EP0490763A1 - Dispositif de forgeage à mi-chaud d'une pièce métallique et procédé d'utilisation d'un tel dispositif - Google Patents

Dispositif de forgeage à mi-chaud d'une pièce métallique et procédé d'utilisation d'un tel dispositif Download PDF

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EP0490763A1
EP0490763A1 EP91403359A EP91403359A EP0490763A1 EP 0490763 A1 EP0490763 A1 EP 0490763A1 EP 91403359 A EP91403359 A EP 91403359A EP 91403359 A EP91403359 A EP 91403359A EP 0490763 A1 EP0490763 A1 EP 0490763A1
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EP
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ejector
matrix
distribution chamber
cooling
circuit
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    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21KMAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K29/00Arrangements for heating or cooling during processing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J13/00Details of machines for forging, pressing, or hammering
    • B21J13/08Accessories for handling work or tools
    • B21J13/14Ejecting devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J3/00Lubricating during forging or pressing

Definitions

  • the present invention relates to a semi-hot forging device for a metal part and a method of using such a device.
  • Such a device is known in the field of hot forging, for example on high speed horizontal automatic machines of the HATEBUR or NATIONAL type in which cooling of the matrix is ensured by circulation in a closed circuit of pure water under pressure. of 4 Kg / cm2 with a flow rate between 60 and 120m3 per hour.
  • Hot forging makes it possible to produce parts whose dimensions have a tolerance of between ⁇ 0.4mm with a machining allowance of approximately 1mm. Such forging does not allow parts to be produced which have undergone certain type of deformation such as spinning due to a poor coefficient of friction between part and die.
  • a device is also known and commonly used in the field of mid-hot forging, forging which makes it possible to produce more complex parts than cold forging with dimensions having a tolerance of between ⁇ 0.1 mm, which thus allows the production of rough form parts.
  • Such a type of forging is particularly favorable for the spinning of parts of parts, which results in localized areas of the imprint of the matrix of significant heating by mechanical friction.
  • the cooling and lubrication member is fixed, and / or independent of the matrix body and of the ejector and a single water supply, generally containing a lubricant, is used for cooling and lubrication of the imprint of the matrix.
  • the cooling member can only be used, for cooling and lubricating the impression of the matrix, after the ejection of the part and before the introduction of the next part, which delays in time, the cooling of the imprint of said matrix.
  • the known semi-hot forging device works at a rate less than 20 pieces per minute for forgings of 0.5 to 2 kg by weight, although the presses currently in use accept a rate of about 40 pieces per minute.
  • a part is forged approximately every two press movements to ensure sufficient cooling of the tool.
  • a single cooling and lubrication circuit generates, on the one hand, a significant loss of lubricant and, on the other hand, fouling of the imprint of the matrix, by the lubricant continuously affixed in the imprint. during cooling, while it is still at a relatively high temperature, caused by the passage of the previous forged part, as well as fouling of all the organs located near the matrix.
  • the present invention aims to overcome these various drawbacks by proposing a mid-hot forging device allowing improved cooling of the matrix, a reduction in pollution by saving lubricant, an acceleration of the forging rate in number of forged parts per hour thanks to improved cooling, as well as cleaning ensuring the removal of the adherent lubricant on the impression and used during a previous forging.
  • Fig. 1 shows a forging tool of a device 1 for medium heat forging of a metal part 2.
  • the device comprises a matrix 3 in which is formed an imprint 4 of the part 2 forged by lukewarm shaping, using a not shown punch, which presses the preformed part 2 in the imprint 4 of the matrix 3.
  • the matrix 3 is inserted into a body 6 of the matrix in which is formed a circuit 7 for circulation of fluid, this circuit being for example arranged in a star.
  • the matrix 3 regularly undergoes a temperature increase in contact with the forged parts 2 during each forging operation.
  • the device is provided with a longitudinal ejector 8 secured to the die body 6 and to the die 3, and passing through a bore 9 formed in the body 6 of the matrix and a guide bore 10 formed in the matrix 3.
  • this ejector 8 has an end face 12 which forms part of the surface of the cavity 4 of the die 3.
  • the ejector 8 comprises, opposite the matrix 3, a rear part 13 forming the heel of said ejector and which has an end face 14 constituting a mechanical support for the movement of said ejector 8 and the ejection of part 2 .
  • the part 2 extraction force is communicated to the ejector 8, by means of a rod 15, mechanically linked to a means for ejecting said part, not shown in the figures.
  • the body 6 of the matrix is inserted into an envelope 16 in which are drilled inlets 7 for fluids and outlets 18 for said fluids.
  • the matrix body 6 is placed in abutment, on the one hand, on a shoulder 9 formed in the casing 16 and, on the other hand, blocked by a cover 20 fixed by means of screws 21.
  • the matrix body 6 comprises, in circuit 7, a distribution chamber 25 communicating with the fluid inlets 17 and communicating sequentially with the outlets 18 of said fluids.
  • the distribution chamber 25 is constituted by a cavity formed in the central part of the bore 9 of the matrix body 6, in which the rear part 13 of the ejector 8 slides.
  • the distribution chamber 25 and the ejector 8 are cylindrical and concentric.
  • the ejector 8 comprises a longitudinal duct 26, for example cylindrical, communicating with the distribution chamber 25 by at least one oblong and radial passage 27.
  • the ejector 8 comprises, at its front part 11, a fluid spraying member which is constituted by a series of radial orifices 28.
  • the radial orifices 28 are distributed over the front part 11 of the ejector 8 in different positions, orientations, densities, diameters, selectively to ensure adaptable cooling to each surface element of the cavity 4 of the matrix 3.
  • the front part 11 of the ejector 8, provided with the radial orifices 28, is located in the bore 9 of the matrix body 6, during the forging of a part 2 and communicates with the distribution chamber 25 and the circuit 7, which keeps said radial holes 28 in a liquid medium at each forging operation.
  • the radial orifices 28 form a nozzle which sprays each surface element of said cavity 4 with a pressurized fluid.
  • the device operates as follows.
  • the matrix 3 placed in the matrix body 6 is maintained at a temperature defined forging by means of the circuit 7 in which circulates a cooling fluid of the body 6 of the matrix and of the matrix 3.
  • the piece 2 forged is ejected by means of the ejector 8 sliding in the bore 9 of the die body 6 and in the bore 10 of the die 3.
  • the front face 12 of the ejector 8 is supported on the forged part 2, molded in the cavity 4 of the matrix 3 and said cavity 4 is cooled by means of the radial orifices 28.
  • the cooling fluid flows from the inlet 17 of fluids to the outlet 18 of the fluids, passing through, in this embodiment, the distribution chamber 25 and the circuit 7 in a star shape of the matrix body 6.
  • the outlet 18 of the fluids is obstructed by the rear part 13 of the ejector 8 which closes the circuit 17, at a point 29 as shown in Fig. 2, and drives the cooling fluid of the distribution chamber 25 through the radial orifices 28 and the imprint 4 of the matrix 3 passing through the radial hole 27 and the longitudinal duct 26.
  • the lubrication fluid passes through the inlets 17, the circuit 7, the distribution chamber 25, the radial hole 27, the longitudinal duct 26 and the radial orifices 28.
  • the nozzle formed by the radial orifices 28 sprinkle with lubricant the imprint 4 of the cooled matrix 3.
  • the essential role of the ejector 8, associated with the circuit 7, is the spraying of a high pressure cooling fluid into the cavity 4, via the radial orifices 28 so as to benefit from the thermal effect of vaporization of the fluid for cooling the matrix 3, the thermal effect of evaporative cooling is all the more effective as the spraying is carried out during the ejection of the part 2.
  • the distribution chamber 25 is supplied sequentially by different fluids which are constituted either by pure cooling water, or by water with the addition of a lubricant, or by a gas or by a mixture in determined proportion of pure water or added and a gas.
  • the gas may be compressed air circulating continuously in the circuit 7 to give the various fluids the necessary pressure.
  • the coolant is made up by a mist of fine droplets and the lubricating fluid consists of a mist of fine droplets of a fluid composed of water and lubricant.
  • the lubricant is chosen from a graphite oil, graphite water or a white product.
  • Such a device and its method of use allow an increase in the speed of production of semi-hot forgings.
  • cooling by spraying-spraying under pressure is extremely efficient and more precisely makes it possible to double the speed of production of forgings.
  • the separation of the coolant and the lubricant provides an advantage in the field of pollution, since the consumption of the lubricant is about twenty times lower than the consumption of the coolant and the economy. in lubricating product and in pollution of the rejected fluids are in proportion.
  • This separation allows the cleaning of the spray nozzle and the matrix cavity at each forging operation and efficient lubrication when the cavity is previously cooled.

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Abstract

La présente invention a pour objet un dispositif de forgeage à mi-chaud d'une pièce métallique, muni d'un outillage de forgeage comprenant une matrice (3) dans laquelle est ménagée une empreinte (4) de ladite pièce (2) à forger à mi-chaud, un corps (6) de matrice dans lequel est encastrée la matrice (3) et comprenant un circuit (7) de refroidissement de ladite matrice, un éjecteur longitudinal (8) et un organe d'aspersion de fluides dans l'empreinte (4) de la matrice (3). Le circuit (7) comprend une chambre de distribution (25) alimentée par au moins une arrivée (17) de fluides et alimentant ledit organe d'aspersion formé par au moins un orifice radial (28) ménagé dans l'éjecteur (8), à l'avant de celui-ci, pour le nettoyage, le refroidissement et la lubrification de l'empreinte (4) de la matrice (3), ladite chambre (25) communiquant, en outre, séquentiellement avec une sortie (18) des fluides. La présente invention a également pour objet un procédé d'utilisation d'un tel dispositif. <IMAGE>

Description

  • La présente invention concerne un dispositif de forgeage à mi-chaud d'une pièce métallique et un procédé d'utilisation d'un tel dispositif.
  • On connait un dispositif muni d'un outillage de forgeage d'une pièce, comprenant :
    • une matrice dans laquelle est ménagée une empreinte de la pièce à forger,
    • un poinçon destiné à presser la pièce préformée dans l'empreinte de la matrice,
    • un corps de matrice dans lequel est encastrée la matrice et comprenant un circuit de refroidissement de ladite matrice,
    • un éjecteur longitudinal glissant dans un alésage ménagé dans le corps de matrice et dans un alésage ménagé dans la matrice, ledit éjecteur comportant une face en bout, à l'avant, formant une partie de surface de l'empreinte de la pièce à forger et une face arrière formant, d'une part, le talon dudit éjecteur et, d'autre part, un appui mécanique pour des moyens de déplacement de cet éjecteur et l'éjection de ladite pièce,
    • et un organe d'aspersion de fluides dans l'empreinte de la matrice.
  • Un tel dispositif est connu dans le domaine du forgeage à chaud, par exemple sur des machines automatiques horizontales à grande vitesse de type HATEBUR ou NATIONAL dans lesquelles un refroidissement de la matrice est assuré par une circulation en circuit fermé d'eau pure sous une pression de 4 Kg/cm2 avec un débit compris entre 60 et 120m³ par heure.
  • Le forgeage à chaud permet de réaliser des pièces dont les cotes ont une tolérance comprise entre ± 0,4mm avec une surépaisseur d'usinage d'environ 1mm. Un tel forgeage ne permet pas de réaliser des pièces auxquelles ont fait subir certain type de déformation comme un filage à cause d'un mauvais coefficient de frottement entre pièce et matrice.
  • Un dispositif semblable existe dans le domaine de la forge à froid, dans lequel pour le forgeage d'une pièce, il est nécessaire d'effectuer sur l'ébauche plusieurs traitements thermiques et/ou des traitements de surface coûteux, demandant des temps d'exécution longs. Le forgeage à froid qui demande couramment une somme d'opérations de formage successives ne convient que pour la fabrication de pièces d'acier, dont la composition contient moins de 0,45% environ de carbone en poids.
  • Un dispositif est également connu et utilisé couramment dans le domaine du forgeage à mi-chaud, forgeage qui permet de réaliser des pièces plus complexes que le forgeage à froid avec des cotes ayant une tolérance comprise entre ±0,1mm, ce qui permet ainsi la réalisation de parties brutes de forme.
  • Un tel type de forgeage est particulièrement favorable au filage de parties de pièces, ce qui entraîne dans des zones localisées de l'empreinte de la matrice des échauffements importants par frottement mécanique.
  • Dans ce dispositif connu, l'organe de refroidissement et de lubrification est fixe, et/ou indépendant du corps de matrice et de l'éjecteur et une seule alimentation en eau, contenant généralement un lubrifiant, est utilisée pour le refroidissement et la lubrification de l'empreinte de la matrice.
  • L'organe de refroidissement ne peut être utilisé, pour le refroidissement et la lubrification de l'empreinte de la matrice, qu'après l'éjection de la pièce et avant l'introduction de la pièce suivante, ce qui retarde en temps, le refroidissement de l'empreinte de ladite matrice.
  • Or, ce temps n'est pas négligeable dans le forgeage de pièces en série à grande vitesse sur une même matrice.
  • En effet, un temps de refroidissement trop court génère une augmentation de température de la masse de la matrice, en fonction du nombre de pièces forgées et du temps intrinsèque de l'opération de forgeage. Cette augmentation de température entraîne localement un dépassement de la température de revenue de l'acier de la matrice provoquant sa dégradation rapide.
  • D'autre part, pour éviter le problème de l'élévation locale de la température de la matrice, ce qui réduit de façon considérable la tenue dans le temps de l'outillage, le dispositif de forgeage à mi-chaud connu travaille à une cadence inférieure à 20 pièces par minute pour des pièces forgées de 0,5 à 2Kg en poids, bien que les presses actuellement en usage acceptent une cadence d'environ 40 pièces par minute.
  • En d'autres termes, une pièce est forgée environ tous les deux mouvements de presse pour assurer un refroidissement suffisant de l'outillage.
  • De plus, un seul circuit de refroidissement et de lubrification génère, d'une part, une perte importante de lubrifiant et, d'autre part, un encrassement de l'empreinte de la matrice, par le lubrifiant apposé en continu dans l'empreinte lors d'un refroidissement, alors que celle-ci est encore à une température relativement élevée, provoquée par le passage de la pièce forgée précédente, ainsi qu'un encrassement de tous les organes situés à proximité de la matrice.
  • La présente invention a pour but de palier à ces divers inconvénients en proposant un dispositif de forgeage à mi-chaud permettant un refroidissement amélioré de la matrice, une diminution de la pollution par une économie de lubrifiant, une accélération de la cadence de forgeage en nombre de pièces forgées par heure grâce à un refroidissement amélioré, ainsi qu'un nettoyage assurant l'enlèvement du lubrifiant adhérent sur l'empreinte et utilisé lors d'un forgeage précédent.
  • La présente invention a pour objet un dispositif de forgeage à mi-chaud d'une pièce métallique, muni d'un outillage de forgeage comprenant :
    • une matrice dans laquelle est ménagée une empreinte de ladite pièce à forger à mi-chaud,
    • un poinçon destiné à presser la pièce préformée dans l'empreinte de la matrice,
    • un corps de matrice dans lequel est encastrée la matrice et comprenant un circuit de refroidissement de ladite matrice,
    • un éjecteur longitudinal glissant dans un alésage ménagé dans le corps de matrice et dans un alésage ménagé dans la matrice, ledit éjecteur comportant une face en bout, à l'avant, formant une partie de la surface de l'empreinte de la pièce à forger et une partie arrière formant le talon dudit éjecteur et comportant une face d'appui mécanique pour des moyens de déplacement de cet éjecteur et l'éjection de ladite pièce,
    • et un organe d'aspersion de fluides dans l'empreinte de la matrice,
    caractérisé en ce que le circuit comprend une chambre de distribution alimentée par au moins une arrivée de fluides et alimentant ledit organe d'aspersion formé par au moins un orifice radial ménagé dans l'éjecteur, à l'avant de celui-ci, pour le nettoyage, le refroidissement et la lubrification de l'empreinte de la matrice, ladite chambre communiquant, en outre, séquentiellement avec une sortie des fluides.
  • Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
    • la chambre de distribution est une cavité ménagée dans la partie centrale de l'alésage du corps de matrice et dans laquelle coulisse la partie arrière de l'éjecteur,
    • la chambre de distribution et l'éjecteur sont cylindriques et concentriques,
    • la partie arrière de l'éjecteur forme un obturateur de la sortie des fluides,
    • l'éjecteur comprend un conduit longitudinal communiquant avec la chambre de distribution par au moins un passage radial et le ou les orifices radiaux,
    • le ou les orifices radiaux sont répartis sur la partie avant de l'éjecteur en différentes positions, orientations, densités et diamètres, de façon sélective pour assurer un refroidissement adaptable à chaque élément de surface de l'empreinte de la matrice,
    • le conduit longitudinal est concentrique à l'éjecteur et à la chambre de distribution,
    • la partie arrière cylindrique de l'éjecteur forme avec la chambre de distribution, une pompe pour l'augmentation en pression du fluide contenu dans ladite chambre,
    • l'alésage de matrice guidant l'éjecteur forme un obturateur du ou des orifices radiaux et de la chambre de distribution,
    • les différents fluides sont constitués, soit par une eau pure de refroidissement, soit par une eau additionnée d'un lubrifiant, soit par un gaz, ou soit par un mélange en proportion déterminée d'une eau pure ou additionnée et un gaz.
  • La présente invention a également pour objet un procédé de forgeage à mi-chaud, pour l'utilisation du dispositif, dans lequel on maintient une matrice placée dans un corps de matrice à une température définie de forgeage au moyen d'un circuit dans lequel circule un fluide de refroidissement du corps de matrice et de la matrice, on éjecte après l'opération de forgeage à mi-chaud la pièce forgée au moyen d'un éjecteur longitudinal coulissant dans un alésage du corps de matrice et un alésage de la matrice, et qui prend appui sur ladite pièce forgée, moulée dans une empreinte de la matrice, on refroidit l'empreinte de la matrice au moyen d'un organe d'aspersion, caractérisé en ce que :
    • lors de l'avancée de l'éjecteur pour l'éjection de la pièce forgée, on obstrue la sortie des différents fluides du circuit par l'avancée de la partie arrière de l'éjecteur et simultanément on envoie un fluide de refroidissement dans une chambre de distribution, un conduit longitudinal ménagé dans l'éjecteur et ledit organe d'aspersion,
    • pendant l'opération d'éjection de la pièce, lors de l'avancée de l'éjecteur et son maintien en position avancée, on refroidit en tout point ou en des points déterminés l'empreinte de la matrice par vaporisation, par l'organe d'aspersion et le conduit longitudinal, du fluide de refroidissement contenu dans la chambre de distribution,
    • lors du retrait de l'éjecteur, on arrête l'alimentation en fluide de refroidissement et on alimente la chambre de distribution, le conduit longitudinal et l'organe d'aspersion de l'éjecteur par un fluide de lubrification pour la lubrification de l'empreinte de la matrice,
    • et, lors du retour de l'éjecteur à sa position arrière d'origine, on coupe l'alimentation en fluide de lubrification et simultanément on ouvre la sortie des fluides du circuit.
  • Selon d'autres caractéristiques du procédé selon l'invention :
    • on alimente la chambre de distribution séquentiellement par les différents fluides constitués, soit par une eau pure de refroidissement, soit par une eau additionnée d'un lubrifiant, soit par un gaz ou soit par un mélange en proportion déterminée d'une eau pure additionnée et un gaz,
    • le gaz est de l'air comprimé circulant en continu dans le circuit pour donner aux différents fluides la pression nécessaire,
    • lorsque les organes d'aspersion sont obstrués, on comprime une partie du fluide de refroidissement contenu dans la chambre de distribution, au moyen d'un piston constitué par la partie arrière de l'éjecteur, la chambre de distribution et le piston formant une pompe, qui augmente la pression du fluide contenu dans ladite chambre communiquant avec ledit organe d'aspersion,
    • le fluide de refroidissement est un brouillard de fines gouttelettes,
    • le fluide de lubrification est un moyen de fines gouttelettes, d'un fluide composé d'eau pure et de lubrifiant,
    • le lubrifiant est choisi parmi une huile graphitée, une eau graphitée ou un produit blanc.
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
    • la Fig. 1 est une vue en coupe d'un outillage de forgeage d'un dispositif de forgeage à mi-chaud conforme à l'invention,
    • la Fig. 2 est une vue en coupe de l'outillage de forgeage du dispositif selon l'invention, au début de l'éjection de la pièce,
    • la Fig. 3 est une vue en coupe d'un outillage de forgeage du dispositif selon l'invention, lors du refroidissement de la matrice,
    • la Fig. 4 est une vue en coupe de l'outillage de forgeage du dispositif selon l'invention, lors de la lubrification de l'empreinte de la matrice.
  • Sur la Fig. 1 on a représenté un outillage de forgeage d'un dispositif 1 de forgeage à mi-chaud d'une pièce 2 métallique.
  • Le dispositif comprend un matrice 3 dans laquelle est ménagée une empreinte 4 de la pièce 2 forgée par une mise en forme à tiède, à l'aide d'un poinçon non représenté, qui presse la pièce 2 préformée dans l'empreinte 4 de la matrice 3.
  • La matrice 3 est insérée dans un corps 6 de matrice dans lequel est ménagé un circuit 7 de circulation de fluide, ce circuit étant par exemple disposé en étoile. La matrice 3 subit régulièrement une augmentation de température au contact des pièces 2 forgées lors de chaque opération de forgeage.
  • Le dispositif est muni d'un éjecteur 8 longitudinal assujetti au corps 6 de matrice et à la matrice 3, et traversant un alésage 9 ménagé dans le corps 6 de matrice et un alésage de guidage 10 ménagé dans la matrice 3.
  • A l'extrémité avant de l'éjecteur, c'est à dire du côté de la matrice 3, cet éjecteur 8 comporte une face 12 en bout qui forme une partie de la surface de l'empreinte 4 de la matrice 3.
  • L'éjecteur 8 comprend, à l'opposé de la matrice 3, une partie arrière 13 formant le talon dudit éjecteur et qui comporte une face de bout 14 constituant un appui mécanique pour le déplacement dudit éjecteur 8 et l'éjection de la pièce 2.
  • L'effort d'extraction de la pièce 2 est communiqué à l'éjecteur 8, par l'intermédiaire d'une tige 15, liée mécaniquement à un moyen d'éjection de ladite pièce, non représenté sur les figures.
  • Le corps 6 de matrice est inséré dans une enveloppe 16 dans laquelle sont percées des entrées 7 de fluides et des sorties 18 desdits fluides.
  • Ces entrées 17 et ces sorties 18 communiquent avec le circuit 7 du corps 6 de matrice.
  • Le corps 6 de matrice est disposé en appui, d'une part, sur un épaulement 9 ménagé dans l'enveloppe 16 et, d'autre part, bloqué par un couvercle 20 fixé au moyen de vis 21.
  • Le corps 6 de matrice comprend, dans le circuit 7, une chambre de distribution 25 communiquant avec les entrées 17 de fluides et communiquant séquentiellement avec les sorties 18 desdits fluides.
  • La chambre de distribution 25 est constituée par une cavité ménagée dans la partie centrale de l'alésage 9 du corps 6 de matrice, dans laquelle coulisse la partie arrière 13 de l'éjecteur 8.
  • La chambre de distribution 25 et l'éjecteur 8 sont cylindriques et concentriques.
  • L'éjecteur 8 comprend un conduit 26 longitudinal par exemple cylindrique, communiquant avec la chambre de distribution 25 par au moins un passage 27 oblong et radial.
  • Par ailleurs, l'éjecteur 8 comporte, à sa partie avant 11, un organe d'aspersion de fluides qui est constitué par une série d'orifices radiaux 28.
  • Les orifices radiaux 28 sont répartis sur la partie avant 11 de l'éjecteur 8 en différentes positions, orientations, densités, diamètres, de façon sélective pour assurer un refroidissement adaptable à chaque élément de surface de l'empreinte 4 de la matrice 3.
  • La partie avant 11 de l'éjecteur 8, muni des orifices radiaux 28, est située dans l'alésage 9 du corps 6 de matrice, lors du forgeage d'une pièce 2 et communique avec la chambre de distribution 25 et le circuit 7, ce qui permet de maintenir en milieu liquide lesdits orfices radiaux 28 à chaque opération de forgeage.
  • Lorsque la partie avant de l'éjecteur 8 traverse l'alésage 10 de la matrice 6, ledit alésage 10 forme un obturateur des orifices radiaux 28 et la partie arrière 13 de l'éjecteur 8 constitue un piston d'une pompe.
  • Lorsque la partie avant 11 de l'éjecteur 8 se trouve dans l'empreinte 4 de la matrice 3, les orifices radiaux 28 forme une buse qui asperge d'un fluide pressurisé chaque élément de surface de ladite empreinte 4.
  • Le dispositif fonctionne de la manière suivante.
  • Tout d'abord, on maintient la matrice 3 placée dans le corps 6 de matrice à une température définie de forgeage au moyen du circuit 7 dans lequel circule un fluide de refroidissement du corps 6 de matrice et de la matrice 3.
  • Ensuite, on éjecte après l'opération de forgeage à mi-chaud, la pièce 2 forgée au moyen de l'éjecteur 8 coulissant dans l'alésage 9 du corps 6 de matrice et dans l'alésage 10 de la matrice 3.
  • La face avant 12 de l'éjecteur 8 prend appui sur la pièce 2 forgée, moulée dans l'empreinte 4 de la matrice 3 et on refroidit ladite empreinte 4 au moyen des orifices radiaux 28.
  • Lorsque l'éjecteur 8 est en retrait, comme représenté sur la Fig. 1, le fluide de refroidissement circule de l'entrée 17 de fluides vers la sortie 18 des fluides en traversant, dans cet exemple de réalisation, la chambre de distribution 25 et le circuit 7 en étoile du corps 6 de matrice.
  • Lors de l'avancée de l'éjecteur 8, pour le retrait d'une pièce 2 préalablement forgée, la sortie 18 des fluides est obstruée par la partie arrière 13 de l'éjecteur 8 qui ferme le circuit 17, en un point 29 comme représenté sur la Fig. 2, et entraîne le fluide de refroidissement de la chambre de distribution 25 par les orifices radiaux 28 et l'empreinte 4 de matrice 3 en passant par le trou radial 27 et le conduit longitudinal 26.
  • Lorsque la partie avant 11 de l'éjecteur 8 débouche dans l'espace de l'empreinte 4 de la matrice 3 en traversant l'alésage 10 formant obturateur (Fig. 3), le fluide de refroidissement contenu dans la chambre de distribution 25 est pulvérisé sous pression par la buse formée par les orifices radiaux 28.
  • Après refroidissement de l'empreinte 4 de la matrice 3, par pulvérisation-évaporation, le fluide de refroidissement est remplacé par un fluide de lubrification (Fig. 4).
  • Le fluide de lubrification passe par les entrées 17, le circuit 7, la chambre de distribution 25, le trou radial 27, le conduit longitudinal 26 et les orfices radiaux 28.
  • La buse formée par les orifices radiaux 28 aspergent de lubrifiant l'empreinte 4 de la matrice 3 refroidie.
  • Lors du retrait total de l'éjecteur 8, l'alimentation en fluide de lubrification est coupée, le circuit 7 est ouvert à nouveau et alimenté en fluide de refroidissement (Fig. 1) et les orifices radiaux 28 sont pour l'essentiel dans l'espace de la chambre de distribution 25.
  • Le rôle essentiel de l'éjecteur 8, associé au circuit 7, est la pulvérisation d'un fluide de refroidissement à haute pression dans l'empreinte 4, par l'intermédiaire des orifices radiaux 28 de façon à bénéficier de l'effet thermique de vaporisation du fluide pour le refroidissement de la matrice 3, l'effet thermique de refroidissement par évaporation est d'autant plus efficace que l'aspersion est réalisée pendant l'éjection de la pièce 2.
  • La chambre de distribution 25 est alimentée séquentiellement par différents fluides qui sont constitués soit par une eau pure de refroidissement, soit par une eau additionnée d'un lubrifiant, soit par un gaz ou soit par un mélange en proportion déterminée d'une eau pure ou additionnée et un gaz.
  • Le gaz peut être de l'air comprimé circulant en continu dans le circuit 7 pour donner aux différents fluides la pression nécessaire.
  • Le fluide de refroidissement est constitué par un brouillard de fines gouttelettes et le fluide de lubrification est constitué par un brouillard de fines gouttelettes d'un fluide composé d'eau et de lubrifiant.
  • Le lubrifiant est choisi parmi une huile graphitée, une eau graphitée ou un produit blanc.
  • L'utilisation d'un fluide tel qu'une eau pure sans lubrifiant, permet à chaque opération de forgeage de retirer le lubrifiant résiduel adhérant sur l'empreinte 4, issu de l'opération précédente.
  • De ce fait, l'eau pure nettoie l'empreinte 4 de la matrice 3.
  • Un tel dispositif et son procédé d'utilisation permettent une augmentation de la vitesse de production de pièces forgées à mi-chaud.
  • En effet, le refroidissement par pulvérisation-vaporisation sous pression est extrèmement efficace et permet plus précisément de doubler la vitesse de production de pièces forgées.
  • De plus, la séparation du fluide de refroidissement et du fluide de lubrification procure un avantage dans le domaine de la pollution, car la consommation du fluide de lubrification est d'environ vingt fois plus faible que la consommation du fluide de refroidissement et l'économie en produit lubrifiant et en pollution des fluides rejetés sont en proportion.
  • Cette séparation permet le nettoyage de la buse d'aspersion et de l'empreinte de matrice à chaque opération de forgeage et une lubrification efficace lorsque l'empreinte est préalablement refroidie.

Claims (18)

  1. Dispositif de forgeage à mi-chaud d'une pièce métallique (2), muni d'un outillage de forgeage comprenant :
    - une matrice (3) dans laquelle est ménagée une empreinte ( 4 ) de ladite pièce ( 2 ) à forger à mi-chaud,
    - un poinçon destiné à presser la pièce (2) préformée dans l'empreinte (4) de la matrice (3),
    - un corps (6) de matrice dans lequel est encastrée la matrice (3) et comprenant un circuit (7) de refroidissement de ladite matrice (3),
    - un éjecteur (8) longitudinal glissant dans un alésage (9) ménagé dans le corps (6) de matrice et dans un alésage (6) ménagé dans la matrice (3), ledit éjecteur (8) comportant une face en bout (12), à l'avant, formant une partie de surface de l'empreinte (4) de la pièce (2) à forger et une partie arrière (13) formant le talon dudit éjecteur (8) et comportant une face (14) d'appui mécanique pour des moyens de déplacement de cet éjecteur (8) et l'éjection de ladite pièce (2),
    - et un organe (28) d'aspersion de fluides dans l'empreinte (4) de la matrice (3), caractérisé en ce que le circuit (7) comprend une chambre de distribution (25) alimentée par au moins une arrivée (17) de fluides et alimentant ledit organe d'aspersion formé par au moins un orifice radial (28) ménagé dans l'éjecteur (8), à l'avant de celui-ci, pour le nettoyage, le refroidissement et la lubrification de l'empreinte (4) de la matrice (3), ladite chambre (25) communiquant, en outre, séquentiellement avec une sortie (18) des fluides.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de distribution (25) est une cavité ménagée dans la partie centrale de l'alésage (9) du corps (6) de matrice et dans laquelle coulisse la partie arrière (13) de l'éjecteur (8).
  3. Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la chambre de distribution (25) et l'éjecteur (8) sont cylindriques et concentriques.
  4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la partie arrière (13) de l'éjecteur (8) forme un obturateur de la sortie (18) des fluides.
  5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'éjecteur (8) comprend un conduit longitudinal (26) communiquant avec la chambre de distribution (25) par au moins un passage radial (27) et le ou les orifices radiaux (28).
  6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou les orifices radiaux (28) sont réparatis sur la partie avant de l'éjecteur (8) en différentes positions, orientations, densités et diamètres, de façon sélective pour assurer un refroidissement et une lubrification adaptable à chaque élément de surface de l'empreinte (4) de la matrice (3).
  7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit longitudinal (26) est concentrique à l'éjecteur (8) et à la chambre de distribution (25).
  8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie arrière (13) cylindrique de l'éjecteur (8) forme avec la chambre de distribution (25) une pompe pour l'augmentation en pression du fluide contenu dans ladite chambre (25).
  9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'alésage (10) de matrice guidant l'éjecteur forme un obturateur du ou des orifices radiaux (28) et de la chambre de distribution (25).
  10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les différents fluides sont constitués, soit par une eau pure de refroidissement, soit par une eau additionnée d'un lubrifiant, soit par un gaz ou soit par un mélange en proportion déterminée d'une eau pure ou additionnée et un gaz.
  11. Procédé de forgeage à mi-chaud d'une pièce métallique, pour l'utilisation du dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 10.
  12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel on maintient une matrice (3) placée dans un corps (6) de matrice à une température définie de forgeage au moyen d'un circuit (7) dans lequel circule un fluide de refroidissement du corps (6) de matrice et de la matrice (3), on éjecte, après l'opération de forgeage à mi-chaud, la pièce (2) forgée au moyen d'un éjecteur (8) longitudinal coulissant dans un alésage (9) du corps (6) de matrice et un alésage (10) de la matrice (3) et qui prend appui sur ladite pièce forgée, moulée dans une empreinte (4) de la matrice (3), on refroidit l'empreinte (4) de la matrice (3) au moyen d'un organe d'aspersion (28), caractérisé en ce que :
    - lors de l'avancée de l'éjecteur (8) pour l'éjection de la pièce (2) forgée, on obstrue la sortie (18) des différents fluides du circuit (7) par l'avancée de la partie arrière de l'éjecteur (8) et simultanément on amène un fluide de refroidissement dans une chambre de distribution (25), un conduit longitudinal (26) ménagé dans l'éjecteur (8) et ledit organe d'aspersion (28),
    - pendant l'opération d'éjection de la pièce (2), lors de l'avancée de l'éjecteur (8) et son maintien en position avancée, on refroidit en tout point ou en des points déterminés l'empreinte (4) de la matrice (3) par vaporisation, par l'organe d'aspersion (28) et le conduit longitudinal (26) de l'éjecteur (8), du fluide de refroidissement contenu dans la chambre de distribution (25),
    - lors du retrait de l'éjecteur (8), on arrête l'alimentation en fluide de refroidissement et on alimente, le circuit (7), la chambre de distribution (25), le conduit longitudinal (26) et l'organe d'aspersion (28) de l'éjecteur (8), par un fluide de lubrification pour la lubrification de l'empreinte (4) de la matrice (3),
    - et lors du retour de l'éjecteur (8) à sa position arrière d'origine, on coupe l'alimentation en fluide de lubrification et simultanément on ouvre la sortie (18) des fluides du circuit (7).
  13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'on alimente la chambre de distribution (25) séquentiellement par les différents fluides constitués soit par une eau pure de refroidissement, soit par une eau additionnée d'un lubrifiant, soit par un gaz ou soit par un mélange en proportion déterminée d'une eau pure ou additionnée et un gaz.
  14. Procédé selon les revendications 12 et 13, caractérisé en ce que le gaz est de l'air comprimé circulant en continu dans le circuit (7) pour donner aux différents fluides la pression nécessaire.
  15. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que, lorsque l'organe d'aspersion (28) est obstrué, on comprime une partie du fluide de refroidissement contenu dans la chambre de distribution (25), au moyen d'un piston constitué par la partie arrière (13) de l'éjecteur (8), la chambre de distribution (25) et ledit piston formant une pompe qui augmente la pression du fluide contenu dans ladite chambre communiquant avec ledit organe d'aspersion (28).
  16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 15, caractérisé en ce que le fluide de refroidissement est un brouillard de fines gouttelettes.
  17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 15, caractérisé en ce que le fluide de lubrification est un brouillard de fines gouttelettes d'un fluide composé d'eau et de lubrifiant.
  18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que le lubrifiant est choisi parmi une huile graphitée, une eau graphitée ou un produit blanc.
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