EP4093559A1 - Dispositif de nettoyage de l'event d'une matrice de forgeage et procede de mise en oeuvre de ce dispositif - Google Patents

Dispositif de nettoyage de l'event d'une matrice de forgeage et procede de mise en oeuvre de ce dispositif

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Publication number
EP4093559A1
EP4093559A1 EP21705248.9A EP21705248A EP4093559A1 EP 4093559 A1 EP4093559 A1 EP 4093559A1 EP 21705248 A EP21705248 A EP 21705248A EP 4093559 A1 EP4093559 A1 EP 4093559A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vent
aqueous solution
cleaning
die
outlet
Prior art date
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Pending
Application number
EP21705248.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Laurent Ferrer
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.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Safran Aircraft Engines 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 Safran Aircraft Engines SAS filed Critical Safran Aircraft Engines SAS
Publication of EP4093559A1 publication Critical patent/EP4093559A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J1/00—Preparing metal stock or similar ancillary operations prior, during or post forging, e.g. heating or cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/04—Cleaning involving contact with liquid
    • B08B3/10—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration
    • B08B3/12—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration by sonic or ultrasonic vibrations
    • 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
    • B21C1/00—Manufacture of metal sheets, metal wire, metal rods, metal tubes by drawing
    • 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
    • B21C35/00—Removing work or waste from extruding presses; Drawing-off extruded work; Cleaning dies, ducts, containers, or mandrels
    • B21C35/06—Cleaning dies, ducts, containers or mandrels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/0082—Dust eliminating means; Mould or press ram cleaning means

Definitions

  • the present invention relates to a device for cleaning the vent of a forging die for removing residues causing plugs in the vent. It also relates to a method of implementing this cleaning device.
  • the invention finds applications in the field of forging metal parts and, in particular, in the fields of forging, stamping or extrusion of metal parts such as parts of aeronautical turbomachines.
  • the manufacture of metal parts by forging consists in shaping a piece of metal, called a slug or blank, by means of a pair of dies closed and pressed against each other by means of a tool. compression such as a press or pestle.
  • Each of the dies generally metallic, has an outer face intended to be in contact with the compression tool and an inner face intended to be in contact with the metal slug.
  • the inner face of each die of the pair of dies generally comprises the imprint of the shape chosen for the metal part, the inner faces of the dies of a pair of dies being positioned opposite each other, during the compression.
  • Air pockets can, for example, cause filling problems, which lead to inaccurate part geometry metal and therefore rejects, metallurgical risks due for example to heating of the metal piece, risks of premature damage to the dies or die impressions, etc. All these problems have, of course, consequences on the cost and the manufacturing time.
  • vent is an orifice that passes right through the wall of the die to allow the air trapped between the two dies to escape.
  • FIG. 1 An example of a pair of dies with a vent is shown in FIG. 1.
  • the pair of dies 10 comprises: a first die 11, or upper die, the inner face 11 a of which is provided with a first cavity 13, and a second die 12, or lower die, the inner face 12a of which is provided with a second recess 14.
  • one of the dies for example the upper die 11, comprises a vent 20 which extends over the entire thickness of said die so as to create an exhaust channel between the inner face 11 a and the outer face 11 b of the die 11.
  • This vent 20 generally produced by drilling, comprises an air inlet 21 opening onto the inner face 11a of the die 11, preferably at a place where the air is trapped. on the impression (for example a place where the impression forms an acute angle).
  • the vent 20 also has an air outlet 22 opening onto the outer face 11b of said die 11, which is a free surface unimpeded to the flow of air.
  • the two dies 11 and 12 are assembled and pressed against each other, for example by means of their side handles 30 or a press or a pestle, etc. .
  • the air trapped between the metal slug and the dies 11, 12 at the time of the assembly of the dies can flow through the air inlet 21 of the vent 20 to the air outlet 22 of the 'vent then escape out of the matrix.
  • a lubricant layer for example an aqueous graphite solution
  • FIG. 2 shows schematically an example of a vent 20 in which residues 41 have accumulated, to form a plug making it difficult, if not impossible, the flow of air.
  • the lack of air flow creates, upstream of the accumulated residues, an air pocket 42 which induces all the risks and drawbacks already mentioned above for the case of dies without a vent.
  • FIG. 3 schematically represents an example of a metal part 40 formed from a metal piece in a die 11.
  • This example shows a protuberance 43 formed on the metal part 40 at the location of the mouth 21 of the vent 20 by the metal piece cast in the vent on the surface of the cavity.
  • Such a protrusion not only results in a loss of metal, but in addition causes blocking of the part in the cavity, necessitates shearing of the protuberance in the vent and weakens the die.
  • the vent is often difficult to spot on a hot, lubricant-coated die, resulting in a relatively long procedure.
  • the vapors emanating from materials and tools can obstruct the visibility of the operator, further increasing the duration of the intervention. The productivity of the metal parts is therefore greatly reduced by these cleaning operations.
  • a forging tool which comprises forging dies and a device for cleaning the vents of the dies by injection of aqueous solution and ultrasound in each vent.
  • the invention relates to a device for cleaning a vent of a first forging die adapted to receive, between said first die and a second die, a piece of metal to be shaped to produce a metal part, said cleaning device comprising: an injection pump for an aqueous solution, suitable for injecting the aqueous solution into the vent, an ultrasound generator, suitable for generating ultrasonic waves in the vent, an air intake suitable for ensuring to the open air of the vent, and a valve system for alternately controlling at least the injection of aqueous solution and ultrasound and the venting of the vent.
  • This cleaning device makes it possible to regularly and easily clean the die vent in order to remove residues therefrom before they create, by accumulation, a plug.
  • the cleaning device may have one or more additional characteristics among the following, considered individually or in any technically possible combination: 'vent extending between an inlet flowing into the interior of the die and an outlet opening out into the exterior of the die, the injection pump is installed at the outlet of the vent to project the aqueous solution from the outlet to the inlet of said vent .
  • the cleaning device comprises an evacuation device suitable for evacuating, out of the vent, residues resulting from the forging of the metal part, the evacuation of the residues being controlled, after the injection of aqueous solution and ultrasound, by means of the valve system, the evacuation device comprises an air blowing device installed at the outlet of the vent and ensuring an injection of air into the interior of the vent from the outlet of said vent.
  • the evacuation device comprises a suction device installed at the outlet of the vent and ensuring suction of the aqueous solution with the residues.
  • the ultrasound generator has a plurality of ultrasound transducers mounted axisymmetrically around the outlet of the vent the ultrasound generator has an annular ultrasound transducer, mounted, through a central opening, around the outlet of the vent vent.
  • the valve system comprises a first valve connected to the discharge device, a second valve connected to the injection pump and a third valve connected to the air intake.
  • the aqueous solution injected by the injection pump contains a corrosion inhibitor. it comprises a pressure probe suitable for detecting the pressure of the aqueous solution injected, said probe being connected to an automatic processing unit capable of automatically controlling the valve system and the ultrasound generator.
  • Another aspect of the invention relates to a method for cleaning a vent of a forging die using the device defined above.
  • This process comprises, at the end of an operation of forging a metal part, the following operations: opening of the injection pump and starting of the ultrasound generator in order to insert the aqueous solution and ultrasound in the vent, after detachment and detachment of the residues, closing of the injection pump and the ultrasound generator and opening of the air intake.
  • This method has the advantage of being able to be implemented during an inter-operation period so that it does not generate any loss of time and therefore no drop in productivity.
  • This cleaning process may have one or more additional characteristics among the following, considered individually or in any technically possible combination: it comprises, after closing the injection pump and the ultrasound generator, an operation of opening of the discharge device in order to discharge the aqueous solution and the residues, said discharge device being closed before the opening of the air intake.
  • the opening / closing of the injection pump, the opening / closing of the discharge device and the opening / closing of the air intake are controlled from a valve system in which a first valve controls the evacuation device, a second valve controls the injection pump and a third valve controls the air intake. it is implemented during an interoperative period to put in place the materials and tools necessary for forging the new metal part. it is implemented at the end of each forging operation of a predefined series of metal parts.
  • Figure 1 already described, shows a schematic sectional view of an example of forging dies with a vent
  • Figure 2 already described, shows a schematic view of a metal part being forged when residues have accumulated in the vent;
  • Figure 3 already described, shows a schematic view of a metal part being forged when the die vent is of large diameter;
  • Figure 4 shows a schematic view of an example of a cleaning device according to the invention.
  • Figure 5 schematically shows the cleaning device of Figure 4 during different phases of cleaning
  • Figure 6 shows, in the form of a functional diagram, the various operations of the method of implementing the cleaning device of Figure 4.
  • FIG. 4 An example of a forging tool comprising forging dies and a device for cleaning the vents of these dies according to the invention is shown schematically in FIG. 4, at the outlet of a forging die vent.
  • the vent 20 can be made in the upper die or in the lower die.
  • a vent - or more vents - can also be made in each of the two dies of the pair of dies.
  • the vent 20 is produced by drilling in the die 11 and extends throughout the thickness of the die, between the inner face 11a and the outer face 11b of said die.
  • the matrix can include several vents distributed at different locations in the cavity, each of these vents being cleaned successively or simultaneously by the cleaning device as will be described below.
  • the vent 20 has an air inlet 21 opening onto the inner face 11a of the die 11 and an air outlet 22 opening onto the outer face 11b of said die and called also outer through-end.
  • the vent 20 can have various shapes such as, for example, a section of various shape (for example circular, square, triangular, etc.) or of various size (for example of a diameter of between 0.2 to 7mm in surface area and, preferably, between 0.5 to 5 mm
  • the vent 20 can also have a section whose shape and size vary along its length between its inlet 21 and its outlet 22.
  • the cleaning device 100 of the vent 20, called more simply the cleaning device, comprises an injection pump 110 suitable for injecting an aqueous solution into the vent 20.
  • the injection pump 110 comprises: a pipe reception 111 of the aqueous solution, connected to a container 113 containing the aqueous solution or to a source or to any other device making it possible to supply the injection pump 110 with aqueous solution, an ejection line 112 of the aqueous solution, connected to the outlet 22 of the vent 20, via a valve system 130 described later, and a set of components ensuring the pressurization of the aqueous solution so that the aqueous solution injected into the outlet of the vent 20 through the ejection line 112 is at a pressure greater than the pressure of the aqueous solution in the receiving line 111.
  • the injection pump 110 has a capacity adapted to the amount of aqueous solution injectable into the vent 20.
  • This aqueous solution may include, in addition to water, compounds offering various advantageous properties. for cleaning the vent, such as a solvent or an anti-lime compound.
  • the choice of detergent may depend in particular on the temperature of the billet and / or the dies as well as on the metallic material of the vent.
  • the aqueous solution may include, for example, a predefined content of a detergent such as glycol, alkaline sodium hydroxide, alcohol, nonionic surfactants, alkaline surfactants, etc., which by its properties surfactant properties, participates in the elimination of residues lodged in the vent.
  • the proportion of detergent in the aqueous solution can vary, for example, between 2 and 10% by mass and, more preferably, between 4 and 5%.
  • the aqueous solution may comprise a corrosion inhibitor agent, such as, for example, amines, an alkaline solution, ammonia, de-chlorinated water, etc., which, when the matrix is metal, avoids any risk of rust forming inside the vent.
  • a corrosion inhibitor agent such as, for example, amines, an alkaline solution, ammonia, de-chlorinated water, etc.
  • This corrosion inhibitor can be mixed with the aqueous solution, preferably basic (PH> 7), with or without detergent.
  • said solution can be injected at room temperature, that is to say at the temperature of the place, generally a workshop. It can also vary, with respect to the ambient temperature, from a few degrees Celsius (in winter conditions, for example, taking the precaution not to allow the aqueous solution to freeze) up to about sixty degrees Celsius (in conditions summer, for example, in a forge workshop with surrounding kilns).
  • room temperature that is to say at the temperature of the place, generally a workshop. It can also vary, with respect to the ambient temperature, from a few degrees Celsius (in winter conditions, for example, taking the precaution not to allow the aqueous solution to freeze) up to about sixty degrees Celsius (in conditions summer, for example, in a forge workshop with surrounding kilns).
  • it is possible to thermostate the aqueous solution between 20 ° C and 60 ° C and, advantageously, between 40 ° C and 55 ° C.
  • the aqueous solution can be stirred continuously or at regular intervals, for example by means of a stirrer,
  • the injection pump 110 can be a conventional pump, sized according to, for example the pressure drop calculated in the ejection pipe and in the vent. According to non-exhaustive examples, the injection pump 110 can be chosen so as to meet the following properties:
  • the cleaning device 100 also includes an ultrasound generator 150, an evacuation device 120, an air intake 140 and a valve system 130.
  • the assembly of these devices can be mounted in a frame, for example mobile and adapted to be moved up to the die or fixed and mounted on the outer face of the die. Whether movable or stationary, this cleaning device is designed to be installed at the outlet of the vent, that is, at the outward opening end of the vent.
  • the ultrasound generator 150 is a device which produces ultrasound making it possible to take off, from the walls of the vent 20, the residues resulting from the forging of the metal part.
  • the ultrasound generator generates ultrasound with successive phases of compression and decompression.
  • the decompression phases generate a multitude of microscopic bubbles in the aqueous solution.
  • the Ultrasound can be produced, for example, with a frequency between approximately 25 and 90 kHz, in particular between 30 and 60 kHz, and more particularly between 40 and 50kHz.
  • the ultrasound generator 150 may include at least two ultrasound transducers positioned axisymmetrically around the outlet 22 of the vent, for example attached to the outer face 11b of the matrix.
  • the ultrasound generator 150 may comprise a single ultrasound transducer, of annular type, positioned permanently or almost permanently around the outlet 22 of the vent, or fixed on the outer face 11b of the matrix, or directly nested around the outlet of the vent.
  • the evacuation device 120 is a device intended to rid the vent 20 of the aqueous solution and of the residues detached by the aqueous solution with the addition of ultrasound.
  • This evacuation device 120 includes an evacuation pipe 121 connected to the outlet of the vent 20 via a valve system 130 described later.
  • the discharge device 120 may include a residue retention tank 122 in order to recover said residue and the aqueous solution.
  • the air intake 140 is an air inlet pipe connected to the outlet of the vent 22 and leading to the open air. This air intake 140 provides venting to the vent 20 when the aqueous solution with the residues has been evacuated, this venting allowing the vent to dry before a new part metal is forged.
  • the valve system 150 comprises several valves connected to each other and making it possible to alternately control the injection of the aqueous solution with ultrasound, the evacuation of the residues and the venting of the vent.
  • the valve system 150 has a first valve V1 connected to the discharge device 120, a second valve V2 connected to the injection pump 110 and a third valve V3 connected to the air intake 140.
  • the second valve V2 is provided to control the opening or closing of the ejection pipe 112 connecting the injection pump 110 to the vent 20.
  • the pump injection 110 does not turn and when the second valve V2 is open, the injection pump turns and sends aqueous solution into the vent 20.
  • the first valve V1 is provided to control the opening or closing of the discharge pipe 121 connecting the discharge device 120 to the vent 20.
  • the device evacuation does not work and when the first valve V1 is open, the evacuation device 120 operates and discharges the aqueous solution with the residues out of the vent 20.
  • the third valve V3 is provided to control the opening or closing of the air inlet pipe connecting the air intake to the vent 20. When the third valve V3 is closed, no air enters in the vent and when the third valve V3 is open, air enters the vent 20.
  • one and the same pipe is mounted in the outlet of the vent 20, this single pipe replacing the ejection pipe 112, the air inlet pipe and a pipe of discharge 121 in the portion located between the outlet of the vent 20 and the valve system 130.
  • This pipe like all the other pipes of the cleaning device, can be for example a tube, a pipe or any other closed pipe which can be inserted into the outlet of the vent 20 or fixed around the outlet of the vent 20 to ensure a passage of fluid - aqueous solution and / or air - between said vent and the cleaning device.
  • this single pipe is connected to a "pipe node" serving the discharge pipe 121 of the discharge device 120, the drain pipe. air inlet of the air intake 140 and the ejection pipe 112 of the injection pump 110.
  • This embodiment has the advantage of allowing a single and unique connection of the cleaning device to the outlet of the 'vent 20 to carry out all the cleaning operations which will be described later.
  • the outlet 22 of the vent is equipped with a seal 160 making the junction between the pipe hermetic - for example the single pipe or the discharge pipe, the inlet pipe d 'air or pipeline ejection.
  • This seal 160 is chosen so as to have properties and stability compatible with the heating temperature of the matrix.
  • the discharge device 120 only has a pipe allowing residues entrained by the aqueous solution to be discharged out of the vent.
  • the exhaust device 120 includes an air blowing device installed at the outlet of the vent 20, after the first valve V1. This blower device is designed to inject a flow of air into the interior of the vent from the outlet of said vent. This blowing device may include, for example, a blower pump sized by means of a pressure drop calculation.
  • the blower pump can be chosen so as to be stabilized in less than 1s with a hold of 10 to 20 seconds and to meet the following properties: a blowing pressure of 140 kPa minimum and an air flow of 10 l / minute over a length of 1 m; or a blowing pressure of at least 200 kPa and an air flow rate of 10 l / minute over a length of 1 m; or a blowing pressure of 142 kPa minimum and an air flow of 40 l / minute over a length of 1 m.
  • valves V1 and V2 can be one and the same valve offering one closed position and two open positions, one for air, the other for the aqueous solution.
  • the cleaning device may include a suction device installed at the outlet of the vent 20, after the first valve V1, and ensuring suction of the aqueous solution with the residues.
  • the suction device can be chosen so as to be stabilized in less than 1 s with a hold of 10 to 20 seconds and to meet the following properties: a suction pressure of 40 kPa (depression of 110 kPa) and a flow rate of 10 l / minute over a length of 1 m; or a suction pressure of 40 kPa (depression of 110 kPa) and a flow rate of 40 l / minute over a length of 1m.
  • the embodiments where the discharge device 120 comprises an air blowing device or a suction device have the advantage that the vent is dried before being reused for forging a new one. room. It is therefore not necessary to treat the aqueous solution against the lime.
  • the cleaning device can be manually controlled by an operator who opens and closes the various valves V1, V2, V3 of the valve system 130 as the cleaning operations progress. .
  • the operator also controls the ultrasonic generator by means of an on / off button.
  • all of the valves of the valve system 130 are connected to an automatic processing unit, such as a computer, which controls the opening and closing of the valves and the running of the ultrasound generator. predetermined timing data function.
  • the operator only controls the start of cleaning operations by pressing an on / off button.
  • This pressure probe suitable for detecting the pressure of the aqueous solution injected into the vent 20, is connected to an automatic processing unit (for example a computer) which automatically controls the various valves of the valve system 130 and the generator. ultrasound, as soon as a predefined threshold pressure is detected.
  • an automatic processing unit for example a computer
  • the cleaning device 100 can be implemented after each forging operation of a metal part or after a predetermined number of forged metal parts or each time the operator deems necessary. Preferably, it will be implemented regularly during a parts forging campaign, for example after manufacturing 1 to 3 metal parts, to ensure regular evacuation of the air during each forging operation.
  • FIG. 5 An example of a cleaning operation is shown in Figures 5 and 6.
  • the cleaning device 100 is actuated, either automatically or manually by the operator.
  • the second valve V2 opens, ensuring the start of the injection pump 110 and the generator of ultrasound 150.
  • a predefined quantity of aqueous solution is then injected into the vent 20 and ultrasonic waves are pulsed into the aqueous solution inside the vent (phase A of FIG. 5).
  • the aqueous solution and ultrasonic waves work together to dislodge the blocking plug or residue lodged in the vent and the accumulation of which could form a blocking plug.
  • the vent 20, filled with aqueous solution under pressure acts as a wave vector.
  • the ultrasonic waves successively trigger compression phases causing the creation of small bubbles (cavitation) and decompression phases during which the bubbles implode violently.
  • the residue particles detach and detach from each other.
  • the aqueous solution contains detergent, the detachment and separation of the residue particles is facilitated and accelerated.
  • the duration of dislocation of the residues is of the order of a few seconds to one minute.
  • phase C of the cleaning is initiated.
  • the process is implemented manually by the operator, it is the operator who initiates phase C by closing the second valve V2 and opening the first valve V1, when he sees a micro-jet of aqueous solution.
  • the process is implemented automatically, it is the drop in the pressure in the vent which causes the closing of the second valve V2 to be actuated and the opening of the first valve V1.
  • the third valve V3 can be opened quickly after the opening of the first valve V1 (phase D) in order that the air coming from the air intake 140 can enter the vent 20 and dry said vent.
  • the third valve V3 can be opened, for example, a few seconds (for example about ten seconds) after the first valve V1 has been opened.
  • the discharge device 120 comprises a blowing device or a suction device
  • the drying of the vent 20 is very rapid and can be carried out in about ten seconds. As soon as the cleaning operation is finished, the next operation of the forging campaign can be started, without wasting time.
  • the third valve V3 remains open during the forging operation, this valve V3 not only allowing the passage of air from the air intake 140 to the vent 20, but also the passage of air from the vent 20 to the air intake 140.
  • the fact that the third valve V3 is open allows the air trapped between the two dies to be evacuated, via the vent 20, to the outside of the dies and the cleaning device.
  • the cleaning device is mobile, it suffices to move the cleaning device away from the die so that the vent again opens to the outside.
  • the air trapped between the dies will be evacuated through the vent directly outside the dies.
  • the cleaning operations implemented by the cleaning device of the invention have the advantage of being able to be performed relatively quickly, without taking time on the forging campaign. Indeed, between two forging operations, that is to say when a metal part has just been formed and before the next part can be forged, several tasks must be performed by the operator such as removing the part. formed, install it in its rack, remove dust from the die, deposit a layer of lubricant on the internal face of the die, open the oven, take a piece of metal and place it in the die, etc. These different "inter-operations" tasks take a significant and incompressible time. Since the vent cleaning operations are relatively quick, they can become lodged during these inter-operation periods so as not to disrupt the duration of a forging campaign.
  • the device for cleaning the vent of a forging die according to the invention comprises various variants, modifications and improvements which will become apparent. obvious to those skilled in the art, it being understood that these variants, modifications and improvements form part of the scope of the invention.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Cleaning By Liquid Or Steam (AREA)
  • Forging (AREA)

Abstract

Un aspect de l'invention concerne un dispositif de nettoyage (100) d'un évent (20) d'une première matrice de forgeage (11) adaptée pour recevoir, entre ladite première matrice et une seconde matrice, un lopin de métal à mettre en forme pour produire une pièce métallique, ledit dispositif de nettoyage comportant : - une pompe (110) d'injection d'une solution aqueuse, adaptée pour injecter de la solution aqueuse dans l'évent (20), - un générateur d'ultrasons (150), adapté pour générer des ondes ultrasonores dans l'évent (20), - une prise d'air (140) adaptée pour assurer une mise à l'air libre de l'évent (20), et - un système de vannes (130) pour commander alternativement au moins l'injection de solution aqueuse et d'ultrasons et la mise à l'air libre de l'évent (20). Un autre aspect de l'invention concerne un procédé de mise en œuvre de ce dispositif.

Description

DESCRIPTION
Dispositif de nettoyage de l’évent d’une matrice de forgeage et procédé de mise en œuvre de ce dispositif
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
[0001] La présente invention concerne un dispositif de nettoyage de l’évent d’une matrice de forgeage permettant de retirer les résidus à l’origine de bouchons dans l’évent. Elle concerne également un procédé de mise en œuvre de ce dispositif de nettoyage.
[0002] L’invention trouve des applications dans le domaine du forgeage de pièces métalliques et, notamment, dans les domaines du matriçage, de l’estampage ou du filage de pièces métalliques telles que des pièces de turbomachines aéronautiques.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION
[0003] La fabrication de pièces métalliques par forgeage consiste à mettre en forme un morceau de métal, appelé lopin ou ébauche, au moyen d’une paire de matrices refermées et pressées l’une contre l’autre au moyen d’un outil de compression tel qu’une presse ou un pilon. Chacune des matrices, généralement métalliques, comporte une face extérieure destinée à être en contact avec l’outil de compression et une face intérieure destinée à être en contact avec le lopin métallique. La face intérieure de chaque matrice de la paire de matrices comporte généralement l’empreinte de la forme choisie pour la pièce métallique, les faces intérieures des matrices d’une paire de matrices étant positionnées en regard l’une de l’autre, pendant la compression.
[0004] Lors de la fermeture d’une matrice sur l’autre, il arrive fréquemment que, du fait des géométries des faces internes des matrices, de l’air soit piégé entre le lopin métallique à mettre en forme et une des faces internes des matrices (ou même les deux faces). Or, l’air est en grande partie incompressible et, une fois les matrices refermées, l’espace inter-matrices est hermétique. Il se crée alors une ou plusieurs poches d’air entre le lopin métallique et la ou les matrice(s). La présence de ces poches d’air modifie radicalement les contraintes dans la matrice et l’écoulement du lopin métallique chauffé entre les matrices, au voisinage desdites poches, ce qui peut induire plusieurs problèmes. Les poches d’air peuvent, par exemple, générer des problèmes de remplissage, qui entraînent une géométrie inexacte des pièces métalliques et donc des rebus, des risques métallurgiques dû par exemple à un échauffement du lopin métallique, des risques d’endommagement prématuré des matrices ou des empreintes des matrices, etc. Tous ces problèmes ont, bien entendu, des conséquences sur le coût et le délai de fabrication.
[0005] Pour éviter la formation de ces poches d’air, il est connu d’usiner un ou plusieurs évent(s) dans au moins une des matrices de la paire de matrices. Un évent est un orifice traversant la paroi de la matrice de part en part pour permettre une évacuation de l’air emprisonné entre les deux matrices. Un exemple d’une paire de matrices avec évent est représenté sur la figure 1. Dans cet exemple, la paire de matrices 10 comporte : une première matrice 11 , ou matrice supérieure, dont la face intérieure 11 a est pourvue d’une première empreinte 13, et une seconde matrice 12, ou matrice inférieure, dont la face intérieure 12a est pourvue d’une seconde empreinte 14.
[0006] Dans cet exemple, l’une des matrices, par exemple la matrice supérieure 11 , comporte un évent 20 qui s’étend sur toute l’épaisseur de ladite matrice de sorte à créer un canal d’échappement entre la face intérieure 11 a et la face extérieure 11 b de la matrice 11. Cet évent 20, réalisé généralement par perçage, comporte une entrée d’air 21 embouchant sur la face intérieure 11a de la matrice 11 , de préférence à un endroit de piégeage de l’air sur l’empreinte (par exemple un endroit où l’empreinte forme un angle aigu). L’évent 20 comporte également une sortie d’air 22 débouchant sur la face extérieure 11 b de ladite matrice 11 , qui est une surface libre sans entrave à l’écoulement de l’air.
[0007] Pour mettre en forme le lopin métallique, les deux matrices 11 et 12 sont assemblées et pressées l’une contre l’autre, par exemple au moyen de leurs poignées latérales 30 ou d’une presse ou d’un pilon, etc. L’air emprisonné entre le lopin métallique et les matrices 11 , 12 au moment de l’assemblage des matrices peut s’écouler par l’entrée d’air 21 de l’évent 20 jusqu’à la sortie d’air 22 de l’évent puis s’échapper hors de la matrice.
[0008] Cependant, dans l’industrie, pour des raisons de productivité, la fabrication de pièces par forgeage est effectuée en campagne, ou série, de plusieurs pièces (50, 100, 300, etc.) mises en forme les unes à la suite des autres avec une fréquence la plus élevée possible. Pendant ces campagnes de forge, l’évent a tendance à se boucher au fur et à mesure de la production des pièces par l’accumulation d’un mélange de résidus issus des opérations industrielles et perd peu à peu de son efficacité. Ce mélange de résidus peut être constitué, selon le type de forgeage, de résidus de lubrifications (par exemple provenant des dépôts de graphite ou de carbone), de résidus d’oxydes liés à l’oxydation des matériaux métalliques, de poussières d’atelier, de particules liées à l’usure métallique des matrices, de particules liées à l’usure métallique du lopin métallique à mettre en forme, de résidus d’enverrage (appelé aussi émail), etc. Il a été observé, par exemple, qu’un évent d’un diamètre compris entre 0.2mm et 4mm, dont la matrice est utilisée pour former par filage des pièces en alliage de Titane (par exemple du TA6V) et sur laquelle est déposée une couche de lubrifiant (par exemple une solution aqueuse au graphite) après chaque forgeage, se bouche dès la deuxième ou la troisième pièce forgée.
[0009] Le fait que l’évent se bouche peu à peu au cours de la campagne de production a un effet sur la reproductibilité des pièces métalliques dont la forme diffère au fur et à mesure de l’avancée de la campagne. En effet, au cours du forgeage, les différents résidus sont entraînés par l’écoulement de l’air dans l’évent où ils s’accumulent peu à peu. Cette accumulation modifie la perte de charge en pression de l’évent et réduit son efficacité. L’air s’évacuant difficilement, l’étalement du lopin métallique à mettre en forme est modifié et la forme de la pièce métallique obtenue en fin de forgeage est modifiée. La figure 2 représente schématiquement un exemple d’évent 20 dans lequel des résidus 41 se sont accumulés, jusqu’à former un bouchon rendant difficile, voire impossible, l’écoulement de l’air. Le défaut d’écoulement de l’air crée, en amont des résidus accumulés, une poche d’air 42 qui induit tous les risques et inconvénients déjà cités précédemment pour le cas de matrices sans évent.
[0010] Pour éviter que l’évent ne se bouche, il est connu d’augmenter le diamètre de l’évent notamment à son entrée sur la face intérieure de la matrice, un évent de grand diamètre variant généralement entre 2mm et 25mm. Toutefois, cette pratique ne fait que retarder le bouchage qui finira tout de même par se former. En outre, cette pratique a pour effet de créer une protubérance forgée sur la pièce métallique. La figure 3 représente schématiquement un exemple d’une pièce métallique 40 formée à partir d’un lopin métallique dans une matrice 11. Cet exemple montre une protubérance 43 formée sur la pièce métallique 40 à l’endroit de l’embouchure 21 de l’évent 20 par le lopin métallique coulé dans l’évent à la surface de l’empreinte. Une telle protubérance, non seulement entraîne une perte de métal, mais en plus provoque un blocage de la pièce dans l’empreinte, nécessite un cisaillement de la protubérance dans l’évent et fragilise la matrice.
[0011] Une autre pratique couramment employée pour éviter le bouchage de l’évent est d’arrêter le forgeage entre chaque fabrication de pièce pour éliminer le bouchon de résidus. Ce nettoyage de l’évent est réalisé de façon généralement manuelle avec un outil du type « goupillon ». Cependant, une telle intervention est longue et dangereuse du point de vue de la sécurité et de la santé de l’opérateur. En effet, pour que le lopin métallique puisse être mis en forme, le forgeage est généralement réalisé à très haute température (température du lopin supérieure ou égale à environ 900°C et température des matrices à environ 300°C). L’opérateur peut donc difficilement intervenir en toute sécurité pour déboucher l’évent, dans de telles conditions. En outre, compte tenu de son petit diamètre, l’évent est souvent difficile à repérer sur une matrice chaude, recouverte de lubrifiant, ce qui a pour effet que l’intervention est relativement longue. De plus, compte tenu des conditions thermiques, les vapeurs émanant des matériaux et outillages peuvent entraver la visibilité de l’opérateur, augmentant encore la durée de l’intervention. La productivité des pièces métalliques est donc fortement réduite par ces opérations de nettoyage.
[0012] Il existe donc un réel besoin d’un outillage de forge dans lequel les évents des matrices de forgeage peuvent être nettoyés sans arrêter la production des pièces métalliques et sans en diminuer la productivité.
RESUME DE L’INVENTION
[0013] Pour répondre aux problèmes évoqués ci-dessus de débouchage des évents de matrices de forgeage sans perte de productivité, le demandeur propose un outillage de forge qui comporte des matrices de forgeage et un dispositif de nettoyage des évents des matrices par injection d’une solution aqueuse et d’ultrasons dans chaque évent.
[0014] Selon un premier aspect, l’invention concerne un dispositif de nettoyage d’un évent d’une première matrice de forgeage adaptée pour recevoir, entre ladite première matrice et une seconde matrice, un lopin de métal à mettre en forme pour produire une pièce métallique, ledit dispositif de nettoyage comportant : une pompe d’injection d’une solution aqueuse, adaptée pour injecter de la solution aqueuse dans l’évent, un générateur d’ultrasons, adapté pour générer des ondes ultrasonores dans l’évent, une prise d’air adaptée pour assurer une mise à l’air libre de l’évent, et un système de vannes pour commander alternativement au moins l’injection de solution aqueuse et d’ultrasons et la mise à l’air libre de l’évent.
[0015j Ce dispositif de nettoyage permet de nettoyer régulièrement et facilement l’évent de la matrice afin d’en éliminer les résidus avant que ceux-ci ne créent, par accumulation, un bouchon.
[0016] Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le dispositif de nettoyage selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : l’évent s’étendant entre une entrée embouchant en intérieur de matrice et une sortie débouchant en extérieur de matrice, la pompe d’injection est installée à la sortie de l’évent pour projeter la solution aqueuse de la sortie vers l’entrée dudit évent. le dispositif de nettoyage comporte un dispositif d’évacuation adapté pour évacuer, hors de l’évent, des résidus issus du forgeage de la pièce métallique, l’évacuation des résidus étant commandée, après l’injection de solution aqueuse et d’ultrasons, par le système de vannes le dispositif d’évacuation comporte un dispositif de soufflage d’air installé à la sortie de l’évent et assurant une injection d’air à l’intérieur de l’évent depuis la sortie dudit évent. le dispositif d’évacuation comporte un dispositif d’aspiration installé à la sortie de l’évent et assurant une aspiration de la solution aqueuse avec les résidus. le générateur d’ultrasons comporte une pluralité de transducteurs à ultrasons montés de façon axisymétrique autour de la sortie de l’évent le générateur d’ultrasons comporte un transducteur à ultrasons annulaire, monté, via une ouverture centrale, autour de la sortie de l’évent. le système de vannes comporte une première vanne connectée au dispositif d’évacuation, une deuxième vanne connectée à la pompe d’injection et une troisième vanne connectée à la prise d’air. la solution aqueuse injectée par la pompe d’injection comporte un inhibiteur de corrosion. il comporte une sonde de pression adaptée pour détecter la pression de la solution aqueuse injectée, ladite sonde étant reliée à une unité de traitement automatique apte à commander automatiquement le système de vannes et le générateur d’ultrasons.
[0017] Un autre aspect de l’invention concerne un procédé de nettoyage d’un évent d’une matrice de forgeage mettant en œuvre le dispositif défini ci-dessus. Ce procédé comporte, à la fin d’une opération de forgeage d’une pièce métallique, les opérations suivantes : ouverture de la pompe d’injection et mise en marche du générateur d’ultrasons afin d’insérer de la solution aqueuse et des ultrasons dans l’évent, après décollement et détachement des résidus, fermeture de la pompe d’injection et du générateur d’ultrasons et ouverture de la prise d’air.
[0018] Ce procédé a l’avantage de pouvoir être mis en œuvre pendant une période inter-opérations de sorte qu’il ne génère aucune perte de temps et donc aucune baisse de la productivité.
[0019] Ce procédé de nettoyage peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : il comporte, après fermeture de la pompe d’injection et du générateur d’ultrasons, une opération d’ouverture du dispositif d’évacuation afin d’évacuer la solution aqueuse et les résidus, ledit dispositif d’évacuation étant refermé avant l’ouverture de la prise d’air. l’ouverture/fermeture de la pompe d’injection, l’ouverture/fermeture du dispositif d’évacuation et l’ouverture/fermeture de la prise d’air sont commandées à partir d’un système de vannes dans lequel une première vanne commande le dispositif d’évacuation, une deuxième vanne commande la pompe d’injection et une troisième vanne commande la prise d’air. il est mis en œuvre pendant une période inter-opératoire de mise en place des matériaux et outillages nécessaires au forgeage de la nouvelle pièce métallique. il est mis en œuvre à la fin de chaque opération de forge d’une série prédéfinie de pièces métalliques.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
[0020] D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures dans lesquelles :
[0021] La figure 1 , déjà décrite, représente une vue schématique en coupe d’un exemple de matrices de forgeage avec évent ;
[0022] La figure 2, déjà décrite, représente une vue schématique d’une pièce métallique en cours de forgeage lorsque des résidus se sont accumulés dans l’évent ; [0023] La figure 3, déjà décrite, représente une vue schématique d’une pièce métallique en cours de forgeage lorsque l’évent de la matrice est de grand diamètre ; [0024] La figure 4 représente une vue schématique d’un exemple de dispositif de nettoyage selon l’invention ;
[0025] La figure 5 représente schématiquement le dispositif de nettoyage de la figure 4 pendant différentes phases du nettoyage ; et
[0026] La figure 6 représente, sous la forme d’un diagramme fonctionnel, les différentes opérations du procédé de mise en œuvre du dispositif de nettoyage de la figure 4.
DESCRIPTION DETAILLEE
[0027] Un exemple de réalisation d’un outillage de forge équipé d’un dispositif de nettoyage de l’évent d’une matrice de forgeage, configuré pour éviter la formation d’un bouchon dans l’évent et sans effet sur la productivité des pièces métalliques, est décrit en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Cet exemple illustre les caractéristiques et avantages de l'invention. Il est toutefois rappelé que l'invention ne se limite pas à cet exemple. [0028] Sur les figures, les éléments identiques sont repérés par des références identiques. Pour des questions de lisibilité des figures, les échelles de taille entre éléments représentés ne sont pas respectées.
[0029] Un exemple d’un outillage de forge comportant des matrices de forgeage et un dispositif de nettoyage des évents de ces matrices selon l’invention est représenté schématiquement sur la figure 4, en sortie d’un évent de matrice de forgeage. Comme décrit précédemment, l’évent 20 peut être réalisé dans la matrice supérieure ou dans la matrice inférieure. Un évent - ou plusieurs évents -peut également être réalisé dans chacune des deux matrices de la paire de matrices. Dans l’exemple de la figure 4, l’évent 20 est réalisé par perçage dans la matrice 11 et s’étend dans toute l’épaisseur de la matrice, entre la face intérieure 11a et la face extérieure 11 b de ladite matrice. Bien entendu, la matrice peut comprendre plusieurs évents répartis à des emplacements différents de l’empreinte, chacun de ces évents étant nettoyé successivement ou simultanément par le dispositif de nettoyage tel qu’il va être décrit par la suite.
[0030] Comme représenté sur la figure 4, l’évent 20 comporte une entrée d’air 21 embouchant sur la face intérieure 11a de la matrice 11 et une sortie d’air 22 débouchant sur la face extérieure 11 b de ladite matrice et appelée aussi extrémité débouchante externe. L’évent 20 peut présenter des formes variées comme, par exemple, une section de forme variée (par exemple circulaire, carrée, triangulaire, etc.) ou de dimension variée (par exemple d’un diamètre compris entre 0,2 à 7mm en surface et, de préférence, entre 0,5 à 5mm. L’évent 20 peut également présenter une section dont la forme et la dimension varient sur sa longueur entre son entrée 21 et sa sortie 22.
[0031] Le dispositif de nettoyage 100 de l’évent 20, appelé plus simplement dispositif de nettoyage, comporte une pompe d’injection 110 adaptée pour injecter une solution aqueuse dans l’évent 20. La pompe d’injection 110 comporte : une canalisation de réception 111 de la solution aqueuse, reliée à un conteneur 113 contenant de la solution aqueuse ou à une source ou à tout autre dispositif permettant d’alimenter la pompe d’injection 110 en solution aqueuse, une canalisation d’éjection 112 de la solution aqueuse, reliée à la sortie 22 de l’évent 20, par l’intermédiaire d’un système de vannes 130 décrit ultérieurement, et un ensemble de composants assurant la mise sous pression de la solution aqueuse de sorte que la solution aqueuse injectée dans la sortie de l’évent 20 par la canalisation d’éjection 112 soit à une pression supérieure à la pression de la solution aqueuse dans la canalisation de réception 111.
[0032] La pompe d’injection 110, de conception classique, présente une capacité adaptée à la quantité de solution aqueuse injectable dans l’évent 20. Cette solution aqueuse peut comporter, en plus de l’eau, des composés offrant différentes propriétés avantageuses pour le nettoyage de l’évent, comme par exemple un solvant ou un composé anticalcaire. Le choix du détergent peut dépendre notamment de la température du lopin et/ou des matrices ainsi que de la matière métallique de l’évent. La solution aqueuse peut comporter, par exemple, une teneur prédéfinie d’un détergent tel que du glycol, de l’hydroxyde de sodium alcalin, de l’alcool, des tensioactifs non ioniques, des tensioactifs alcalins, etc., qui, par ses propriétés tensioactives, participe à l’élimination des résidus logés dans l’évent. La proportion de détergent dans la solution aqueuse peut varier, par exemple, entre 2 et 10% en masse et, plus avantageusement, entre 4 et 5%.
[0033] Selon une variante, la solution aqueuse peut comporter un agent inhibiteur de corrosion, comme par exemple des amines, une solution alcaline, de l’ammoniac, de l’eau dé-chlorée, etc., qui, lorsque la matrice est métallique, permet d’éviter tout risque de formation de rouille à l’intérieur de l’évent. Cet agent inhibiteur de corrosion peut être mélangé à la solution aqueuse, de préférence basique (PH>7), avec ou sans détergent.
[0034] Quelle que soit la solution aqueuse choisie, ladite solution peut être injectée à température ambiante, c'est-à-dire à la température du lieu, généralement un atelier. Elle peut aussi varier, par rapport à la température ambiante, de quelques degrés Celsius (dans des conditions hivernales, par exemple, en prenant la précaution de ne pas laisser geler la solution aqueuse) jusqu’à une soixantaine de degrés Celsius (dans des conditions estivales, par exemple, dans un atelier de forge avec des fours environnants). Avantageusement, il est possible de thermostater la solution aqueuse entre 20°C et 60°C et, avantageusement, entre 40°C et 55°C. [0035] Dans certains modes de réalisation, la solution aqueuse peut être agitée, en permanence ou à intervalles réguliers, par exemple au moyen d’un brasseur, afin que la solution aqueuse soit homogène quels que soient les composés et/ou agents présents dans ladite solution.
[0036] La pompe d’injection 110 peut être une pompe classique, dimensionnée en fonction, par exemple de la perte de charge calculé dans la canalisation d’éjection et dans l’évent. Selon des exemples non exhaustifs, la pompe d’injection 110 peut être choisie de façon à répondre aux propriétés suivantes :
Longueur équivalente à 1m, pression de 1,001 atmosphère avec un débit de 10 l/h, le remplissage de l’évent 20 se faisant en moins de 20 secondes; ou
Longueur équivalente à 1m, pression de 1,017 atmosphère avec un débit de 100 l/h, le remplissage de l’évent se faisant en moins de 1,5 secondes ; ou
Longueur équivalente à 1m, pression de 2,35 atmosphères, avec un débit de 500 l/h, le remplissage de l’évent se faisant en moins de 0,25 secondes ; ou
Longueur équivalente à 1m, pression de 2,33 atmosphères avec un débit de 1000 l/h, le remplissage de l’évent se faisant en moins de 0,13 secondes.
[0037] En plus de la pompe d’injection 110, 1e dispositif de nettoyage 100 comporte également un générateur d’ultrasons 150, un dispositif d’évacuation 120, une prise d’air 140 et un système de vannes 130. L’ensemble de ces dispositifs peut être monté dans un châssis, par exemple mobile et adapté pour être déplacé jusqu’à la matrice ou fixe et monté sur la face extérieure de la matrice. Qu’il soit mobile ou fixe, ce dispositif de nettoyage est conçu pour être installé à la sortie de l’évent, c'est-à-dire à l’extrémité débouchante externe de l’évent.
[0038] Le générateur d’ultrasons 150 est un dispositif qui produit des ultrasons permettant de décoller, des parois de l’évent 20, les résidus issus du forgeage de la pièce métallique. Le générateur d’ultrasons génère des ultrasons avec des phases successives de compression et de décompression. Les phases de décompression engendrent, dans la solution aqueuse, une multitude de bulles microscopiques. Pendant la phase de compression, les bulles implosent et provoquent, au niveau de l’évent à nettoyer, des turbulences qui détachent les résidus dudit l’évent. Les ultrasons peuvent être produits, par exemple, avec une fréquence comprise entre environ 25 et 90 kHz, notamment entre 30 et 60 kHz, et plus particulièrement entre 40 et 50kHz.
[0039] Le générateur d’ultrasons 150 peut comporter au moins deux transducteurs à ultrasons positionnés de façon axisymétrique autour de la sortie 22 de l’évent, par exemple fixés sur la face extérieure 11b de la matrice. Alternativement, le générateur d’ultrasons 150 peut comporter un unique transducteur à ultrasons, de type annulaire, positionné de façon permanente ou quasi-permanente autour de la sortie 22 de l’évent, soit fixé sur la face extérieure 11 b de la matrice, soit directement emboîté autour de la sortie de l’évent.
[0040] Le dispositif d’évacuation 120 est un dispositif prévu pour débarrasser l’évent 20 de la solution aqueuse et des résidus décollés par la solution aqueuse additionnée des ultrasons. Ce dispositif d’évacuation 120 comporte une canalisation d’évacuation 121 reliée à la sortie de l’évent 20 par l’intermédiaire d’un système de vannes 130 décrit ultérieurement. Le dispositif d’évacuation 120 peut comporter un bac 122 de rétention des résidus afin de récupérer lesdits résidus et la solution aqueuse.
[0041] La prise d’air 140 est une canalisation d’entrée d’air reliée à la sortie de l’évent 22 et débouchant à l’air libre. Cette prise d’air 140 assure une mise à l’air libre de l’évent 20 lorsque la solution aqueuse avec les résidus a été évacuée, cette mise à l’air libre permettant à l’évent de sécher avant qu’une nouvelle pièce métallique ne soit forgée.
[0042] Le système de vannes 150 comporte plusieurs vannes reliées les unes aux autres et permettant de commander alternativement l’injection de la solution aqueuse avec les ultrasons, l’évacuation des résidus et la mise à l’air libre de l’évent. Le système de vannes 150 comporte une première vanne V1 connectée au dispositif d’évacuation 120, une deuxième vanne V2 connectée à la pompe d’injection 110 et une troisième vanne V3 connectée à la prise d’air 140.
[0043] La deuxième vanne V2 est prévue pour commander l’ouverture ou la fermeture de la canalisation d’éjection 112 reliant la pompe d’injection 110 à l’évent 20. En particulier, quand la deuxième vanne V2 est fermée, la pompe d’injection 110 ne tourne pas et quand la deuxième vanne V2 est ouverte, la pompe d’injection tourne et envoie de la solution aqueuse dans l’évent 20.
[0044] La première vanne V1 est prévue pour commander l’ouverture ou la fermeture de la canalisation d’évacuation 121 reliant le dispositif d’évacuation 120 à l’évent 20. En particulier, quand la première vanne V1 est fermée, le dispositif d’évacuation ne fonctionne pas et quand la première vanne V1 est ouverte, le dispositif d’évacuation 120 fonctionne et évacue la solution aqueuse avec les résidus hors de l’évent 20.
[0045] La troisième vanne V3 est prévue pour commander l’ouverture ou la fermeture de la canalisation d’entrée d’air reliant la prise d’air à l’évent 20. Quand la troisième vanne V3 est fermée, aucun air ne rentre dans l’évent et quand la troisième vanne V3 est ouverte, de l’air entre dans l’évent 20.
[0046] Selon un mode de réalisation, une seule et même canalisation est montée dans la sortie de l’évent 20, cette unique canalisation remplaçant la canalisation d’éjection 112, la canalisation d’entrée d’air et la une canalisation d’évacuation 121 dans la portion située entre la sortie de l’évent 20 et le système de vannes 130. Cette canalisation, comme toutes les autres canalisations du dispositif de nettoyage, peut être par exemple un tube, un tuyau ou toute autre conduite fermée pouvant être insérée dans la sortie de l’évent 20 ou fixée autour de la sortie de l’évent 20 pour assurer un passage de fluide - solution aqueuse et/ou air - entre ledit évent et le dispositif de nettoyage. Dans le mode de réalisation où une unique canalisation est connectée à la sortie de l’évent 20, cette unique canalisation est reliée à un « nœud de canalisations » desservant la canalisation d’évacuation 121 du dispositif d’évacuation 120, la canalisation d’entrée d’air de la prise d’air 140 et la canalisation d’éjection 112 de la pompe d’injection 110. Ce mode de réalisation a l’avantage de permettre un seul et unique branchement du dispositif de nettoyage sur la sortie de l’évent 20 pour réaliser toutes les opérations de nettoyage qui seront décrites ultérieurement.
[0047] Dans une variante, la sortie 22 de l’évent est équipée d’un joint d’étanchéité 160 rendant hermétique la jonction entre la canalisation - par exemple la canalisation unique ou la canalisation d’évacuation, la canalisation d’entrée d’air ou la canalisation d’éjection. Ce joint d’étanchéité 160 est choisi de sorte à présenter des propriétés et une stabilité compatibles avec la température de chauffe de la matrice.
[0048] Dans certains modes de réalisation, le dispositif d’évacuation 120 comporte uniquement une canalisation permettant aux résidus entraînés par la solution aqueuse d’être évacués hors de l’évent. Dans d’autres modes de réalisation, le dispositif d’évacuation 120 comporte un dispositif de soufflage d’air installé en sortie de l’évent 20, après la première vanne V1. Ce dispositif de soufflage est prévu pour injecter un flux d’air à l’intérieur de l’évent depuis la sortie dudit évent. Ce dispositif de soufflage peut comporter, par exemple, une pompe soufflante dimensionnée au moyen d’un calcul de perte de charge. Selon des exemples non exhaustifs, la pompe soufflante peut être choisie de façon à être stabilisée en moins de 1s avec un maintien de 10 à 20 secondes et à répondre aux propriétés suivantes : une pression de soufflage de 140 kPa minimum et un débit d’air de 10 l/minutes sur une longueur de 1 m ; ou une pression de soufflage de 200 kPa minimum et un débit d’air de 10 l/minutes sur une longueur de 1 m ; ou une pression de soufflage de 142 kPa minimum et un débit d’air de 40 l/minutes sur une longueur de 1 m.
[0049] Selon une variante, la pompe d’injection 110 de la solution aqueuse et la pompe soufflante du dispositif d’évacuation 120 sont une même pompe adaptée pour basculer de la solution aqueuse à l’air et inversement. Dans ce cas, les vannes V1 et V2 peuvent être une seule et même vanne offrant une position de fermeture et deux positions d’ouverture, l’une pour l’air, l’autre pour la solution aqueuse.
[0050] Dans encore d’autres modes de réalisation, le dispositif de nettoyage peut comporter un dispositif d’aspiration installé en sortie de l’évent 20, après la première vanne V1 , et assurant une aspiration de la solution aqueuse avec les résidus. Selon des exemples non exhaustifs, le dispositif d’aspiration peut être choisi de façon à être stabilisé en moins de 1s avec un maintien de 10 à 20 secondes et à répondre aux propriétés suivantes : une pression d’aspiration de 40 kPa (dépression de 110 kPa) et un débit de 10 l/minutes sur une longueur de 1 m ; ou une pression d’aspiration de 40 kPa (dépression de 110kPa) et un débit de 40 l/minutes sur une longueur de 1m. [0051] Les modes de réalisation où le dispositif d’évacuation 120 comporte un dispositif de soufflage d’air ou un dispositif d’aspiration présentent l’avantage que l’évent est séché avant d’être réutilisé pour le forgeage d’une nouvelle pièce. Il n’est donc pas nécessaire de traiter la solution aqueuse contre le calcaire.
[0052] Dans certains modes de réalisation, le dispositif de nettoyage peut être commandé manuellement par un opérateur qui ouvre et ferme les différentes vannes V1 , V2, V3 du système de vannes 130 au fur et à mesure de l’avancé des opérations de nettoyage. L’opérateur assure aussi la commande du générateur d’ultrasons au moyen d’un bouton de marche/arrêt. Dans d’autres modes de réalisation, toutes les vannes du système de vannes 130 sont connectées à une unité de traitement automatique, comme par exemple un ordinateur, qui commande les ouvertures et fermetures des vannes et la mise en marche du générateur d’ultrasons en fonction de données de temporisation prédéterminées. Dans ces modes de réalisation, l’opérateur commande uniquement le début des opérations de nettoyage en appuyant sur un bouton de marche/arrêt. Dans encore d’autres modes de réalisation, une sonde de pression logée, par exemple entre la pompe d’injection 110 et l’entrée d’air 21 , notamment entre la deuxième vanne V2 et l’entrée d’air 21 , préférentiellement proche de ladite deuxième vanne V2. Cette sonde de pression, adaptée pour détecter la pression de solution aqueuse injectée dans l’évent 20, est reliée à une unité de traitement automatique (par exemple un ordinateur) qui commande automatiquement les différentes vannes du système de vannes 130 et le générateur d’ultrasons, dès qu’une pression seuil prédéfinie est détectée.
[0053] Le dispositif de nettoyage 100, tel qu’il vient d’être décrit, peut être mis en œuvre après chaque opération de forgeage d’une pièce métallique ou après un nombre prédéterminé de pièces métalliques forgées ou chaque fois que l’opérateur le juge nécessaire. De préférence, il sera mis en œuvre régulièrement au cours d’une campagne de forge de pièces, par exemple après fabrication de 1 à 3 pièces métalliques, pour assurer une évacuation régulière de l’air à chaque opération de forgeage.
[0054] Un exemple d’une opération de nettoyage est représenté sur les figures 5 et 6. Juste après le forgeage d’une pièce métallique, le dispositif de nettoyage 100 est actionné, soit automatiquement soit manuellement par l’opérateur. La deuxième vanne V2 s’ouvre, assurant la mise en marche de la pompe d’injection 110 et du générateur d’ultrasons 150. Une quantité prédéfinie de solution aqueuse est alors injectée dans l’évent 20 et des ondes ultrasoniques sont impulsées dans la solution aqueuse à l’intérieur de l’évent (phase A de la figure 5). La solution aqueuse et les ondes ultrasoniques agissent ensemble pour disloquer le bouchon bloquant ou les résidus logés dans l’évent et dont l’accumulation risquerait de former un bouchon bloquant. L’évent 20, rempli de solution aqueuse sous pression, fait office de vecteur des ondes. Dans la solution aqueuse, les ondes ultrasonores déclenchent successivement des phases de compression à l’origine de la création de petites bulles (cavitation) et des phases de décompression durant lesquelles les bulles implosent violemment. Sous l’effet des implosions des bulles, les particules de résidus se décollent et se détachent les unes des autres. Lorsque la solution aqueuse comporte du détergent, le décollement et la séparation des particules de résidus sont facilités et accélérés. La durée de dislocation des résidus est de l’ordre de quelques secondes à une minute.
[0055] Une fois les résidus disloqués, sous l’effet de la pression et des ultrasons, une partie de la solution aqueuse et des résidus sont éjectés en micro-jet 115 par l’entrée 21 de l’évent, au niveau de l’empreinte (phase B de la figure 5). La quantité de solution aqueuse éjectée par l’entrée 21 est faible en proportion de la quantité injectée.
[0056] Dès qu’un micro-jet 115 de solution aqueuse ressort de l’évent 20 par son entrée 21 , la phase C du nettoyage est enclenchée. Lorsque le procédé est mis en œuvre manuellement par l’opérateur, c’est l’opérateur qui enclenche la phase C en fermant la deuxième vanne V2 et en ouvrant la première vanne V1 , lorsqu’il aperçoit un micro-jet de solution aqueuse. Lorsque le procédé est mis en œuvre automatiquement, c’est la baisse de la pression dans l’évent qui conduit à actionner la fermeture de la deuxième vanne V2 et l’ouverture de la première vanne V1 .
[0057] Dans les modes de réalisation où le dispositif d’évacuation 120 ne comporte ni dispositif de soufflage, ni dispositif d’aspiration, la troisième vanne V3 peut être ouverte rapidement après l’ouverture de la première vanne V1 (phase D) afin que l’air provenant de la prise d’air 140 puisse entrer dans l’évent 20 et sécher ledit évent. La troisième vanne V3 peut être ouverte, par exemple, quelques secondes (par exemple une dizaine de secondes) après que la première vanne V1 ait été ouverte. Dans les modes de réalisation où le dispositif d’évacuation 120 comporte un dispositif de soufflage ou un dispositif d’aspiration, le séchage de l’évent 20 est très rapide et peut être réalisé en une dizaine de secondes. [0058] Dès que l’opération de nettoyage est terminée, l’opération suivante de la campagne de forge peut être engagée, sans perte de temps. Dans les modes de réalisation où le dispositif de nettoyage est fixé à la matrice, la troisième vanne V3 reste ouverte pendant l’opération de forgeage, cette vanne V3 permettant non seulement le passage d’air de la prise d’air 140 vers l’évent 20, mais également le passage d’air de l’évent 20 vers la prise d’air 140. Autrement dit, le fait que la troisième vanne V3 soit ouverte permet à l’air enfermé entre les deux matrices d’être évacué, via l’évent 20, vers l’extérieur des matrices et du dispositif de nettoyage. Dans les modes de réalisation où le dispositif de nettoyage est mobile, il suffit d’éloigner le dispositif de nettoyage de la matrice pour que l’évent soit à nouveau débouchant sur l’extérieur. Ainsi, lors de l’opération de forgeage suivante, l’air emprisonné entre les matrices sera évacué par l’évent directement en extérieur des matrices.
[0059] Les opérations de nettoyage mises en œuvre par le dispositif de nettoyage de l’invention présentent l’avantage de pouvoir être exécutées relativement rapidement, sans prendre de temps sur la campagne de forge. En effet, entre deux opérations de forgeage, c'est-à-dire lorsqu’une pièce métallique vient d’être formée et avant que la pièce suivante ne puisse être forgée, plusieurs tâches doivent être exécutées par l’opérateur comme sortir la pièce formée, l’installer dans son rack, dépoussiérer la matrice, déposer une couche de lubrifiant sur la face interne de la matrice, ouvrir le four, prendre un lopin de métal et le déposer dans la matrice, etc. Ces différentes tâches « inter-opérations » prennent un temps non-négligeable et incompressible. Les opérations de nettoyage de l’évent étant relativement rapides, elles peuvent venir se loger pendant ces périodes inter-opérations de sorte à ne pas perturber la durée d’une campagne de forge.
[0060] Bien que décrit à travers un certain nombre d'exemples, variantes et modes de réalisation, le dispositif de nettoyage de l’évent d’une matrice de forgeage selon l’invention comprend divers variantes, modifications et perfectionnements qui apparaîtront de façon évidente à l'homme du métier, étant entendu que ces variantes, modifications et perfectionnements font partie de la portée de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
[Revendication 1] Dispositif de nettoyage (100) d’un évent (20) d’une première matrice de forgeage (11) adaptée pour recevoir, entre ladite première matrice et une seconde matrice, un lopin de métal à mettre en forme pour produire une pièce métallique, ledit dispositif de nettoyage comportant :
- une pompe (110) d’injection d’une solution aqueuse, adaptée pour injecter de la solution aqueuse dans l’évent (20),
- un générateur d’ultrasons (150), adapté pour générer des ondes ultrasonores dans l’évent (20),
- une prise d’air (140) adaptée pour assurer une mise à l’air libre de l’évent (20), et
- un système de vannes (130) pour commander alternativement au moins l’injection de solution aqueuse et d’ultrasons et la mise à l’air libre de l’évent (20).
[Revendication 2] Dispositif de nettoyage selon la revendication 1 , caractérisée en ce que, l’évent (20) s’étendant entre une entrée (21) embouchant en intérieur de matrice et une sortie (22) débouchant en extérieur de matrice, la pompe d’injection (110) est installée à la sortie (22) de l’évent pour projeter la solution aqueuse de la sortie vers l’entrée (21) dudit évent.
[Revendication 3] Dispositif de nettoyage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif d’évacuation (120) adapté pour évacuer, hors de l’évent, des résidus issus du forgeage de la pièce métallique, l’évacuation des résidus étant commandée, après l’injection de solution aqueuse et d’ultrasons, par le système de vannes.
[Revendication 4] Dispositif de nettoyage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif d’évacuation (120) comporte un dispositif de soufflage d’air installé à la sortie de l’évent et assurant une injection d’air à l’intérieur de l’évent depuis la sortie (22) dudit évent.
[Revendication 5] Dispositif de nettoyage selon la revendications, caractérisé en ce que le dispositif d’évacuation (120) comporte un dispositif d’aspiration installé à la sortie (22) de l’évent et assurant une aspiration de la solution aqueuse avec les résidus.
[Revendication 6] Dispositif de nettoyage selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le générateur d’ultrasons (150) comporte une pluralité de transducteurs à ultrasons montés de façon axisymétrique autour de la sortie de l’évent.
[Revendication 7] Dispositif de nettoyage selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le générateur d’ultrasons (150) comporte un transducteur à ultrasons annulaire, monté, via une ouverture centrale, autour de la sortie de l’évent.
[Revendication 8] Dispositif de nettoyage selon l’une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que le système de vannes (130) comporte une première vanne (V1) connectée au dispositif d’évacuation, une deuxième vanne (V2) connectée à la pompe d’injection et une troisième vanne (V3) connectée à la prise d’air.
[Revendication 9] Dispositif de nettoyage selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la solution aqueuse injectée par la pompe d’injection comporte un inhibiteur de corrosion.
[Revendication 10] Dispositif de nettoyage selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu’il comporte une sonde de pression adaptée pour détecter la pression de la solution aqueuse injectée, ladite sonde étant reliée à une unité de traitement automatique apte à commander automatiquement le système de vannes et le générateur d’ultrasons.
[Revendication 11] Procédé de nettoyage d’un évent d’une matrice de forgeage mettant en œuvre le dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que, à la fin d’une opération de forgeage d’une pièce métallique, il comporte les opérations suivantes :
- ouverture de la pompe d’injection et mise en marche du générateur d’ultrasons (phase A) afin d’insérer de la solution aqueuse et des ultrasons dans l’évent,
- après décollement et détachement des résidus (phase B), fermeture de la pompe d’injection et du générateur d’ultrasons et ouverture de la prise d’air (phase D).
[Revendication 12] Procédé de nettoyage selon la revendication 11 , caractérisé en ce qu’il comporte, après fermeture de la pompe d’injection et du générateur d’ultrasons, une opération d’ouverture du dispositif d’évacuation (phase C) afin d’évacuer la solution aqueuse et les résidus, ledit dispositif d’évacuation étant refermé avant l’ouverture de la prise d’air.
[Revendication 13] Procédé de nettoyage selon la revendication 12, caractérisé en ce que l’ouverture/fermeture de la pompe d’injection, l’ouverture/fermeture du dispositif d’évacuation et l’ouverture/fermeture de la prise d’air sont commandées à partir d’un système de vannes (130) dans lequel une première vanne (V1 ) commande le dispositif d’évacuation, une deuxième vanne (V2) commande la pompe d’injection et une troisième vanne (V3) commande la prise d’air.
[Revendication 14] Procédé de nettoyage selon l’une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce qu’il est mis en œuvre pendant une période inter-opérations de mise en place des matériaux et outillages nécessaires au forgeage de la nouvelle pièce métallique.
[Revendication 15] Procédé de nettoyage selon l’une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisé en ce qu’il est mis en œuvre à la fin de chaque opération de forge d’une série prédéfinie de pièces métalliques.
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