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PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LA FABRICATION DE CORPS CREUX, TUBES ET ANALOGUES
FERMES D'UN COTEo
La fabrication de corps creux fermés d'un côté par des opérations combinées à l'étireuse et à la presse à profiler est connue. Dans ce procédé, le mandrin de forage exécute l'étirage sur la section sortante pendant qu'on exerce un effort de pressage sur les épaulements du bloc creux.
Dans des presses à profiler proprement dites adaptées à'des presses mécaniques, lorsque le pilon de presse atteint la pièce usinée enfoncée dans la matrice, il se produit sur la pièce usinée, par suite du freinage brusque de la commande du pilon, une action analogue à un choc par laquelle la pression de l'épaulement est augmentée et le fluage de la matière est amor- cé. On a considéré que cette action de choc sur la pièce usinée était indispensable et on a par conséquent tenté de la provoquer mécaniquement ou par explosion également dans des étireuses et presses à profiler combimées adaptées à des presses hydrauliques.
Ces propositions n'ont cependant trouvé aucune application dans la pratique parce qu'on n'aboutit pas, de cette façon, à répartir le travail de façonnage dans le rapport correct entre le mandrin et le pilon de la presse. Tel est le problème qui est à la base de la présente invention.
Sur des bancs d'étirage de tubes et des presses à étirer, on opère en général avec des rétrécissements de 20% au maximum. La section du produit fini fabriqué par étirage pur atteint par conséquent environ 80% de la section de départ. A un allongement de la matière au quadruple, par étirage et pressage simultanés, correspond à une section de départ, une section finale de 0,25. Pour un rétrécissement total de 0,75. le travail du mandrin ne participe seulement qu'à raison de (0,25 : 0,$0) - 0,25 = 0,06 ou 8%. 92% du travail de façonnage constituent par conséquent le travail de la presse à profiler.
Si alors on admet que l'opération de la presse à profiler seule puisse s'effectuer avec le même rendement de façonnage que l'opération d'étirage proprement dite, on obtient pour un allongement quadruple un rapport entre la pression aux épaulements et celle du mandrin, de 12:1 en'chiffres ronds. De cette manière, on ne tient pas encore compte de la résistance au frottement de la pièce ouvrée sur les parois de la matrice, qui doit être supportée en
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supplément par le pilon de la presse. Mais en outre, le pilon de la presse et le mandrin d'étirage ont également des déplacements de travail différents correspondant aux allongements correspondants.
Pour qu'elle puisse être façonnée, on doit soumettre la pièce usinée à une pression de surface par cm2 telle qu'elle passe à l'état plastique.
Sous cet état, cependant, la pièce usinée s'appuie contre la paroi de la matrice sous une pression de surface d'autant plus élevée que la pression devant être nécessairement appliquée aux épaulements par le pilon de la presse est plus grande. Pour de longues ébauches et un grand allongement la résistance au frottement contre les parois de la matrice peut ainsi devenir tellement grande que la force totale exercée par le pilon de la presse suffise précisément à la vaincre, sans qu'aucun travail de façonnage ne soit réalisé. Toute augmentation de la pression du pilon serait uniquement liée à une augmentation de la pression de surface entre la pièce usinée et la matrice.
L'invention part de ces découvertes. Elle a pour but, la fabrication de corps creux, tubes ou analogues fermés d'un côté, de longue ur relativement grande, sur des presses à profiler opérant au moyen d'un mandrin commandé. On résout ce problème par la proposition générale qui consiste à transformer une partie notable de la pression du pilon de presse s'extériorisant jusqu'à présent comme pression sur les parois de la matrice dans le travail simultané à l'étireuse et à la presse à profiler, en une pression sur la paroi du mandrin, au moyen de laquelle on peut par conséquent réaliser un travail d'étirage. Comme les surfaces pressées entre la matrice et le mandrin ont la même longueur, le mandrin participe d'autant plus à vaincre le frottement de la matière sur la paroi de matrice que son diamètre est plus élevé.
Le façonnage s'effectue de la manière la plus favorable conformément au procédé de la présente invention quand, pour la pression à exercer sur le mandrin d'une part et sur les épaulements de la pièce perforée d'autre part, on part d'un rapport qui est égal ou supérieur au rapport entre le diamètre du mandrin et le diamètre de la matrice et qu'on ajoute à la pression qui en résulte sur les épaulements, la pression nécessaire à faire passer la matière usinée à l'état plastique.
D'après l'expérience, la pression superficielle spécifique nécessaire aux températures¯usuelles appliquées aux presses à profiler l'acier, pour obtenir l'état plastique est d'environ 500 Kgr/cm2.
A un rapport choisi à titre d'exemple de 2 : entre les diamè- tres du mandrin et de la matrice, correspondent les pressions de travail du mandrin et du pilon de la presse. Le mandrin recevant sur son enveloppe le frottement de la pièce usinée, supporte alors pendant la marche deux cinquiè- mes du frottement des parois de la matrice et effectue un travail de façonnage pur correspondant à ce rapport à l'intérieur de la matrice.
On représente schématiquement sur le dessin un exemple de réalisation d'une installation servant à l'application du procédé conforme à l'invention.
Les figures 1 à 4 représentent l'installation en différentes positions de travail;
Les figures 5 et 6 sont des parties de l'installation à échelle agrandie, et
La figure 7 représente graphiquement les pressions de surface appliquées à la matrice et au mandrin.
Dans les cylindres de presse 1 et les cylindres de retour 2 sont montés des pistons raccordés au pilon de la presse 5 par une traverse 4.
Sur l'alésage central du pilon de la presse est montée la tige de mandrin 6 maintenue par une traverse 7. Sur celle-ci agissent une crémaillère 8 et des pistons 9 guidés dans les cylindres sous pression 10 et munis de butées 11 limitant leur course. Sur la face de la matrice 12 opposée au coté de la commande, se trouve un éjecteur à pulvérisation 13 auquel se rattache la pièce d'étirage munie de bagues d'étirage l4 ou de calibres à rouleaux. Dans
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l'enveloppe de la matrice 12 se trouve un évidement 15 dans lequel se dispose une plaque de pression 16.
Après avoir disposé la pièce usinée de départ 20 devant le pilon de la presse 5, les pistons 3 et avec eux la traverse 4 et le-pilon de la presse 5 sont poussés en avant (fig. 1) par admission d'eau sous pression dans le cylindre 1. Le pilon 5 pousse ainsi la pièce à usiner 20 jusqu'à ce qu'elle vienne buter contre l'éjecteur de pulvérisation 13 dans la matri- ce 12 (fig. 2). Par admission d'eau sous pression dans le cylindre 10, le mandrin est poussé en avant par les pistons 9 et la traverse 7, ce qui pro- duit le perçage préalable de.la pièce usinée 21 (fig. 3). Jusqu'au moment où le perçage préalable est terminée -la sortie de matière de l'éjecteur 13 est obstruée par la plaque de pression 16.
La profondeur de pénétration du mandrin 6 dans la pièce forée 21 est réglée par les butées 11 qui limitent la course des pistons 9. A ce moment, on retire la plaque 16 et le mandrin est poussé en avant à travers la matrice par la commande de la crémaillère 8, le pilon 5 étant ainsi soumis à la pleine pression de pressage et agissant sur la section d'introduction de la pièce forée 21. La pièce usinée pressée hors de l'éjecteur de pulvérisation 13 à travers les bagues d'étirage 14, est étirée de façon usuelle en un tube ou un corps creux 22 (fig. 4).
A la fin de la course de travail, les pistons 3 ramènent de nouveau le pilon de presse à sa position de départ par admission d'eau sous pression dans les cylindres de retour 2. En même temps la crémaillère 8 ramène également le mandrin 6 en arrière par inversion de sa commande et la traverse 7 re- pousse les pistons 9 de nouveau dans les cylindres 10. Ensuite débute un nouveau cycle de travail. Le dispositif destiné à détacher le tube 22 du mandrin revenant en arrière n'est pas représenté pour cause de simplicité. D'autre part, la séparation du tube du mandrin peut également s'effectuer au moyen de cylindres connus faisant suite au dispositif conforme à l'invention, et on peut utiliser chaque fois de façon connue une nouvelle tige de mandrin.
La figure 5 représente un dispositif pour séparer le collet résiduaire 23 existant sur le tube 22. Avant le début de la course de travail, on dispose un disque de pression 17 en avant du pilon de presse 5 dans la matrice 12. Ce disque porte une saillie antérieure 18 correspondant à la forme de section de l'éjecteur 13. Toutefois, son inclinaison doit être mesurée de telle sorte qu'après la fin de la course de travail (position représentée en traits mixtes) il reste un collet 23 sur le tube 22 en avant de l'éjecteur 13 dans la matrice. Ce collet a une forme qui se rétrécit de l'intérieur à l'extérieur et peut être retiré sans plus de la matrice ou respectivement de l'éjecteur de pulvérisation par le mandrin revenant en arrière.
Sur la figure 6 on représente le début du façonnage de la pièce forée 21 après avoir enlevé la plaque de pression 16. Par la pression du pilon de presse 5 agit sur la paroi intérieure de la matrice 12 un frottement x et sur l'enveloppe du mandrin 6, un frottement y qui correspondent aux pressions agissant sur les surfaces (fig. 7). Gomma résistance agissant contre le frottement, on obtient le segment xl = x - y.
La longueur de pénétration maximum possible de la pièce usinée 20 se règle d'après le rapport entre les diamètres du mandrin et de la matrice, et le rapport entre les pressions du mandrin et du pilon de presse qui en dépend conformément à l'invention. Comme le frottement effectif de la matrice xl est très faible par rapport au frottement x existant quand on n'applique pas le procédé de l'invention, il en ressort sans plus que la longueur de pénétration est.notablement augmentée par rapport à celle permise dans les procédés connus, et peut être maintenue toujours au delà d'une fois et demi le diamètre de la matrice.
Par le procédé conforme à l'invention, le frottement entme la pièce usinée et la paroi de la matrice peut àtre réduit par lubrification t celui entre la pièce usinée et l'enveloppe du mandrin peut ou bien rester intact ou être augmenté par des moyens connus en soi.