CH713110A1

CH713110A1 - Stamping method

Info

Publication number: CH713110A1
Application number: CH01469/16A
Authority: CH
Inventors: Donzé Damien
Original assignee: Varin Etampage Sa
Priority date: 2016-11-04
Filing date: 2016-11-04
Publication date: 2018-05-15
Also published as: DE102017103569A1; CH713110B1

Abstract

L’invention concerne un procédé d’étampage pour la production d’un produit métallique fini ou semi-fini de forme donnée, en partant d’un lopin (51), en acier inoxydable martensitique, par une pluralité d’opérations d’étampage entre des moules et/ou recuit de l’ébauche jusqu’à l’obtention du produit. Le procédé comporte des recuits conditionnés à l’obtention d’un taux d’écrouissage déterminé, et les coupes pour séparer la matière excédentaire, si nécessaires, sont limitées à des régions fortement amincies par étampage préalable. De cette façon, toutes les déformations restent dans le domaine plastique et on évite les défauts de surface dus à la friabilité intrinsèque des aciers inoxydables martensitiques. Avec des moules soignés, on peut atteindre un état de surface dans le produit avec un écart moyen arithmétique de rugosité R a égale ou inférieure à 0.40 mm. Les produits ainsi fabriqués peuvent être utilisés tels quels ou avec un minimum d’opérations de terminaison.The invention relates to a stamping method for the production of a finished or semi-finished metal product of given shape, starting from a slug (51), made of martensitic stainless steel, by a plurality of stamping operations. between molds and / or annealing of the blank until the product is obtained. The process comprises annealing conditioned to obtain a determined work hardening rate, and the cuts to separate the excess material, if necessary, are limited to regions heavily thinned by pre-stamping. In this way, all deformations remain in the plastic field and surface defects due to the intrinsic friability of martensitic stainless steels are avoided. With careful molds, a surface state in the product can be reached with an arithmetic average deviation of roughness R a equal to or less than 0.40 mm. The products thus manufactured can be used as is or with a minimum of termination operations.

Description

Description Domaine technique [0001] La présente invention concerne un procédé pour la production d’objets métalliques par étampage à froid, et les objets ainsi obtenus.Description: TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for the production of metal objects by cold stamping, and the objects thus obtained.

Etat de la technique [0002] L’étampage est un procédé de mise en oeuvre bien connu dans la technique pour la fabrication d’objets métalliques ayant une forme donnée. Par ce procédé, une pièce métallique est obtenue, à partir d’un lopin laminé d’épaisseur approximativement constant, par étampage à la presse entre des moules profilés. Dans la plupart des cas, le produit final est obtenu par une pluralité d’opérations d’étampages avec différents outils afin d’obtenir la forme voulue sans dépasser les limites de déformabilité de la matière choisie. Des opérations de recuit et d’enlèvement de matière sont en général requises.STATE OF THE ART [0002] Stamping is an implementation method well known in the art for the manufacture of metal objects having a given shape. By this method, a metal piece is obtained from a laminated slab of approximately constant thickness by press stamping between shaped molds. In most cases, the final product is obtained by a plurality of stamping operations with different tools to obtain the desired shape without exceeding the limits of deformability of the chosen material. Annealing and removal operations are generally required.

[0003] Ce procédé est largement utilisé, entre autres, dans la production de pièces pour l’industrie horlogère, par exemple des carrures, des fonds, des lunettes, des fermoirs, ou des maillons de bracelet, mais aussi la bijouterie, la lunetterie, et beaucoup d’autres applications. On peut appliquer ce procédé à des métaux précieux, par exemple l’or ou le platine, mais aussi à des aciers, laitons et beaucoup d’autres matériaux. Souvent, le procédé d’étampage aboutit à un produit semi-fini, de forme sensiblement égale, ou très proche à celle du produit définitif, et destiné à subir des opérations de terminaison et/ou finition, telles que polissage, usinage de précision, perçage, métallisation, et ainsi de suite. Avantageusement, l’étampage permet la réalisation de produits semi-finis dont les dimensions sont très proches de celles finales, avec un excellent état de surface, et sans perte de matière, en sorte que ces semi-finis nécessitent un nombre moindre d’opérations que ceux obtenus, par exemple, par forgeage.This method is widely used, inter alia, in the production of parts for the watch industry, for example the middle, funds, glasses, clasps, or bracelet links, but also jewelry, eyewear , and many other applications. This process can be applied to precious metals, for example gold or platinum, but also to steels, brasses and many other materials. Often, the stamping process results in a semi-finished product, of substantially equal shape, or very close to that of the final product, and intended to undergo finishing and / or finishing operations, such as polishing, precision machining, drilling, metallization, and so on. Advantageously, the stamping allows the production of semi-finished products whose dimensions are very close to the final ones, with an excellent surface state, and without loss of material, so that these semi-finished products require a smaller number of operations. than those obtained, for example, by forging.

[0004] L’acier inoxydable est devenu indispensable dans de nombreux domaines: ustensiles de cuisine, objets usuels, médecine, chirurgie, bâtiment et travaux publics, construction navale, automobile, aéronautique, outillage, industries mécaniques, agroalimentaires, chimiques, transports, etc. Il est entièrement recyclable et, de par son contenu en chrome, est peu sensible à la corrosion.[0004] Stainless steel has become indispensable in many fields: kitchen utensils, everyday objects, medicine, surgery, building and public works, shipbuilding, automotive, aerospace, tools, mechanical industries, food, chemical, transport, etc. . It is fully recyclable and, because of its chrome content, is not very sensitive to corrosion.

[0005] On connaît plusieurs catégories d’aciers inoxydables. Les aciers de type austénitique, les plus répandu, sont caractérisés par une présence de chrome et nickel et peuvent être facilement déformés à froid comme à haute température. Ces aciers sont généralement classés dans la série 300 de la classification AISI. On peut citer, parmi le plus utilisé, les aciers AISI 303, AISI 304, AISI304L, AISI316L[0005] Several classes of stainless steels are known. Austenitic steels, the most widespread, are characterized by the presence of chromium and nickel and can be easily deformed cold and high temperature. These steels are generally classified in the 300 series of the AISI classification. Among the most used, we can mention the steels AISI 303, AISI 304, AISI304L, AISI316L

[0006] L’acier inoxydable austénitique se prête bien au travail par étampage, et il est couramment utilisé dans la production d’articles tels que carrures et éléments d’habillage des montres bracelets dont la matière est usuellement en acier inoxydable de type 316L.[0006] Austenitic stainless steel lends itself well to stamping work, and it is commonly used in the production of articles such as bodice and trim elements of wristwatches whose material is usually stainless steel type 316L.

[0007] Les aciers inoxydables martensitiques, en revanche, ont des caractéristiques mécaniques très élevés, et sont trempables. Ils comprennent les aciers au chrome nommés AISI 410, AISI 420, AISI 440, et sont utilisés en raison de leurs caractéristiques supérieures de dureté, ténacité, élasticité, et charge, notamment dans la production d’instruments chirurgicaux.[0007] Martensitic stainless steels, on the other hand, have very high mechanical characteristics and are hardenable. They include chrome steels named AISI 410, AISI 420, AISI 440, and are used because of their superior characteristics of hardness, toughness, elasticity, and load, especially in the production of surgical instruments.

[0008] L’étampage des aciers martensitiques était jusqu’à présent impossible, ou non économique, justement en raison de leur friabilité lors des opérations de découpage et de leur tendance à s’effriter (pailles) lors de la frappe à froid. Il en résulte des défauts de surface qui rendent les opérations de terminaison post-étampage très conséquents et donc peu économiques.The stamping of martensitic steels was until now impossible, or not economic, precisely because of their friability during cutting operations and their tendency to crumble (straws) during cold stamping. This results in surface defects that make the post-stamping termination operations very consistent and therefore uneconomical.

Bref résumé de l’invention [0009] Un but de la présente invention est de proposer un procédé d’étampage à froid permettant d’obtenir économiquement des objets avec un état de surface irréprochable, même lorsqu’il est appliqué à des aciers inoxydables de type martensitique.BRIEF SUMMARY OF THE INVENTION [0009] An object of the present invention is to provide a cold stamping method for economically obtaining objects with an irreproachable surface condition, even when applied to stainless steels. martensitic type.

[0010] Un autre but de l’invention est la production d’instruments chirurgicaux en acier inoxydable de type martensitique de manière plus économique et efficace que les moyens actuels.Another object of the invention is the production of martensitic type stainless steel surgical instruments more economically and efficiently than current means.

[0011] Selon l’invention, ces buts sont atteints notamment au moyen de l’objet de la revendication 1, et, en particulier, par un procédé d’étampage pour la production d’un produit métallique fini ou semi-fini de forme donnée, comprenant: la préparation d’un lopin, en acier inoxydable martensitique, une pluralité d’opérations d’étampage entre des moules et/ou recuit de l’ébauche jusqu’à l’obtention du produit.According to the invention, these objects are achieved in particular by means of the object of claim 1, and in particular by a stamping process for the production of a finished or semi-finished metal product of form. data, comprising: preparing a slug, of martensitic stainless steel, a plurality of stamping operations between molds and / or annealing of the blank to obtain the product.

[0012] Des variantes préférées de l’invention font l’objet des revendications dépendantes et peuvent comporter, entre autres: - Une décision d’effectuer au moins un recuit entre deux des dites opérations d’étampage à condition que le taux d’écrouissage ait atteint une valeur prédéterminée. - Un procédé d’étampage comprenant une première opération de dégrossissage par étampage produisant une ébauche ayant un profil déterminée entourée d’une zone périphérique mince. - Une opération de séparation de matière en excès de l’ébauche par coupe en correspondance de la zone périphérique mince. - Une pluralité d’opérations d’étampage et/ou recuit de l’ébauche jusqu’à l’obtention du produit. - L’étampage du lopin entre deux moules avec des régions saillantes pour créer la zone périphérique mince et des cavités configurées de façon à laisser une espace vide entre les moules et le lopin. - Le positionnement de l’ébauche par un trou dans l’ébauche dans lequel s’engage une clé dans un des moules d’étampage. Avantageusement, la surface du trou est plus grande que la section de la clé. - L’application d’une force par paliers croissants séparés de phases de relâche. - Des étapes de recuit conditionnées à l’obtention d’une valeur donnée de dureté de surface. Des recherches et adaptations ont été effectuées pour recuire les pièces en cours de fabrication dans des fours à passage.Preferred variants of the invention are the subject of the dependent claims and may comprise, inter alia: - A decision to perform at least one annealing between two of said stamping operations provided that the rate of work hardening has reached a predetermined value. - A stamping method comprising a first stamping roughing operation producing a blank having a determined profile surrounded by a thin peripheral zone. - A material separation operation in excess of the blank by cutting in correspondence of the thin peripheral zone. - A plurality of stamping operations and / or annealing of the blank to obtain the product. - The stamping of the billet between two molds with protruding regions to create the thin peripheral zone and cavities configured to leave a gap between the molds and the piece. - The positioning of the blank by a hole in the blank in which engages a key in one of the stamping molds. Advantageously, the surface of the hole is larger than the section of the key. - The application of a force in increasing increments separated from release phases. - Annealing steps conditioned to obtain a given value of surface hardness. Research and adaptations have been carried out to anneal the parts being manufactured in passing furnaces.

Brève description des figures [0013] Des exemples de mise en oeuvre de l’invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles:BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES [0013] Examples of implementation of the invention are indicated in the description illustrated by the appended figures in which:

La fig. 1 illustre une ébauche résultant de l’opération de dégrossissage:Fig. 1 illustrates a blank resulting from the roughing operation:

La fig. 2 illustre une opération de dégrossissage selon un aspect de l’invention, Cette figure est une section de l’ébauche et des moules dans le plan A-A indiqué sur la fig. 1 ;Fig. 2 illustrates a roughing operation according to one aspect of the invention. This figure is a section of the blank and molds in the plane A-A shown in FIG. 1;

La fig. 3 illustre le produit obtenu à partir de l’ébauche de la fig. 2;Fig. 3 illustrates the product obtained from the sketch of FIG. 2;

La fig. 4 illustre un profil de force d’étampage selon un aspect de l’invention.Fig. 4 illustrates a stamping force profile according to one aspect of the invention.

Exemple(s) de mode de réalisation de l’invention [0014] Les fig. 1 et 2, illustrent une opération de dégrossissage selon un aspect de la présente invention. Le procédé d’étampage est effectué à partir d’un lopin métallique de forme approprié, généralement il est obtenu par laminage, avec une section sensiblement constante, mais l’invention comprend aussi des variantes dans lesquelles le lopin initial est un obtenu par des autres procédés, par exemple par décolletage d’une barre ou d’un fil, ou par tout autre procédé approprié. Le procédé de l’invention a donné des excellents résultats sur des aciers inoxydables chirurgicaux, de type martensitique, par exemple les aciers de la série AISI 420 couramment employés dans la production d’instrument chirurgicaux.Example (s) of Embodiment of the Invention [0014] FIGS. 1 and 2 illustrate a roughing operation according to one aspect of the present invention. The stamping process is carried out from a metal billet of suitable shape, generally it is obtained by rolling, with a substantially constant section, but the invention also includes variants in which the initial billet is one obtained by another processes, for example by bar turning or wire cutting, or by any other suitable method. The process of the invention has given excellent results on martensitic type surgical stainless steels, for example the steels of the AISI 420 series commonly used in the production of surgical instruments.

[0015] Selon une variante, le procédé de l’invention comporte la réalisation d’une ébauche à partir du lopin d’épaisseur constant. Les inventeurs ont constaté qu’il est avantageux, en cette première étape, d’utiliser deux moules 21,22 avec des zones saillantes définissant le contour de l’ébauche 61. En correspondance de ces zones saillantes, le métal est fortement aminci, par exemple jusqu’à 0.5-0.2 mm d’épaisseur. Préférablement l’ébauche 61 est en face des cavités 25 des moules 21,22, en sorte que son épaisseur n’est pas réduite en ce passage initial.According to a variant, the method of the invention comprises the production of a blank from the billet of constant thickness. The inventors have found that it is advantageous, in this first step, to use two molds 21, 22 with protruding zones defining the contour of the blank 61. In correspondence with these protruding zones, the metal is greatly thinned by example up to 0.5-0.2 mm thick. Preferably the blank 61 is in front of the cavities 25 of the molds 21,22, so that its thickness is not reduced in this initial passage.

[0016] A la suite de l’étampage entre les moules 21, 22, l’ébauche 61 est séparée du matériau excédentaire 51 en correspondance de la zone mince 60, par exemple par découpe ou poinçonnage.Following stamping between the molds 21, 22, the blank 61 is separated from the excess material 51 in correspondence of the thin zone 60, for example by cutting or punching.

[0017] La position du lopin 51 dans les moules 21, 22 peut être assurée par une clé 35, solidaire d’un des moules, qui s’engage dans un trou 30 de forme complémentaire, de façon à garantir un positionnement correct. En ce cas, il est avantageux que le trou 30 présente une surface plus grande que celle de la section de la clé 35, permettent une expansion de la matière lors de la frappe. Dans l’exemple illustré, la clé 35 a une forme parallélépipédique, tandis que le trou 30 a une forme de croix: deux branches de la croix s’engagent avec la clé, tandis que les deux autres branches, vides, laisse un espace consentant l’expansion du métal. D’autres combinaisons de formes sont toutefois possibles.The position of the billet 51 in the molds 21, 22 may be provided by a key 35, integral with one of the molds, which engages in a hole 30 of complementary shape, so as to ensure correct positioning. In this case, it is advantageous that the hole 30 has a greater surface than that of the section of the key 35, allow expansion of the material during the strike. In the example shown, the key 35 has a parallelepipedal shape, while the hole 30 has a cross shape: two branches of the cross engage with the key, while the other two branches, empty, leaves a consenting space the expansion of the metal. Other combinations of shapes are possible, however.

[0018] Le produit final 55 (visible sur la fig. 3) est obtenu par une succession d’opérations d’étampage avec une série de moules, jusqu’à l’obtention de la forme voulue en trois dimensions. Des étapes de poinçonnage, perçage, ou usinages peuvent aussi être prévues. A la différence de l’opération de dégrossissage ci-dessus, dans laquelle les faces supérieure et inférieure de l’ébauche ne sont pas touchées, le produit final présente en général des faces courbes et des variations d’épaisseur.The final product 55 (visible in FIG 3) is obtained by a series of stamping operations with a series of molds, until the desired shape in three dimensions. Punching, drilling or machining steps can also be provided. Unlike the above roughing operation, in which the upper and lower faces of the blank are untouched, the final product generally has curved faces and thickness variations.

[0019] Entre les phases d’étampage qui conduisent au produit 55 des opérations de recuit sont généralement nécessaires. Les inventeurs ont déterminé qu’il est avantageux d’effectuer ces étapes de recuit à condition que la matière ait atteint un taux minimal d’écrouissage lors de la dernière étape d’étampage. Le taux d’écrouissage peut être déterminé par n’importe quel procédé technique idoine. L’écrouissage étant directement lié au durcissement, on peut déterminer ou estimer le taux d’écrouissage par une mesure de la dureté de surface après chaque opération d’étampage, ou groupe d’opérations d’étampage, et comparer ensuite la valeur de dureté obtenue avec une valeur de dureté prédéterminée, correspondant au seuil d’écrouissage recherché. La dureté peut être mesurée avec n’importe quelle méthode conventionnelle, par exemple avec une pointe normalisée Vickers, et la valeur à atteindre dépend de la nature de la matière et de la quantité de déformation. Dans le cas d’un acier inoxydable martensitique, des valeurs usuelles pour la dureté Vickers (HV30) se situent entre 120 et 200.Between the stamping phases which lead to the product 55 annealing operations are generally necessary. The inventors have determined that it is advantageous to carry out these annealing steps provided that the material has reached a minimum degree of hardening during the last stamping step. The rate of work hardening can be determined by any suitable technical process. The work hardening being directly related to the hardening, one can determine or estimate the rate of hardening by a measurement of the surface hardness after each stamping operation, or group of stamping operations, and then compare the value of hardness obtained with a predetermined hardness value, corresponding to the desired work hardening threshold. The hardness can be measured with any conventional method, for example with a standardized Vickers tip, and the value to be achieved depends on the nature of the material and the amount of deformation. In the case of martensitic stainless steel, typical values for Vickers hardness (HV30) are between 120 and 200.

Claims

However, one could determine the work hardening by other known means: for example by crystallographic measurements, by microscopic examination, or by simulation with a computer program. When the measurement of work hardening involves the destruction of the workpiece or makes it unusable, it is performed on a small sample of workpieces. When hardening, for example expressed by the surface hardness, remains below the threshold value, the workpiece can be routed directly to the next stamping phase. If, however, the threshold hardness is reached or exceeded, annealing should be carried out before further deformation. The annealing can be carried out in a passage furnace, at a temperature suitable for the material used (between 750 ° C and 900 ° C for martensitic stainless steels) followed by a relatively rapid cooling, the duration of which can be between 5 'and 30', depending on the size and nature of the parts produced. Another aspect of the invention is the application, during the stamping phases, of a deformation force in increasing increments, until the programmed maximum force is obtained, separated by release phases. in which the press is programmed to reduce the deformation force to zero, or to a value substantially less than the maximum force. Fig. 4 illustrates a possible compression profile. The operating parameters of the stamping steps described above, in particular step stamping, the fact of carrying out conditioned annealing to obtain a determined rate of work hardening, and to limit the operations of removal of excess material to heavily thinned regions by prior stamping, allow not to exceed the limits of plastic deformation martensitic stainless steels, and avoid surface defects due to their intrinsic friability. Operating in this way with careful molds, a surface state in the product can be reached with an arithmetic mean difference of roughness Ra equal to or less than 0.40 mm. The semi-finished products thus obtained can be used as is or with a minimum of termination operations. Reference Numbers Employed in Figs. [0025] 21 upper mold 22 lower mold 23 thread 25 cavity 30 alignment hole 35 key 51 piece 55 product 60 thin peripheral area 61 draft

A stamping method for producing a finished or semi-finished metal product of a given form, comprising: preparing a slug (51) of martensitic stainless steel, a plurality of stamping operations between molds and / or annealing the blank to obtain the product (55).

2. Stamping method according to the preceding claim, comprising a decision to perform at least one annealing between two of said stamping operations provided that the rate of work hardening has reached a predetermined value.

3. Stamping method according to the preceding claim, comprising measuring operations, possibly by sampling, the surface hardness after the stamping operations, and a decision to perform or not annealing provided that the measured surface hardness has reaches a predetermined value.

4. Stamping method according to one of the preceding claims, comprising annealing operations in a passage furnace.

The stamping method according to one of the preceding claims, comprising a stamping roughing operation producing a blank (61) having a defined profile surrounded by a thin peripheral area (60), followed by a separation of metallic material by excess (51) of the blank in section corresponding to the thin peripheral zone.

6. Stamping method according to the preceding claim, wherein the roughing operation comprises the stamping of the billet between two molds (21,22), the molds having projecting regions (23) corresponding to the thin peripheral zone ( 60), and recesses (25) shaped to leave a gap between the molds (21,22) and the billet (51).

7. stamping method according to one of the preceding claims with positioning of the blank with a hole (30) for interacting with a key (35) in one of the stamping molds. The surface of the hole being larger than the section of the key.

8. stamping method according to one of the preceding claims, wherein the force is applied by compression steps, separate release steps in which the applied force is reduced.

9. stamping method according to the preceding claim, wherein the maximum force applied in each compression step is increasing.

10. Stamping method according to one of the preceding claims, wherein the surface condition of the product comprises a roughness with an arithmetic average deviation Ra equal to or less than 0.40 mm.