Procédé d'extrusion à froid de sections métalliques La présente invention a pour objet un procédé d'extrusion à froid de sections métalliques d'un métal susceptible de déformation plastique.
Pour qu'il soit possible d'extruder un métal, il faut produire dans ce métal une température suffi samment élevée pour assurer la plasticité nécessaire. Un lingot à extruder peut être chauffé avant d'être placé dans le logement d'une presse à extruder, selon un procédé dit d'extrusion à chaud.
Dans le procédé connu jusqu'ici d'extrusion à froid, un lingot non préalablement chauffé est placé dans le logement de la presse, et la charge du pilon d'extrusion et sa vitesse au moment de l'impact doi vent être suffisamment élevées pour produire un degré modéré de plasticité. La faible plasticité in duite par cette méthode est accompagnée de tempé ratures d'extrusion relativement basses, ce qui néces site une forte charge sur le pilon pour produire l'ex trusion. Par le fait que les températures sont basses, il se produit un fort travail de durcissement du métal.
Cela signifie qu'il peut être impossible d'extruder la totalité du lingot métallique en une seule opération, ou qu'il faut limiter les dimensions du lingot à ex truder en une seule opération, et qu'un stade inter médiaire de recuit est nécessaire avant de continuer le travail de la pièce.
En conséquence, s'il est possible d'éliminer le durcissement pendant l'extrusion, le stade intermé diaire de recuit devient inutile et la déformation maximum peut être effectuée avec une quantité d'énergie minimum. Le durcissement du métal qui se produit pendant l'extrusion peut être écarté par la vitesse d'attaque du pilon, cette vitesse étant avan tageusement maintenue constante pendant l'extru sion.
Un but de l'invention est de fournir un procédé dans lequel on utilise une pression de charge mini mum du pilon au taux d'extrusion requis, pression qui est nécessaire pour obtenir l'extrusion d'un lin got de dimensions données de tout métal capable d'une déformation plastique de manière à produire la haute température requise dans les plans de glis sement pour obtenir la plasticité nécessaire à l'inté rieur du lingot et permettre un mouvement d'extru sion à grande vitesse, afin que le métal soit extrudé à une température et une vitesse telles qu'aucun dur cissement ne se produise.
On peut envisager un autre facteur qui joue un rôle dans l'extrusion à froid. Il s'agit de la vitesse d'attaque du pilon, c'est-à-dire la vitesse du pilon au moment où il frappe le lingot de métal. Une fois que la charge minimum du pilon a été calculée, comme indiqué plus haut, il est désirable de régler la vitesse d'attaque du pilon jusqu'à ce que les tem pératures des plans de glissement produites puissent être à leur tour contrôlées de manière à augmenter ou diminuer le durcissement admis dans le métal.
Ainsi, une très forte vitesse d'attaque entraîne des températures des plans de glissement très élevées, qui produiront une pièce extrudée complètement recuite. De faibles vitesses et températures produiront un degré modéré de durcissement. Un contrôle des propriétés physiques de l'article fini peut être ainsi exercé. Il est évident que par suite des caractéristiques différentes des divers métaux et des variations pos sibles du taux d'extrusion, la charge sur le pilon pour obtenir une extrusion satisfaisante varie selon les métaux et les taux d'extrusion.
Le procédé envi- sagé doit permettre d'obtenir très facilement la charge minimum requise sur le pilon, pour un métal donné et pour un taux d'extrusion particulier.
Par taux d'extrusion , on entend le rapport entre la surface de la section transversale du lingot et la surface de la section transversale de la pièce extrudée.
Dans la présente description, il est question de charge d'écoulement au moins approximative . Une distinction est nécessaire entre une charge d'écoulement et une charge d'écoulement approxi mative par le fait que, dans certains métaux, il n'est pas possible de déterminer exactement la véritable charge d'écoulement. Mais même pour ces métaux, il est toujours possible de déterminer deux points de la courbe des charges entre lesquels se trouve la véritable charge d'écoulement.
Le plus élevé de ces deux points indique une position sur la courbe pour laquelle il se produit une petite déformation plasti que ou un état permanent, tandis que le point infé rieur est proche de la limite élastique, La charge d'écoulement approximative est déterminée en con sidérant la moyenne entre ces deux points, et le pro cédé d'extrusion envisagé est applicable à tous les métaux dont la charge d'écoulement approximative ainsi définie peut être déterminée, en plus des mé taux pour lesquels la véritable charge d'écoulement est facile à obtenir.
Le procédé objet de l'invention est caractérisé en ce qu'on applique au pilon d'une presse à extru der au moins une pression minimum pour une sur face donnée de la face de la matrice, pour une extru sion en avant, ou de la section transversale du pilon, pour une extrusion en arrière, fonction de la charge d'écoulement au moins approximative, de la diffé rence entre la charge de rupture maximum (relative à la surface initiale) et la charge de rupture réelle (relative à la surface de la section extrudée) du métal à extruder, et du taux d'extrusion désiré.
Pour déterminer la pression de charge du pilon d'extrusion et permettre l'extrusion d'un lingot de dimension donnée et de métal donné, ladite fonction est définie par l'équation
EMI0002.0023
Y étant la pression de charge minimum du pilon pour une surface de 6,45 cmz de la face de la ma trice pour l'extrusion en avant, ou de la surface transversale du pilon pour l'extrusion en arrière, y la charge d'écoulement au moins approximative du métal, z la différence entre la charge de rupture maximum (relative à la surface initiale) et la charge de rupture réelle (relative à la surface réelle de la section extrudée), toutes ces grandeurs étant expri mées, par exemple,
en kg/cm2, et A le taux d'extru sion.
Il faut noter que l'équation ci-dessus donne la charge minimum requise sur le pilon. Mais on a trouvé avantageux dans la mise en oeuvre du pro cédé de dépasser la pression minimum calculée, par exemple de 5 %.
En fait, la pression de charge minimum du pilon pour une surface donnée de la face de la matrice, nécessaire pour extruder tout lingot de dimension donnée, peut être facilement calculée par la formule ci-dessus. La vitesse d'attaque du pilon peut être ainsi réglée jusqu'à ce que les températures des plans de glissement assurent la plasticité maximum, et une extrusion satisfaisante est obtenue avec la pression déterminée sur le lingot.
Envisageons un exemple de détermination de la charge du pilon pour l'extrusion d'un tube à partir d'un lingot d'aluminium pur, c'est-à-dire à 99,6 à 99,8 % de pureté Supposons qu'on désire obtenir un tube extrudé d'un diamètre extérieur de<B>1,82</B> cm à partir d'un lingot de 4,45 cm de diamètre, de 7 cm de longueur, et présentant un trou de 1,82 cm, sa surface étant donc égale à 12,9 ctW. La surface du tube extrudé représente les 2 fl/o de la surface du lingot, soit 0 = 50. Avant de pouvoir résoudre l'équation, il faut, premièrement, déterminer la charge de rup ture et la charge d'écoulement du métal.
Les essais effectués sur un lingot tel que celui défini plus haut ont donné une charge d'écoulement de 228 kg/cm' et une différence entre la charge de rupture maxi mum et la charge de rupture réelle de 649 kg/cm'. L'équation ci-dessus donne
EMI0002.0037
Par conséquent, si un lingot d'aluminium pur de dimensions ci-dessus doit être extrudé et si le taux d'extrusion doit être égal à 50, une pression de charge minimum de 10 240 kg/cm2 doit être prévue sur la face de la matrice. La formule donne Y pour une surface de 6,45 cm2. Comme la surface du lingot est de<B>12,
9</B> cm'z, la charge minimum totale du pilon doit être de 10 240 - 2 = 20 480 kg.
Il est évident que l'on peut obtenir de la même manière la charge du pilon pour tout autre lingot d'aluminium pur de dimensions données. Envisageons comme autre exemple un lingot en un alliage d'aluminium, de silicium et de magnésium, les dimensions du lingot étant les mêmes que pré cédemment et le"taux d'extrusion étant également de 50.
Les essais donnent les résultats suivants : charge d'écoulement 386 kg/cm2 ; différence entre la charge de rupture maximum (relative à la surface initiale) et la charge de rupture réelle (relative à la surface réelle de la section extrudée) 665 kg/cm2. L'équation ci-dessus donne dans. ce cas Y = 10 950 kg/cm2. La matrice a la même section transversale que dans le premier exemple, de sorte que la charge totale minimum du pilon doit être de 21<B>900</B> kg.
On admet que l'équation ci-dessus peut être uti lisée pour déterminer la pression de charge minimum d'un pilon d'extrusion quand il s'agit d'extruder un métal quelconque capable d'une déformation plasti que. Dans certains cas cependant, comme indiqué plus haut, il peut être nécessaire d'augmenter la pression du pilon.
Il faut remarquer enfin que, en déterminant, dans le présent procédé, la pression de charge mini mum du pilon pour une surface donnée de la face de la matrice, nécessaire pour extruder certains mé taux, ladite pression minimum peut nécessiter l'em ploi de vitesses du pilon d'extrusion si élevées qu'el les ne sont plus possibles pratiquement, ou une charge telle sur le pilon qu'aucun acier ou alliage connu ne pourrait résister.
Il est évident dans ces cas que, pour pouvoir extruder les métaux de manière satis faisante, il peut être nécessaire de chauffer préala blement le lingot afin de rendre ses propriétés phy siques comparables à celles d'un lingot métallique pouvant être extrudé sans chauffage préalable. L'ex pression extrusion à froid comprend un tel chauf fage léger préalable du lingot.
Method of cold extrusion of metal sections The present invention relates to a process of cold extrusion of metal sections of a metal susceptible to plastic deformation.
For it to be possible to extrude a metal, it is necessary to produce in this metal a temperature sufficiently high to ensure the necessary plasticity. An ingot to be extruded can be heated before being placed in the housing of an extrusion press, according to a process known as hot extrusion.
In the hitherto known process of cold extrusion, an ingot not previously heated is placed in the housing of the press, and the load of the extrusion ram and its speed at the moment of impact must be sufficiently high to produce a moderate degree of plasticity. The low plasticity induced by this method is accompanied by relatively low extrusion temperatures, which requires a high load on the ram to produce the extrusion. Due to the fact that the temperatures are low, there is a strong work of hardening of the metal.
This means that it may not be possible to extrude all of the metal ingot in a single operation, or that the dimensions of the ingot to be extruded in a single operation must be limited, and an intermediate annealing stage is necessary. before continuing to work on the part.
Accordingly, if it is possible to eliminate the hardening during extrusion, the intermediate stage of annealing becomes unnecessary and the maximum deformation can be carried out with a minimum amount of energy. The hardening of the metal which occurs during extrusion can be prevented by the attack speed of the pestle, which speed is advantageously kept constant during the extrusion.
An object of the invention is to provide a process in which a minimum loading pressure of the pestle is used at the required extrusion rate, which pressure is necessary to obtain the extrusion of a flax of given dimensions of any metal. capable of plastic deformation so as to produce the high temperature required in the sliding planes to achieve the necessary plasticity inside the ingot and allow high speed extrusion movement, so that the metal is extruded at a temperature and speed such that no hardening occurs.
Another factor can be considered which plays a role in cold extrusion. This is the pestle attack speed, which is the speed of the pestle as it hits the metal ingot. Once the minimum rammer load has been calculated, as indicated above, it is desirable to adjust the attack speed of the rammer until the glide plane temperatures produced can in turn be controlled in such a way. to increase or decrease the hardening allowed in the metal.
Thus, a very high attack speed results in very high sliding plane temperatures, which will produce a completely annealed extruded part. Low speeds and temperatures will produce a moderate degree of cure. Control of the physical properties of the finished article can thus be exercised. It is evident that due to the different characteristics of the various metals and the possible variations in the extrusion rate, the load on the ram to achieve satisfactory extrusion varies with the metals and the extrusion rates.
The envisioned process must make it possible to obtain very easily the minimum load required on the ram, for a given metal and for a particular extrusion rate.
By extrusion rate is meant the ratio between the area of the cross section of the ingot and the area of the cross section of the extruded part.
In the present description, it is a question of at least approximate flow load. A distinction is necessary between a flow load and an approximate flow load in that in some metals it is not possible to determine exactly the true flow load. But even for these metals, it is still possible to determine two points on the load curve between which the true flow load lies.
The higher of these two points indicates a position on the curve for which a small plastic deformation or steady state occurs, while the lower point is near the elastic limit. The approximate flow load is determined by considering the average between these two points, and the contemplated extrusion process is applicable to all metals whose approximate flow load thus defined can be determined, in addition to the metals for which the true flow load is easy to get.
The process which is the subject of the invention is characterized in that at least a minimum pressure is applied to the ram of an extruding press for a given surface of the face of the die, for a forward extrusion, or of the cross section of the ram, for backward extrusion, as a function of the at least approximate flow load, the difference between the maximum breaking load (relative to the initial surface) and the actual breaking load (relative to the surface area of the extruded section) of the metal to be extruded, and the desired extrusion rate.
To determine the loading pressure of the extrusion pestle and allow the extrusion of an ingot of given dimension and given metal, said function is defined by the equation
EMI0002.0023
Y being the minimum loading pressure of the ram for an area of 6.45 cmz of the die face for forward extrusion, or of the transverse area of the ram for back extrusion, y the load of at least approximate flow of the metal, z the difference between the maximum breaking load (relative to the initial surface) and the actual breaking load (relative to the real surface of the extruded section), all these quantities being expressed, for example ,
in kg / cm2, and A the extrusion rate.
Note that the above equation gives the minimum load required on the ram. However, it has been found advantageous in the implementation of the process to exceed the calculated minimum pressure, for example by 5%.
In fact, the minimum ram loading pressure for a given die face area required to extrude any ingot of a given size can be easily calculated by the formula above. The pestle attack speed can thus be adjusted until the temperatures of the sliding planes ensure maximum plasticity, and a satisfactory extrusion is obtained with the determined pressure on the ingot.
Consider an example of determining the pestle charge for extruding a tube from an ingot of pure aluminum, i.e. 99.6 to 99.8% purity Suppose it is desired to obtain an extruded tube with an outside diameter of <B> 1.82 </B> cm from an ingot 4.45 cm in diameter, 7 cm in length, and having a hole of 1, 82 cm, its surface therefore being equal to 12.9 ctW. The area of the extruded tube is 2 fl / o of the area of the ingot, or 0 = 50. Before the equation can be solved, it is first necessary to determine the breaking load and the flow load of the metal.
Tests carried out on an ingot such as that defined above gave a flow load of 228 kg / cm 2 and a difference between the maximum breaking load and the actual breaking load of 649 kg / cm 2. The above equation gives
EMI0002.0037
Therefore, if a pure aluminum ingot of the above dimensions is to be extruded and the extrusion rate is to be 50, a minimum loading pressure of 10240 kg / cm2 should be provided on the face of the die. matrix. The formula gives Y for an area of 6.45 cm2. As the surface of the ingot is <B> 12,
9 </B> cm'z, the minimum total load of the rammer must be 10 240 - 2 = 20 480 kg.
It is obvious that the pestle charge can be obtained in the same way for any other pure aluminum ingot of given dimensions. Consider as another example an ingot of an alloy of aluminum, silicon and magnesium, the dimensions of the ingot being the same as before and the extrusion rate also being 50.
The tests give the following results: flow load 386 kg / cm2; difference between the maximum breaking load (relative to the initial area) and the actual breaking load (relative to the real area of the extruded section) 665 kg / cm2. The above equation gives in. in this case Y = 10,950 kg / cm2. The die has the same cross section as in the first example, so the minimum total ram load should be 21 <B> 900 </B> kg.
It is recognized that the above equation can be used to determine the minimum loading pressure of an extrusion ram when it comes to extruding any metal capable of plastic deformation. In some cases however, as noted above, it may be necessary to increase the tamper pressure.
Finally, it should be noted that, by determining, in the present process, the minimum loading pressure of the ram for a given surface of the face of the die, necessary for extruding certain metals, said minimum pressure may require the use of Extrusion rammer speeds so high that they are practically no longer possible, or such a load on the rammer that no known steel or alloy could withstand.
It is obvious in these cases that, in order to be able to extrude the metals satisfactorily, it may be necessary to preheat the ingot in order to make its physical properties comparable to those of a metal ingot which can be extruded without prior heating. The cold extrusion ex-pressure comprises such a slight pre-heating of the ingot.