WO2007116151A1 - Procede d’extrusion de precision de pieces metalliques creuses et dispositif associe - Google Patents

Procede d’extrusion de precision de pieces metalliques creuses et dispositif associe Download PDF

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WO2007116151A1
WO2007116151A1 PCT/FR2007/000609 FR2007000609W WO2007116151A1 WO 2007116151 A1 WO2007116151 A1 WO 2007116151A1 FR 2007000609 W FR2007000609 W FR 2007000609W WO 2007116151 A1 WO2007116151 A1 WO 2007116151A1
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WO
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punch
extrusion
pressure
compensation
metal part
Prior art date
Application number
PCT/FR2007/000609
Other languages
English (en)
Inventor
Jean-Michel Lacourt
Joseph Mathis
Original Assignee
Manoir Industries
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 Manoir Industries filed Critical Manoir Industries
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Priority to ES07731277.5T priority patent/ES2451654T3/es
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Links

Classifications

    • 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
    • B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
    • B21C23/02—Making uncoated products
    • B21C23/20—Making uncoated products by backward extrusion
    • B21C23/205—Making products of generally elongated shape

Definitions

  • the invention mainly relates to a precision extrusion process for producing hollow metal parts.
  • the invention also relates to a device for implementing such a method.
  • hollow metal alloy parts can be made by a succession of operations, namely a stamping operation to 1250 0 C in one piece on hammer pestle followed by a deburring operation in which the burr formed during the stamping operation is severed, then a forging operation in which the deformation of the material is obtained by extrusion.
  • the stamping operation consists of heating at high temperature the half-product called billet which is crushed between two dies.
  • the back extrusion is a process in which, with reference to FIGS. 1 to 3, which respectively represent the initial, intermediate and final stages of a rear extrusion, a punch 1 is moved in translation in the direction of extrusion A in a jacket 3, or seat 3, having a fixed base 4 for receiving the forged blank 5a to be deformed.
  • the diameter D of the punch head 2 which determines the internal diameter of the final hollow metal part 5c, this diameter D being substantially greater than the diameter d of the body of the punch 6 which is misaligned to avoid friction during spinning of the hot metal material.
  • the length of the hollow part is not controlled during such an extrusion operation, this part is most often taken up during an additional operation, for example a machining operation. Also, another additional de-clogging operation must be implemented when it is desired to obtain a hollow body opening.
  • the obtaining of a hollow metal part opening or not requires several operations, which results in that the tolerances obtained are not always compatible with the requirements of the specifications, in particular because of the deformations induced during the extrusion when sinking the punch into the hot metal material.
  • the main objective of the invention is to overcome the aforementioned drawbacks by proposing a method for producing a hollow part opening or not, while simultaneously controlling the volume deformations generated by the extrusion operation.
  • Another object of the invention is to reduce the number of operations and thus optimize the tooling required to make the hollow metal part and thereby reduce production costs and improve yields and production times.
  • the method of the invention is essentially characterized in that, simultaneously with the depression of the punch in the forged blank during its forward travel in the direction of extrusion, a counter- Compensation pressure is applied to this material in the opposite direction, this compensating back pressure being adjusted both to create a back pressure allowing the material to spin around the punch, and to control the movement of material in the seat. by compensation of the extrusion force of the metal part.
  • the compensation counter-pressure to be applied corresponds, at a given temperature, to the difference between the extrusion force of the metal part and the resistance of this part to the necking.
  • ⁇ P [(Sl) X 0 (T 1 D 2 -Di)] - [(S2-S1) X ⁇ str iction (T)] in which :
  • - Sl is the area corresponding to the section of a punch diameter Dl
  • S 2 is the area corresponding to the section of a seat of diameter D 2
  • ⁇ ( T , D 2 -D 1) is the stress associated with the metallic material and determined as a function of the difference D 2 -D 1 for a given temperature
  • the compensation back pressure is applied at the level of the base on which the metal material rests.
  • a deburring operation of the previously stamped metal part is carried out simultaneously with the extrusion operation.
  • the punch causes a deburring tool in a position to perform the deburring operation.
  • the hollow metal part obtained is disengaged from the punch during the return stroke of this punch in the direction opposite to the direction of extrusion.
  • the forward stroke of the punch can be adjusted so that either at the end of the race go, or the head of the punch is contained in the metallic material which results in the realization of a hollow piece non-opening, or the punch passes through the bottom of the piece (60b) which results in the realization of a hollow opening piece.
  • the invention also relates to a device for implementing the method described above which comprises a punch capable of moving in the direction of extrusion so as to sink into said forged blank during its course to go in the direction of extrusion and means for applying the compensation back pressure on the receiving bottom of this forged blank which is movable in the direction of extrusion.
  • the movable bottom is mounted on at least one hydraulic cylinder to which is applied a pressure corresponding to the compensation back pressure.
  • the device of the invention comprises a deburring tool secured to the punch during its travel to a deburring position of the stamped metal part.
  • the device may comprise a work extractor which is movable relative to this punch during at least part of its return stroke so that the metal part obtained in which the punch is engaged abuts against the extractor and thus disengages the punch on the move.
  • the movable bottom is solid so as to produce a hollow piece that does not open, or the movable bottom has a cavity in which the punch head engages at the end of the stroke, going through the bottom of the hole. this piece so as to make a hollow piece open.
  • FIG. 1 is a schematic representation in plan of an extrusion device of the prior art in the initial position
  • FIG. 2 represents the device of FIG. 1 during the forward travel of this punch
  • FIG. 3 represents the device of FIG.
  • Figure 4 "" is a schematic plan view of the device of the invention according to a first embodiment when the punch is in an end position go;
  • Figure 5 is a schematic perspective view with a tear of the device of the invention according to the first embodiment when the punch is in the course of course go;
  • Figure 6 is a schematic perspective view of the device of the invention according to the first embodiment in course of course go;
  • Figure 7A is a schematic representation in plan of the left half of the device of the invention according to the first embodiment (hollow body opening) when the punch is at the end of the race go;
  • Figure 7B is a schematic plan view of the right half of the device of the invention of Figure 7A when the punch is in the initial position;
  • Figure 8A is a schematic representation in plan of the left half of the device of the invention according to a second embodiment (hollow body non-opening) when the punch is at the end of the race go;
  • FIG. 8B is a diagrammatic representation in plan of the right half of the device of the invention of FIG. 8A when the punch is in the initial position; and FIG. 9 represents the rear extrusion abacus at 1100 ° C. giving the stress ⁇ as a function of the ratio D1 / D2 with D1 which is the internal mean diameter of the seat and D2 the average diameter of the punch body.
  • the device of the invention comprises a fixed seat 10 which is intended to receive the forged blank not shown in Figure 4 and which is rigidly connected to a standard base plate 11 on which it rests , and to a circular plate 12 mounted concentrically around and in abutment against its upper flange end 13.
  • This circular plate 12 is bonded and held parallel to the base plate 11 by means of holding rods 14 which extend along the longitudinal axis XX 1 and which are mounted integral in an intermediate plate 11a in support of connection with the base plate 11 by means of a stepped guide screw V passing through the intermediate plate 11a and mounted integral with the plate base 11, and around which a housing L receives a spring R short stroke.
  • the punch 16 is of cylindrical longitudinal general shape and has a frustoconical base 17 in the extension of which extends a cylindrical body 18 terminated by a frustoconical pointed end 19 directed towards the base plate 11.
  • the frustoconical base 17 of the punch 16 is rigidly connected to a punch holder piece 20 which is arranged in the longitudinal alignment of the punch and which is itself secured to a punch holder plate 21 surmounted by an upper adapter plate 15. of which she is in solidarity.
  • the means for holding and moving the punch plate 21 will be described later.
  • the device of the invention also comprises a piece extractor 22 concentrically disposed in sliding contact plane against the base 17 of the punch 16 and whose lower face 22a coincides with the upper face 60c of the forged blank 60a (FIGS. 7A and 8A).
  • the lateral external face 30 of the extractor 22 is aligned with the lateral external face 33 of the upper end 13 forming a flange of the seat 10, and the lower face 22a of this extractor 22 further has a shoulder 31. which is opposite the hollow part formed not shown in this figure and whose width corresponds approximately to the thickness of this part, ie the spacing between the punch 16 and the inner surface 32 of the seat 10.
  • this extractor 22 is rigidly connected to an extraction plate 23 by means of holding rods 24, this extraction plate 23 being mounted under the punch holder plate 21 and movable along the axis XX 'relative to the base plate 11 by means of longitudinal struts 26 whose upper end 27 is slidably mounted in this extraction plate 23 and which are slidably mounted in an associated guide housing 28 whose base 28a is secured to of the base plate 11.
  • the device of the invention also comprises a deburring tool 29 mounted concentrically in plane support sliding contact around the extractor 22 and which, as shown in Figure 4, comes at the end of the race go of the punch, in contact with the upper end of the outer surface 33 of the flange 13 of the seat 10 , so as to section the burr 34 ( Figures 7B and 8B) of the forged preform 60a previously stamped.
  • the deburring tool 29 is provided with a cutting section at the edge 36 which is disposed opposite and against the flange 13.
  • This deburring tool 29 is rigidly connected to a cutter plate 35 by being mounted in this plate 35 which is disposed under the extraction plate 23 and which is secured to the upper end 38 of a guide ring 40 of a longitudinal guide column 39 whose base 41 is fixed in the base plate 11.
  • the guide ring 40 is concentrically disposed in sliding contact plane around the corresponding guide column 39.
  • the device of the invention comprises four guide columns 39 connected to the cutter plate 35 in the manner mentioned above.
  • the cutter plate 35 is allowed to slide in the direction of extrusion, that is to say along the axis XX ', relative to the base plate by means of the guide columns 39.
  • the device of the invention comprises eight guide spacer studs 43 whose head 44 is integral with the punch holder plate 21, whose lower end 45 is integral with the cutter plate plate 35 and whose the cylindrical body 46 passes through the extraction plate 23 by being mounted in sliding contact in this extraction plate 23.
  • the gap between the punch plate 21 and the cut gate plate 35 is held fixed by the presence of the studs 43, while the extraction plate 23 is movable in the extrusion direction XX 1 relative to the punch holder plates 21 and cut gate 35, its travel being limited between these two plates 21, 35 and implemented by the extraction rods 26 and which are at the number of two ( Figure 5).
  • the mobility in the direction of extrusion XX 1 of the punch plate 23 and the cutter plate 35 is provided by the guide columns 39 which is fixed the cutter plate 35.
  • the spacing fixed between the punch plate 21 and the cutter plate 35 is set so that when the punch is at the end of travel go, the cutting tool 22 is in the position described with reference to Figure 4, that is to say against the surface external 33 of the flange 13 of the seat 10 and thus under the burr 34 that this cutting tool 22 has just cut, so that the deburring operation is performed simultaneously with the extrusion operation.
  • the device comprises a movable bottom 50 which is a part of revolution comprising a base 51 and a cylindrical body 52 whose diameter corresponds to the internal diameter of the seat 10 taken at its lower portion 53.
  • the diameter of the cylindrical body 52 of the movable base 50 is adjusted so as to bear in contact plane sliding against the inner wall 54 of the lower part 53 of the seat 10.
  • this movable bottom 50 is mounted floating to a lower adapter plate 59, itself rigidly fixed to the base plate 11 via fixed pads 59a.
  • the movable bottom 50 has a cylindrical cavity 56 of diameter substantially equal to the diameter of the body 18 of the punch 16 so that at the end of the race, the lower end 19 of this punch 16 passes through the bottom 57 of the metal part (FIG. 7A) in sinking into the cylindrical cavity 56 of the movable bottom 50 and expelling the cut portion of the metal part, which results in the production of a piece opening.
  • the movable bottom 50 is full and the stroke of the punch 16 is such that at the end of the race go, the end 19 of the punch 16 is still contained in the metallic material.
  • the movable bottom 50 is mounted on hydraulic cylinders with adjustable retaining pressure 58.
  • the pressure P of the cylinders or counter-pressure compensation P is variable depending on the geometry of the metal part to be produced and is calculated in the following manner.
  • the movable punch 19 creates during its stroke to go in the fixed seat 10 a back pressure which allows to generate the leak in the opposite direction to the direction of extrusion of the metal material trapped between the punch 16 and the seat 10.
  • the extrusion force is determined in the following manner.
  • F extrusion Sl x ⁇ ( T ⁇ D2 -Di)
  • the necking resistance is determined as follows.
  • ⁇ st r ictio n corresponds to the necking resistance of the metal part at HOO 0 C, this resistance being 10 daN / mm 2 .
  • This compensating back pressure P corresponds to the pressure to be applied to the cylinders 58 which makes it possible to compensate for the extrusion force. It is this counter-compensation pressure which must be applied to the mobile bottom 50. This compensation effort is achieved by adjusting the hydraulic pressure of the cylinders 58 positioned under the movable bottom 50.
  • An adjustment with a hydraulic pressure limiter makes it possible to adjust the correct pressure level.
  • the adjustment of the pressure P of the hydraulic cylinders 58 gives this movable bottom 50 two functions.
  • the first function is to create a back pressure P in the seat 10 to allow the material to spin around the punch 16 and against pressure is high enough to allow the extrusion of the metal around the punch 10 without creating necking in the spun area.
  • the second function of this piston is to compensate for the change in volume during sinking of the punch 16 in the metal material.
  • the compensation stroke is calculated in relation to the volume of material displaced during the extrusion of the material.
  • the quality of the metal part obtained meets the specifications and the metal part can be made to the desired dimension in a single round trip of the punch 19 of the device.
  • FIGS. 7A, 7B, 8A and 8B illustrate, for the two different embodiments, respectively for a through piece and a non-through piece, the state of the device in initial position, while FIGS. 7A and 8A represent the device according to these two embodiments.
  • the forged blank 60 is a piece made of metal alloy of any type, heavy or light alloy, which was previously stamped on a hammer at 1250 0 C and can weigh up to 300 kg see more.
  • This forged blank 60 is of roughly cylindrical shape and of diameter such that it can be housed in the seat 10 resting on the movable bottom 50.
  • the forged blank 60 has an annular flange 61 which rests on the flange 13 of the seat 10 and in the extension of which extends the radial burr 34 resulting from the preliminary stamping operation.
  • a press (not shown) applies a force directed in the direction of extrusion C to the upper adapter plate 15 which drives in translation in this direction of extrusion C the punch plate 21, the cutter plate 35 but also the plate extraction 23 when it abuts against the punch holder plate 21 in motion.
  • the punch 16 is thus in motion in its forward stroke during which, simultaneously, this punch 16 sinks into the metal material 60, the movable bottom 50 is lowered according to the pressure P which has been applied to the hydraulic cylinders and determined as explained above.
  • the metal part 60 is deburred by the deburring tool 29 whose support on the seat 10 is damped by the spring R of the intermediate plate 11a. Then, the metal part 60 is uncorked
  • the punch then makes its return stroke by traction force applied to the adapter plate upper 15 which drives in translation in the opposite direction D in the direction of extrusion C the punch plate 21, the cutter plate 35 but also the extraction plate 23 when it abuts against the cutter plate 35 in movement.
  • the extraction plate 23 is held fixed by locking the extraction rods 26 while the punch plate 21 continues its translation movement in the opposite direction D to the extrusion direction C, which it follows that the metal part 60, which has remained attached to the punch 16 abuts against the extractor 22, detaches from the punch 16 and falls into the seat.
  • the method and device of the invention thus make it possible to produce deep holes by extrusion simultaneously with the deburring operation.
  • These method and device are moreover adapted to any part geometry, the compensation counter-pressure P being determined specifically for each part.
  • the parts that can be made by such a process are metal parts used in the field of valves, construction, mechanical industry but also in the railway, energy, aeronautics or transport, by example of the hollow pivots of mobile cranes mounted on truck.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Forging (AREA)

Abstract

L'invention concerne un procédé de réalisation d'une pièce métallique creuse par extrusion, dans lequel la déformation d'une ébauche forgée (60a) logé dans une assise (10) et reposant sur un fond (50) est obtenue par l'enfoncement d'un poinçon (16) dans la dite ébauche forgée (60) selon le sens d'extrusion (C) et filage de la matière métallique (60b) autour de ce poinçon (16). Ce procédé est essentiellement caractérisé en ce que, simultanément à l'enfoncement du poinçon (16) dans l'ébauche forgée (50) lors de sa course aller selon le sens d'extrusion (C) , une contre-pression de compensation (P) est appliquée sur cette matière (60b) en sens opposé (D), cette contre-pression de compensation (P) étant ajustée à la fois pour créer une contre-pression permettant à la matière de filer autour du poinçon (16), et pour contrôler les déplacements de matière (60b) dans l'assise (10) par compensation de l'effort d'extrusion de la pièce métallique (60b). L'invention concerne également un dispositif pour mettre en œuvre un tel procédé.

Description

"Procédé d'extrusion de précision de pièces métalliques creuses et dispositif associé" .
L'invention concerne principalement un procédé d'extrusion de précision pour réaliser des pièces métalliques creuses .
L'invention concerne également un dispositif pour mettre en oeuvre un tel procédé.
Il est connu que les pièces creuses en alliages métalliques peuvent être réalisées par une succession d'opérations à savoir une opération d'estampage à 12500C d'une pièce monobloc sur marteau pilon suivie d'une opération d'ébavurage au cours de laquelle la bavure formée lors de l'opération d'estampage est sectionnée, puis d'une opération de forgeage dans laquelle la déformation de la matière est obtenue par extrusion.
Plus précisément, l'opération d'estampage consiste à chauffer à haute température le demi produit appelé lopin que l'on vient écraser entre deux matrices. Parmi les procédés d'extrusion utilisés couramment, 1' extrusion arrière (« back extrusion ») est un procédé dans lequel, en référence aux figures 1 à 3 qui représentent respectivement les étapes initiale, intermédiaire et final d'une extrusion arrière, un poinçon 1 est mis en mouvement de translation selon le sens d'extrusion A dans une chemise 3, ou assise 3, comportant un fond fixe 4 de réception de l'ébauche forgée 5a à déformer.
Il en résulte l'enfoncement du poinçon 1 dans l'ébauche forgée 5a et le filage simultané de la matière métallique chaude 5b entre le poinçon 1 et l ' assise 3 dans le sens inverse B au sens d'extrusion A.
C'est le diamètre D de la tête de poinçon 2 qui détermine le diamètre interne de la pièce métallique creuse finale 5c, ce diamètre D étant sensiblement supérieur au diamètre d du corps du poinçon 6 qui est détalonné pour éviter les frottements pendant le filage de la matière métallique chaude.
En référence à la figure 3, à la fin de la course du poinçon 1, le filage de la matière métallique chaude autour du poinçon est terminé.
La longueur de la pièce creuse n'étant pas contrôlée lors d'une telle opération d'extrusion, cette pièce est le plus souvent reprise lors d'une opération supplémentaire, par exemple une opération d'usinage. Aussi, une autre opération supplémentaire de dêbouchage doit être mise en œuvre lorsque l'on souhaite obtenir un corps creux débouchant .
Toutes ces opérations sont en général effectuées dans la foulée dans une même chaude de forge, chacune des opérations d'ébavurage, d'extrusion et de débouchage étant réalisée sur des presses spécifiques.
Comme décrit précédemment, l'obtention d'une pièce métallique creuse débouchante ou non nécessite plusieurs opérations, ce dont il résulte que les tolérances obtenues ne sont pas toujours compatibles avec les exigences des cahiers des charges, notamment à cause des déformations induites pendant l'extrusion lors de l'enfonçage du poinçon dans la matière métallique chaude.
L'objectif principal de l'invention est de pallier aux inconvénients précités en proposant un procédé permettant de réaliser une pièce creuse débouchante ou non, tout en contrôlant simultanément les déformations de volume engendrées par l'opération d'extrusion.
Un autre objectif de l'invention consiste à réduire le nombre d'opérations et ainsi à optimiser l'outillage nécessaire pour réaliser la pièce métallique creuse et par la même, à réduire les coûts de production et améliorer les rendements et les temps de production.
A cet effet, le procédé de l'invention est essentiellement caractérisé en ce que, simultanément à l'enfoncement du poinçon dans l'ébauche forgée lors de sa course aller selon le sens d'extrusion, une contre- pression de compensation est appliquée sur cette matière en sens opposé, cette contre-pression de compensation étant ajustée à la fois pour créer une contre-pression permettant à la matière de filer autour du poinçon, et pour contrôler les déplacements de matière dans l'assise par compensation de l'effort d'extrusion de la pièce métallique.
Avantageusement, la contre-pression de compensation à appliquer correspond, à une température donnée, à la différence entre l'effort d'extrusion de la pièce métallique et la résistance de cette pièce à la striction.
De préférence, la contre-pression de compensation est calculée selon la formule suivante : Pτ = [(Sl)X 0(T1D2-Di)] -[(S2-S1) X σstriction (T)] dans laquelle :
- Dl est le diamètre correspondant à la section moyenne du poinçon,
- D2 est le diamètre correspondant à la section moyenne interne de l'assise,
- Sl est la surface correspondant à la section d'un poinçon de diamètre Dl,
- S2 est la surface correspondant à la section d'une assise de diamètre D2, - σ(T,D2-Di) est la contrainte associée au matériau métallique et déterminée en fonction de la différence D2-D1 pour une température donnée, et
- σstriction (T) est la résistance à la striction de la pièce métallique à une température T donnée. Selon un aspect avantageux de l'invention, la contre- pression de compensation est appliquée au niveau du fond sur lequel repose la matière métallique.
Plus avantageusement encore, une opération d'ébavurage de la pièce métallique préalablement estampée, est réalisée simultanément à l'opération d'extrusion. En outre, il peut être prévu que pendant sa course aller, le poinçon entraîne un outil d'ébavurage dans une position permettant de réaliser l'opération d'ébavurage.
Préférentiellement, la pièce métallique creuse obtenue est désengagée du poinçon pendant la course retour de ce poinçon dans le sens opposé au sens d'extrusion.
Par ailleurs, la course aller du poinçon peut être ajustée de façon, soit qu'en fin de course aller, soit la tête du poinçon est contenue dans la matière métallique ce dont il résulte la réalisation d'une pièce creuse non débouchante, ou le poinçon traverse le fond de la pièce (60b) ce dont il résulte la réalisation d'une pièce creuse débouchante.
L'invention concerne également un dispositif pour mettre en œuvre le procédé décrit précédemment qui comprend un poinçon apte à se déplacer selon la direction d'extrusion de façon à s'enfoncer dans la dite ébauche forgée lors de sa course aller dans le sens d'extrusion et des moyens d'application de la contre-pression de compensation sur le fond de réception de cette ébauche forgée qui est mobile selon la direction d'extrusion.
De préférence, le fond mobile est monté sur au moins un vérin hydraulique auquel est appliqué une pression correspondant à la contre-pression de compensation.
Avantageusement, le dispositif de l'invention comprend un outil d'ébavurage solidaire du poinçon pendant sa course aller jusqu'à une position d'ébavurage de la pièce métallique estampée. En outre, le dispositif peut comprendre un extracteur de pièce qui est mobile relativement à ce poinçon pendant au moins une partie de sa course retour de façon que la pièce métallique obtenue dans laquelle est engagé le poinçon, vienne en butée contre l'extracteur et se désolidarise ainsi du poinçon en déplacement . II peut être également prévu que, soit le fond mobile est plein de façon à réaliser une pièce creuse non débouchante, ou soit le fond mobile présente une cavité dans laquelle s'engage la tête de poinçon en fin de course aller en traversant le fond de cette pièce de façon à réaliser une pièce creuse débouchante.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit et qui est faite au regard des dessins annexés qui représentent des exemples non limitatifs de réalisation du procédé et du dispositif de l'invention et sur lesquels : la figure 1 est une représentation schématique en plan d'un dispositif d'extrusion de l'art antérieur en position initiale ; la figure 2 représente le dispositif de la figure 1 pendant la course aller de ce poinçon; la figure 3 représente le dispositif de la figure 1 en fin de course aller du poinçon; la figure 4 est"" une représentation schématique en plan du dispositif de l'invention selon un premier mode de réalisation lorsque le poinçon est dans une position de fin de course aller ; - la figure 5 est une vue schématique en perspective avec un arrachement du dispositif de l'invention selon le premier mode de réalisation lorsque le poinçon est en cours de course aller ; la figure 6 est une vue schématique en perspective du dispositif de l'invention selon le premier mode de réalisation en cours de course aller ; la figure 7A est une représentation schématique en plan de la moitié gauche du dispositif de l'invention selon le premier mode de réalisation (corps creux débouchant) lorsque le poinçon est en fin de course aller ; la figure 7B est une représentation schématique en plan de la moitié droite du dispositif de l'invention de la figure 7A lorsque le poinçon est en position initiale ; la figure 8A est une représentation schématique en plan de la moitié gauche du dispositif de l'invention selon un deuxième mode de réalisation (corps creux non débouchant) lorsque le poinçon est en fin de course aller ; - la figure 8B est une représentation schématique en plan de la moitié droite du dispositif de l'invention de la figure 8A lorsque le poinçon est en position initiale ; et la figure 9 représente l'abaque d'extrusion arrière à 11000C donnant la contrainte σ en fonction du rapport D1/D2 avec Dl qui est le diamètre moyen interne de l'assise et D2 le diamètre moyen du corps de poinçon.
En référence aux figures 4 à 6, le dispositif de l'invention comprend une assise fixe 10 qui est destinée à recevoir l'ébauche forgée non représenté sur la figure 4 et qui est rigidement liée à une plaque de base standard 11 sur laquelle elle repose, et à une plaque circulaire 12 montée concentriquement autour et en appui contre son extrémité supérieure formant collerette 13. Cette plaque circulaire 12 est liée et maintenue parallèle à la plaque de base 11 par l'intermédiaire de tiges de maintien 14 qui s'étendent selon l'axe longitudinal XX1 et qui sont montées solidaires dans une plaque intermédiaire lia en appui de liaison avec la plaque de base 11 par l'intermédiaire d'une vis épaulée de guidage V traversant la plaque intermédiaire lia et montée solidaire à la plaque de base 11, et autour de laquelle un logement L reçoit un ressort R de faible course . Le poinçon 16 est de forme générale longitudinale cylindrique et comporte une base tronconique 17 dans le prolongement de laquelle s'étend un corps cylindrique 18 terminé par une extrémité tronconique en pointe 19 dirigée vers la plaque de base 11.
La base tronconique 17 du poinçon 16 est rigidement liée à une pièce porte poinçon 20 qui est disposée dans l'alignement longitudinal du poinçon et qui est elle-même solidaire d'une plaque porte poinçon 21 surmontée d'une plaque d'adaptation supérieure 15 de laquelle elle est solidaire.
Les moyens de maintien et de déplacement de la plaque porte poinçon 21 seront décrits plus loin.
Le dispositif de l'invention comporte également un extracteur de pièce 22 concentriquement disposé en contact plan à appui glissant contre la base 17 du poinçon 16 et dont la face inférieure 22a coïncide avec la face supérieure 60c de l'ébauche forgée 60a (figures 5 , 7A et 8A) .
Plus précisément, la face externe latérale 30 de l'extracteur 22 est alignée avec la face externe latérale 33 de l'extrémité supérieure 13 formant collerette de l'assise 10, et la face inférieure 22a de cet extracteur 22 présente en outre un épaulement 31 qui est en regard de la pièce creuse formée non représentée sur cette figure et dont la largeur correspond approximativement à l'épaisseur de cette pièce, soit l'espacement entre le poinçon 16 et la surface interne 32 de l'assise 10.
Par ailleurs, cet extracteur 22 est rigidement lié à une plaque d'extraction 23 par l'intermédiaire de tiges de maintien 24, cette plaque d'extraction 23 étant montée sous la plaque porte poinçon 21 et mobile selon l'axe XX' relativement à la plaque de base 11 par l'intermédiaire de tirants d'extraction longitudinaux 26 dont l'extrémité supérieure 27 est montée coulissant dans cette plaque d'extraction 23 et qui sont montés coulissants dans un boîtier de guidage associé 28 dont la base 28a est solidaire de la plaque de base 11.
Le dispositif de l'invention comprend également un outil d'ébavurage 29 monté concentriquement en appui plan à contact glissant autour de l'extracteur 22 et qui, comme représenté sur la figure 4, vient, en fin de course aller du poinçon, en contact avec l'extrémité supérieure de la surface externe 33 de la collerette 13 de l'assise 10, de façon à sectionner la bavure 34 (figures 7B et 8B) de l'ébauche forgée 60a préalablement estampé.
Pour cela, l'outil d'ébavurage 29 est muni d'une section tranchante au niveau de l'arête 36 qui est disposée en regard et contre la collerette 13. Cet outil d'ébavurage 29 est rigidement lié à une plaque porte découpe 35 en étant monté dans cette plaque 35 qui est disposé sous la plaque d'extraction 23 et qui est solidaire de l'extrémité supérieure 38 d'une bague de guidage 40 d'une colonne de guidage longitudinale 39 dont la base 41 est fixée dans la plaque de base 11.
La bague de guidage 40 est concentriquement disposée en appui plan à contact glissant autour de la colonne de guidage correspondante 39.
Comme visible sur la figure 5, le dispositif de l'invention comporte quatre colonnes de guidages 39 reliées à la plaque porte découpe 35 de la façon évoquée précédemment .
Ainsi, la plaque porte découpe 35 est autorisée à coulisser selon la direction d'extrusion, c'est-à-dire selon l'axe XX', relativement à la plaque de base par l'intermédiaire des colonnes de guidages 39.
Comme plus visible sur la figure 5, le dispositif de l'invention comprend huit plots entretoises de guidages 43 dont la tête 44 est solidaire de la plaque porte poinçon 21, dont l'extrémité inférieure 45 est solidaire de la plaque porte découpe 35 et dont le corps cylindrique 46 traverse la plaque d'extraction 23 en étant monté en contact glissant dans cette plaque d'extraction 23. Ainsi, l'écartement entre la plaque porte poinçon 21 et la plaque porte découpe 35 est maintenu fixe par la présence des plots 43, tandis que la plaque d'extraction 23 est mobile dans la direction d'extrusion XX1 relativement aux plaques porte poinçon 21 et porte découpe 35, sa course étant limitée entre ces deux plaques 21, 35 et mise en œuvre par les tirants d'extraction 26 et qui sont au nombre de deux (figure 5) .
La mobilité selon la direction d'extrusion XX1 de la plaque porte poinçon 23 et de la plaque porte découpe 35 est assurée par les colonnes de guidage 39 auxquelles est fixée la plaque porte-découpe 35. L' écartement fixe entre la plaque porte poinçon 21 et la plaque porte découpe 35 est établie de façon que lorsque le poinçon est en fin de course aller, l'outil de découpe 22 est dans la position décrite en référence avec la figure 4, c'est-à-dire contre la surface externe 33 de la collerette 13 de l'assise 10 et ainsi sous la bavure 34 que cet outil de découpe 22 vient de sectionner, de sorte que l'opération d'ébavurage est réalisée simultanément à l'opération d'extrusion.
Selon l'invention, le dispositif comprend un fond mobile 50 qui est une pièce de révolution comportant une embase 51 et un corps cylindrique 52 dont le diamètre correspond au diamètre interne de l'assise 10 pris au niveau de sa partie inférieure 53.
Le diamètre du corps cylindrique 52 du fond mobile 50 est ajusté de façon à être en appui plan à contact glissant contre la paroi interne 54 de la partie inférieure 53 de l'assise 10.
Par ailleurs, ce fond mobile 50 est monté flottant a une plaque d'adaptation inférieure 59, elle-même rigidement fixée à la plaque de base 11 par l'intermédiaire de plots fixes 59a.
Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 4,5,6,7A et 7B, le fond mobile 50 présente une cavité cylindrique 56 de diamètre sensiblement égal au diamètre du corps 18 du poinçon 16 de façon qu'en fin de course aller, l'extrémité inférieure 19 de ce poinçon 16 traverse le fond 57 de la pièce métallique (Figure 7A) en s'enfonçant dans la cavité cylindrique 56 du fond mobile 50 et en expulsant la partie découpée de la pièce métallique, ce dont il résulte la réalisation d'une pièce débouchante . En référence aux figures 8A et 8B, lorsque la pièce à réaliser n'est pas débouchante, le fond mobile 50 est plein et la course du poinçon 16 est de telle sorte qu'en fin de course aller, l'extrémité 19 du poinçon 16 est encore contenue dans la matière métallique. Pour les deux modes de réalisation précités, le fond mobile 50 est monté sur des vérins hydrauliques à pression de retenue réglable 58.
La pression P des vérins ou contre-pression de compensation P est variable selon la géométrie de la pièce métallique à réaliser et est calculée de la manière suivante .
Cette contre-pression de compensation P à appliquer aux vérins hydrauliques correspond à la différence entre l'effort d'extrusion (F extrusion) et la résistance de la pièce à la striction (E striction) , soit P = F extrusion
- E striction.
Détermination de l'effort d'extrusion
Le poinçon 19 mobile crée pendant sa course aller dans l'assise fixe 10 une contre-pression qui permet de générer la fuite dans le sens opposé au sens d'extrusion de la matière métallique emprisonnée entre le poinçon 16 et l'assise 10.
Cette contre-pression s'oppose à la descente du poinçon 16 avec un effort proportionnel à la pression qui naît dans l'assise, et à la surface de ce poinçon 16.
On comprend que cette contre-pression sera d'autant plus importante que la différence entre le diamètre D2 moyen interne de l'assise 10 et le diamètre moyen Dl du poinçon 16, soit l'épaisseur de la pièce métallique, est faible (voir figure 9) .
L'effort d'extrusion est donc déterminé de la façon suivante . F extrusion = Sl x σ(T<D2-Di)
51 est la surface du poinçon. Pour un diamètre Dl du corps 18 du poinçon 16 de 112 mm, Sl = 9850 mm2. σ(HOO0C,D2-DI) est la contrainte évaluée, dans cette exemple de réalisation, pour une température de travail de 11000C, qui est fonction du rapport D2-D1 pour D2 = 165 mm et qui est lu dans les abaques déterminées depuis de nombreuses années dans ce domaine tel que celui de la figure 9. L'abaque d' extrusion donne
Figure imgf000013_0001
= 15 daN/mm2.
On a donc P extrusion = 9850 mm2 x 15 daN/mm2 = 147 000 daN soit F extrusion = 147 tonnes. Détermination de la résistance à la striction
La résistance à la striction est déterminée comme suit .
E striction ≈ (S2-S1) x σstriction
52 est la surface qui correspond au diamètre D2 moyen interne de l'assise 10 soit S2 = 21372 mm2.
Sl est la surface qui correspond au diamètre Dl moyen interne de l'assise 10 soit Sl = 10662 mm2.
©"striction correspond à la résistance à la striction de la pièce métallique à HOO0C, cette résistance étant de 10 daN/mm2.
On a donc E striction = 21372-10662 mm2 x 10 daN/mm2 = 107009 daN.
Soit E striction = 107 tonnes
Détermination de la contre-pression de compensation On a donc P = 147 tonnes - 107 tonnes, soit P = 40 tonnes .
Cette contre-pression de compensation P correspond à la pression à appliquer aux vérins 58 qui permet de compenser l'effort d' extrusion. C'est cette contre- pression de compensation qui doit être appliqué sur le fond mobile 50. Cet effort de compensation est réalisé par le réglage de la pression hydraulique des vérins 58 positionnés sous le fond mobile 50.
Un réglage avec un limitateur de pression hydraulique permet d'ajuster le niveau de pression adéquat .
L'ajustement de la pression P des vérins hydrauliques 58 confère à ce fond mobile 50 deux fonctions . La première fonction consiste à créer une contre pression P dans l'assise 10 pour permettre à la matière de filer autour du poinçon 16 et cette contre pression est suffisamment élevée pour permettre l'extrusion du métal autour du poinçon 10 sans créer de striction dans la zone filée.
La deuxième fonction de ce piston consiste à compenser la variation de volume pendant l'enfonçage du poinçon 16 dans la matière métallique.
La course de compensation est calculée par rapport au volume de matière déplacé pendant l'extrusion de la matière .
De cette façon, la qualité de la pièce métallique obtenue respecte le cahier des charges et la pièce métallique peut être réalisée à la cote voulue en une seule course aller retour du poinçon 19 du dispositif de
1' invention.
Le fonctionnement du dispositif de l'invention est décrit ci-après plus particulièrement en référence aux figures 7A, 7B, 8A et 8B. Les figures 7B et 8B illustrent pour les deux modes de réalisation différents, respectivement pour une pièce débouchante et une pièce non débouchante, l'état du dispositif en position initiale, tandis que les figures 7A et 8A représentent le dispositif selon ces deux modes de réalisation lorsque le poinçon 16 est en fin de course aller. L'ébauche forgée 60 est une pièce réalisée en alliage métallique de tout type, alliage lourd ou léger, qui a été préalablement estampée sur marteau pilon à 12500C et qui peut peser jusqu'à 300 kg voir plus. Cette ébauche forgée 60 est de forme grossièrement cylindrique et de diamètre tel qu'il peut être logé dans l'assise 10 en reposant sur le fond mobile 50.
L'ébauche forgée 60 présente une collerette annulaire 61 qui repose sur la collerette 13 de l'assise 10 et dans le prolongement de laquelle s'étend la bavure radiale 34 résultant de l'opération préalable d' estampage .
Une presse non représentée applique une force dirigée dans le sens d'extrusion C à la plaque d'adaptation supérieure 15 qui entraîne en translation selon ce sens d'extrusion C la plaque porte poinçon 21, la plaque porte découpe 35 mais également la plaque d'extraction 23 lorsque celle-ci vient en butée contre la plaque porte poinçon 21 en mouvement. Le poinçon 16 est ainsi en mouvement dans sa course aller au cours de laquelle, simultanément, ce poinçon 16 s'enfonce dans la matière métallique 60, le fond mobile 50 s'abaisse selon la pression P qui a été appliquée aux vérins hydrauliques et déterminée comme expliqué plus haut .
En fin de course aller, la pièce métallique 60 est ébavurée par l'outil d'ébavurage 29 dont l'appui sur l'assise 10 est amorti par le ressort R de la plaque intermédiaire lia. Puis, soit la pièce métallique 60 est débouchée
(Figure 7A) , la débouchure étant évacuée par-dessous l'assise 10, ou soit l'extrémité 19 du poinçon 16 termine sa course dans la matière métallique 60 (Figure 8A) .
A ce stade, la réalisation de la pièce métallique 60 est terminée.
Le poinçon effectue alors sa course retour par effort de traction appliqué sur la plaque d'adaptation supérieure 15 qui entraîne en translation dans le sens opposé D au sens d'extrusion C la plaque porte poinçon 21, la plaque porte découpe 35 mais également la plaque d'extraction 23 lorsque celle-ci vient en butée contre la plaque porte découpe 35 en mouvement.
Lors de l'entraînement en translation de l'outil d'ébavurage 29, la détente du ressort R permet de sortir la bavure 34 qui peut être sertie sur la surface externe 33 de la collerette 13 de l'assise 10. Avant la fin de la course retour du poinçon 16, la plaque d'extraction 23 est maintenue fixe par blocage des tirants d'extraction 26 tandis que la plaque porte poinçon 21 continue son mouvement de translation dans le sens opposé D au sens d'extrusion C, ce dont il résulte que la pièce métallique 60, qui est restée attachée au poinçon 16 vient en butée contre l'extracteur 22, se détache du poinçon 16 et retombe dans l'assise.
Ainsi, en une course aller retour du poinçon 16, une pièce métallique creuse débouchante ou non est réalisée dans des tolérances précises et est ébavurêe et extraite du dispositif d'extrusion dans le même temps.
Le procédé et dispositif de l'invention permettent ainsi de réaliser des perçages profonds par extrusion simultanément à l'opération d'ébavurage. Ces procédé et dispositif sont par ailleurs adaptés à toute géométrie de pièce, la contre-pression de compensation P étant déterminée spécifiquement pour chaque pièce .
Et selon la valeur de cette contre pression, sera adaptée le nombre de vérins hydrauliques 58 à monter sous le fond mobile 50.
Les pièces pouvant être réalisées par un tel procédé sont des pièces métalliques utilisées dans le domaine de la robinetterie, du BTP, de l'industrie mécanique mais encore dans le domaine ferroviaire, de l'énergie, de l'aéronautique ou du transport, par exemple des pivots creux de grues mobiles montées sur camion.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de réalisation d'une pièce métallique creuse par extrusion, dans lequel la déformation d'une ébauche forgée (60a) logé dans une assise (10) et reposant sur un fond (50) est obtenue par l'enfoncement d'un poinçon (16) dans la dite ébauche forgée (60) selon le sens d' extrusion (C) et filage de la matière métallique (60b) autour de ce poinçon (16) , caractérise en ce que simultanément à l'enfoncement du poinçon (16) dans l'ébauche forgée (50) lors de sa course aller selon le sens d' extrusion (C), une contre-pression de compensation (P) est appliquée sur cette matière (60b) en sens opposé (D) , cette contre-pression de compensation (P) étant ajustée à la fois pour créer une contre- pression permettant à la matière de filer autour du poinçon (16) , et pour contrôler les déplacements de matière (60b) dans l'assise (10) par compensation de l'effort d' extrusion de la pièce métallique (60b) .
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la contre-pression de compensation (P) à appliquer correspond, à une température donnée, à la différence entre l'effort d' extrusion de la pièce métallique (F extrusion) et la résistance de cette pièce à la striction (E striction) .
3. Procédé selon la revendication 2 , caractérisé en ce que la contre-pression de compensation (P) est calculée selon la formule suivante :
Pτ = [(Sl)X σ(τ,D2-D1)] "[ (S2-S1) X σstriction (T) ] dans laquelle :
- Dl est le diamètre correspondant à la section moyenne du poinçon (16) ,
- D2 est le diamètre correspondant à la section moyenne interne de l'assise (16) , - Sl est la surface correspondant à la section d'un poinçon (16) de diamètre Dl, - S2 est la surface correspondant à la section d'une assise (10) de diamètre D2,
- O(T,D2-DD est la contrainte associée au matériau métallique et déterminée en fonction de la différence D2-D1 pour une température donnée, et
- ©"striction (T) est la résistance à la striction de la pièce métallique à une température T donnée.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la contre- pression de compensation (P) est appliqué au niveau du fond (50) sur lequel repose la matière métallique (60b) .
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une opération d'ébavurage de la pièce métallique (60a, 60b) préalablement estampée, est réalisée simultanément à l'opération d'extrusion.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que pendant sa course aller, le poinçon (16) entraîne un outil d'ébavurage (29) dans une position permettant de réaliser l'opération d'ébavurage.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pièce métallique creuse obtenue (60b) est désengagée du poinçon (16) pendant la course retour de ce poinçon (16) dans le sens opposé au sens d'extrusion (D) .
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la course aller du poinçon est ajustée de façon, soit qu'en fin de course aller, soit la tête du poinçon (19) est contenue dans la matière métallique ce dont il résulte la réalisation d'une pièce creuse non débouchante, ou le poinçon traverse le fond (57) de la pièce (60b) ce dont il résulte la réalisation d'une pièce creuse débouchante.
9. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend un poinçon (16) apte à se déplacer selon la direction d'extrusion (C7D) de façon à s'enfoncer dans la dite ébauche forgée (60a) lors de sa course aller dans le sens d'extrusion (C) et des moyens d'application de la contre-pression de compensation (P) sur le fond de réception de cette ébauche forgée (50) qui est mobile selon la direction d'extrusion (XX1) .
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le fond mobile (50) est monté sur au moins un vérin hydraulique (58) auquel est appliqué une pression P correspondant à la contre-pression de compensation (P) .
11. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend un outil d'ëbavurage (29) solidaire du poinçon (16) pendant sa course aller jusqu'à une position d'ébavurage de la pièce métallique estampée
(60a) .
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend un extracteur de pièce (22) qui est mobile relativement à ce poinçon (16) pendant au moins une partie de sa course retour de façon que la pièce métallique obtenue (60b) dans laquelle est engagé le poinçon (16) , vienne en butée contre l'extracteur (22) et se désolidarise ainsi du poinçon (16) en déplacement.
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que soit le fond mobile (50) est plein de façon à réaliser une pièce creuse non débouchante, ou soit le fond mobile présente une cavité (56) dans laquelle s'engage la tête de poinçon
(29) en fin de course aller en traversant le fond (57) de cette pièce de façon à réaliser une pièce creuse débouchante .
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