Procédé pour former une ailette d'un bloc sur la surface d'une pièce, appareil pour la mise en #uvre de ce procédé et pièce obtenue par ce procédé Le présent brevet comprend un procédé pour former une ailette d'un bloc sur la surface d'une pièce faite d'une matière qui s'amollit par échauf fement et peut être extrudée, par exemple pour for mer une ailette sur des barres ou des tubes cylindri ques métalliques.
Il est connu de laminer un filet sur une barre de métal en utilisant un certain nombre de disques rotatifs de petit diamètre montés librement sur une broche au moyen de laquelle les bords des disques sont pressés contre la surface de la barre tournant lentement. On a essayé un procédé analogue en utili sant des disques montés librement, d'un diamètre plus grand que les précédents, pour laminer des, ailet tes fines et profondes sur une barre ou un tube, mais sans succès.
Le procédé faisant l'objet d'une des inventions est caractérisé en ce qu'on pousse en contact -avec la pièce un outil dont les parties engageant la pièce comprennent au moins deux bords parallèles espacés qui sont déplacés à grande vitesse relativement à la pièce dans leur plan et pratiquement tangentielle ment à la surface de la pièce, lesdits bords étant séparés par un espace allongé, de manière à produire un chauffage et un amollissement local de la matière de la pièce,
et à déplacer la matière amollie vers l'ex térieur dans ledit espace pour former une ailette en saillie sur la surface initiale de la pièce.
L'appareil pour la mise en #uvre du présent procédé est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour supporter la pièce, un porte-outil por tant un outil comportant au moins deux bords émoussés parallèles, séparés par un espace allongé, des moyens pour déplacer ces bords dans leur plan à haute vitesse relativement à la pièce,
et des moyens pour faire avancer l'outil afin de presser les bords mobiles dans une direction générale tangentielle con tre la surface de la pièce.
La pièce obtenue par le présent procédé peut être une barre ou un tube présentant au moins une ailette extérieure d'un seul bloc.
Le dessin représente, à titre d'exemple, trois for mes, et des variantes d'exécution de l'appareil pour la mise en. #uvre du procédé revendiqué.
La fig. 1 est une vue en perspective de la pre mière forme d'exécution.
La fig. 2 est une vue schématique illustrant une mise en #uvre du procédé avec l'appareil représenté à la fig. 1.
La fig. 3 représente un disque utilisé dans cette forme d'exécution.
La fig. 4 est une coupe de deux disques et d'un couteau utilisés dans cette forme d'exécution.
La fig. 5 est une coupe semblable à celle la fig. 4 montrant une variante.
Les fig. 6A à 6D montrent diverses formes de disques utilisés dans cette forme d'exécution.
La fig. 7 est une vue en perspective la deuxième forme d'exécution.
La fig. 8 est une vue en perspective de la troi sième forme d'exécution. La fig. 9 est une vue d'organes représentés à la fig. 8.
La fig. 10 est une coupe selon X-X de la fig. 9. Dans la forme d'exécution représentée aux fig. 1 à 5, l'appareil est destiné à former une ailette héli coïdale continue sur une pièce constituée par une barre ou un tube cylindrique d'un alliage léger, par exemple l'alliage de magnésium et de béryllium connu sous le nom de Magnox.
La pièce à traiter 10 est montée entre une pou pée 11 et une contre-poupée 12 d'un tour revolver 13 à fileter. Les deux extrémités 14 et 15 de la pièce 10 sont tournées à un diamètre plus petit que celui de la pièce initiale représenté en 16 (fig. 2).
L'extrémité 14 de la pièce 10 est fendue en 17 et une broche 18 d'une pièce de centrage 19 est insérée dans un trou à l'extrémité de la pièce 10 et porte une cheville d'entraînement transversale 20 qui s'en gage dans la fente 17. La pièce de centrage 19 est montée sur le mandrin 21 de la poupée 11, de sorte que la pièce 10 tourne sous l'action du mandrin.
L'autre extrémité 15 de la pièce 10 est centrée également par une pièce de centrage 22 qui est mon tée dans une bague de roulement 23 portée par la contre-poupée 12, de manière à supporter l'extrémité 15 de la pièce et lui permettre de tourner.
Un chariot transversal 24 du tour porte un .bâti 25 à la partie supérieure duquel est monté un moteur électrique 26. Le bâti 25 porte aussi des pattes 27 dirigées vers le bas et un bloc 28 formant des paliers et dans lesquels sont montées les extrémités d'une broche 29. Deux disques coaxiaux 30 et une fraise 31 sont montés rigidement sur la broche 29 pour tourner avec elle, la broche étant entraînée à haute vitesse par le moteur 26 par l'intermédiaire d'une courroie 32.
L'axe de la broche est disposé légère ment au-dessus, et de côté par rapport à l'axe de la pièce 10, de sorte que, par un mouvement transver sal du chariot 24, les bords des disques rotatifs peu vent être avancés en contact avec la surface de la pièce 10.
Chaque disque 30 (fig. 3) présente un bord doucement ondulé comprenant une série de parties radialement en saillie présentant chacun un bord d'at taque continu 33 incliné vers l'arrière et vers l'exté rieur par rapport à la direction, de déplacement du bord, et une partie de choc 33' dont le bord d'atta que 33 engage le métal de la pièce à la manière d'un marteau.
Les bords périphériques des deux disques 30 sont espacés l'un de l'autre (fig. 4) pour définir entre eux un évidement annulaire profond 34 dont la profondeur et la section transversale correspondent à celles désirées de l'ailette finie.
Il faut noter que, aux fig. 1 et 4, la largeur du jeu entre les bords des deux disques 30 a été consi dérablement exagérée pour la clarté du dessin, car en général les ailettes sont beaucoup plus minces par rapport à leur hauteur que ce ne serait le cas avec les disques représentés et l'évidement 34 est beaucoup plus étroit. La fraise 31, qui est située en arrière du disque 30 le plus en arrière, définit aussi avec ce disque un second évidement similaire 35.
Lors du fonctionnement, le mandrin 21 du tour, et avec lui la pièce 10, est mis en rotation lentement autour de son axe longitudinal à une vitesse com prise entre 14 et 100 tours/min, tandis qu'un second chariot 36 du tour est déplacé lentement et automa tiquement le long de la pièce 10 au moyen d'une vis de commande 37. En même temps, l'outil cons titué par les disques 30 et la fraise 31 est avancé en contact avec la surface de la pièce 10 par le mou vement transversal du chariot 24, tandis que les dis ques 30 tournent à haute vitesse, par exemple à 4500 tours/min.
Les chocs répétés et le frottement chauffent le métal de la pièce 10, dans la zone ad jacente aux disques, à une température suffisante pour amollir le métal, par exemple entre 400 et 5000 C. Le déplacement du chariot 24 fait que les bords espacés des disques 30 mordent dans la sur face de la pièce 10, le métal amolli de celle-ci étant déplacé des deux côtés de chaque disque et extrudé radialement vers l'extérieur dans l'évidement annu laire 34 pour former une ailette qui, pendant le mou vement longitudinal du chariot 36, se forme progres sivement en une hélice continue 38 d'un pas corres pondant et d'une section et d'une hauteur égales à la section et à la profondeur de l'évidement annulaire 34.
Un lubrifiant est continuellement dirigé sur les faces de contact des disques 30 et de la pièce 10 à travers des ajutages dont un est visible en 39 à la fig. 1.
Pour favoriser la formation de l'ailette héli coïdale 38, l'axe de la broche 29 sur laquelle les, dis ques 30 sont montés est, de préférence, incliné d'un petit angle, correspondant à l'angle d'attaque de l'hélice:, de manière que les plans des faces des dis ques 30 soient approximativement parallèles aux faces de l'ailette 38 avec lesquelles ils sont en con tact.
Les faces opposées de chaque disque 30 dans la région périphérique sont représentées parallèles l'une à l'autre à la fig. 4, mais, dans certains cas, pour faciliter l'entrée et le retrait des disques 30 dans la rainure formée entre les spires successives de l'ai lette 38, et aussi pour diminuer le frottement, les dis ques peuvent être légèrement plus épais à leurs parties périphériques extrêmes.
D'une autre manière, si l'on désire obtenir une ailette de section transver sale évasée, les parties marginales des disques 30 peuvent ,présenter elles-mêmes une section évasée dans la direction externe pour définir entre elles un évidement 34 qui est plus large à sa partie extérieure qu'à sa base.
Le rôle de la fraise circulaire 31, également montée sur la broche 29 en arrière des deux disques 30, est de pénétrer dans la rainure hélicoïdale for mée entre les spires successives de l'ailette 38 et de tailler la base de la rainure de manière précise en forme carrée ou autre déterminée par la forme des bords des dents de coupe. Dans ce but, la fraise 31 présente approximativement le même rayon et la même épaisseur que chacun des disques 30 et elle est montée juste en arrière du disque 30 arrière et espacée axialement de ce dernier de la distance requise.
On forme ainsi sur une barre ou un, tube une ailette hélicoïdale continue de dimensions extrême ment précises, l'ailette étant formée extrêmement rapidement par un processus analogue à une extru sion qui ne produit aucun copeau métallique, sauf quelques copeaux dus à la taille par la fraise 31. Il faut remarquer aussi (fig. 2) que le rayon périphéri que de l'ailette formée est supérieur à celui de la pièce initiale 10 elle-même, tandis que l'épaisseur de l'ailette peut être très mince.
Avec une barre ou un tube en Magnox d'un diamètre de 41,5 mm, on. peut obtenir facilement une ailette de 13 mm de profon deur et de quelques centièmes de millimètre d'épais seur seulement.
Il est préférable que les disques 30 et les pièces 10 tournent en sens opposé. Cependant, comme la vitesse de rotation de la pièce 10 est très faible com parativement à celle des disques 30, on obtient aussi des résultats satisfaisants quand la pièce et les dis ques tournent dans le même sens, la vitesse angu laire relative entre eux ne présentant pas une valeur très différente dans l'un et l'autre cas. La pièce 10 peut tourner avantageusement à 72 tours/min, vitesse facile à obtenir avec un tour à fileter.
Pour finir la formation de l'ailette, les disques rotatifs sont simplement avancés en contact avec la surface cylindrique de la pièce à une extrémité et pressés vers l'intérieur quand le métal chauffe et s'amollit. Il n'est pas nécessaire de prévoir une partie extrême effilée sur la pièce 10 pour guider les dis ques dans la pièce.
L'appareil décrit, utilisant le train de deux dis ques représenté à la fig. 4, produit une ailette héli coïdale unique. Si l'on, désire obtenir une ailette cir- conférentielle, il suffit d'enlever la fraise 31 et de faire avancer les disques dans le flanc de la pièce rotative 10 sans faire tourner la vis de commande 37, de sorte qu'il n'y a aucun mouvement axial des disques relativement à la pièce. L'axe de la broche 29 est de préférence parallèle à l'axe de la pièce 10. En utilisant un grand nombre de disques 30, tous disposés côte à côte sur la broche commune 29, on obtient un grand nombre d'ailettes circonférentielles simultanément.
Si l'on utilise n disques, on obtient n-1 ailettes simultanément.
La variante représentée à la fig. 5 montre un train de disques 30A qui peut être utilisé aussi sur la broche. 29 de la fig. 1 quand elle est légèrement oblique par rapport à l'axe de rotation. de la pièce 10. Ce train comprend trois disques 30A suivis de deux fraises 31A. Les. disques 30A ont le même pro fil que les disques 30 des fig. 1 à 4, mais il faut noter que l'évidement annulaire 41 entre les deux disques le plus en arrière est radialement plus pro fond que l'évidement 42 entre les deux disques de tête, bien que les diamètres des trois disques soient égaux.
En conséquence, quand les disques en rota- tion rapide sont pressés dans la surface de la pièce 10 en rotation lente, tout en étant déplacés longitu dinalement le long de cette dernière, deux ailettes hélicoïdales sont formées sur la pièce, les, deux ailet tes présentant un égal diamètre à leur base, mais l'une de ces ailettes présentant une hauteur radiale supérieure à celle de l'autre, ces hauteurs correspon- dant aux différentes profondeurs des évidements annulaires 41 et 42.
Les deux fraises 31A sont agen cées de manière à entrer dans les deux rainures héli coïdales, qui sont formées entre les ailettes, pour tailler les bases de ces rainures.
Comme mentionné précédemment, la formation de l'ailette effectuée par les disques en rotation rapide constitue un processus de déplacement ou d'extrusion du métal de la pièce, dans les évidements annulaires entre les disques, le métal étant chauffé et amolli par l'engagement des disques avec la pièce. Les. disques eux-mêmes peuvent présenter divers profils différant de celui représenté à la fig. 3.
Avec des. pièces de certains métaux, il est même pos sible de former de petites ailettes par ce procédé en utilisant des disques circulaires dont les bords sont parfaitement unis, le frottement entre ces bords. et la pièce étant suffisant pour chauffer et amollir suffi samment le métal pour permettre son déplacement radial entre les disques. Cependant, la hauteur ra diale des ailettes qui peuvent être formées avec des disques unis est très limitée et le procédé est lent.
On peut former des ailettes beaucoup plus hau tes, et à une plus grande vitesse, si les bords des disques présentent des ondulations, des saillies ou d'autres variations de hauteur constituant les parties d'attaque émoussées qui sont inclinées vers l'arrière et vers l'extérieur sur leur trajectoire circulaire, pour donner une succession de chocs sur la pièce, l'effet de marteau favorisant grandement le chauffage et l'amollissement local du métal et son déplacement pour former l'ailette.
Ainsi, chaque disque représenté à la fig. 3 présente une ondulation périphérique con tinue et symétrique. D'autres formes de disques pos sibles sont représentées aux fig. 6A à 6D.
Le disque représenté à la fig. 6A comprend une série des dents 50 faisant saillie sur une périphérie circulaire 51. Les dents 50 sont symétriques et pré sentent des bords d'attaque 52 doucement incurvés et inclinés vers l'arrière, des sommets plats 53, et des bords arrière 54 qui sont l'image dans un miroir des bords d'attaque. Comme le disque représenté à la fig. 3, le disque selon la fig. 6A présente un profil symétrique et peut fonctionner dans les deux sens, de sorte que sa durée de vie est augmentée de manière correspondante.
Le disque 55 représenté à la fig. 6B comprend une seule dent 56 de même forme que les dents 50 de la fig. 6A, le reste du bord du disque 55 étant circulaire et uni.
Le disque 58 représenté à la fig. 6C comprend des dents 59 de forme générale asymétrique, chaque dent 59 présentant un bord d'attaque 60 doucement incliné se terminant par un sommet 61 arrondi, et un bord de fuite 62 abrupt et qui pourrait même être rentrant. Le disque 58 ne peut donc fonctionner que dans un, sens.
En pratique, le disque 58 peut être constitué par une fraise conventionnelle dont le som met des dents a été meulé pour prendre une forme arrondie douce, et cette fraise peut être mise en rota tion en sens inverse du sens utilisé pour le fraisage, de sorte que les dos des dents constituent des bords d'attaque inclinés vers l'arrière qui frappent le métal de la pièce.
Le disque circulaire 63 représenté à la fig. 6D comprend un bord formé de quatre méplats 64 uni formément espacés le long de sa périphérie, les angles formés par les extrémités adjacentes des mé plats 64 adjacents constituant les parties de choc nécessaire dont les bords d'attaque heurtent la pièce à la manière d'un marteau.
On. peut utiliser beaucoup d'autres formes de pro fils de disques pour produire l'effet de choc sur la pièce, pour former une ou plusieurs zones de choc présentant chacune des bords d'attaque unis inclinés vers l'arrière et vers l'extérieur pour frapper la pièce, et pour chauffer et amollir le métal, le bord d'atta que étant suivi par une partie de fuite d'une plus grande hauteur radiale qui entraine le métal amolli pour former la rainure et déplace ce métal latérale ment.
Le métal déplacé entre deux disques adjacents est alors extrudé entre ceux-ci pour former l'ailette, les faces latérales des parties de fuite des parties de choc adjacentes des disques servant à former et à raffermir l'ailette récemment extrudée jusqu'à ce qu'elle se refroidisse suffisamment pour se tenir d'elle- même. Le procédé peut ainsi se décrire comme une extrusion rotative par chocs et, comme mentionné plus haut,
il permet de former des ailettes de plus grande hauteur que ce n'est possible en utilisant des disques à bords pleins.
Dans la seconde forme d'exécution représentée à la fig. 7, l'appareil comprend, comme dans la pre mière forme d'exécution décrite, le tour 13 et le bâti de support 25 monté sur le chariot 36 du tour, les organes similaires ayant les mêmes indices de réfé rence.
Dans cette forme d'exécution cependant, une ailette longitudinale 70 doit être formée sur la pièce 10, parallèlement à son axe et, en conséquence, la broche 29 qui porte les deux disques 30 est placée de manière que son axe et celui des disques soient placés transversalement par rapport à l'axe de la pièce 10.
Comme précédemment, la broche 29 est entraînée par le moteur 26 au moyen de la courroie 32, mais l'axe du moteur est perpendiculaire à celui représenté à la fig. 1. Comme l'ailette 70 doit être longitudinale, la pièce 10 ne doit pas tourner pen dant la formation de l'ailette et, en conséquence, elle est supportée par un bloc 72 monté sur la base du bâti 25.
En outre, comme le mandrin 21 tourne ordi nairement quand le chariot 36 du tour est déplacé, une bague de roulement 73 est disposée entre une pièce de centrage 74, montée à l'extrémité de la pièce 10, et le mandrin 21 du tour. L'autre extrémité 15 de la pièce est tournée à un plus petit diamètre et est supportée directement par un porte-outil 75 fixé à la tourelle du tour, aucune bague de roulement n'étant nécessaire à cette extrémité.
Les deux disques 30 montés sur la broche 29 peuvent avoir le profil ondulé représenté à la fig. 3 ou tout autre profil représenté aux fig. 6A à 6D. Aucune fraise n'est utilisée avec les disques, et ceux- ci sont disposés de manière que leurs plans soient placés de manière symétrique de chaque côté du plan vertical passant par l'axe de la pièce 10. Lors du fonctionnement, comme précédemment, les dis ques sont avancés pour engager la partie supérieure de la pièce à une extrémité, de sorte que le métal est chauffé et amolli localement par le frottement et les chocs des bords ondulés des disques.
Le chariot 3 6 du tour est lentement déplacé le long de la pièce, de sorte qu'on obtient une unique ailette longitudi nale 70 qui est extrudée entre les deux disques 30 en rotation rapide quand le chariot avance le long de la pièce 10. L'ailette peut être formée complètement d'une extrémité à l'autre de la pièce, et il n'est pas nécessaire de prévoir une partie de guidage effilée aux extrémités de la pièce, car les disques sont sim plement avancés. pour engager le bord de l'extrémité de la pièce pour commencer la formation de l'ailette.
Si l'on désire obtenir plusieurs ailettes longitudi nales espacées selon la circonférence de la pièce, on fera des passes successives le long de la pièce à l'aide des disques 30, la pièce étant tournée de l'angle voulu autour de son axe entre chaque passe successive.
Dans la forme d'exécution représentée aux fig. 8 à 10, on utilise le même procédé que précédemment pour la formation de l'ailette, par déplacement rapide des deux bords espacés sur la pièce. Dans ce cas cependant, les bords ne sont pas constitués par les parties externes de disques coaxiaux, mais par les parties internes d'anneaux coaxiaux 80 entourant la pièce 10.
Les deux anneaux 80 présentent des parties cir culaires internes 81 de forme générale circulaire et sont montés, avec une fraise 82 constituée également par un anneau de même dimension, en une pile en tourée par un certain nombre d'anneaux envelop pants 83 servant à augmenter la longueur axiale de la pile jusqu'à une dimension appropriée. La pile est serrée au moyen de vis 84 entre des anneaux extrê mes 85 présentant des brides 86, de manière à for mer un tambour à l'intérieur duquel les parties péri phériques 81 des anneaux 80 font saillie ainsi que les dents de la fraise 82.
Le tambour est monté pour tourner dans des bagues de roulement 83', 84' qui sont supportées par les côtés d'un pont de support 89 fixé à un plateau de base 90, lui-même monté sur le chariot 36 du tour pour un mouvement longitudinal par rapport à la pièce 10. Le tambour constitué par la pile des anneaux 80', 82, 83 et 85 est ainsi monté rotativement dans le pont 89 et entraîné à haute vitesse autour de l'axe des anneaux 80 par un entrai- nement à courroie 91 à partir d'un moteur électrique 92 monté sur le plateau 90 d'un côté du pont 89.
La pièce 10, qui est montée comme dans la pre mière forme d'exécution selon la fig. 1 entre la pou pée et la contre-poupée du tour pour tourner avec le mandrin, s'étend à travers les anneaux 80, 82, 83 et 85, de sorte que, par un mouvement transversal du chariot du tour, les, parties marginales 81 se pro jetant à l'intérieur des anneaux 80 en rotation rapide puissent être pressées en contact avec la surface de la pièce 10, pendant que cette dernière est mise en rotation par le mandrin. et, tandis que les anneaux 80 sont déplacés lentement le long de la pièce 10 par le mouvement longitudinal du chariot 36 assuré par la vis de commande 37.
On forme ainsi sur la pièce 10 un filet de vis hélicoïdal externe 94 par un procédé analogue à celui utilisé avec les disques et décrit en rapport à la fig. 1, sauf que, dans le cas présent, les bords internes des anneaux 80 qui entou rent la pièce 10 sont utilisés pour amollir le métal et le déplacer radialement vers l'extérieur sous forme d'une ailette hélicoïdale.
Les diamètres internes des anneaux 80 et de la fraise 82 doivent être nettement plus grands. que le diamètre externe de la pièce 10 et, en pratique, le diamètre interne des bords des anneaux est ordinai rement égal à deux fois au moins le diamètre initial de la pièce 10. Comme précédemment, les bords des parties marginales 81 en saillie des anneaux 80 sont toutes formées selon un modèle déterminé d'ondula tions radiales ou de saillies, constituant dans ce cas la réciproque de l'arrangement asymétrique des dents du disque 58 (fig. 6C).
Comme on le voit à la fig. 9, le bord interne de chaque disque 80 est formé d'une série de dents radiales 95 en saillie vers l'intérieur présentant chacune un bord d'attaque 96 incliné vers l'arrière et vers l'intérieur et un bord de fuite 97 plus abrupt, séparés par un sommet 98 doucement ar rondi.
La forme d'exécution selon les fig. 8 à 10, utili sant des anneaux rotatifs qui entourent la pièce 10 dans le but de former une ailette externe extrudée autour de cette pièce, permet évidemment de former des ailettes circonférentielles aussi bien qu'une ailette hélicoïdale, et dans les deux cas il est possible de former simultanément deux ou plus de deux ailettes en employant le nombre voulu d'anneaux 80.
En outre, cette forme d'exécution. présente l'avantage que les paliers de support pour les anneaux 80 à rotation rapide peuvent être beaucoup plus grands et plus résistants que dans le cas de disques rotatifs, de sorte que ces paliers sont capables de résister à des pres sions beaucoup plus fortes dues à la réaction de la pièce pendant la formation de l'ailette.
Cela permet d'utiliser l'appareil pour la formation d'ailettes dans des métaux ou des alliages plus durs ou présentant un point de fusion plus élevé que l'alliage Magnox, par exemple dans du cuivre ou de l'acier ou d'autres métaux ductiles et malléables. On peut supposer, par exemple, que pour la formation d'une ailette sur une pièce d'acier, il est essentiel d'utiliser des anneaux tels que les anneaux 80 à la place de disques, sim plement en tenant compte des supports plus robustes qui peuvent être utilisés.
Dans toutes les formes d'exécution décrites et représentées, on a utilisé une pièce tubulaire. On a trouvé dans certains cas que, en utilisant des disques ou des anneaux présentant des bords ondulés ou irréguliers pour assurer l'effet de choc sur le métal et favoriser la formation de l'ailette, i1_ peut se for mer de petites nervures circonférentielles. internes dans le trou de la pièce tubulaire.
Si de telles ner vures internes ne peuvent être tolérées et si un trou uni précis est nécessaire, la formation de ces nervu res doit être empêchée par l'insertion d'un mandrin plein s'ajustant étroitement dans le trou de la pièce tubulaire. De plus, les divers appareils décrits peu vent être utilisés également pour former des ailettes sur des barres cylindriques pleines et non sur des tubes.
Bien qu'on ait décrit et représenté des bords rota tifs de l'outil sous forme de disques ou d'anneaux séparés, il est certain que l'outil peut également avoir la forme d'un moyeu ou d'un tambour cylindrique comprenant une série de brides annulaires coaxiales espacées, d'une pièce avec le moyeu ou le tambour, faisant saillie à l'extérieur ou à l'intérieur, selon le cas.
L'outil peut également avoir la forme d'une chaîne ou d'un. ruban tournant autour de poulies ou de roues à chaîne et poussé en engagement avec la pièce. On peut utiliser, par exemple, une scie à ruban double présentant des dents arrondies, entraî née dans le sens inverse du sens utilisé pour la coupe.
Method for forming a fin of a block on the surface of a workpiece, apparatus for carrying out this method and a workpiece obtained by this method The present patent includes a method for forming a fin of a block on the surface. of a part made of a material which softens upon heating and can be extruded, for example to form a fin on metallic cylindrical bars or tubes.
It is known to roll a net onto a metal bar using a number of small diameter rotating discs freely mounted on a spindle by means of which the edges of the discs are pressed against the surface of the slowly rotating bar. A similar process has been tried using freely mounted discs of a larger diameter than the previous ones to roll thin and deep fins onto a bar or tube, but without success.
The method forming the subject of one of the inventions is characterized in that a tool is pushed into contact with the part, the parts of which engaging the part comprise at least two spaced apart parallel edges which are moved at high speed relative to the part. in their plane and practically tangentially to the surface of the part, said edges being separated by an elongated space, so as to produce local heating and softening of the material of the part,
and moving the softened material outwardly into said space to form a protruding fin on the initial surface of the part.
The apparatus for carrying out the present method is characterized in that it comprises means for supporting the workpiece, a tool holder for a tool having at least two parallel blunt edges, separated by an elongated space, means for moving these edges in their plane at high speed relative to the part,
and means for advancing the tool in order to press the movable edges in a generally tangential direction against the surface of the workpiece.
The part obtained by the present method can be a bar or a tube having at least one outer fin in a single block.
The drawing represents, by way of example, three forms, and variants of execution of the apparatus for the setting. #work of the claimed process.
Fig. 1 is a perspective view of the first embodiment.
Fig. 2 is a schematic view illustrating an implementation of the method with the apparatus shown in FIG. 1.
Fig. 3 shows a disk used in this embodiment.
Fig. 4 is a section through two discs and a knife used in this embodiment.
Fig. 5 is a section similar to that of FIG. 4 showing a variant.
Figs. 6A to 6D show various shapes of discs used in this embodiment.
Fig. 7 is a perspective view of the second embodiment.
Fig. 8 is a perspective view of the third embodiment. Fig. 9 is a view of members shown in FIG. 8.
Fig. 10 is a section along X-X of FIG. 9. In the embodiment shown in FIGS. 1 to 5, the apparatus is intended to form a continuous helical fin on a part constituted by a bar or a cylindrical tube of a light alloy, for example the alloy of magnesium and beryllium known under the name of Magnox.
The part to be treated 10 is mounted between a louse 11 and a tailstock 12 of a revolver 13 to be threaded. The two ends 14 and 15 of the part 10 are turned to a diameter smaller than that of the initial part shown at 16 (fig. 2).
The end 14 of the part 10 is split at 17 and a pin 18 of a centering part 19 is inserted into a hole at the end of the part 10 and carries a transverse driving pin 20 which engages it. in the slot 17. The centering piece 19 is mounted on the mandrel 21 of the doll 11, so that the part 10 turns under the action of the mandrel.
The other end 15 of the part 10 is also centered by a centering part 22 which is mounted in a rolling ring 23 carried by the tailstock 12, so as to support the end 15 of the part and allow it to turn.
A transverse carriage 24 of the lathe carries a frame 25 in the upper part of which is mounted an electric motor 26. The frame 25 also carries tabs 27 directed downwards and a block 28 forming bearings and in which are mounted the ends of the lathe. 'a spindle 29. Two coaxial discs 30 and a milling cutter 31 are rigidly mounted on the spindle 29 to rotate with it, the spindle being driven at high speed by the motor 26 via a belt 32.
The axis of the spindle is disposed slightly above, and to the side with respect to the axis of the part 10, so that, by a transverse movement of the carriage 24, the edges of the rotating discs can be advanced. in contact with the workpiece surface 10.
Each disc 30 (Fig. 3) has a gently wavy edge comprising a series of radially projecting portions each having a continuous leading edge 33 inclined rearwardly and outwardly with respect to the direction of travel. from the edge, and a shock portion 33 'whose leading edge 33 engages the metal of the part in the manner of a hammer.
The peripheral edges of the two discs 30 are spaced apart from each other (Fig. 4) to define between them a deep annular recess 34 whose depth and cross section correspond to those desired of the finished fin.
It should be noted that, in fig. 1 and 4, the width of the clearance between the edges of the two discs 30 has been considerably exaggerated for clarity of the drawing, since in general the fins are much thinner in relation to their height than would be the case with the discs shown. and the recess 34 is much narrower. The cutter 31, which is located behind the rearmost disc 30, also defines with this disc a second similar recess 35.
During operation, the mandrel 21 of the lathe, and with it the part 10, is rotated slowly around its longitudinal axis at a speed between 14 and 100 revolutions / min, while a second carriage 36 of the lathe is slowly and automatically moved along the part 10 by means of a control screw 37. At the same time, the tool constituted by the discs 30 and the milling cutter 31 is advanced in contact with the surface of the part 10 by the transverse movement of the carriage 24, while the disks 30 rotate at high speed, for example at 4500 revolutions / min.
The repeated shocks and friction heat the metal of the part 10, in the area adjacent to the discs, to a temperature sufficient to soften the metal, for example between 400 and 5000 C. The movement of the carriage 24 causes the spaced edges of the discs 30 bite into the surface of workpiece 10, the softened metal thereof being displaced from both sides of each disc and extruded radially outward into the annular recess 34 to form a fin which, during slack longitudinal event of the carriage 36, is gradually formed into a continuous helix 38 with a corresponding pitch and a section and a height equal to the section and to the depth of the annular recess 34.
A lubricant is continuously directed onto the contact faces of the discs 30 and of the part 10 through nozzles, one of which is visible at 39 in FIG. 1.
To promote the formation of the helical fin 38, the axis of the spindle 29 on which the disks 30 are mounted is preferably inclined at a small angle, corresponding to the angle of attack of the 'propeller :, so that the planes of the faces of the disks 30 are approximately parallel to the faces of the fin 38 with which they are in contact.
The opposite faces of each disc 30 in the peripheral region are shown parallel to each other in FIG. 4, but, in some cases, to facilitate the entry and withdrawal of the discs 30 in the groove formed between the successive turns of the blade 38, and also to decrease the friction, the discs may be slightly thicker at their extreme peripheral parts.
Alternatively, if it is desired to obtain a fin with a flared cross-section, the marginal parts of the discs 30 may themselves have a flared section in the external direction to define between them a recess 34 which is wider. at its outer part than at its base.
The role of the circular miller 31, also mounted on the spindle 29 behind the two discs 30, is to enter the helical groove formed between the successive turns of the fin 38 and to cut the base of the groove precisely. square or other shape determined by the shape of the edges of the cutting teeth. For this purpose, the cutter 31 has approximately the same radius and the same thickness as each of the discs 30 and is mounted just behind the rear disc 30 and axially spaced therefrom the required distance.
A continuous helical fin of extremely precise dimensions is thus formed on a bar or tube, the fin being formed extremely rapidly by a process analogous to an extrusion which does not produce any metal chips, except for a few chips due to the size. the cutter 31. It should also be noted (FIG. 2) that the periphery radius of the fin formed is greater than that of the initial part 10 itself, while the thickness of the fin can be very thin.
With a Magnox bar or tube with a diameter of 41.5 mm, one. can easily obtain a fin that is 13 mm deep and only a few hundredths of a millimeter thick.
It is preferable that the discs 30 and the parts 10 rotate in the opposite direction. However, as the speed of rotation of the part 10 is very low compared to that of the discs 30, satisfactory results are also obtained when the part and the discs rotate in the same direction, the relative angular speed between them not exhibiting not a very different value in either case. The part 10 can advantageously rotate at 72 revolutions / min, a speed easily obtained with a threading lathe.
To complete the formation of the fin, the rotating discs are simply advanced into contact with the cylindrical surface of the workpiece at one end and pressed inward as the metal heats and softens. It is not necessary to provide a tapered end part on the part 10 to guide the disks in the part.
The apparatus described, using the train of two disks shown in FIG. 4, produces a single helical vane. If it is desired to obtain a circumferential fin, it suffices to remove the cutter 31 and advance the discs in the side of the rotating part 10 without rotating the control screw 37, so that it does not There is no axial movement of the discs relative to the part. The axis of the spindle 29 is preferably parallel to the axis of the part 10. By using a large number of discs 30, all arranged side by side on the common spindle 29, a large number of circumferential fins are obtained simultaneously. .
If we use n discs, we obtain n-1 fins simultaneously.
The variant shown in FIG. 5 shows a train of disks 30A which can also be used on the spindle. 29 of fig. 1 when it is slightly oblique with respect to the axis of rotation. of part 10. This train comprises three discs 30A followed by two cutters 31A. The. discs 30A have the same profile as the discs 30 of FIGS. 1 to 4, but it should be noted that the annular recess 41 between the two rearmost discs is radially deeper than the recess 42 between the two head discs, although the diameters of the three discs are equal.
As a result, when the rapidly rotating discs are pressed into the surface of the slowly rotating workpiece 10, while being moved longitudinally along it, two helical fins are formed on the workpiece, the two fins are formed. having an equal diameter at their base, but one of these fins having a radial height greater than that of the other, these heights corresponding to the different depths of the annular recesses 41 and 42.
The two cutters 31A are arranged so as to enter the two helical grooves, which are formed between the fins, to cut the bases of these grooves.
As mentioned earlier, the fin formation effected by the rapidly rotating discs is a process of moving or extruding the metal from the part, into the annular recesses between the discs, with the metal being heated and softened by the engagement. discs with the part. The. discs themselves can have various profiles different from that shown in FIG. 3.
With some. parts of some metals, it is even possible to form small fins by this process using circular discs whose edges are perfectly united, the friction between these edges. and the part being sufficient to heat and soften the metal sufficiently to allow its radial displacement between the discs. However, the radial height of the fins which can be formed with united discs is very limited and the process is slow.
Much higher fins can be formed, and at a greater speed, if the edges of the discs exhibit corrugations, protrusions or other variations in height constituting the blunt leading portions which are tilted back and forth. outwards on their circular path, to give a succession of impacts on the part, the hammer effect greatly favoring the heating and local softening of the metal and its displacement to form the fin.
Thus, each disc shown in FIG. 3 has a continuous and symmetrical peripheral corrugation. Other possible disc shapes are shown in FIGS. 6A to 6D.
The disc shown in fig. 6A includes a series of teeth 50 protruding from a circular periphery 51. Teeth 50 are symmetrical and have gently curved and backward sloping leading edges 52, flat tops 53, and trailing edges 54 which are the mirror image of the leading edges. As the disc shown in fig. 3, the disc according to FIG. 6A has a symmetrical profile and can work in both directions, so its service life is correspondingly increased.
The disc 55 shown in FIG. 6B comprises a single tooth 56 of the same shape as the teeth 50 of FIG. 6A, the remainder of the edge of the disc 55 being circular and even.
The disc 58 shown in FIG. 6C comprises teeth 59 of generally asymmetrical shape, each tooth 59 having a gently inclined leading edge 60 ending in a rounded top 61, and a steep trailing edge 62 which could even be re-entrant. The disc 58 can therefore only operate in one direction.
In practice, the disc 58 can be constituted by a conventional milling cutter, the tip of which has been ground to take a smooth rounded shape, and this milling cutter can be rotated in the opposite direction to the direction used for milling, so that the backs of the teeth constitute leading edges sloping backwards which strike the metal of the part.
The circular disc 63 shown in FIG. 6D comprises an edge formed of four flat flats 64 evenly spaced apart along its periphery, the angles formed by the adjacent ends of the adjacent flats 64 constituting the necessary impact portions whose leading edges strike the workpiece in the manner of a hammer.
We. can use many other shapes of disc pro son to produce the impact effect on the part, to form one or more impact zones each having united leading edges inclined backwards and outwards to strike the workpiece, and to heat and soften the metal, the leading edge being followed by a trailing portion of greater radial height which causes the softened metal to form the groove and displaces this metal laterally.
Metal displaced between two adjacent discs is then extruded between them to form the fin, the side faces of the trailing portions of the adjacent impact portions of the discs serving to form and firm the newly extruded fin until 'she cools down enough to hold on to herself. The process can thus be described as a rotary impact extrusion and, as mentioned above,
it makes it possible to form fins of greater height than is possible by using discs with solid edges.
In the second embodiment shown in FIG. 7, the apparatus comprises, as in the first embodiment described, the lathe 13 and the support frame 25 mounted on the carriage 36 of the lathe, the similar members having the same reference numbers.
In this embodiment, however, a longitudinal fin 70 must be formed on the part 10, parallel to its axis and, accordingly, the pin 29 which carries the two discs 30 is positioned so that its axis and that of the discs are placed transversely to the axis of the part 10.
As before, the spindle 29 is driven by the motor 26 by means of the belt 32, but the axis of the motor is perpendicular to that shown in FIG. 1. As the fin 70 must be longitudinal, the part 10 must not rotate during the formation of the fin and, therefore, it is supported by a block 72 mounted on the base of the frame 25.
Further, as the mandrel 21 ordinarily rotates when the lathe carriage 36 is moved, a rolling ring 73 is disposed between a centering piece 74, mounted at the end of the part 10, and the mandrel 21 of the lathe. The other end 15 of the workpiece is turned to a smaller diameter and is supported directly by a tool holder 75 attached to the turret of the lathe, no bearing race being required at this end.
The two discs 30 mounted on the spindle 29 may have the corrugated profile shown in FIG. 3 or any other profile shown in FIGS. 6A to 6D. No cutter is used with the discs, and they are arranged so that their planes are placed symmetrically on each side of the vertical plane passing through the axis of the part 10. During operation, as before, the Discs are advanced to engage the top of the work at one end, so that the metal is heated and softened locally by the friction and impact of the wavy edges of the discs.
The lathe carriage 36 is slowly moved along the workpiece, so that a single longitudinal fin 70 is obtained which is extruded between the two rapidly rotating discs 30 as the carriage advances along the workpiece 10. L The fin can be formed completely from one end of the part to the other, and it is not necessary to provide a tapered guide part at the ends of the part, since the discs are simply advanced. to engage the edge of the end of the part to begin forming the fin.
If it is desired to obtain several longitudinal fins spaced according to the circumference of the part, successive passes will be made along the part using the discs 30, the part being rotated by the desired angle around its axis between each successive pass.
In the embodiment shown in FIGS. 8 to 10, the same process as above is used for the formation of the fin, by rapidly moving the two spaced edges on the part. In this case, however, the edges are not formed by the external parts of coaxial discs, but by the internal parts of coaxial rings 80 surrounding the part 10.
The two rings 80 have internal circular parts 81 of generally circular shape and are mounted, with a cutter 82 also constituted by a ring of the same size, in a stack in toured by a number of enveloping rings 83 serving to increase the axial length of the stack to an appropriate dimension. The stack is clamped by means of screws 84 between end rings 85 having flanges 86, so as to form a drum inside which the peripheral parts 81 of the rings 80 protrude as well as the teeth of the cutter 82. .
The drum is mounted to rotate in rolling rings 83 ', 84' which are supported by the sides of a support bridge 89 attached to a base plate 90, itself mounted on the lathe carriage 36 for movement. longitudinal with respect to the part 10. The drum formed by the stack of rings 80 ', 82, 83 and 85 is thus mounted rotatably in the bridge 89 and driven at high speed around the axis of the rings 80 by a drive belt 91 from an electric motor 92 mounted on deck 90 on one side of deck 89.
The part 10, which is mounted as in the first embodiment according to FIG. 1 between the spindle and the tailstock of the lathe to rotate with the mandrel, extends through the rings 80, 82, 83 and 85, so that, by a transverse movement of the lathe carriage, the marginal parts 81 projecting inside the rapidly rotating rings 80 can be pressed into contact with the surface of the workpiece 10, while the latter is rotated by the mandrel. and, while the rings 80 are moved slowly along the part 10 by the longitudinal movement of the carriage 36 provided by the control screw 37.
An external helical screw thread 94 is thus formed on the part 10 by a process similar to that used with the discs and described with reference to FIG. 1, except that, in this case, the inner edges of the rings 80 which surround the part 10 are used to soften the metal and move it radially outward in the form of a helical fin.
The internal diameters of the rings 80 and of the cutter 82 should be significantly larger. that the external diameter of the part 10 and, in practice, the internal diameter of the edges of the rings is usually equal to at least twice the initial diameter of the part 10. As before, the edges of the marginal parts 81 projecting from the rings 80 are all formed according to a determined model of radial undulations or protrusions, constituting in this case the reciprocal of the asymmetrical arrangement of the teeth of the disc 58 (FIG. 6C).
As seen in fig. 9, the inner edge of each disc 80 is formed of a series of inwardly projecting radial teeth 95 each having a leading edge 96 inclined rearwardly and inwardly and a trailing edge 97 more steep, separated by a gently rounded top 98.
The embodiment according to FIGS. 8 to 10, using rotating rings which surround part 10 for the purpose of forming an outer fin extruded around this part, obviously allows circumferential fins to be formed as well as a helical fin, and in both cases it is possible to simultaneously form two or more fins by employing the desired number of rings 80.
In addition, this embodiment. has the advantage that the support bearings for the fast rotating 80 rings can be much larger and stronger than in the case of rotating discs, so that these bearings are able to withstand much higher pressures due to the reaction of the part during the formation of the fin.
This allows the apparatus to be used for forming fins in metals or alloys which are harder or have a higher melting point than Magnox alloy, for example in copper or steel or other ductile and malleable metals. It can be assumed, for example, that for the formation of a fin on a piece of steel it is essential to use rings such as rings 80 instead of discs, just taking into account the more robust supports. that can be used.
In all the embodiments described and shown, a tubular part has been used. It has been found in some instances that by using discs or rings having wavy or irregular edges to provide the impact effect on the metal and to promote fin formation, small circumferential ribs can be formed. internal in the hole of the tubular part.
If such internal ribs cannot be tolerated and a precise solid hole is required, the formation of such ribs must be prevented by inserting a solid mandrel which fits tightly into the hole of the tubular part. In addition, the various devices described can also be used to form fins on solid cylindrical bars and not on tubes.
Although rotating edges of the tool have been described and shown in the form of separate discs or rings, it is certain that the tool can also be in the form of a hub or a cylindrical drum comprising a series of spaced coaxial annular flanges, integral with the hub or drum, projecting outward or inward, as appropriate.
The tool can also be in the form of a chain or a. tape rotating around pulleys or chain wheels and pushed into engagement with the work. One can use, for example, a double band saw having rounded teeth, driven in the direction opposite to the direction used for the cut.