Dispositif pour la frappe à chaud des métaux. Les difficultés que l'on rencontre dans la frappe à chaud des métaux qui a de si grands avantages au point de vue de l'homogénéité et de la consistance des produits obtenus sont multiples et de nature très différentes les unes des autres.
Lorsqu'on veut donner à un morceau de - métal une forme détermi née par un évidement se trouvant à l'inté rieur d'un bloc métallique, la force avec la quelle il faut presser la matière dans sa forme est telle qu'au bout de quelques dou- aaines de matriçages, ' la chaleur aidant, la cohésion moléculaire de l'acier s'affaiblit, la matrice s'agrandit et ceci inégalement sui vant l'homogénéité du métal dont elle est faite et la forme de l'objet à produire.
Dans un autre ordre d'idée, pour des pièces compliquées que l'on ne petit extraire d'un moule d'une seule pièce, il est néces saire de partager la matrice en plusieurs par ties appuyées les unes contre les autres. Pour résister alors à l'effort de frappe et s'opposer à la sortie du métal par les joints de la matrice, on doit cercler cette dernière pour en maintenir les pièces fortement les unes contre les autres. La pratique a dé- montré qu'un pareil cerclage pour qu'il soit efficace ne peut être obtenu qu'au moyen de dispositifs extrêmement lourds et de matière de première qualité résistant à l'effort de traction qu'opèrent sur elle les pièces de la matrice tendant à s'écarter.
Cet encerclage est d'un poids énorme relativement à celui des pièces à manufacturer; la production souffre naturellement d'une manutention très difficultueuse car chaque fois l'encerclage doit être ouvert pour sortir la pièce de la matrice qui la contient.
Pour parer à ces divers inconvénients, c'est-à-dire pour empêcher d'une part l'agran dissement de la matrice sous l'effort de frappe, et d'autre part éviter l'encerclage encom brant, on a construit le dispositif suivant l'invention. Celui-ci est caractérisé en ce qu'il comporte une matrice ajustée conique- tuent dans tin porte-matrice dans lequel l'effort de travail tend à la comprimer.
Il est montré au dessin ci-annexé, et ceci titre d'exemples, différents dispositifs cons truits selon la présente invention.
Dans toutes les figures de chiffres impairs, les matrices sont montrées en coupe axiale par l'axe du poinçon, et dans toutes les figures de chiffres pairs en plan, soit direc tement par dessus, soit en coupe par un plan passant par une ligne désignée par des chif fres romains dans la figure immédiatement précédente.
En se référant à la fig. 1 du dessin an- net:é, la matrice cc est ajustée coniquement dans un porte-matrice b, d'une seule pièce, évir_lé coniquement -selon un angle correspon dant à la conicité de la matrice. Le poinçon est désigné par c. Il est représenté à la fin de sa course, la pièce à frapper d étant ter minée. Le porte-matrice b se fixe sur la table de la presse et, le poinçon étant cri l'air, on introduit dans la matrice un morceau de métal chaud, du laiton ou du fer par exem ple, et le laisse tomber.
Le métal est pressé à l'intérieur de la matrice et prend la forme déterminée par le creux de cette dernière. LTue fois le poinçon relevé, la bride e qui maintient la matrice en place à. l'encontre de l'effort de succion du piston lorsque celui-ci remonte, est mise de côté, l'extracteur f sou lève la matrice et l'ouvrier saisit cette der nière par la poignée g pour la vider. On voit ici que du fait de l'emboîtage conique de la matrice et du porte-matrice l'une dans l'au tre l'effort de frappe. comprime la matrice à l'intérieur du porte-matrice.
Celle-ci sera donc d'autant plus serrée que l'effort de frappe sera plus grand et ceci dans une proportion dépendant de l'angle de conicité des pièces emboîtées l'une dans l'autre.
Lorsque l'on a affaire à du fer par ex emple où l'effort nécessaire à la mise en forme de la matière est relativement considérable et où par conséquent la matrice a la ten dance à s'agrandir, le cône dans lequel elle est prise la maintient à sa forme primitive si bien que la régularité de fabrication ne sou're pas quel que soit le nombre des pièces produites.
En se référant aux fig. 3 et 4 dans les quelles les mêmes signes de référence dési gnent les mêmes parties que dans les fig. 1 et 21. on voit que la matrice est en deux pièces qui se joignent selon un plan passant- par un diamètre de sa base. On adoptera cette forme chaque fois qu'on aura à frapper des pièces compliquées impossible à déboîter dans une matrice d'une seule pièce. Le rôle de l'emboîtement conique de la matrice et du porte-matrice sera dans un cas pareil encore beaucoup plus important que dans les matri ces en une pièce.
En effet, la pression exer cée sur l'outil par l'intermédiaire de la ma tière sur laquelle agit le poinçon fait plà- quer les deux pièces l'une contre l'autre et ceci de façon telle que les bavures qui, dans les procédés ordinaires, empêchent la reprise des pièces sur les machines automatiques et constituent un déchet qui renchérit consi dérablement la pièce; sont ou nulles ou insi gnifiantes.
Les fig. h et 6 représentent une forme de matrice en deux pièces également, mais qui est employée avec un poinçon de forme. Dans un cas pareil, il est naturellement de toute importance que la position de la ma trice relativement an poinçon soit exactement toujours la même. Lors de l'emploi d'un poinçon rond où la matrice a la faculté d'être tournée plus ou moins autour de l'axe de poinçonnage, la chose a moins d'importance.
Pour conserver la -position exacte des pièces, la matrice a est guidée dans le porte-matrice <I>b</I> au moyen d'une rainure<I>h</I> pratiquée dans le manteau de la matrice et dans laquelle prend une vis i serrée dans le porte-matrice. Ce dispositif ne gênera en rien l'extraction des pièces et permettra tout de même un repérage exact du porte-matrice fixé sur le plateau de la presse et de la matrice que le poinçon soulève après chaque frappe.
. Dans la forme d'exécution qui est repré sentée aux fig. 7 et 8, la matrice cc est de nouveau d'une seule pièce. Elle est percée en son bas d'une ouverture coaxiale avec une dite pratiquée dans le porte-matrice b. Dans cette dernière pénètre d'un bout l'ex tracteur et, de l'autre, la matière qui est forcée au travers de la matrice par le poin çon c. Cette manière de faire admet un outil plus petit et l'économie de l'acier; la matière du porte-matrice à l'intérieur duquel pénètre une partie de la pièce terminée est naturel lement de qualité inférieure à celle dont l'on se sert pour la matrice. Dans cet exemple-là, l'extracteur n'agit que sur la pièce produite, la matrice n'est pas sortie du porte-matrice.
Les fi-. 9 et 10 montrent une matrice qui est employée à la fabrication d'un tuyau coudé et ceci à partir d'un morceau de mé tal percé d'un trou que l'on introduit dans la partie supérieure de la matrice. Le poin çon c est dessiné en pointillé dans sa posi tion de départ et en traits pleins dans celle qu'il a la pièce terminée. Il porte à sa par tie inférieure une âme Ic dont la forme et la grandeur déterminent l'ouverture du tuyau à former. Lorsque le poinçon arrive sur la ma tière, cette âme s'introduit d'abord dans le trou du morceau de métal et celui-ci est forcé par la suite entre les parois de la ma trice et cette âme, et amené à la forme qui est' représentée à la figure.
L'extraction se fait au moyen du piston f, par déboîtage de la matrice.
Les fig. 11 et 12 montrent une autre forme du dispositif. La matrice a est en trois pièces se. joignant selon des plans qui cou pent selon une ligne commune coïncidant avec l'axe de la matrice et faisant entre eux des angles de 120 degrés. La matrice a est également ici ajustée coniquement dans le porte-matrice L. Celui-ci porte à sa base, à l'intérieur de l'évidement destiné à la matrice, une proéminence l maintenue au moyen d'une vis dans le porte-matrice et sur laquelle vient s'ajuster la matrice<I>a.</I> Cette proéminence<I>l</I> est destinée à produire, sur l'une des faces de la pièce à travailler,
un enfoncement co axial à celui formé par le piston c. L'extrac tion de la pièce a lieu par déboîtage de la matrice au moyeu de trois tiges m qui tra versent le fond du porte-matrice et qui agis sent sur les trois pièces dont elle est formée. Dans le cas prédécrit, il est extrêmement important que les trois parties de la matrice se joignent très exactement de manière à ce que les bavures soient insignifiantes et lie s'opposent pas à la reprise de la pièce sur un tour.
La matrice représentée aux fig. 13 et 14 a une forme très spéciale; elle est composée de deux pièces qui se joignent l'une sur l'au tre selon une surface cylindrique dont la génératrice est parallèle à l'axe de la ma trice. La courbure de cette surface corres pond à la courbure intérieure de la pièce à produire que l'on a montrée en pointillé à la fig. 14. La partie de gauche a' de la ma trice est fixée au porte-iriatrice et la partie de droite est en deux pièces a' et a3 qui se joignent également selon un plan passant par titi diamètre de la base de la matrice.
A chaque frappe, les parties a' et a3 glissent sur la surface cylindrique de a'; ceci cepen dant n'est pas titi inconvénient étant donné que cette surface est disposée de telle façon que les deux pièces a- et a3 à l'intérieur desquelles est formée la pièce puissent être tout de même fortement appuyées sur l'au tre par la conicité de l'emboîtement non obstant la présence de la partie fixe a'.
La matrice représentée aux fig. 15 et 16 a une certaine analogie avec celle qui est montrée aux fig. 11 et 12. La différence con siste en ce que la proéminence l', au lieu d'être fixée à demeure dans le porte-matrice, est disposée à l'extrémité de l'extracteur. Elle repose en outre sur un anneau o qui petit être glissé au moyen de vis coaxiales sur titi plan incliné de la matrice permettant l'ajustage exact de la position de la. pièce L' relativement à celle de la matrice.
Device for hot forging metals. The difficulties which are encountered in hot forging metals which has such great advantages from the point of view of the homogeneity and the consistency of the products obtained are numerous and of very different nature from one another.
When we want to give a piece of metal a shape determined by a recess located inside a metal block, the force with which we must press the material into its shape is such that at the end of a few dozen forging, 'the heat helping, the molecular cohesion of the steel weakens, the matrix grows and this unevenly depending on the homogeneity of the metal of which it is made and the shape of the object to produce.
In another vein, for complicated parts that cannot be extracted from a one-piece mold, it is necessary to divide the die into several parts pressed against each other. In order then to withstand the striking force and to oppose the exit of the metal through the joints of the die, the latter must be circled in order to hold the parts strongly against each other. Practice has shown that such a strapping, in order to be effective, can only be obtained by means of extremely heavy devices and of first quality material resistant to the tensile stress which the parts of the matrix tending to move away.
This encircling is of an enormous weight relative to that of the parts to be manufactured; production naturally suffers from very difficult handling because each time the encircling must be opened in order to remove the part from the die which contains it.
To overcome these various drawbacks, that is to say to prevent on the one hand the expansion of the die under the striking force, and on the other hand to avoid cumbersome encircling, the device according to the invention. This is characterized in that it comprises an adjusted die conical in a die holder in which the working force tends to compress it.
It is shown in the accompanying drawing, and this by way of examples, various devices constructed according to the present invention.
In all odd-numbered figures the dies are shown in axial section through the axis of the punch, and in all even-numbered figures in plan, either directly from above or in section through a plane passing through a designated line by Roman figures in the immediately preceding figure.
Referring to fig. 1 of the drawing: é, the die cc is conically fitted in a die holder b, in one piece, conically evir_lé -according to an angle corresponding to the taper of the die. The punch is designated by c. He is represented at the end of his race, the coin to be struck d being finished. The die holder b is fixed on the press table and, the punch being screamed in the air, a piece of hot metal, brass or iron for example, is introduced into the die and let it fall.
The metal is pressed inside the die and takes the shape determined by the hollow of the latter. Once the punch has been raised, the flange e which holds the die in place at. against the suction force of the piston when it rises, is set aside, the extractor f lifts the die and the worker seizes the latter by the handle g to empty it. It can be seen here that, due to the conical fitting of the die and of the die holder one into the other, the striking force. compresses the die inside the die holder.
This will therefore be all the more tight as the striking force will be greater and this in a proportion depending on the angle of taper of the parts nested one inside the other.
When we are dealing with iron, for example where the effort required to shape the material is relatively considerable and where consequently the matrix tends to enlarge, the cone in which it is taken maintains it in its original form so that the regularity of manufacture does not suffice whatever the number of parts produced.
Referring to Figs. 3 and 4 in which the same reference signs designate the same parts as in figs. 1 and 21. we see that the matrix is in two parts which join in a plane passing through a diameter of its base. We will adopt this form whenever we have to strike complicated parts that cannot be dislocated in a one-piece die. The role of the conical interlocking of the die and the die holder will in such a case be even more important than in the one-piece dies.
In fact, the pressure exerted on the tool by means of the material on which the punch acts causes the two parts to press against each other and this in such a way that the burrs which, in the ordinary processes, prevent parts from being returned to automatic machines and constitute waste which considerably increases the cost of the part; are either null or insignificant.
Figs. h and 6 represent a two-piece die shape as well, but which is used with a form punch. In such a case, it is naturally of all importance that the position of the die relative to the punch is always exactly the same. When using a round punch where the die has the ability to be turned more or less around the punching axis, this is less important.
To maintain the exact position of the parts, the die a is guided in the die holder <I> b </I> by means of a groove <I> h </I> made in the casing of the die and in which takes a screw i tight in the die holder. This device will in no way interfere with the extraction of the parts and will still allow an exact location of the die holder fixed on the press plate and of the die that the punch lifts after each strike.
. In the embodiment which is represented in FIGS. 7 and 8, the dc die is again in one piece. It is pierced at its bottom with an opening coaxial with a said one made in the die holder b. In this last one penetrates from one end the ex tractor and, from the other, the material which is forced through the die by the punch c. This method allows for a smaller tool and the economy of steel; the material of the die holder inside which part of the finished part penetrates is naturally of lower quality than that used for the die. In this example, the extractor only acts on the part produced, the die has not come out of the die holder.
The fi-. 9 and 10 show a die which is used in the manufacture of an elbow pipe and this from a piece of metal pierced with a hole which is introduced into the upper part of the die. The punch c is drawn in dotted lines in its starting position and in solid lines in that which it has on the finished part. It carries to its lower part a core Ic, the shape and size of which determine the opening of the pipe to be formed. When the punch arrives on the material, this core first enters the hole in the piece of metal and the latter is subsequently forced between the walls of the core and this core, and brought to the shape which is' shown in the figure.
The extraction is done by means of the piston f, by dislodging the die.
Figs. 11 and 12 show another form of the device. The matrix a is in three pieces se. joining along planes which run along a common line coinciding with the axis of the matrix and forming between them angles of 120 degrees. The die a is also here conically adjusted in the die holder L. The latter has at its base, inside the recess intended for the die, a protrusion l held by means of a screw in the holder. die and on which the die <I> a. </I> is fitted. This protrusion <I> l </I> is intended to produce, on one side of the workpiece,
a depression co axial to that formed by the piston c. The part is extracted by dislodging the die from the hub of three rods m which pass through the bottom of the die holder and which act on the three parts of which it is formed. In the above-described case, it is extremely important that the three parts of the die join very exactly so that the burrs are insignificant and do not oppose the recovery of the part on a lathe.
The matrix shown in fig. 13 and 14 has a very special shape; it is composed of two parts which join one on the other along a cylindrical surface whose generatrix is parallel to the axis of the matrix. The curvature of this surface corresponds to the internal curvature of the part to be produced which has been shown in dotted lines in FIG. 14. The left part a 'of the matrix is fixed to the iriator holder and the right part is in two parts a' and a3 which also join in a plane passing through the diameter of the base of the matrix.
With each strike, the parts a 'and a3 slide on the cylindrical surface of a'; however, this is not a slight drawback given that this surface is arranged in such a way that the two parts a- and a3 inside which the part is formed can still be strongly supported on the other by the taper of the interlocking not obstructing the presence of the fixed part a '.
The matrix shown in fig. 15 and 16 has a certain analogy with that shown in figs. 11 and 12. The difference is that the protrusion 1 ', instead of being permanently fixed in the die holder, is arranged at the end of the extractor. It also rests on a ring o which can be slid by means of coaxial screws on titi inclined plane of the matrix allowing the exact adjustment of the position of the. part L 'relative to that of the matrix.