angle égal approximativement à 88 (c'est-à-dire un angle aigu dans une direction opposée à l'avance du rouleau) de
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manière que l'angle d'attaque soit égal 8 - 2 . Dans d'autres cas, le rouleau est oriente de manière que la ligne 12 soit inclinée d'approximativement 80 (soit un angle aigu dans la direction d'avance du rouleau) de manière que l'angle d'attaque soit égal à + 10 . L'angle d'attaque de la surface de travail 1 dépend essentiel- lement du type de matières à travailler, de l'épaisseur superficiel- le à enlever, de la vitesse de rotation de l'ébauche et de la vitesse d'avance du rouleau. Des angles d'attaque compris dans le domaine mentionné ci-dessus donnent des résultats satisfaisants.
Ce domaine n'est pas absolument limitatif; cependant, il est noter que la grandeur de l'angle d'attaque négatif doit nécessaire- ment être relativement faible de manière à éviter un tassement du métal qui pourrait gêner l'action du rouleau et créer des forces de frottement élevées.
Pour commencer l'opération, le rouleau est incliné sui- vant lngle d'attaque désiré et il est positionné de manière que le point 11 soit placé sur la projection de la lisière intérieure 10. Il est à noter en ce cas, que la surface conique 2 est orientée par rapport à la surface conique 1 de manière que, lorsque le rouleau avance dans le métal de la surface 8, la surface 2 soit écartée du métal de l'ébauche. En pratique, il n'est pas toujours possible de conserver un Intervalle libre effectif entre la surface 2 et l'ébauche du fait de l'élasticitédumétal. Cependant, cette surface a une action de lissage intéressante, comme on l'a dit plus haut.
Le rouleau étant orienté de la manière indiquée ci-des-. sus, l'ébauche 10 est mise en rotation et le rouleau est ensuite déplacé vers le bas et parallèlements l'axe 7. Lorsque le rouleau ou la surface 1 entre en contact avec le bord supérieur 13 de la surface 8, il commence à tourner autour de son axe 3. A mesure que le rouleau est déplacé parallèlement à l'axe 7, il exerce une
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force sur la surface 8. Cette force est parallèle à l'axe 7 ou perpendiculaire à la cote d'épaisseur t de la surface 8.
Sur la figure 4, le vecteur de force est indiqué en 14. Lorsque le rou- leau avance le long de la pièce, la force exercée au point 11 pro- voque un cisaillement du métal le long de la lisière 10 et le métal de la surface 8 situé en-dessous du rouleau est soumis à un fluage plastique et est déplacé dans une direction qui est orien- tée radialement vers l'extérieur, en s'écartant du corps de l'é- bauche. Ceci est mis en évidence sur la figure où la surface de . l'ébauche après cisaillement est indiquée en 10a, le métal qui a flué étant indiqué en 20. Le rouleau poursuivant son déplacement parallèlement à l'axe 7 et l'ébauche continuant à tourner, il se produit un autre cisaillement et un autre fluage de métal indiqués en 10b et en 20b sur la figure 6.
Le métal est guidé vars l'exté- rieur par la surface 2 et la partie supérieure de la pièce est lisse.
Il est à noter qu'initialement le métal flue vers l'exté- rieur sous forme d'un disque ou d'un anneau. Cependant, des fissures et des cassures se créent dans l'anneau du fait que la matière de ce dernier est soumise à de fortes tensions et que, en étant travail- lé de la sorte, le métal devient considérablement moins ductile. t
Egalement, le métal a tendance à s'enrouler en cours de fluage, A mesure que l'opération se poursuit, ces fissures se transforment en des criques relativement importantes de manière h provoquer des saillies de métal dans le sens tangentiel. Cdt effet de saillie tangentielle est provoqué par le mouvement relatif du rouleau au- tour de l'ébauche et il s'effectue dans la même direction que le sens de déplacement du rouleau par rapport à l'ébauche.
Ceci est mis en évidence sur la figure 7 où les fissures dans le métal en cours de nuage sont désignées par 23 alors que les différentes criques qui sa sont créées par suite de la rupture des fissures sont désignées par 24, les saillies de métal étant orientées ten- gentiellement dans le sens contraire des aiguilles d'une montre.
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Cornue on l'a dit plus haut, la surface conique 2 est disposée par rapport à la surface conique 1 de manière que, pen- dant le temps où la surface 1 est en train de travailler sur l'ébauche, la surface 2 est écartée de cette dernière. Sur la figure 4, cet écartement est représenta comme étant compris entre 1/2 et 2 1/2 . Par conséquent, lors de la fabrication du rouleau, l'angle d'attaque et l'écartement désirés déterminent l'orienta- tion des surfaces coniques 1 et 2 l'une par rapport à l'autre.
Malgré cette orientation des surfaces 1 et 2, la sur- face 2 n'est pas toujours complètement écartée de l'ébauche. Ceci est dû au fait que le métal est élastique et qu'une partie du métal située juste en arrière du point de cisaillement tend à provoquer un renflement pénétrant dans l'intervalle libre et arri- vant contre la partie de la surface 2 qui est située juste en ar- rière du point 11. Dans ces conditions, la surface 2 effectue un lissage du métal et par conséquent influence la nature et la qua- lité du fini superficiel.
En référence à la figure 4, il est à noter que la hauteur h de' la surface conique 1 est supérieure à l'épaisseur ! de la sur- face 8 et par conséquent est orientée vers l'extérieur en s'écar- tant de la dite surface. Ceci constitue la construction et la dis- position les plus intéressantes de la surface conique 1 par rap- port à la portion de métal à écailler.
Il est à remarquer, à partir de ce qui précède, que les forces de cisaillement et de fluage sont exercées en série le long de zones configura ot que la surface élémentaire sur Inquelle s'exerce cette force à un instant donné est extrêmement petite par comparaison à la surface totale sur laquelle la force s'appli- que au cours de l'écaillage de l'ébauche. Par exemple, lors de l'enlèvement de la surface 8, le rouleau peut être considéré comme entrant en contact avec un ruban imaginaire enroulé en hélice au- tour de l'axe 7. Il est à noter que lu surface totale du ruban est extrêmement grande par comparaison à la surface élémentaire de
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contact à un instant donné.
En conséquence, le métal est écaille ou enleva par contact ponctuel au linéaire et ceci permet d'ob tenir que la force totale instantanée nécessaire pour provoquer le cisaillement et le fluage plastique du métal soit relativement faible . Ceci estévidemment avantageux du point de vue de la ré- sistance du métal de l'outil à des contraintes extrêmement le- vées et ceci permet également de réduire le dimentionnement des structures assurant le soutien et la rotation de l'ébauche ,et du rouleau.
Dans le cas de l'enlèvement du métal superficiel d'une ébauche dû la maière décrite ci-dessus, il est noter flue le travail exécuté par l'outil ou par le rouleau résulta d'une sc- tion de roulement plutôt que d'une action de frottement, comme c'est le cas pour des outils classiques. L'action de roulement présente une importance considérable du fait qu'elle a tendance à favoriser l'augmentation de la durée de service de l'outil.
Sur la figure , l'ébauche 30 présente une surface d'extrémité 31 délimitée par les lisières 32 et 33 et par un bord périphérique 34.
L'ébauche 30 et le rouleau R peuvent être supportés par des machines connues, comme par exemple une aléseuse présentant une table sur laquelle est montée l'ébauche 30 de manière à tour- ner autour de l'axe 35, le rouleau R étant monté sur un coulis- seau transversal. L'axe de rotation 3 du rouleau est.orienté de manière à être situe dans un plan contenant l'axe de rotation de l'ébauche 35.
Le rouleau R est réglé de manière que sa surface de travail conique 1 soit placée au-dessus de la surface d'ébauche 31, le point 11 {tant placé sur la projection de la lisière 33 et le rouleau présentant l'angle d'attaque et l'écartement dé- sirés. L'ébauche est ensuite mise en rotation et le rouleau est alors déplacé radialement vers l'intérieur, en direction de l'axe 35. Lorsque la surface conique de travail 1 entre en contact avec
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le bord périphérique 34, le rouleau commence à tourner. Lorsque le rouleau commence à se déplacer vers 1* intérieur, il exerce une force qui est dirigée, dans le sens radial, en direction de l'axe 35 ou. normalement à l'épaisseur de la surface 31.
Comme le montre lu Figure 9, le rouleau exerce une action de cisaillement le long de la lisière 33 et le métal flue vers l'extérieur en s'écartant de l'ébauche, comme indiqué en 40. Pendant le stade initial de fluage plastique, le métal se déplace vers l'extérieur en prenant généralement une forme de disque puis, à mesure que le fluage plas- tique se poursuit, il se crée des fissures et des cassures. A me-
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surf crut' 1,<a ritaLdtr><t UO l'approche de l'axe 35e It- métal en cours de flU!I6(fl s'enroule (:Il; sa rompt en donnant des fnoroaaux ou dos co- peaux. Le mouvement du rouleau vers l'intérieur est poursuivi jusqu'à ce que l'axe 35 soit atteint et que la surface 31 soit totalement écaillée.
En référence aux figures 8 et 9, on voit que la trajec- toire relative de mouvement entre le rouleau et l'ébauche a la for- me d'une développante.
Il va de soi que l'on peut utiliser plus d'un rouleau, par exemple deux rouleaux disposés de part et d'autre de l'axe de rotation de l'ébauche pour effectuer l'écaillage superficiel de celle-ci.
Sur la figure 10, une ébauche de profil tubulaire 40 présente une surface périphérique Intérieure, de profil cylin- drique 41, délimitée par des lisières 42 et 43. Cette surface est écaillée par le rouleau R fonctionnant de 13 même manière que ce qui a été décrit en référence à la figure 2, excepté que le rou- leau est placé à l'intérieur au lieu d'être à l'extérieur.
Le rou- leau R est orienté comme auparavant et l'ébauche 40 tourne autour de l'axe 44. Le rouleau est susceptible de se déplacer dans une direction parallèle à l'axe de rotation de l'axe 44. Il exerce une forceparallèle à cet axe et provoque un cisaillement le long de la lisière 42 et un fluage plastique du métal dans une direction transversale à l'orientation de la force exercée par le rouleau,
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comme, indiqué en 45 sur la figure 11.
Les figures 12 et 13 montrent comment l'invention est utilisée pour écailler une surface plbn,, par exemple une surface
50 qui peut être située sur un côté d'un lingot 51. La surface 50 présente une épaisseur limitée définie,'par les lisières 52 et 53.
Le rouleau R est placé au-dessus du lingot de manière à toucher la surface 50 comme plus haut. De préférence, l'ébauche est dé- placée alternativement vers l'avant et vers l'arrière sous le rou- leau et, pendant l'un de ces déplacements alternatifs, le rouleau est positionné de manière qu'il pénètre dans l'ébauche et exerce en conséquence une force dirigée vers le bas et normale au sens de déplacement de l'ébauche et à la cote d'épaisseur de la surface 50. Cette force dirigée vers le bas provoque un cisaillement le long de la lisière 52 et un fluage plastique dans une direction généralement transversale au sens d'application de la force du rouleau,,. comme indiqué en 54 sur la figure 13.
Le mouvement al ter- natif de l'ébauche et le mouvement de descente du rouleau sont poursuivie jusqu'à ce que la surface 50 soit complètement écaillée.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Process for the surface machining of a blank,
The present invention relates to a method for removing metal from a blank and more particularly relates to a method for removing a limited thickness of metal from the surface of a blank without using cutting tools.
The subject of the invention is in particular a method for surface machining by removing a surface layer on a metal blank, a process characterized because o orients a roller on the surface of the blank such that the over- tapered face of the roll follows a path where it engages the surface metal of the blank, causing the roll to rotate and exert a force oriented in a direction normal to the thickness dimension of the blank surface , this contact and this force
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causing the metal of the blank surface to shear in the direction of application of this force at the innermost point of contact of the conical surface with the blank,
and also to flow away from the blank in a direction transverse to the direction of application of the force.
To chip or remove the metal surface of the part, the process involves continuously exerting forces over small continuous areas, the forces creating shear and plastic creep which results in the metal separating from the surface from the surface. to the body of the blank. According to the invention, the chipping or removal of the surface metal is carried out by means of a roller having a conical peripheral surface which is applied against and displaced with respect to the surface to be chipped so as to cause the shearing and plastic creep.
The process makes it possible to remove metal from blanks of various profiles, an operation which has hitherto been carried out using conventional turning, surface or drilling processes and tools. For example, the invention is applicable to the spalling of a metallic surface such as, for example, a substantially planar surface of a plate, an ingot or a billet, the outer peripheral surface of a bar. , a rod, a billet, the end surface of a billet and the inner or outer peripheral surface of a tubular part
The invention is particularly useful for the preparation of ingots, billets, rods, tubes and bars made of high quality alloy steel, refractory metals, aluminum and the like,
in all cases where the removal of contaminated or cracked surfaces constitutes a necessary and conventional operation.
One of the important advantages of the process of the invention is that it allows the removal of the surface slime at a speed several times higher than the machining speed by a cutting tool.
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classic fit.
Another advantage of the invention is that high rates of spalling or surface metal removal can be achieved without frequent replacement of the roller or tool.
The invention also extends to the characteristics resulting from the following description and the accompanying drawings as well as to their possible combinations.
The following description relates to the accompanying drawings showing exemplary embodiments of the invention, drawings in which: - Figure 1 is a side elevational view of a roller intended for use by the method of invention; FIG. 2 is a schematic view of a blank having an outer peripheral surface which is to be eliminated; - Figure 3 is a plan view of the blank of Figure 2; Figures 4, 5 and 6 are fragmentary sectional views schematically showing how the peripheral surface of the blank of Figure 2 is to be removed or chipped;
FIG. 7 is a perspective view on an enlarged scale of a blank such as the blank of FIG. 1, in which the surface metal is partially chipped; - Figure 8 is a schematic view of a blank having both an end surface which is to be scaled; FIG. 9 is a fragmentary cross-sectional view of the blank of FIG. 8 showing how the xnuleau is used to chip the end surface; FIG. 10 is a schematic view of the blank having an internal peripheral surface of cylindrical shape and from which the surface metal is to be removed;
- Figure 11 is a fragmentary sectional view of
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the blank of Figure 10 showing how the roller is used to scale the peripheral surface; - Figure 12 is a schematic view of the blank having a generally flat surface which is to be removed; - Figure 13 is a fragmentary sectional view of the blank of Figure 10 showing how the roller is used to scale the flat surface.
Referring to Figure 1, the roller R has a profile which is imposed for the practice of the invention.
The roller has a conical peripheral surface 1 and an adjacent conical peripheral surface 2. These two surfaces are coaxial with the axis of rotation of the roller 3. The projection of the surface 1 shown by the dotted lines 4 intersects the roller. axis 3 and the projection of surface 2, represented by the dotted lines 5 also intersects axis 3.
Surface 1 of roller R is the actual working surface, that is, the surface that produces the forces necessary to create the shear and plastic creep used to chip the rough surface. The height h of the conical surface is important in that its value must be at least as great, and preferably greater than the thickness of the surface to be scaled.
Surface 2 does not generate the forces necessary for shearing and plastic creep, however, surface 2 has its uses since it smooths the parts of the blank whose surface has been chipped and that it acts to produce a surface finish on the blank.
With reference to figure 2, the blank 6 and the roller R can be supported by known equipment, for example so that the blank 6 can rotate about the axis 7. The roller R is supported on the roller. carriage of a machine so as to be moved in a direction which is substantially parallel to
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axis of rotation 7. The roller support must be designed to allow orientation of the roller.
The blank 6 has an outer peripheral surface 8, the thickness of which is indicated by t, the outer and inner selvages being designated by 9 and 10. As indicated survivals. Drawings, the blank has a generally cylindrical profile and may be in the form of a billet or a rod, or other similar part whose surface is to be chipped. The manner in which the roller R is oriented and moved to scale the surface 8 is explained below. However, it should be noted that, for the actual chipping operation, the roller is moved parallel to the axis 7.
Referring to Figure 3, the roller R (in plan view) is positioned so that its axis of rotation 3 is located in a vertical plane P which contains the axis of rotation of the blank 7.
Referring to Figure 4, the roller (in elevation view) is oriented so that its axis of rotation 3 is inclined in the plane P. The intersection of surfaces 1 and 2 in the plane P is denoted by 11. The intersection of the height h of the surface 1 with the plane P is indicated by line 12.
The roller R is inclined so that the work surface 1 has the correct orientation to achieve the surface scaling. This orientation is called the angle of attack i. of the workpiece surface and is determined by the angular inclination of line 12 relative to the projection of selvedge 10 in plane P.
As shown in the Figures, the roller is inclined so that line 12 makes an angle of 90 to the edge projection or has a zero entry angle.
In some cases, the roll is tilted so that the line 12 makes an angle equal to approximately 88 (i.e. an acute angle in a direction opposite to the advance of the roll) of
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so that the angle of attack is equal to 8 - 2. In other cases, the roll is oriented so that the line 12 slopes approximately 80 (an acute angle in the direction of travel of the roll) so that the angle of attack is equal to + 10 . The angle of attack of the work surface 1 depends essentially on the type of material to be worked, the surface thickness to be removed, the speed of rotation of the workpiece and the feed speed of the workpiece. roller. Angles of attack included in the above-mentioned range give satisfactory results.
This area is not absolutely limiting; however, it should be noted that the magnitude of the negative angle of attack must necessarily be relatively small so as to avoid settling of the metal which could interfere with the action of the roller and create high frictional forces.
To start the operation, the roller is inclined according to the desired entry angle and it is positioned so that point 11 is placed on the projection of the inner selvedge 10. It should be noted in this case that the surface Conical 2 is oriented with respect to the conical surface 1 so that, as the roller advances into the metal of the surface 8, the surface 2 is moved away from the metal of the blank. In practice, it is not always possible to maintain an effective free gap between the surface 2 and the blank due to the elasticity of the metal. However, this surface has an interesting smoothing action, as mentioned above.
The roller being oriented in the manner indicated above. In this case, the blank 10 is rotated and the roller is then moved downwards and parallel to the axis 7. When the roller or the surface 1 comes into contact with the upper edge 13 of the surface 8, it begins to rotate. around its axis 3. As the roller is moved parallel to axis 7, it exerts a
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force on surface 8. This force is parallel to axis 7 or perpendicular to the thickness dimension t of surface 8.
In Fig. 4, the force vector is indicated at 14. As the roller moves along the workpiece, the force exerted at point 11 causes the metal to shear along the selvage 10 and the metal to the workpiece. surface 8 below the roller is subjected to plastic creep and is moved in a direction which is oriented radially outward, away from the body of the blank. This is highlighted in the figure where the surface of. the blank after shear is indicated at 10a, the metal which has crept being indicated at 20. As the roller continues to move parallel to axis 7 and the blank continues to rotate, another shear and another creep occurs. metal indicated at 10b and 20b in Figure 6.
The metal is guided to the outside by surface 2 and the top of the part is smooth.
It should be noted that the metal initially flows outward in the form of a disc or a ring. However, cracks and breaks are created in the ring because the material of the latter is subjected to high stress and, when worked in this way, the metal becomes considerably less ductile. t
Also, the metal tends to curl up in the course of creep. As the operation proceeds these cracks turn into relatively large cracks so as to cause metal protrusions in the tangential direction. This tangential protrusion effect is caused by the relative movement of the roller around the blank and it takes place in the same direction as the direction of movement of the roller relative to the blank.
This is evidenced in figure 7 where the cracks in the metal being clouded are designated by 23 while the various cracks which are created as a result of the rupture of the cracks are designated by 24, the metal protrusions being oriented. Tensively counterclockwise.
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As mentioned above, the conical surface 2 is disposed with respect to the conical surface 1 so that, during the time when the surface 1 is working on the blank, the surface 2 is moved apart. of the latter. In Figure 4, this spacing is shown as being between 1/2 and 2 1/2. Therefore, in manufacturing the roll, the desired lead angle and spacing determine the orientation of the tapered surfaces 1 and 2 with respect to each other.
Despite this orientation of surfaces 1 and 2, surface 2 is not always completely separated from the blank. This is due to the fact that the metal is elastic and that a part of the metal located just behind the point of shear tends to cause a bulge entering the free gap and coming against the part of the surface 2 which is located. just behind point 11. Under these conditions, surface 2 smooths the metal and therefore influences the nature and quality of the surface finish.
With reference to Figure 4, it should be noted that the height h of the conical surface 1 is greater than the thickness! of the surface 8 and therefore is oriented outwardly away from said surface. This constitutes the most interesting construction and arrangement of the conical surface 1 with respect to the portion of metal to be chipped.
It should be noted from the above that the shear and creep forces are exerted in series along zones configura ot the elementary surface on Inquelle is exerted this force at a given instant is extremely small by comparison. to the total area over which the force is applied during chipping of the blank. For example, when removing surface 8, the roll can be considered to come into contact with an imaginary tape wound helically around axis 7. Note that the total tape area is extremely large compared to the elementary surface of
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contact at a given time.
As a result, the metal is chipped or removed by point contact on the linear and this makes it possible to obtain that the total instantaneous force necessary to cause the shear and the plastic creep of the metal is relatively low. This is obviously advantageous from the point of view of the resistance of the metal of the tool to extremely high stresses and it also makes it possible to reduce the dimensioning of the structures providing support and the rotation of the blank, and of the roller.
In the case of the removal of surface metal from a blank due to the material described above, it should be noted that the work performed by the tool or by the roller resulted from a rolling section rather than a friction action, as is the case for conventional tools. The rolling action is of considerable importance as it tends to promote increased tool life.
In the figure, the blank 30 has an end surface 31 delimited by the edges 32 and 33 and by a peripheral edge 34.
The blank 30 and the roll R can be supported by known machines, such as for example a boring machine having a table on which the blank 30 is mounted so as to rotate about the axis 35, the roll R being mounted. on a cross slide. The axis of rotation 3 of the roller est.orienté so as to be located in a plane containing the axis of rotation of the blank 35.
The roller R is adjusted so that its tapered working surface 1 is placed above the roughing surface 31, the point 11 being placed on the projection of the selvage 33 and the roller having the angle of attack. and the desired spacing. The blank is then rotated and the roller is then moved radially inward, in the direction of axis 35. When the conical working surface 1 comes into contact with
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the peripheral edge 34, the roller begins to rotate. When the roller begins to move inwardly, it exerts a force which is directed, in the radial direction, towards the axis 35 or. normally at the thickness of the surface 31.
As shown in Figure 9, the roller exerts a shearing action along selvedge 33 and the metal flows outward away from the blank, as shown at 40. During the initial stage of plastic creep, the metal moves outward generally taking a disk shape and then as the plastic creep continues, cracks and breaks are created. To me-
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surf believed '1, <a ritaLdtr> <t UO approaching the 35th Itmetal axis during flU! I6 (fl wraps (: Il; sa breaks by giving fnoroaaux or back co- skins. The movement of the roller inward is continued until the axis 35 is reached and the surface 31 is completely chipped.
Referring to Figures 8 and 9, it can be seen that the relative path of movement between the roll and the blank has the form of an involute.
It goes without saying that more than one roller can be used, for example two rollers arranged on either side of the axis of rotation of the blank to effect the surface chipping thereof.
In FIG. 10, a tubular profile blank 40 has an inner peripheral surface, of cylindrical profile 41, delimited by selvages 42 and 43. This surface is chipped by the roller R operating in the same manner as what has been previously used. described with reference to Figure 2, except that the roller is placed inside instead of outside.
The roller R is oriented as before and the blank 40 rotates about the axis 44. The roller is able to move in a direction parallel to the axis of rotation of the axis 44. It exerts a force parallel to the axis. this axis and causes shearing along the selvedge 42 and plastic creep of the metal in a direction transverse to the orientation of the force exerted by the roller,
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as indicated by 45 in figure 11.
Figures 12 and 13 show how the invention is used to scale a plbn surface, for example a surface
50 which may be located on one side of an ingot 51. The surface 50 has a limited thickness defined by the selvages 52 and 53.
The roll R is placed above the ingot so as to touch the surface 50 as above. Preferably, the blank is moved alternately forward and backward under the roll and, during one of these alternating movements, the roll is positioned so that it enters the blank. and consequently exerts a downwardly directed force normal to the direction of travel of the blank and to the thickness dimension of the surface 50. This downwardly directed force causes shearing along the selvedge 52 and creep. plastic in a direction generally transverse to the direction of application of the force of the roller ,,. as indicated at 54 in figure 13.
The alternate movement of the blank and the downward movement of the roller are continued until the surface 50 is completely chipped.
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