Brevet FR2009388A1 — publié le 19700206

i 2009388 La présente invention concerne tin procédé d'usinage de matériaux, en particulier de métaux depuis la surface. On sait qu'au cours de l'usinage de métaux, par exemple, par laminage ou forgeage, les métaux acquièrent certaines carac-5 téristiques avantageuses. Cependant l'importance de l'usinage du métal dépend du degré de réduction exigé de la pièce à usiner. En d'autres termes, l'importance de l'usinage dépend des dimensions initiales de la pièce à usiner et de ses dimensions finales. Il n'a pas été possible jusqu'à présent d'utiliser une 10 surface d'-usinage supérieure à la surface disponible comprise entre les limites dictées par ces dimensions initiales et finales l'invention a pour but de créer un procédé permettant d'effectuer n'importe quelle quantité désirée d'usinage de surface sans donner lieu à une réduction finale de la pièce usinée au-delà d'une 15 épaisseur prédéterminée. Suivant un mode de réalisation de l'invention, on prévoit un procédé d'usinage d une pièce à usiner par formation d'un bombement dans la pièce à usiner et par déplacement du bombement le long de la pièce à usiner. On peut associer à cet usinage une 20 opération de formation par laminage et on peut poursuivre cet usinage ultérieurement lorsque la pièce à usiner est complètement formée, un bombement, continuant à persister, après quoi on rétracte les rouleaux afin drélimirier le bombement. L'invention est représentée à titre d'exemples non limitatifs 25 aux dessins annexés. La fig. 1 est un croquis illustrant le mode d'application de l'invention à une pièce allongée à usiner." La fig» 2 représente une vue d'extrémité d'un type d'appareil ayant pour fonction d'usiner une pièce allongée à usiner. 30 La fig» 3 est une vue de côté d'un appareil du type repré senté à la fig. 2 . La fig. 4- est une vue analogue à la fig» 3 d'un autre appareil ayant pour fonction d'usiner selon l'invention une pièce à usiner. 35 La fig. 5 est un croquis indiquant d'une façon schématique comment on peut usiner une pièce à usiner relativement plate selon l'invention. La fig. 6 est une coupe de l'appareil destiné à être utilisé pour l'usinage d'une bague depuis un côté selon l'invention. 69 16932 2 2009388 la fig» 7 est une vue de côté de la pièce à usiner de la fig. 6 représentant la réaction de la matière de la pièce à usiner au cours du laminage. La fig» 8 est une coupe de l'appareil utilisé pour l'u-5 sinage d'une bague depuis l'intérieur. la fig. 9 est une coupe suivant la ligne 9-9 de la fig. 8. la fig. 1 représente une billette sous là forme d'une tige cylindrique 10 ayant le diamètre final désiré. Un bom-10 bernent 12 est réalisé dans la tige 10. Suivant le procédé de l'invention, on fait déplacer le bombement 12 d'une façon ondulatoire ou oscillatoire sur la longueur de la billette. Parmi les positions occupées par le bombement, deux sont indiqués en pointillés en 14 et 16. On répète le processus plusieurs 15 fois d'un bout à l'autre de la longueur de la billette comme l'indique la flèche 15. On applique, de préférence, "une pression axiale à la billette au cours de l'opération afin de la maintenir à l'état de compression. Il convient de veiller à ce que le bombement ne roule pas hors des extrémités de la tige jusqu'à 20 ce que le traitement soit terminé, les extrémités de la tige ne sont pas, par conséquent-, traitées d'une façon aussi complète que le restant de la tige. Il est évident, par suite du mouvement du bombement', que le métal se trouvant dans la zone provisoirement occupée par le bom-25 bernent, soit, déplacé à la fois radialement et axialement relativement à la position qu'il occupait avant la mise en place du bombement, et après sont élimination. Ceci s'applique à la totalité de la masse de métal dans le bombement sauf peut être, en théorie, à l'emplacement de l'axe de la billette«lemétal est ainsi 30 usiné sensiblement dans toute sa masse. Les extrémités de la tige n'ayant pas été complètement laminées sont enlevées de la tige par séparation de toute manière classique. ... On effectue normalement ce processus ;d'usinage-de surface en utilisant une pièce-à usiner chauffée, le chauffage étant 35 réalisé de la même manière que dans les procédés classiques ce&uie .3e "Ausforming", où la pièce à usiner peut être d'une température de l'ordre de 538°C et le "Marforming", aux environs de 2.60°C, ..mais on peut la chauffer, à n'importe quelle température permettant d'obtenir des propriétés désirées ou, alternativement, on 69 16932 3 2009388 peut effectuer cet usinage dans des conditions ambiantes. La fig» 2 représente une forme générale de l'appareil utilisé pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus. L'appareil comporte trois rouleaux 18, 20 et 22 espacés à distance» 5 égales autour d'une billette 24. Ces rouleaux; travaillent la billette 24, à mesure qu'elle passe, en direction de son axe, par l'étranglement défini entre les rouleaux 18, 20 et 22. Les rouleaux sont soutenus et entraînés par des moyens (non représentés) connus des spécialistes. 10 La partie de fonctionnement d'une machine convenable du type général de la fig. 2 est représentée à la fig. 3. Les rouleaux 18' , 20* et 22* comportent des parties 26 et 28, d'entrée et de sortie, cylindriques de diamètres identiques et entre ces parties 26 et 28, des surfaces 30 en volutes hélicoïdales. 15 Les crêtes des volutes se trouvent sur la projection des parties cylindriques 26 et 28. Les bases des volutes sont disposées de façon à ce que la volute soit concave, et comporte un étranglement resserré. Dans ce mode de réalisation, les rouleaux sont disposés de façon à ce que leurs axes 32 soient parallè-20 les l'un à l'autre et à l'axe de la billette 34. Les volutes coïncident lorsqu'elles font prise avec la billette 24' dan-nant lieu ainsi à des rainures et arêtes annulaires dans la billette 24'. Du fait que les étranglements des rouleaux sont resserrés, 25 ces derniers définissent une zone généralement bombée le long de leur longueur dans laquelle la billette 24 est adaptée pour être retenue» L'espacement des volutes est tel que la vitesse axiale de la billette 24, à mesure qu'elle passe à travers l'espace entre les rouleaux en direction de la flèche 36, 30 a tendance à diminuer légèrement dans la partie sortante du bombement relativement à la partie entrante. Il ne peut jamais y avoir d'accumulation de matières dans le bombement, mais la réalisation de cette tendance assure que l'espace destiné au bombement est toujours plein. Les crêtes des volutes maintiennent 35 la matière de la billette dans un état de compression axial à la zone bombée. L'espacement des volutes 30 peut diminuer vers le centre de la volute depuis les deux extrémités. La billette est formée initialement de façon à comporter une zone bombée que l'on insère dans l'étranglement compris entre 69 16932 4 2009388 les rouleaux et,à l'aide de dispositions correctes d'alimentation et d'entraînement, le bombement persiste mais s'ondule relativement le long de la longueur de la billette à mesure que se poursuit l'opération. 5 Après un passage complet de la billette dans la machine, en ne permettant pas, bien entendu, au bombement de rouler hors de la billette, on réintroduit la billette en vue d'un second passage» D'autres passages peuvent suivre selon le degré d'usinage exigé• Pour les raisons énoncées ci-dessus, il se produit un degré élevé de retenue de la pièce à usiner dans la zone bombée, et, en conséquence, le métal présent dans cette zone se trouve dans un état de compression extrême. Il convient donc de prendre des soins extrêmes lors de la conception et de la construction 15 des composants agissant sur la billette afin d'assurer qu'il ne se produira aucune déformation élastique permanente dans ces composants et que malgré cela la billette puisse être facilement introduite et enlevée. Un support massif pour les rouleaux peut s'avérer nécessaire de façon à permettre aux machines de QA résister aux forces considérables engendrées. Ainsi, les rouleaux 18, 20 et 22 à la fig. 3 ne sont pas, d'ordinaire, encastrés dans des coussinets, mais sont soutenus le long de la totalité de leur longueur sur des surfaces elles—mêmes soutenues d'une façon massive. 25 Un autre mode de réalisation à trois rouleaux 18", 20" et 22" comportant des axes obliques 32 et des sections 26 et 28 cylindriques d'entrée et de sortie d'un diamètre identique et entre lesquelles sont compris des étranglements resserrés en vue de définir une zone de bombement, est représenté à la fig» 4. Dans ce cas, les rouleaux sont munis de parties annulaires 28 ne coïncidant pas, engendrant ainsi une volute hélicoïdale sur la billette. Ainsi qu'on l'a représenté dans le rouleau inférieur, la volute est constituée par des sections 40a, 40b, etc..., entraînées et montées individuellement, lesquelles 55 sont reliées à un arbre 14 entraîné, commun, au moyen de transmission par engrenages représentées schématiquement en 42a, 42b, etc. Les deux autres rouleaux sont composés, d'une façon analogue,de sections. Les dispositifs d'entraînement sont tels que lorsque l'on 69 16932 5 2009388 introduit une extrémité convenablement bombée d'une billette 24" dans l'espace compris entre les rouleaux, l'entraînement des rouleaux 18", 20" et ^2» provoque l'impression du profil des volutes sur la billette, laquelle se propulse dans la ma-5 chine tandis que la zone bombée se déplace relativement le long de celle-ci, le métal dans cette zone subissant un pétrissage considérable. Le mouvement du bombement est aidé par un différentiel de vitesse dans les sections de rouleaux à gauche de l'étranglement des rouleaux, et par un différentiel inverse 10 correspondant, à droite de l'étranglement. . Ainsi., la billette entre et sort de la machine avec un diamètre uniforme sa zone bombée en volute hélicoïdale n'existant que dans la région d'étranglement des rouleaux. La billette de départ peut, à nouveau, comporter le diamètre final désiré et les crêtes des par-15 ties annulaires peuvent accrocher la matière dans le bombement de la billette. On peut prévoir une pression d'entrée axiale agissant sur les extrémités de la pièce à usiner. On peut facilement modifier les modes de réalisation décrits ci-dessus afin de traiter des pièces à usiner tubulaires, soit 20 par l'insertion d'un mandrin solide dans la cavité tubulaire ou d'un mandrin sur lequel sont montés des rouleaux qui transmettent le mouvement du bombement en forme d'ondulations à mesure que la billette est entraînée sur le mandrin agissant contre une matrice cylindrique à l'extérieur, avec fixation de l'extrémité 25 de la billette. On peut également usiner selon l'invention des pièces à usiner plates ou relativement plates. On se réfère à présent à la fig. 5. qui représente une pièce à usiner 52 légèrement courbée placée dans un évidement 54, de forme correspondante, réali-30 sée dans une matrice 56. Un rouleau compresseur principal 58 comporte, de chaque côté, deux rouleaux latéraux 60 empêchant une courbure excessive de.la pièce a usiner au cours du laminageo On lamine la pièce à usiner 52,.que l'on peut chauffer aux gammes de température mentionnees ci—dessus afin de remplir la 35 matrice, on applique ensuite une pression supplémentaire au rouleau principal 58 et on maintient un bombement 62. Le rouleau principal 58 provoque ensuite le déplacement du'bombement 62 d'une extrémité de la pièce à usiner 52 a l'autre. Les 69 16932 6 2009388 extrémités de 1'évidement 54 empêchent un allongement axial de la pièce à usiner 52. A mesure que le rouleau 58 doit être élevé par dessus le bombement afin de commencer à le rouler dans la direction opposée, il apparaît d'une façon évidente que 5 la totalité de la longueur de la pièce à usiner 52 n'est pas travaillée par le rouleau principal 58 et il est nécessaire de couper les extrémités de la pièce à usiner avant de pouvoir l'utiliser. Il convient de noter que les extrémités de 1'évidement 54 empêchent l'allongement de la pièce à usiner dans la direction du laminage. Lorsque la pièce à usiner 52 est suffisamment travaillée, la pression du rouleau principal 58 «rtrelâchée et on continue le laminage jusqu'à ce que la pièce à usiner soit laminée à l'épaisseur désirée et jusqu'à ce que le bombement 62 disparaisse. Si on le désire, on peut enlever la 15 pièce à usiner de l'évidement 54, la retourner et la laminer de nouveau. De cette façon, les deux côtés de la pièce à usiner 52 sont travaillés suivant l'invention. On peut laminer ultérieurement la pièce à usiner courbée sur un plateau plat (non représenté) de façon à obtenir un organe plat. 20 On se réfère à présent aux fig. 6 et 7 où est représenté un appareil pour l'usinage des côtés 60 d'une bague 62 dont les côtés sont, bien entendu, sans fin. La pièce à usiner 62 à réaliser de façon à lui conférer les dimensions et propriétés finales désirées, est insérée dans un évidement 64 réalisé dans 25 une matrice 66. Une série de rouleaux coniques 68 roulent sur le côté supérieur 60 de la bague 62 de façon à remplir la matrice et à travailler la pièce davantage par formation d'un bombement 70 et d'un déplacement de ce bombement 70 autour de la surface du côté 60« Lorsque la pièce à usiner a été suf-30 fisamment travaillée, la pression du rouleau conique 68 est relâchée et on continue le laminage jusqu'à ce que la pièce à usiner reprenne le diamètre final désiré et que la matière du bombement soit absorbée dans la matière de la bague. La température à laquelle s'effectue cette opération est définie plus 35 haut. Il convient de noter qu'à mesure que la pièce à usiner est forcée dans l'évidement de la matrice, la totalité de la matière de la pièce à usiner subit une pression latérale et, à l'emplacement du rouleau, la m atière delà pièce à usiner est contenue entièrement par les côtés de l'évidement et par le 69 16932 7 2009388 rouleau. Il ne se produit aucun allongement circonférentiel de la pièce à usiner au cours de cette opération. Les fig. 8 et 9 représentent un ensemble destiné à traiter une voie de roulement sans fin 72, et en particulier, sa sur-5 face intérieure. L'appareil comporte un rouleau compresseur 74, un anneau d'enclume 76, un mandrin 78 et deux paires de rouleaux 80 de soutien sur lesquels les prolongements cylindriques 82 du mandrin 78 roulent respectivement. Le mandrin 78 comporte deux colliers 84 cylindriques, verticaux, à dia-10 mètre agrandi, entre lesquels la pièce à usiner 72 est emprisonnée . La pièce à usiner 72 est laminée à la dimension voulue entre l'anneau d'enclume 76 et le mandrin 78. On applique ensuite une pression supplémentaire de façon à provoquer la for-15 mation d'une petit bombement 86 et on continue le laminage tandis que ce bombement 86 se déplace le long de toute la surface intérieure de la pièce à usiner 76^. Lorsqu'on atteint un degré d'usinage suffisant, on relâche la pression exercée sur le mandrin 78 de façon à ce que la pièce à usiner reprenne ses dimen-20 sions désirées après quoi on élimine le bombement en le faisant rouler hors de la pièce usinée. Dans cette opération, comme auparavant, la température de la pièce à usiner ax cours du traitement de surface est définie ci-dessus. 25 On a constaté qu'en utilisant les moyens mentionnés plus haut il est possible d'obtenir une pièce usinée convenablement traitée dont l'usinage ne se limite pas à la réduction de l'épaisseur de la pièce usinée. L'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation dé-30 crite et illustrée ci-dessus. Par exemple, on peut déplacer la pièce à usiner axialement lors du laminage, ainsi qu'on l'a décrit en se référant à la fig. 5, après chaque passage, ce qui permet de traiter une pièce à usiner relativement large suivant la présente invention. 69 16932 8 2009388 REVENDI0ATIPUS 1 - Procédé d'usinage d'une pièce à usiner caractérisé en ce qu'il comporte la création d'un bombement dans la pièce à usiner, et le déplacement du bombement le long de la pièce à 5 usiner» 2 - Procédé d'usinage suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une légère réduction de la pièce à usiner au-delà de son épaisseur finale désirée afin de former un bombement, le laminage de la pièce à usiner de façon à ce que 10 le bombement se déplace le long de la pièce à usiner, après quoi on permet à la pièce à usiner de prendre sa forme finale désirée. ? - Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la pièce à usiner est un organe cylindrique allongé et est usinée dans un étranglement réalisé entre une multiplicité 15 de rouleaux dont les surfaces sont formées de façon à comporter des crêtes qui accrochent la pièce à usiner et des évidements dans lesquels la matière de la pièce à usiner peut se dilater collectivement de façon à former le bombement. 4- - Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce 20 que les rouleaux sont formés de façon à comporter des volutes. 5 - Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les rouleaux sont formés de façon à comporter des arêtes et des évidements annulaires. 6 - Procédé suivant l'une des revendications 3 à 5, carac-25 térisé en ce que les rouleaux comportent à chaque extrémité une partie cylindrique de diamètre identique» 7 - Procédé suivant l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte l'application d'une force d'alimentation à la pièce à usiner de façon à l'alimenter dans l'étrangle- 30 ment. 8 - Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la pièce à usiner présente une configuration sans fin et en ce que le bombement est amené à se déplacer d'une façon continue autour d'un côté dte la pièce à usiner. 35 9 « Procédé suivant l'une des revendications 2 à 8, carac térisé en ce que la pièce à usiner est maintenue de façon à résister à tout allongement dans la direction du laminage» 10 - Procédé suivant la revendication 9 caractérisé en ce que la pièce à usiner est disposée dans un évidement pendant 69 16932 9 2(509388 1'usinage. 11 - Procédé suivant la revendication 10 caractérisé en ce que la pièce à usiner est d'une longueur limitée et en ce qu'on la lamine en faisant effectuer à un rouleau un mouvement de va-et-vient sur une surface de la pièce à usiner et à la fin ou à peu près à la fin de chaque étape d'usinage, on soulève le rouleau d'usinage par dessus le bombement et on provoque le mouvement de ce rouleau, de façon à ce qu'il déplace le bombement en direction inverse.