EP0804301B1 - Conditionnement en fut de fil d'alliage de cuivre pre-dresse - Google Patents

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EP0804301B1
EP0804301B1 EP95941759A EP95941759A EP0804301B1 EP 0804301 B1 EP0804301 B1 EP 0804301B1 EP 95941759 A EP95941759 A EP 95941759A EP 95941759 A EP95941759 A EP 95941759A EP 0804301 B1 EP0804301 B1 EP 0804301B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wire
drum
fil
une
mpa
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP95941759A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0804301A1 (fr
Inventor
Robert Gillespie
Laurent Michard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Trefimetaux SAS
Original Assignee
Trefimetaux SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Trefimetaux SAS filed Critical Trefimetaux SAS
Publication of EP0804301A1 publication Critical patent/EP0804301A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0804301B1 publication Critical patent/EP0804301B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21F—WORKING OR PROCESSING OF METAL WIRE
    • B21F1/00—Bending wire other than coiling; Straightening wire
    • B21F1/02—Straightening
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C19/00—Devices for straightening wire or like work combined with or specially adapted for use in connection with drawing or winding machines or apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C47/00—Winding-up, coiling or winding-off metal wire, metal band or other flexible metal material characterised by features relevant to metal processing only
    • B21C47/02—Winding-up or coiling
    • B21C47/10—Winding-up or coiling by means of a moving guide
    • B21C47/14—Winding-up or coiling by means of a moving guide by means of a rotating guide, e.g. laying the material around a stationary reel or drum

Definitions

  • the invention relates to the packaging of alloy wires of pre-erected copper, in the form of barrel crowns, and in view of uses which may require in particular training the wire before use. Only the generic term "wire” will be used in what follows to designate all of the deliverable long semi-finished products in the form of crowns, even those of non-circular section.
  • This technique is applied to wires for welding in highly cold worked steel, of mechanical strength typically between 600 and 1200 N / mm 2 and of diameter ranging from 0.8 to 1.6 mm.
  • the pre-dressing technique allows the pre-trained wire to slide correctly in a sheath several tens of meters long, which makes it possible to supply a mobile welding station from a heavy wire storage unit, which it remains fixed.
  • the material is in rotation, the tool remaining fixed. This requires that the material presents itself in the form of relatively short sections (generally 3 to 4 m) and sufficiently straight so that they can be rotated.
  • the packaging according to the invention which solves the problems encountered with the bar turner do not increase appreciably the constraints at the wire producer.
  • said wire unwound, straight with an arrow less than 5 mm feeds a bar turning machine equipped with a straightener.
  • the wire has a deflection less than 0.5 mm / m, level that may be required for high precision machining.
  • brass is preferably chosen, taking into account the use (bar turning) that is made of pre-erected wire of this first object, but as it will be indicated below, other or harder alloys "brittle" that brass can be used.
  • the upper limits of diameter and mechanical resistance pre-erected wire result in particular from the need to limit the energy stored by the pre-erected wire during the casked. Beyond a certain threshold, the energy stored would be too large to be contained by the armature of a was, and could even present a danger in case of rupture of a barrel, resulting in the total release of constraints.
  • the invention solves a problem of productivity and / or level of quality of great economic importance. Furthermore, the solution to this problem could not be anticipated or suggested by the means mentioned in the prior art and relating to the conditioning of steel wires for welding. On the one hand, for those skilled in the art of turning brass, wire dressing is perceived as an essential operation, inseparable from machining according to method B. The possibility of eliminating wire dressing cannot come to mind of this skilled person.
  • wires for EDM are described in numerous patents, for example in European application no. 526 361-A1 in the name of the plaintiff.
  • the Applicant has found that the solution found with the wire for bar turning also applies to the wire for EDM.
  • the technical problem to be solved is as follows: when the wire breaks, the wire must be threaded automatically, so that EDM can continue without the need for manual intervention. For this, the EDM wire must not have any memory effect which means that the end of a wire initially in coil or in crown, tends to form a loop winding on itself. Thus, after breakage of the wire, the end of the wire retains its trajectory as if there had been no breakage of the wire.
  • the problem has been resolved by heat treating the wire and / or straightening it before winding.
  • the invention allows the elimination of these treatments, and avoids the use of coils, with the constraints linked to their use.
  • the use of spools limits the quantity of thread per spool (standard weight of 5 kg), even if this quantity tends to increase.
  • the coils must be mounted on a motorized reel, which generates both additional costs and vibrations incompatible with the precision of EDM machining.
  • said barrel may be a sealed barrel, and contain possibly other means (desiccant bags, products likely to fix ammonia, protective products adsorbent on the surface of the wire) to avoid these risks.
  • the invention ensures hermetic storage of the wire crown pre-erected (15), which avoids the risks of corrosion under constraint of the wire ("season cracking" in English), in humid atmosphere or in the presence of ammonia.
  • Other ways can also be used to further limit these risks: installation of desiccant sachets, or products likely to fix ammonia, or protective products adsorbents on the surface of the wire, insulation of drums to limit the impact of temperature variations ambient.
  • the invention also includes the use of a packaging process any pre-erected wire, whether it is wire steel, or a non-ferrous alloy other than copper, for directly supply wire to machining machines, especially lathes and lathe machines, or cold stamping.
  • machining machines especially lathes and lathe machines, or cold stamping.
  • the plaintiff has was able to verify the applicability to the steel wire, of the concept developed with copper alloys, such as brasses, and previously discussed.
  • the precision currently accessible with a spreader bar close to 4 mm / m is 10 ⁇ m, while that accessible with a spreader bar of 0.5 mm / m or less is of the order of 5 ⁇ m.
  • productivity gain is around 15% when we go from a bar of 4mm / m of arrow to a bar of 1mm of arrow or less.
  • the Applicant has carried out numerous other tests in varying the nature of the copper alloy and its geometric or mechanical characteristics, techniques machining, and the geometry of the machined parts.
  • the pre-straightened wire according to the invention made it possible to avoid treatment thermal of the crowns necessary to erase “the memory of the brass ", and to obtain, without heat treatment, parts with an arrow of 0.05 mm, for a tolerance of 0.07 mm.
  • the Applicant has also used the pre-drawn wire according to the invention to manufacture parts, no longer by machining, but by cold stamping. It also observed that, in the case of very long pieces, typically from 30 to 50 mm, the problem of deflection also arises, due to the residual deformation caused during the bending preceding the placing in barrels, and can lead to discard of the final part, despite repeated adjustments of the dressing device. In this case also, the pre-erected wire of the example made it possible to considerably limit the value of the arrow.
  • a typical example of parts obtained by cold stamping, taking into account tight geometrical tolerances, are the anodes of alkaline batteries.
  • the tests also related to wires of different diameters (tests with brass wires of 3 and 6 mm in diameter), and of different mechanical strengths: "hard” or “brittle” alloys such as lead bronze (Cu-Sn-Pb), or lead nickel silver (Cu-Zn-Ni-Mn-Pb), within the limits as they appear in claim 1. These limits result from the need to obtain a deflection of less than 5 mm / m for the bar subjected to rotation for machining (method B). If wires that are too large and / or too strong are used, this results in a residual deflection greater than this limit value of 5 mm / m of bar.
  • “hard” or “brittle” alloys such as lead bronze (Cu-Sn-Pb), or lead nickel silver (Cu-Zn-Ni-Mn-Pb)
  • This wire according to the invention has been tested on an EDM machine, compared to a standard wire.
  • a standard wire includes a thermal or mechanical dressing treatment before winding.
  • the barrel wire according to the invention behaved in a manner similar to that of the coil wire, heat treated or mechanically straightened, according to the prior art.
  • prewired alloy wires of Cu-Sn-Pb composition (“lead bronze"), and Cu-Zn-Ni-Mn-Pb (“nickel silver at lead ”) could thus be packaged in barrels.
  • the Applicant has observed that the packaging according to the invention allowed, for an equal barrel size, double the amount of wire compared to traditional wire packaging in barrels (500 kg according to the invention instead of 250 kg according to the prior art). That is that, in traditional packaging, turns must be relatively "ventilated” so as to limit the problems of entanglement at the reel, while all turns are fully blocked and with a compact stack in the case of the invention.
  • Pre-dressing wire 1 Pre-dressed wire 2 Keg 3 Wire feed system 4 Small motorized capstan 5 Trainer 2 shots 6 Large motorized capstan 7 Pair of rollers at 90 ° and rotated 8 Drum lowering system 9 Plastic washer 10 Support legs 11 Elastic 12 Rigid rod 13 Ring 14 Pre-erected wire crown 15 Drum 16

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Wire Processing (AREA)
  • Metal Extraction Processes (AREA)
  • Gasket Seals (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)
  • Packaging Of Annular Or Rod-Shaped Articles, Wearing Apparel, Cassettes, Or The Like (AREA)
  • Storage Of Web-Like Or Filamentary Materials (AREA)

Description

DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention concerne le conditionnement de fils d'alliages de cuivre pré-dressés, sous forme de couronnes en fûts, et en vue d'utilisations qui peuvent nécessiter notamment un dressage du fil avant utilisation. Le terme générique "fil" sera seul utilisé dans ce qui suit pour désigner l'ensemble des demi-produits longs livrables sous forme de couronnes, même ceux de section non-circulaire.
ETAT DE LA TECHNIQUE
On connaít déjà le conditionnement de fil pré-dressé en acier pour alimenter les machines de soudage automatique. Dans les machines actuelles de soudage, le fil est alimenté en continu à travers une gaine. Pour augmenter l'autonomie des machines, on conditionne le fil en fûts de 250 kg. En prédressant le fil avant la mise en fûts, on obtient lors du dévidage, un produit sans spire rémanente ni gauche. Ceci permet, d'une part de limiter le frottement du fil dans la gaine, et d'autre part de garantir la rectitude de la portion de fil libre au point de soudure (le "stick-out" - de longueur 30 mm environ).
Le pré-dressage est obtenu de la façon suivante (voir figure 1):
  • le fil dévidé à partir d'un touret, traverse une série de galets dresseurs, et est entraíné par un cabestan de grand diamètre conservant au fil sa rectitude,
  • puis deux couples de galets non motorisés, situés dans deux plans perpendiculaires passant par l'axe du fil et animés d'un mouvement de rotation autour du fil, impriment à ce dernier une torsion. Le fil est alors guidé par un tambour jusqu'à son dépôt en spirale dans le fond d'un fût,
  • le fût descend au fur et à mesure qu'il se remplit de sorte que l'intervalle entre la surface libre du fil et la base du tambour reste constante,
  • en fin de remplissage du fût, on applique sur la spire supérieure du fil une rondelle plastique que l'on attache au fond du fût par l'intermédiaire d'un élastique, ce qui permet de maintenir le produit en place.
Cette technique est appliquée à des fils pour soudure en acier fortement écroui, de résistance mécanique comprise typiquement entre 600 et 1200 N/mm2 et de diamètre allant de 0,8 à 1,6 mm.
La technique du pré-dressage permet au fil pré-dressé de coulisser correctement dans une gaine de plusieurs dizaines de mètres de long, ce qui permet d'alimenter un poste de soudage mobile à partir d'une unité lourde de stockage du fil, qui elle, reste fixe.
PROBLEME POSE
L'invention vise à améliorer notamment la technologie actuelle de micro-décolletage de demi-produits en alliage de cuivre, notamment les laitons.
En micro-décolletage, il existe deux types de machines ou de méthodes:
  • Type 1 : celles où l'usinage est réalisé notamment par un outil en rotation, la matière étant fixe,
  • Type 2 : celles où l'outil fixe appliqué à une matière en rotation, comme par exemple décrit dans la demande de brevet WO 81/01378.
    • Pour assurer une précision optimale de l'usinage à grande vitesse, il est souhaitable que la matière soit en rotation, l'outil restant fixe. Ceci impose que la matière se présente sous forme de tronçons de longueur relativement faible (généralement de 3 à 4 m) et suffisament droits pour qu'ils puissent être mis en rotation.
    Pour constituer ces tronçons, désignés aussi sous le terme "barre", on procède habituellement selon l'une ou l'autre des deux méthodes suivantes:
    Méthode A: les barres sont fabriquées par le producteur de fil à l'aide de dresseuses.
    La machine de micro-décolletage est alors munie d'un "réservoir à barres" appelé "embarreur" destiné à l'alimentation de l'outil de micro-décolletage en barres.
    Cette technique présente des inconvénients:
    • du fait de la technologie existante des embarreurs et des tours de décolletage, la rectitude des barres doit être parfaite, sinon les barres se coincent dans l'embarreur, ou bien elles occasionnent des vibrations lors de la mise en rotation, source de défauts géométriques inacceptables sur les pièces usinées.
      Pour assurer une rectitude parfaite des barres, le producteur de barres en laiton doit utiliser des machines spécifiques de dressage de fil relativement coûteuses (dresseuses), et par ailleurs la cadence de dressage est nettement plus faible que celle de tréfilage ou d'étirage, ce qui diminue fortement la productivité de fabrication. Pour ces deux raisons, cette méthode présente des coûts élevés.
    • la capacité des embarreurs étant limitée à quelques dizaines de barres, l'autonomie des tours l'est aussi par voie de conséquence. Il est donc nécessaire de recharger régulièrement les embarreurs au bout de quelques heures, ce qui pénalise la productivité chez le décolleteur.
    • eu égard aux impératifs d'encombrement lors du transport et de la manutention des barres, la longueur de celles-ci est limitée (4m environ). Ceci pénalise la mise en oeuvre, car il y a, pour chaque barre mise en oeuvre, une chute d'environ 200 mm, soit 5% de la longueur.
    Méthode B:
    Le producteur conditionne le fil en couronnes dont le poids unitaire est généralement de 250 kg. Les couronnes sont placées dans des fûts cylindriques en carton, fermés à la base par un socle en bois, et au sommet par un couvercle amovible en bois ou métal.
    Pour constituer ces couronnes, le producteur de fil de laiton exerce sur le fil, juste avant conditionnement en fûts, une légère déformation plastique destinée à lui conférer une courbure naturelle, de diamètre voisin de celui des fûts. Ceci est nécessaire pour que le positionnement des spires s'effectue de manière régulière, afin d'éliminer les risques d'emmèlement lors des manutentions et du transport, et donc les risques de coincement du fil lors du dévidage.
    Chez le décolleteur, le fil est extrait du fût A l'aide d'un dévidoir spécial, puis il passe dans un cadre tournant à touches qui le redresse, et il est ensuite coupé à longueur par une cisaille. On obtient ainsi des barres qui peuvent être mises en rotation pour le décolletage.
    Par rapport à la méthode A, la méthode B présente les avantages suivants:
    • la préparation de chaque barre est opérée en temps masqué, durant le décolletage de la barre précédente. Ainsi, le dressage, beaucoup plus rapide que le décolletage, n'occasionne aucune perte de productivité.
    • un fût contient environ 10 000 m de fil, représentant plusieurs miliers de barres. Ainsi l'autonomie des tours est multipliée par un facteur de l'ordre de 100 par rapport à celle de la méthode A.
    • la limite de longueur des barres n'est plus liée aux impératifs de transport et de conditionnement, mais à la place disponible dans l'atelier du décolleteur. Il est ainsi possible, du moins théoriquement, d'usiner des barres plus longues, et ainsi de réduire la mise en oeuvre (taux de chutes inférieur à 5%).
    La méthode B a donc connu une faveur grandissante chez les micro-décolleteurs, en particulier ceux qui travaillent sur de grandes séries où la nécessité d'une productivité élevée est impérative.
    Cependant, la méthode B présente les inconvénients suivants:
  • a) contrairement à la méthode A, où le producteur de fil laiton est équipé d'un nombre limité de dresseuses pour produire des barres, le décolleteur doit en installer un grand nombre (une dresseuse pour chaque tour). Les dresseuses doivent donc être d'un modèle relativement simple, sauf à représenter un investissement extrèmement élevé.
  • b) cependant, du fait de l'emploi de dresseuses "simples", le dressage est beaucoup moins soigné que dans la méthode A, les barres pouvant présenter couramment une flèche de plusieurs centimètres. Les décolleteurs ont pallié partiellement à ce défaut en modifiant le dispositif d'alimentation des tours: la barre en cours d'usinage est enfermée dans une gaine emplie d'huile. Le bain d'huile permet à la barre de s'auto-centrer lors de la rotation. Il demeure néanmoins que, la rectitude des barres n'étant pas parfaite, la précision du décolletage n'est pas optimale (plage de 10 µm: valeur nominale+10µm, valeur nominale-10µm, ou valeur nominale+/- 5 µm selon le cas).
  • c) la méthode B est limité à des fils relativement faciles à dresser, les fils de diamètre et de résistance mécanique élevées ne pouvant être dressés correctement. Ainsi, la méthode B ne peut être appliquée à des fils de diamètre supérieur à 3 mm, ou même moins dans le cas de fils de résistance mécanique élevée (typiquement de l'ordre de 700 N/mm2.
  • d) l'utilisation de fil, lorsqu'on usine des pièces de grande longeur, et en particulier lorsque l'usinage est obtenu par rotation de l'outil, conduit à des pièces pouvant avoir une flèche résiduelle trop grande, que le dispositif de dressage n'est pas parvenu à éliminer ("la mémoire du laiton" pour l'homme du métier): flèche de l'ordre de 0,15 mm pour une pièce de 40 mm de longueur, alors que la tolérance est de 0,07 mm. Ce problème se présente sur les deux types de machines de décolletage : celles où la matière reste fixe (type 1) et celles où la matière est en rotation (type 2). Dans ce cas, il est nécessaire de soumettre au préalable la couronne de fil à un traitement thermique complémentaire consistant en une recristallisation partielle de l'alliage, qui occasionne un surcoût non négligeable. Ce traitement thermique permet d'obtenir des pièces de grande longueur (40 mm) avec une flèche de 0,05 mm.
    • L'invention vise à proposer un conditionnement de fil d'alliage de cuivre, typiquement du laiton, qui supprime les inconvénients précédemment indiqués pour les méthodes A et B, en particulier ceux énumérés sous a) à d) pour la méthode B, à savoir:
  • 1) suppression d'une dresseuse par tour,
  • 2) obtention d'un décolletage de précision plus élevée ou à plus grande vitesse,
  • 3) élargissement de la gamme de fils utilisable vers les diamètres élevés et/ou les résistances mécaniques élevées.
  • 4) réduction très significative ou suppression de la flèche résiduelle sur les pièces de grande longueur, et ce, sans traitement thermique préalable.
    • Par ailleurs, le conditionnement selon l'invention, qui résout les problèmes rencontrés chez le décolleteur, n'augmente pas sensiblement les contraintes chez le producteur de fil.
    DESCRIPTION DE L'INVENTION
    Un premier objet de l'invention est constitué par un procédé de conditionnement de manière à obtenir un fil métallique prédressé dans un fût cylindrique, dans lequel,
  • a) le fil à pré-dresser traverse une série de galets dresseurs, en étant entraíné par un cabestan de grand diamètre conservant au fil sa rectitude,
  • b) puis ledit fil subit une torsion en traversant deux couples de galets non motorisés situés dans deux plans perpendiculaires et animés d'un mouvement de rotation autour du fil,
  • c) ledit fil, guidé par un tambour ayant le même mouvement de rotation, se dépose en spirale dans le fond du fût,
  • d) ledit fût descend au fur et à mesure qu'il se remplit de sorte que l'intervalle entre la surface libre du fil et la base du tambour reste constante, ledit fil étant un alliage de cuivre, de diamètre inférieur à 6 mm, et de résistance mécanique comprise entre 400 MPa et 750 MPa, de manière à ce que ledit fil dévidé soit rectiligne, avec une flèche par mètre inférieure à 5 mm, et puisse alimenter une machine de décolletage.
    • Selon une seconde modalité d'utilisation du fil obtenu avec le procédé selon ce premier objet de l'invention, ledit fil dévidé, rectiligne avec une flèche inférieure à 5 mm alimente une machine de décolletage munie d'une dresseuse. Dans ce cas, en sortie de dresseuse, le fil présente une flèche inférieure à 0,5 mm/m, niveau qui peut être nécessaire pour un usinage de haute précision.
    Comme alliage de cuivre, le laiton est choisi de préférence, compte tenu de l'utilisation (le décolletage) qui est faite du fil pré-dressé de ce premier objet, mais comme cela sera indiqué par la suite, d'autres alliages plus "durs" ou plus "cassants" que le laiton sont utilisables.
    Les limites supérieures de diamètre et de résistance mécanique du fil pré-dressé résultent notamment de la nécessité de limiter l'énergie emmagasinée par le fil pré-dressé lors de la mise en fût. Au-delà d'un certain seuil, l'énergie emmagasinée serait trop importante pour être contenue par l'armature d'un fût, et pourrait même présenter un danger en cas de rupture d'un fût, entraínant la libération totale des contraintes.
    La demanderesse a eu la surprise de constater qu'un conditionnement de fil selon l'invention permettait au choix:
    • soit d'alimenter des machines de décolletage selon la méthode B sans utiliser les dresseuses à cadre tournant, ce qui constitue une simplification considérable du réglage et de l'entretien de ces machines, et une diminution importante de l'investissement,
    • soit d'alimenter des machines de décolletage selon la méthode B en utilisant les dresseuses à cadre tournant, ce qui permet d'une part, d'élargir la plage de fils utilisables selon la méthode B en autorisant l'utilisation de fils de plus grand diamètre, jusqu'à 10 mm au lieu de 3 mm, et de résistance mécanique plus élevée, jusqu'à 750 Mpa au lieu de 650 MPa, et d'autre part d'améliorer considérablement la précision de d'usinage avec une plage de 5 µm: valeur nominale+5µm, valeur nominale-5µm, ou valeur nominale+/- 2,5 µm selon le cas, et ce qui permet aussi de réduire l'usure des outils et la fréquence des casses des mèches: la quantité moyenne de laiton décolleté par mèche est ainsi passée de 2000 kg à 5000 kg.
    Dans tous les cas, l'invention résout un problème de productivité et/ou de niveau de qualité de grande importance économique. Par ailleurs, la solution à ce problème ne pouvait pas être anticipée ni suggérée par les moyens mentionnés dans l'état de la technique et relatifs au conditionnement de fils d'acier pour le soudage.
    En effet, d'une part, pour l'homme du métier du décolletage de laitons, le dressage de fil est perçu comme une opération indispensable, inséparable de l'usinage selon la méthode B. La possibilité de supprimer le dressage de fil ne peut venir à l'esprit de cet homme du métier.
    D'autre part, cet homme du métier est différent de celui de la soudure, et un moyen connu dans le domaine de la soudure sur de fils d'acier ne peut pas constituer un enseignement général ou un enseignement d'un domaine voisin pour l'homme du métier du décolletage de fils de laiton.
    Enfin, compte tenu de la différence de problème à résoudre, même si l'homme du métier du décolletage avait connu l'utilisation de fil d'acier pré-dressé dans le domaine de la soudure, il n'aurait jamais pu imaginer que les moyens utilisés pour qu'un fil d'acier puisse glisser dans une gaine soient suffisants pour permettre la formation d'une barre en supprimant le dressage de fil.
    Un autre objet de l'invention est constitué par un procédé de conditionnement de manière à obtenir un fil métallique pré-dressé dans un fût cylindrique, dans lequel,
  • a) le fil à pré-dresser traverse une série de galets dresseurs, en étant entraíné par un cabestan de grand diamètre conservant au fil sa rectitude,
  • b) puis ledit fil subit une torsion en traversant deux couples de galets non motorisés situés dans deux plans perpendiculaires et animés d'un mouvement de rotation autour du fil,
  • c) ledit fil, guidé par un tambour ayant le même mouvement de rotation, se dépose en spirale dans le fond du fût,
  • d) ledit fût descend au fur et à mesure qu'il se remplit de sorte que l'intervalle entre la surface libre du fil et la base du tambour reste constante,
    • ledit fil étant un fil pour électroérosion comprenant extérieurement une couche d'alliage Cu-Zn, de diamètre compris entre 0,15 mm et 0,35 mm, et de résistance mécanique comprise entre 500 MPa et 1100 MPa, de manière à ce que ledit fil dévidé soit rectiligne, avec une flèche par mètre inférieure à 30 mm.
    La structure des fils pour électroérosion est décrite dans de nombreux brevets, par exemple dans la demande européenne n° 526 361-A1 au nom de la demanderesse.
    La demanderesse a constaté que la solution trouvée avec le fil pour décolletage s'appliquait aussi au fil pour électroérosion. Dans ce cas, le problème technique à résoudre est le suivant: lorsqu'il y a rupture du fil, le fil doit s'enfiler automatiquement, de manière à ce que l'électroérosion puisse se poursuivre sans besoin d'une intervention manuelle.
    Pour cela, le fil d'électroérosion ne doit pas présenter d'effet de mémoire quelconque qui fait que l'extrémité d'un fil initialement en bobine ou en couronne, tend à former une boucle s'enroulant sur elle-même.
    Ainsi, après rupture du fil, l'extrémité du fil conserve sa trajectoire comme s'il n'y avait pas eu de rupture du fil.
    Jusqu'à présent, le problème a été résolu en traitant thermiquement le fil et/ou en le dressant avant bobinage.
    L'invention permet la suppression de ces traitements, et évite l'emploi de bobines, avec les contraintes liées à leur emploi. En effet, d'une part l'utilisation de bobines limite la quantité de fil par bobine (poids standard de 5 kg), même si cette quantité tend à augmenter. D'autre part, au-delà de 15 kg, les bobines doivent être montées sur un dévidoir motorisé, ce qui engendre à la fois des surcoûts et des vibrations incompatibles avec la précision de l'usinage par électroérosion.
    Enfin, le problème du recyclage de ces bobines, en matière plastique, se pose avec une acuité grandissante. Une bobine ne peut servir plus de 3 ou 4 fois au maximum, compte tenu des contraintes très importantes auxquelles elle est soumise durant le bobinage et qui tendent à la disloquer, puis elle doit être détruite.
    Le conditionnement en fût selon l'invention apporte une solution particulièrement élégante à ces problèmes:
    • on peut utiliser des fûts de poids unitaire important sans dévidoir motorisé,
    • les fûts peuvent être réutilisés un grand nombre de fois, car l'opération de conditionnement n'occasionne pas de contraintes mécaniques importantes,
    • les fûts peuvent être composés de matières recyclables comme le carton et l'acier.
    Dans les procédés de conditionnement selon l'invention, et de manière à éviter les risques d'une corrosion sous contrainte dudit fil, ledit fût peut être un fût étanche, et contenir éventuellement d'autres moyens (sachets dessicateurs, produits susceptibles de fixer l'ammoniac, produits protecteurs s'adsorbants à la surface du fil) pour éviter ces risques. Dans le cas où le fil métallique est en laiton, l'invention permet d'assurer un stockage hermétique de la couronne de fil pré-dressé (15), ce qui évite les risques d'une corrosion sous contrainte du fil ("season cracking" en anglais), en atmosphère humide ou en présence d'ammoniac. D'autres moyens peuvent aussi être utilisés pour limiter encore plus ces risques: mise en place de sachets dessicateurs, ou de produits susceptibles de fixer l'ammoniac, ou de produits protecteurs s'adsorbants à la surface du fil, calorifugeage des fûts permettant de limiter l'impact des variations de température ambiante.
    DESCRIPTION DES FIGURES
  • La figure 1 représente une coupe schématique d'un dispositif de pré-dressage de fil à pré-dresser (1) qui comprend successivement:
    • un système de dévidage (4) de fil à pré-dresser (1), et son pantin de régulation de dévidage ("dancer" en anglais) (5),
    • 4 séries de 7 galets dresseurs plans, la seconde série étant orientée à 90° de la première, la 3ème série étant orientée à 45° à droite, et la 4ème série à 45° à gauche. Seule la 3ème série (6) a été représentée sur la figure 1,
    • un cabestan de grand diamètre (1000 mm) (7), de manière à fournir un fil droit en sortie de cabestan,
    • deux couples de galets de galets cylindriques à gorges, montés sur une même platine tournante (8), pinçant le fil et lui imposant une contre-torsion par rotation de ladite platine,
    • un tambour (16) animé du même mouvement de rotation que celui de ladite platine (8), permettant le guidage du fil pré-dressé (2) dans le fût (3), et la formation d'une couronne (15) de fil pré-dressé,
    • un fût (3) et un moyen de descente du fût (9) de manière à ce que le bas du tambour (16) soit toujours juste au-dessus de la couronne (15) de fil pré-dressé formée dans le fût, et par son diamètre propre, impose sensiblement le diamètre intérieur de ladite couronne (15).
  • La figure 2 représente en coupe le conditionnement final de la couronne (15) de fil pré-dressé, de manière à ce qu'il n'y ait pas d'emmèlement des spires de fil durant le transport:
    Une rondelle plastique (10) est maintenue plaquée contre la partie supérieurs de la couronne (15), grâce à des crochets (11), un élastique (12), et une tige rigide (13) accrochée par un anneau (14) au fond du fût (3).
    • Les crochets (11), l'élastique (12) et la tige rigide (13) sont mis en place pour maintenir le fil pendant le transport et la stockage avant utilisation. Ils sont enlevés, lors de l'utilisation du fil, afin de permettre aux spires de se dévider.
    AUTRES OBJETS DE L'INVENTION
    D'autres objets de l'invention sont constitués par l'utilisation d'un procédé de conditionnement de fil pré-dressé selon l'invention pour alimenter directement en fil des machines d'usinage, en particulier des tours et des décolleteuses, ou de mise en forme par frappe à froid, et par l'utilisation d'un conditionnement de fil pré-dressé selon l'invention pour alimenter en fil une machine d'usinage par électroérosion.
    L'invention comprend aussi l'utilisation d'un procédé de conditionnement de tout fil métallique pré-dressé, qu'il s'agisse de fil en acier, ou en alliage non-ferreux autre que le cuivre, pour alimenter directement en fil des machines d'usinage, en particulier les tours et les décolleteuses, ou des machines de mise en forme par frappe à froid. En effet, la demanderesse a pu vérifier l'applicabilité au fil en acier, du concept développé avec les alliages de cuivre, tels que les laitons, et exposé précédemment.
    EXEMPLES DE REALISATION EXEMPLE 1
    On a préparé une couronne (15) de fil pré-dressé (2). Ce fil présentait les caractéristiques suivantes:
    • composition : laiton à 36 % de Zn et 3% de Pb
    • diamètre : 1,825 mm
    • résistance mécanique : 620 MPa
    On a utilisé le dispositif représenté à la figure 1.
    On a utilisé comme dresseur (6) 4 séries de 7 galets dresseurs plans orientées les unes par rapport aux autres (+90° / -45° / +45°).
    La vitesse de défilement du fil était de 250 m/min et la vitesse de rotation du couple de galets (8) et du tambour (16) était de 130 tours/min.
    Ce fil a été conditionné en fût (3) de 250 kg utile, comme représenté à la figure 2.
    Ce fût doit avoir un diamètre suffisamment élevé pour ne pas imposer au fil une courbure qui irait au-delà de sa limite élastique. Typiquement, ce diamètre sera de 510 mm dans le cas d'un fil de petit diamètre (< 1 mm), de 580 mm dans de cas d'un fil moyen (diamètre de l'ordre de 1,8 mm), et de 620 mm dans le cas d'un fil de l'ordre de 3 mm.
    On a testé sur décolleteuse de type "TORNOS" (R) le fil (2) pré-dressé obtenu, avec et sans utilisation d'un dresseur à cadre tournant:
    • sans utilisation d'un cadre tournant, on a obtenu des barres de 4 m présentant 4 mm de flèche par mètre. Cette valeur de flèche est sensiblement celle obtenue avec une barre obtenue, selon la méthode B, après une opération de dressage sur cadre tourant à touches d'un fil de même nature et caractéristiques géométriques.
    • après utilisation d'un cadre tournant, on a obtenu des barres de 4 m présentant une valeur maximum de 0,5 mm de flèche par mètre, ce qui correspond sensiblement à une niveau de rectitude de barres obtenu selon le méthode A.
    Plus la flèche par mètre est faible, moins il y a de vibrations lors de la rotation à grande vitesse de la barre, et plus grande est la précision de l'usinage, ou, au choix, plus grande est la vitesse d'usinage.
    Typiquement, la précision couramment accessible avec une barre de flèche voisine de 4 mm/m est de 10 µm, alors que celle accessible avec une barre de flèche de 0,5 mm/m ou moins est de l'ordre de 5 µm.
    De même, si l'on considère la vitesse d'usinage à précision constante, le gain de productivité est d'environ 15% lorsqu'on passe d'une barre de 4mm/m de flèche à une barre de 1 mm de flèche ou moins.
    La demanderesse a effectué de nombreux autres essais en faisant varier la nature de l'alliage de cuivre et ses caractéristiques géométriques ou mécaniques, les techniques d'usinage, et la géométrie des pièces usinées.
    En particulier, elle a observé que, dans le cas de l'usinage de pièces de grande longueur (typiquement 40 mm), le fil pré-dressé selon l'invention permettait d'éviter le traitement thermique des couronnes nécessaire pour effacer "la mémoire du laiton", et d'obtenir, sans traitement thermique, des pièces avec une flèche de 0,05 mm, pour une tolérance de 0,07 mm.
    La demanderesse a aussi utilisé le fil pré-dressé selon l'invention pour fabriquer des pièces, non plus par usinage, mais par frappe à froid . Elle a encore observé, que, dans le cas de pièces de grande longueur, typiquement de 30 à 50 mm, le problème de flèche se pose également, dû à la déformation rémanente occasionné lors du cintrage précédant la mise en fût, et peut conduire au rebut de la pièce finale, en dépit de réglages répétés du dispositif de dressage.
    Dans ce cas également, le fil pré-dressé de l'exemple a permis de limiter considérablement la valeur de la flèche.
    Un exemple typique de pièces obtenues par frappe à froid, compte tenu des tolérances géométriques serrées, sont les anodes de piles alcalines.
    Les essais ont aussi porté sur des fils de différents diamètres (essais avec des fils de laiton de 3 et 6 mm de diamètre), et de différentes résistances mécaniques: ont été testés avec succès des alliages "durs" ou "cassants" tels que le bronze au plomb (Cu-Sn-Pb), ou le maillechort au plomb (Cu-Zn-Ni-Mn-Pb), dans les limites, telles qu'elles apparaissent dans la revendication 1.
    Ces limites résultent de la nécessité d'obtenir une flèche inférieure à 5 mm/m pour la barre soumise à une rotation en vue de l'usinage (méthode B).
    Si on utilise des fils trop gros et/ou trop résistants, il en résulte une flèche résiduelle supérieure à cette valeur limite de 5 mm/m de barre.
    EXEMPLE 2
    On a préparé une couronne (15) de fil pré-dressé (2) pour électro-érosion. Ce fil, conforme à celui décrit dans l'exemple de la demande européenne 0 526 361-A1, présentait les caractéristiques suivantes:
    • composition : Cu-Zn37
    • diamètre : 0,25 mm
    • résistance mécanique : 910 MPa
    Ce fil selon l'invention a été testé sur machine à électro-érosion, par rapport à un fil standard. Un fil standard comprend un traitement thermique ou mécanique de dressage avant bobinage.
    Le fil en fûts selon l'invention s'est comporté de manière voisine de celle du fil en bobine, traité thermiquement ou dressé mécaniquement, selon l'art antérieur.
    AVANTAGES DE L'INVENTION
    L'invention résout des problèmes rencontrés chez plusieurs types d'utilisateurs et dans plusieurs types de métiers: ceux du décolletage et ceux de l'électro-érosion, et aussi ceux de la mise en forme par frappe à froid.
    Dans chacun des cas, l'amélioration porte soit sur la cadence de fabrication de pièces pour tous usages, par exemple la connectique, et donc la productivité, soit sur la qualité finale supérieure de ces pièces, soit sur le niveau moindre de l'investissement pour les fabriquer, ou sur une combinaison de ces avantages.
    Dans le cas du décolletage, l'invention est une synthèse des méthodes connues, désignées précédemment par A et B, après suppression des inconvénients liés à chacune de ces méthodes:
    • comme dans la méthode A, le client pratiquant le décolletage n'a pas à se soucier du dressage des barres, ou, parallèlement, le client pratiquant l'électro-érosion n'a pas à se soucier de la présence de spire rémanente en cas de rupture du fil.
    • pour autant, comme dans la méthode B, le fournisseur de fil n'a pas à mettre en oeuvre des moyens lourds. En effet, les moyens de pré-dressage mis en oeuvre s'intègrent facilement en queue de ligne de tréfilage sans réduire la productivité du tréfilage, ni augmenter les coûts de production, et par ailleurs ils constituent un investissement bien moindre que les dresseuses industrielles.
    Globalement, si un moyen de pré-dressage reste nécessaire chez le producteur de fil, par contre, il n'est plus nécessaire d'avoir, chez le décolleteur, une dresseuse pour chaque tour, ce qui constitue une économie considérable.
    Ainsi, l'opération de dressage peut être décomposée en deux étapes :
    • une de pré-dressage, effectuée par le producteur de fil. Cette opération est réalisée à grande vitesse (typiquement, de 4 à 8 m/s), compatible avec les vitesses de tréfilage élevées, nécesaires pour assurer une productivité élevée.
    • une de dressage de finition, qui est optionnelle, effectuée par l'utilisateur. Ce dressage de finition, soigné, est réalisé à faible vitesse (typiquement de 0,1 à 0,5 m/s), permettant une bonne qualité de dressage avec un dispositif peu coûteux. Dans ce cas, une vitesse faible ne constitue pas un handicap car le dressage est effectué en temps masqué, l'étape limitante se situant au niveau de l'usinage. En revanche, comme cela a déjà été souligné, le caractère économique du dispositif de dressage est impératif, le décolleteur devant équiper chacun de ses tours d'un dispositif de ce type.
    En décomposant de la sorte, selon l'invention, l'opération de dressage, on en optimise le couple qualité / productivité, en permettant aux deux intervenants, le producteur de fil et l'utilisateur, de travailler à leurs vitesses caractéristiques respectives.
    Comme autres avantages de l'invention, il faut indiquer:
    • la possibilité d'utiliser des fils de plus grande résistance mécanique, qui présentent une meilleure aptitude au décolletage que les fils plus "tendres", les copeaux étant plus fins (0,05 mm au lieu de 0,5 mm typiquement) et plus faciles à évacuer.
    • la quasi-suppression des risques de rupture lors du dressage du fil, puisqu'il n'y a plus de déformation plastique du fil, alors qu'en moyenne, il était observé dans l'art antérieur, une rupture par fût de 250 kg de fil.
    • la forte diminution des vibrations liée à une flèche moindre, entraíne aussi un moindre taux de casse d'outils: avec l'invention, la consommation de mèches est passée de 1 mèche pour 2000 kg de fil à 1 mèche pour 5000 kg de fil.
    • la possibilité d'alimenter les machines d'usinage ou de mise en forme du fil à partir de fûts situés, non pas au pied des machines comme dans l'art antérieur, mais dans un lieu éloigné de ces machines, par exemple, un local de stockage à partir duquel des gaines dirigeraient ledit fil vers les machines d'usinage, puisque, comme cela était par ailleurs connu, un fil pré-dressé peut circuler dans une gaine.
      Une telle configuration diminue l'encombrement de chaque machine, réduit la circulation et la manutention de fûts, et les risques d'accidents ou de chocs.
    • la possibilité de conditionner en fûts des alliages "durs" ou "cassants". Ces alliages se prêtent mal, ou pas du tout, au conditionnement en fûts, soit parce qu'ils ont une limite élastique élevée et qu'ils nécessitent un effort très important pour atteindre le domaine élastique, lors du cintrage précédant la mise en fûts, et lors du dressage suivant le dévidage, soit parce qu'ils présentent une plage de déformation plastique très étroite, de sorte qu'une déformation plastique limitée, telle qu'un cintrage ou un redressage, suffit à dépasser localement la limite d'allongement à la rupture et ainsi à occasionner des casses répétées du fil.
    Ainsi, des fils pré-dressés en alliage de composition Cu-Sn-Pb ("bronze au plomb"), et Cu-Zn-Ni-Mn-Pb ("maillechort au plomb") ont pu ainsi être conditionnés en fûts.
    Dans le cas de l'électro-érosion, les avantages apportés par l'invention sont également importants:
    • par suppression des traitements thermiques ou mécaniques de dressage,
    • possibilité d'un poids unitaire plus élevé et donc d'une plus grande autonomie, le poids de fil par bobine étant typiquement de 5 kg, alors que le poids par fût n'est pas limité.
    • suppression des bobines, qui nécessitent des dévidoirs motorisés, et qui, après un nombre limité de rotation doivent être détruites, alors que les fûts peuvent être réutilisés un grand nombre de fois.
    Enfin, quelle que soit l'utilisation du fil pré-dressé selon l'invention, le demanderesse a observé que le conditionnement selon l'invention permettait, à taille de fût égale, de multiplier par deux la quantité de fil, par rapport au conditionnement de fil traditionnel en fût (500 kg selon l'invention au lieu de 250 kg selon l'art antérieur). Cela tient à ce que, dans le conditionnement traditionnel, les spires doivent être relativement "aérées" de manière à limiter les problèmes d'emmèlement au dévidage, alors que toutes les spires sont entièrement bloquées et avec un empilement compact dans le cas de l'invention.
    REFERENCES DES FIGURES
    Fil à pré-dresser 1
    Fil pré-dressé 2
    Fût 3
    Système de dévidage 4
    Petit cabestan motorisé 5
    Dresseur 2 plans 6
    Grand cabestan motorisé 7
    Couple de galets à 90° et animés d'un mouvement de rot 8
    Système de descente du fût 9
    Rondelle plastique 10
    Pattes d'appui 11
    Elastique 12
    Tige rigide 13
    Anneau 14
    Couronne de fil pré-dressé 15
    Tambour 16

    Claims (7)

    1. Procédé de conditionnement de manière à obtenir un fil métallique pré-dressé dans un fût cylindrique, dans lequel,
      a) le fil à pré-dresser traverse une série de galets dresseurs, en étant entraíné par un cabestan de grand diamètre conservant au fil sa rectitude,
      b) puis ledit fil subit une torsion en traversant deux couples de galets non motorisés situés dans deux plans perpendiculaires et animés d'un mouvement de rotation autour du fil,
      c) ledit fil, guidé par un tambour ayant le même mouvement de rotation, se dépose en spirale dans le fond du fût,
      d) ledit fût descend au fur et à mesure qu'il se remplit de sorte que l'intervalle entre la surface libre du fil et la base du tambour reste constante,
      ledit fil étant un alliage de cuivre, de diamètre inférieur à 6 mm, et de résistance mécanique comprise entre 400 MPa et 750 MPa, de manière à ce que ledit fil dévidé soit rectiligne, avec une flèche par mètre inférieure à 5 mm, et puisse alimenter une machine de décolletage.
    2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel ledit alliage de cuivre est un laiton.
    3. Procédé de conditionnement de manière à obtenir un fil métallique pré-dressé dans un fût cylindrique, dans lequel,
      a) le fil à pré-dresser traverse une série de galets dresseurs, en étant entraíné par un cabestan de grand diamètre conservant au fil sa rectitude,
      b) puis ledit fil subit une torsion en traversant deux couples de galets non motorisés situés dans deux plans perpendiculaires et animés d'un mouvement de rotation autour du fil,
      c) ledit fil, guidé par un tambour ayant le même mouvement de rotation, se dépose en spirale dans le fond du fût,
      d) ledit fût descend au fur et à mesure qu'il se remplit de sorte que l'intervalle entre la surface libre du fil et la base du tambour reste constante,
      ledit fil étant un fil pour électroérosion comprenant extérieurement une couche d'alliage Cu-Zn, de diamètre compris entre 0,15 mm et 0,35 mm, et de résistance mécanique comprise entre 500 MPa et 1100 MPa, de manière à ce que ledit fil dévidé soit rectiligne, avec une flèche par mètre inférieure à 30 mm.
    4. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel, de manière à éviter les risques d'une corrosion sous contrainte dudit fil, ledit fût est un fût étanche, et contient éventuellement d'autres moyens (sachets dessicateurs, produits susceptibles de fixer l'ammoniac, produits protecteurs s'adsorbants à la surface du fil) pour éviter ces risques.
    5. Utilisation d'un procédé de conditionnement en fût obtenu selon une quelconque des revendications 1 à 2, ou selon les revendications 1 à 2 et 4 pour alimenter directement en fil métallique des machines d'usinage, en particulier des tours et des décolleteuses, ou des outils de frappe à froid.
    6. Utilisation selon la revendication 5 dans laquelle ledit fil métallique est un fil en acier ou en alliage non-ferreux.
    7. Utilisation d'un procédé de conditionnement en fût obtenu selon la revendication 3, ou selon les revendications 3 et 4, pour alimenter en fil une machine d'usinage par électroérosion.
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