Procédé de formation à froid d'un article métallique comportant une tête et une tige La présente invention a pour objet un procédé de formation à froid d'un article métallique com portant une tête et une tige.
On connaît de tels procédés dans lesquels on uti lise des matrices d'extrusion où le passage du dia mètre de l'ébauche au diamètre du corps extrudé est constitué par un épaulement ayant une conver gence conique droite. Dans de tels procédés les ma trices nécessitaient, lorsqu'il s'agit d'ébauches dé coupées dans des tringles ou des tiges d'acier, des pressions pour l'extrusion de l'ébauche tellement élevées que l'ébauche avait tendance à se gonfler dans la cavité de la matrice et à s'écorcher contre les parois latérales de celles-ci. Les risques d'une rupture de la matrice, d'un grippage de la pièce à l'intérieur de la matrice, ainsi que d'autres problè mes se posant au cours de tels procédés rendaient pratiquement impossible une réduction de section de plus de 50 %.
Le but de l'invention est d'empêcher le gonfle ment de la portion non extrudée de l'ébauche à l'intérieur de la matrice au cours de l'extrusion, d'empêcher également le coincement et permettre que la partie extrudée puisse être facilement et rapi dement enlevée de la matrice. On peut ainsi effec tuer l'extrusion sur des machines à fonctionnement rapide pour réaliser une production des pièces extru dées avec un débit relativement élevé.
Le procédé objet de l'invention est caractérisé en ce qu'on part d'une ébauche cylindrique présen tant une section transversale égale au moins au double de la section transversale de la tige à former, en ce qu'on applique sur toute la surface d'une extré mité de l'ébauche une pression assurant l'écoulement du métal à travers un orifice de matrice de manière à extruder ladite tige, l'ébauche étant placée dans une première cavité présentant une paroi cylindri- que et une surface de révolution définie par une génératrice courbe tournant autour de l'axe de la cavité et qui, à une extrémité, est tangente à la paroi cylindrique de la cavité et, à l'autre extrémité, se raccorde audit orifice,
la partie intermédiaire au moins de la génératrice courbe présentant un rayon de courbure non supérieur à la différence entre le diamètre de la cavité et le diamètre de l'orifice et non inférieur à la moitié de cette différence, en ce qu'on arrête l'application de ladite pression quand le volume de la partie non travaillée de l'ébauche est égal à celui de la tête, en ce qu'on place l'ébau che obtenue dans une seconde matrice pourvue d'un épaulement présentant une configuration différente de celle de ladite surface de révolution et disposé entre la cavité devant former ladite tête et l'orifice contenant la tige, et en ce qu'on façonne la tête.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, deux mises en aeuvre du procédé objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en élévation d'un article obtenu dans la première mise en #uvre.
La fig. 2 est une vue en élévation de l'ébauche à partir de laquelle l'article représenté sur la fig. 1 peut être formé.
La fig. 3 représente la forme de l'ébauche après l'extrusion d'une partie de celle-ci.
La fig. 4 représente la forme de l'ébauche ayant subi un usinage ultérieur.
La fig. 5 est une coupe représentant une matrice d'extrusion utilisée pour cette mise en aeuvre.
La fig. 6 est une coupe montrant une matrice dé retenue et un poinçon de refoulement servant pour une opération ultérieure de formage.
La fig. 7 est une coupe montrant la matrice de retenue de la fig. 6 et un poinçon de refoulement final. La fig. 8 est une vue d'une ébauche utilisée dans la seconde mise en oeuvre.
La fig. 9 représente l'ébauche après l'extrusion de sa tige.
La fig. 10 est une vue de l'ébauche après le for mage partiel de sa tête.
La fig. 11 est une vue d'un boulon terminé moins le filetage.
La fig. 12 est une coupe d'une matrice d'extru sion servant à former l'ébauche représentée à la fig. 9.
La fig. 13 est une vue en coupe d'une matrice de retenue et d'un poinçon à extruder la tête, servant au formage de la tête montrée sur la fig. 10.
La fig. 14 est une coupe de la matrice de retenue de la fig. 13 et d'un poinçon à former la tête servant pour la conformation finale de la tête de l'article apparaissant sur la fig. 11.
Sur la fig. 1, on voit un article 10, constituant un exemple typique des pièces pouvant être formées par le procédé décrit, et les fig. 2 à 7 montrent les phases successives de la fabrication de cet article. L'article 10 comprend une tête cylindrique 12 ayant à une extrémité un rebord 14 de plus grand diamètre et une tige allongée 16 de plus petit diamètre dépas sant de son autre extrémité. L'article 10 est un élé ment servant à la fabrication d'électro-aimants et représente un bon exemple d'une pièce qui devait antérieurement être fabriquée sur des machines pour boulonnerie.
Selon le procédé mis en aeuvre, on sectionne une ébauche cylindrique 17, telle que représentée sur la fig. 2, d'une longueur déterminée à partir d'une barre de matériau (non représentée) ayant le diamètre désiré. De préférence, le volume de l'ébauche ainsi sectionnée est sensiblement égal au volume de l'article que l'on désire former, bien que dans certains cas il puisse être nécessaire ou souhaitable que l'ébauche ait un volume plus impor tant que l'article terminé, mais un des avantages principaux du procédé réside justement en ce que, dans la plupart des cas, un tel supplément de maté riau n'est pas exigé.
Après avoir coupé l'ébauche 17, on la place dans une matrice à extrusion 18, repré sentée sur la fig. 5, et on extrude la tige 16 de l'article, en laissant une tête 19 pratiquement non façonnée (comme on le voit sur la fig. 3).
Sur les fig. 5 à 7 et 12 à 14, on ne voit que les filières des matrices, mais, dans la pratique, ces filières sont disposées dans des coquilles de matri ces. Pour une raison de commodité, on va cependant appeler ces filières matrices .
Sur la fig. 5, la matrice d'extrusion 18 comprend un bloc présentant une cavité ayant une paroi cylin drique 20 et dont le diamètre Dl est suffisant pour recevoir l'ébauche 17, la longueur de la portion cylindrique 20 étant cependant légèrement plus grande que celle de l'ébauche 17.
L'extrémité inté rieure de la cavité comporte une surface 21 de forme concave et convergeant vers l'orifice d'extrusion 22 dont le diamètre Dz est sensiblement égal à celui de la tige<B>16.</B> La section cylindrique définissant l'ori fice 22 est de préférence relativement courte et débouche dans une cavité de réception 24 ayant un diamètre légèrement plus grand que l'orifice et dans laquelle la tige extrudée 16 peut s'avancer libre ment au cours de l'extrusion.
Le rayon exact de la courbure de l'épaulement 21 est indiqué par R qui peut varier dans une assez grande mesure. En général, on préfère que ce rayon soit relativement important lorsqu'on extrude des métaux alliés durs, ou lorsque la forme du produit final n'exige pas une transition très prononcée entre la tête et la tige. L'expérience a démontré que le rayon de courbure R ne doit pas être supérieur à la différence entre le diamètre Dl de la grande sec tion cylindrique 20 et le diamètre D= de la sec tion 22 définissant l'orifice. Dans certaines circons tances, notamment lorsqu'on façonne des métaux plus doux ou pour d'autres raisons, il peut être avan tageux que le rayon de courbure de la portion de paroi 21 soit aussi petit que possible.
La demande resse a constaté que ce rayon de courbure ne doit pas descendre au-dessous de la moitié de la diffé rence des diamètres Dl et D2, autrement dit ce rayon de courbure ne doit pas être inférieur à courbe 21 se raccorde tangentiellement avec la
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Il est essentiel en outre que la surface paroi cylindrique 20.
Pour refouler une portion de l'ébauche 17 à tra vers l'orifice 22 et extruder ainsi la tige 16, on appli que à l'ébauche une pression longitudinale à l'aide d'un poinçon 28. La surface courbe 21 de la matrice d'extrusion 18 exerce sur l'ébauche une action de retenue telle que, pendant que l'ébauche est refoulée à travers la matrice, sa surface soit refoulée en premier lieu vers l'intérieur, c'est-à-dire vers l'axe de la pièce, suivant une courbe convexe régulière, et ensuite de tourner de façon abrupte pour s'écou ler parallèlement à cet axe. La paroi latérale de l'ébauche à l'intérieur de la portion de la matrice délimitée par la paroi cylindrique 20 est évidemment empêchée par la matrice de subir une déformation notable au cours de l'extrusion.
L'extrusion est ter minée lorsqu'une quantité suffisante de métal a été refoulée à travers l'orifice 22 pour former la tige de l'article désiré et lorsque la tête non façonnée 19 a un volume sensiblement égal à celui que devra avoir la tête 12 de l'article fini. On enlève ensuite l'article partiellement formé 30 de la matrice d'extru sion l'8 en retirant d'abord le poinçon 28 et en poussant ensuite l'article 30 vers l'extérieur hors de la matrice à l'aide d'une tige de démoulage 29, après quoi on transfère l'article au poste suivant pour le second stade de façonnage.
Dans cette première mise en oeuvre, on transfère l'article partiellement conformé 30 de la matrice d'extrusion 18 à une matrice de conformation 34, représentée sur la fig. 6, dont la cavité a une confi guration se conformant à celle de l'article fini 12. La cavité de la matrice 34 est constituée par une portion 36 recevant la tige et une portion 38 recevant la tête. La partie de la cavité 38 présente dans ce cas un fond plan et la face de la matrice comporte un bord évidé 40 entourant la cavité 38 et dont la forme épouse celle du rebord 14 que doit avoir l'article terminé 10. La portion de la cavité 38 a la même longueur que la tête 12 de l'article, et lors qu'on a introduit l'ouvrage 30 dans la matrice 34, une portion de la tête 19 dépasse hors de la matrice.
Après avoir introduit l'ouvrage 30 dans la matrice de conformation 34, on frappe un coup sur l'extrémité de la tête 19 pour la forcer vers l'inté rieur de la matrice et obliger ainsi l'ouvrage à com bler l'angle annulaire 41 de la cavité de la matrice pour former l'épaulement plan que devra présenter l'article terminé 10. Ce coup peut être appliqué à l'aide d'un poinçon 42 ayant une face plane 44 pré sentant un évidement cylindrique peu profond 46 d'un diamètre suffisant pour recevoir et restreindre l'extrémité extérieure de la tête 19 de l'ouvrage pendant l'application de ce premier coup. Ce pre mier coup provoque un léger épanouissement de l'extrémité extérieure de l'ouvrage, comme on le voit en 48 sur la fig. 4, à l'intérieur de la cavité 40.
Comme on le voit sur la fig. 7, on donne ensuite à l'ouvrage un autre coup avec un second poinçon 56 ayant une face plate 58 pour compléter le refoule ment de l'extrémité extérieure de l'ouvrage dans la portion 40 de la cavité de la matrice, en parache vant ainsi la formation du rebord 14 de l'article 10. On retire ensuite le poinçon 56 et on sort l'article terminé 10 de la matrice 34 à l'aide d'une tige de démoulage 60.
On a déjà essayé de produire des articles ayant une grande tête et une plus petite tige, en extrudant la tige à partir d'une ébauche, mais les procédés d'extrusion antérieurement connus ne pouvaient pas recevoir d'utilisation à l'échelle industrielle pour des articles ayant les dimensions comparables à celles dont il est question ici. Jusqu'à présent, comme indi qué précédemment, on procédait à l'extrusion dans des matrices dont la cavité recevant l'ébauche pré sentait une surface conique convergeant vers l'ori fice à travers lequel on extrudait la tige.
Si l'on compare ces procédés antérieurs aux extrusions réalisées dans une matrice à fond courbe, comme c'est le cas dans le procédé décrit, on peut dire que ces procédés antérieurs nécessitaient des pressions beaucoup plus importantes pour réaliser l'extrusion, ce qui entraînait l'utilisation d'un équipement plus onéreux et, bien entendu, une consommation d'éner gie plus importante.
La plus grande facilité d'extru sion par la mise en oeuvre de matrices à fond courbe ressort de façon frappante en comparant les résul tats des divers essais, notamment du point de vue de la pression nécessaire pour réaliser une réduc tion donnée dans une telle matrice par rapport à la pression nécessaire pour obtenir la même réduction dans une matrice à fond conique présentant une convergence de 15 par rapport à l'axe de la matrice. La pression nécessaire dans une matrice à fond courbe pour réaliser cette réduction est de 7,2 tonnes, tandis que dans une matrice à fond conique cette pression doit être de 13,5 tonnes.
Outre la réduction notable de la pression rendue possible par la mise en pauvre du présent procédé, la vie utile de la matrice d'extrusion est considéra blement prolongée. Lorsqu'on utilise des matrices à fond conique, leur vie utile diminue progressive ment et assez rapidement lorsqu'on effectue des réductions supérieures à 40 ou 50 %. On pense que ceci est dû à l'usure ou à l'érosion de l'épaulement conique sur la superficie venant initialement en contact avec l'ébauche,
se traduisant par une aug mentation graduelle de la résistance de frottement s'opposant au déplacement du métal et, finalement, par une rupture prématurée de la matrice. Au con traire, les matrices selon le présent procédé, utilisées pour effectuer des réductions de 70 et même de 80 0/0, ont une vie utile relativement longue.
Dans la deuxième mise en oeuvre, illustrée par les fig. 8 à 14, on obtient un article 68 destiné à donner après filetage un boulon à six pans à tête et du type à rondelle d'espacement. Comme on le voit sur la fig. 11, un tel article, après avoir été soumis aux opérations d'extrusion et de formage de tête, comprend une tige allongée 70 et une tête hexa gonale 72 présentant une base élargie formant une rondelle d'espacement 74, venue de matière avec la tête proprement dite. Tout d'abord, on sectionne une ébauche cylindrique 76 (fig. 8) de longueur détermi née à partir d'un matériau ayant sensiblement le même diamètre que la distance entre les sommets de la tête 72.
Le volume de l'ébauche 76 est de pré férence sensiblement égal au volume de l'article 68 que l'on veut former. On place d'abord l'ébauche 76 dans une matrice d'extrusion 78, telle qu'on le voit sur la fig. 12, ayant une cavité constituée par une portion à paroi droite 80 d'un diamètre Ds tout juste suffisant pour admettre l'ébauche 76 et d'une lon gueur légèrement plus grande que celle de cette ébauche. L'extrémité intérieure de la cavité de la matrice se présente sous la forme d'une surface incurvée concave 82 se terminant en un orifice d'extrusion circulaire 84 d'un diamètre D4 sensible ment égal au diamètre de la tige 70.
La matrice d'extrusion est similaire à celle de la fig. 5 et ne sera pas décrite une nouvelle fois.
Comme il a été précédemment expliqué, on appli que à l'ébauche 76 une pression longitudinale à l'aide d'un poinçon 92 que l'on fait progresser jus qu'à une position limite déterminée à l'intérieur de la cavité de la matrice de façon à extruder une portion déterminée de l'ouvrage, en constituant ainsi l'article partiellement formé 94 que l'on voit sur la fig. 9, ayant une tige de forme allongée 70 présentant sensiblement les dimensions de la tige 70 de l'ébau che du boulon et une tête 96 pratiquement non façonnée, dont le volume est sensiblement égal à celui de l'ensemble de la tête 72 et de la rondelle d'espacement 74 de l'article fini.
Après l'extrusion de la tige 70, on extrait la pièce partiellement terminée 94 de la matrice 78 en utilisant une tige de démoulage 98, et on place la tige 70 dans une matrice de retenue 100 (fig. 13) ayant une ouverture 102 d'un diamètre suffisant pour recevoir de façon serrée la tige 70.
La tête 96 est ensuite mise en prise avec une matrice d'extrusion 104 dont la cavité comporte une portion d'entrée cylin drique 106 d'un diamètre légèrement plus grand que celui de la tête 96 et à l'arrière de laquelle sont formées des surfaces convergentes 107 se raccordant à un orifice hexagonal 108 défini par six méplats 110, la section transversale de l'orifice étant sensible ment identique à celle de la tête six-pans 72.
La longueur de l'orifice<B>108</B> est relativement courte, la cavité s'élargissant (comme on le voit en 114) vers l'intérieur de l'orifice pour empêcher le grippage de la tête lors de l'extrusion à travers cet orifice. La matrice d'extrusion 104 est forcée sur la tête 96 et cette dernière est graduellement extrudée à travers l'orifice 108 pour donner à la tête la forme qu'on lui voit en 116 sur la fig. 10.
Après cela, on façonne la tête 116 pour lui donner sa forme définitive 72 en la frappant avec un poinçon de refoulement 120, comme on le voit sur la fig. 14, ce poinçon ayant une cavité 122 de forme complémentaire à celle de la conformation désirée de la tête terminée. L'extrémité intérieu re 124 de la cavité 122 vient en prise avec l'extré mité de la tête 116 pour refouler le métal de cette tête 116 vers la matrice 100 en obligeant la portion se trouvant en regard de l'évidement 126 destiné à former la rondelle à s'évaser ou à être refoulée de façon à combler cet évidement.
Une fois que la tête 72 et la rondelle 74 sont entièrement formées, on retire le poinçon 120 et on dégage l'ébauche de la matrice 100 à l'aide de la tige de démoulage 98 ou par tout autre moyen. On peut ensuite usiner cet article de la façon désirée.
Les avantages qui ont été énumérés à propos de la fabrication de l'article 10 s'appliquent également à celle de l'article 68. Autrement dit, cet article est susceptible d'être fabriqué à moins de frais et à une vitesse de production plus importante par le présent procédé que par les procédés antérieure ment connus. Un autre avantage notable découlant de la mise en aeuvre de l'invention pour la fabrica- tion de l'article 68 réside en ce que le taux impor tant de réduction de la pièce 76 pour former la tige 70 a pour effet d'augmenter considérablement la résistance à la traction de cette tige.
Il y a lieu de faire remarquer que les articles 68 et d'autres articles fabriqués par le présent procédé présentent une structure de grain presque toujours meilleure que celle obtenue par la fabrication effec tuée par d'autres procédés.
Method of cold forming a metallic article comprising a head and a shank The present invention relates to a method of cold forming a metallic article comprising a head and a shank.
Such processes are known in which extrusion dies are used where the passage from the diameter of the blank to the diameter of the extruded body is constituted by a shoulder having a right conical convergence. In such processes the masters required, when it comes to blanks cut from rods or steel rods, pressures for the extrusion of the blank so high that the blank tended to collapse. swell in the cavity of the matrix and scratch against the side walls thereof. The risks of die breakage, seizure of the part inside the die, as well as other problems arising during such processes made a section reduction of more than 50 virtually impossible. %.
The object of the invention is to prevent swelling of the non-extruded portion of the preform inside the die during extrusion, also to prevent jamming and to allow the extruded part to be able to be removed. easily and quickly removed from the matrix. It is thus possible to effect the extrusion on machines with rapid operation in order to achieve production of the extruded parts with a relatively high throughput.
The method which is the subject of the invention is characterized in that one starts from a cylindrical blank having a cross section equal to at least twice the cross section of the rod to be formed, in that one applies over the entire surface from one end of the blank a pressure ensuring the flow of metal through a die orifice so as to extrude said rod, the blank being placed in a first cavity having a cylindrical wall and a surface of revolution defined by a curved generatrix rotating around the axis of the cavity and which, at one end, is tangent to the cylindrical wall of the cavity and, at the other end, is connected to said orifice,
the intermediate part at least of the curved generatrix having a radius of curvature not greater than the difference between the diameter of the cavity and the diameter of the orifice and not less than half this difference, in that the application of said pressure when the volume of the unworked part of the blank is equal to that of the head, in that the blank obtained is placed in a second die provided with a shoulder having a configuration different from that of said surface of revolution and disposed between the cavity to form said head and the orifice containing the rod, and in that the head is shaped.
The appended drawing illustrates, by way of example, two implementations of the method which is the subject of the invention.
Fig. 1 is an elevational view of an article obtained in the first implementation.
Fig. 2 is an elevational view of the blank from which the article shown in FIG. 1 can be formed.
Fig. 3 shows the shape of the blank after the extrusion of part of it.
Fig. 4 shows the shape of the blank which has undergone subsequent machining.
Fig. 5 is a section showing an extrusion die used for this implementation.
Fig. 6 is a sectional view showing a die-retained die and an upsetting punch serving for a subsequent forming operation.
Fig. 7 is a section showing the retaining die of FIG. 6 and a final delivery punch. Fig. 8 is a view of a blank used in the second implementation.
Fig. 9 shows the blank after the extrusion of its rod.
Fig. 10 is a view of the blank after the partial forming of its head.
Fig. 11 is a view of a finished bolt minus the thread.
Fig. 12 is a section through an extrusion die used to form the blank shown in FIG. 9.
Fig. 13 is a cross-sectional view of a retainer die and a head extruder punch for forming the head shown in FIG. 10.
Fig. 14 is a sectional view of the retention die of FIG. 13 and a punch for forming the head serving for the final shaping of the head of the article shown in FIG. 11.
In fig. 1, an article 10 is seen, constituting a typical example of the parts which can be formed by the method described, and FIGS. 2 to 7 show the successive phases in the manufacture of this article. The article 10 comprises a cylindrical head 12 having at one end a flange 14 of larger diameter and an elongated rod 16 of smaller diameter protruding from its other end. Item 10 is a component used in the manufacture of electromagnets and is a good example of a part which previously had to be manufactured on bolting machines.
According to the process implemented, a cylindrical blank 17 is cut, as shown in FIG. 2, of a length determined from a bar of material (not shown) having the desired diameter. Preferably, the volume of the preform thus severed is substantially equal to the volume of the article desired to be formed, although in some cases it may be necessary or desirable for the preform to have a larger volume as long as it is required to be formed. The article is finished, but one of the main advantages of the process is precisely that, in most cases, such additional material is not required.
After cutting the blank 17, it is placed in an extrusion die 18, shown in FIG. 5, and the rod 16 is extruded from the article, leaving a substantially unshaped head 19 (as seen in Fig. 3).
In fig. 5 to 7 and 12 to 14, we see only the die dies, but, in practice, these dies are arranged in die shells. For convenience, however, we will call these die dies.
In fig. 5, the extrusion die 18 comprises a block having a cavity having a cylindrical wall 20 and whose diameter D1 is sufficient to receive the blank 17, the length of the cylindrical portion 20 being however slightly greater than that of the 'draft 17.
The internal end of the cavity comprises a surface 21 of concave shape and converging towards the extrusion orifice 22, the diameter of which Dz is substantially equal to that of the rod <B> 16. </B> The cylindrical section defining the orifice 22 is preferably relatively short and opens into a receiving cavity 24 having a diameter slightly larger than the orifice and into which the extruded rod 16 can advance freely during the extrusion.
The exact radius of the curvature of the shoulder 21 is indicated by R which can vary to a fairly large extent. In general, it is preferred that this radius be relatively large when extruding hard alloy metals, or when the shape of the final product does not require a very sharp transition between head and shank. Experience has shown that the radius of curvature R should not be greater than the difference between the diameter D1 of the large cylindrical section 20 and the diameter D = of the section 22 defining the orifice. In certain circumstances, especially when shaping softer metals or for other reasons, it may be advantageous that the radius of curvature of the wall portion 21 is as small as possible.
The application has found that this radius of curvature must not fall below half the difference of the diameters D1 and D2, in other words this radius of curvature must not be less than curve 21 is connected tangentially with the
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It is further essential that the cylindrical wall surface 20.
In order to force a portion of the blank 17 through towards the orifice 22 and thus extrude the rod 16, longitudinal pressure is only applied to the blank using a punch 28. The curved surface 21 of the die extrusion 18 exerts on the preform a retaining action such that, as the preform is forced through the die, its surface is forced in the first place inwards, i.e. towards the back. axis of the part, following a regular convex curve, and then turning abruptly to flow parallel to this axis. The side wall of the blank inside the portion of the die delimited by the cylindrical wall 20 is obviously prevented by the die from undergoing significant deformation during the extrusion.
Extrusion is complete when a sufficient amount of metal has been forced through port 22 to form the rod of the desired article and when the unshaped head 19 has a volume substantially equal to that required by the head. 12 of the finished article. The partially formed article 30 is then removed from the extrusion die 8 by first removing the punch 28 and then pushing the article 30 outwardly out of the die using a release rod 29, after which the article is transferred to the next station for the second stage of shaping.
In this first implementation, the partially shaped article 30 is transferred from the extrusion die 18 to a shaping die 34, shown in FIG. 6, the cavity of which has a configuration conforming to that of the finished article 12. The cavity of the die 34 is constituted by a portion 36 receiving the rod and a portion 38 receiving the head. The part of the cavity 38 in this case has a flat bottom and the face of the die has a recessed edge 40 surrounding the cavity 38 and the shape of which matches that of the rim 14 which the finished article 10 must have. cavity 38 has the same length as the head 12 of the article, and when the article 30 has been introduced into the die 34, a portion of the head 19 protrudes out of the die.
After having introduced the work 30 into the shaping die 34, a blow is struck on the end of the head 19 to force it towards the interior of the die and thus force the work to fill in the annular angle. 41 of the die cavity to form the planar shoulder which the finished article will have to present 10. This blow can be applied using a punch 42 having a planar face 44 having a shallow cylindrical recess 46 d 'a sufficient diameter to receive and restrict the outer end of the head 19 of the work during the application of this first stroke. This first stroke causes a slight expansion of the outer end of the structure, as can be seen at 48 in fig. 4, inside the cavity 40.
As seen in fig. 7, the work is then given another stroke with a second punch 56 having a flat face 58 to complete the upsetting of the outer end of the work into the portion 40 of the die cavity, by finishing off thus forming the flange 14 of the article 10. The punch 56 is then withdrawn and the finished article 10 is taken out of the die 34 by means of a release rod 60.
Attempts have already been made to produce articles having a large head and a smaller shank by extruding the shank from a blank, but previously known extrusion processes could not be used on an industrial scale for items with dimensions comparable to those in question here. Until now, as indicated previously, the extrusion was carried out in dies whose cavity receiving the blank had a conical surface converging towards the orifice through which the rod was extruded.
If we compare these prior processes with the extrusions carried out in a die with a curved bottom, as is the case in the process described, we can say that these prior processes required much higher pressures to perform the extrusion, which involved the use of more expensive equipment and, of course, higher energy consumption.
The greater ease of extrusion by using dies with a curved bottom emerges strikingly when comparing the results of the various tests, in particular from the point of view of the pressure necessary to achieve a given reduction in such a die. with respect to the pressure necessary to obtain the same reduction in a die with a conical bottom having a convergence of 15 with respect to the axis of the die. The pressure required in a die with a curved bottom to achieve this reduction is 7.2 tonnes, while in a die with a conical bottom this pressure must be 13.5 tonnes.
In addition to the significant reduction in pressure made possible by the leaning of the present process, the useful life of the extrusion die is considerably extended. When using conical-bottom dies, their useful life decreases progressively and quite rapidly when reductions of more than 40 or 50% are made. This is believed to be due to wear or erosion of the tapered shoulder on the surface initially contacting the blank,
resulting in a gradual increase in the frictional resistance opposing the movement of the metal and, ultimately, in premature failure of the die. On the contrary, the dies according to the present process, used to effect reductions of 70 and even 80%, have a relatively long useful life.
In the second implementation, illustrated by FIGS. 8 to 14, there is obtained an article 68 intended to give after threading a hexagonal bolt with head and of the type with a spacer washer. As seen in fig. 11, such an article, after having been subjected to the extrusion and head forming operations, comprises an elongated rod 70 and a hexagonal head 72 having an enlarged base forming a spacer washer 74, integrally formed with the head. proper. First, a cylindrical blank 76 (FIG. 8) of length determined from a material having substantially the same diameter as the distance between the tops of the head 72 is cut.
The volume of the blank 76 is preferably substantially equal to the volume of the article 68 that is to be formed. The blank 76 is first placed in an extrusion die 78, as seen in FIG. 12, having a cavity constituted by a straight wall portion 80 of a diameter Ds just sufficient to admit the blank 76 and of a length slightly greater than that of this blank. The inner end of the die cavity is in the form of a concave curved surface 82 terminating in a circular extrusion hole 84 with a diameter D4 substantially equal to the diameter of the rod 70.
The extrusion die is similar to that of fig. 5 and will not be described again.
As previously explained, a longitudinal pressure is applied to the blank 76 using a punch 92 which is advanced to a determined limit position inside the cavity of the die so as to extrude a determined portion of the work, thus constituting the partially formed article 94 which can be seen in FIG. 9, having an elongated shank 70 having substantially the dimensions of the shank 70 of the bolt blank and a substantially unshaped head 96, the volume of which is substantially equal to that of the assembly of the head 72 and of the spacer 74 of the finished article.
After extrusion of the rod 70, the partially completed part 94 is extracted from the die 78 using a release rod 98, and the rod 70 is placed in a retaining die 100 (Fig. 13) having an opening 102d. 'a sufficient diameter to tightly receive the rod 70.
The head 96 is then engaged with an extrusion die 104 whose cavity has a cylindrical inlet portion 106 of a diameter slightly larger than that of the head 96 and at the rear of which are formed converging surfaces 107 connecting to a hexagonal orifice 108 defined by six flats 110, the cross section of the orifice being substantially identical to that of the hexagonal head 72.
The length of the port <B> 108 </B> is relatively short, the cavity widening (as seen at 114) inwardly of the port to prevent seizure of the head during insertion. extrusion through this orifice. The extrusion die 104 is forced onto the head 96 and the latter is gradually extruded through the orifice 108 to give the head the shape seen at 116 in FIG. 10.
After that, the head 116 is shaped to give it its final shape 72 by hitting it with a delivery punch 120, as seen in FIG. 14, this punch having a cavity 122 of complementary shape to that of the desired conformation of the finished head. The inner end 124 of the cavity 122 engages the end of the head 116 to force the metal from this head 116 towards the die 100 by forcing the portion facing the recess 126 intended to form the washer to flare or to be driven back so as to fill this recess.
Once the head 72 and the washer 74 are fully formed, the punch 120 is withdrawn and the blank is released from the die 100 using the release rod 98 or by any other means. This article can then be machined as desired.
The advantages that have been enumerated about the manufacture of item 10 also apply to that of item 68. That is, this item is likely to be manufactured at less cost and at a faster production speed. important by the present method than by previously known methods. Another notable advantage resulting from the implementation of the invention for the manufacture of article 68 resides in that the large rate of reduction of the part 76 to form the rod 70 has the effect of considerably increasing the tensile strength of this rod.
It should be noted that articles 68 and other articles made by the present process almost always have a better grain structure than that obtained by manufacturing by other processes.