Brevet FR2012859A1 — publié le 19700327

i 2012.859 la fabrication des douilles de cartouches s'effectue suivant un procédé de formage sans copeaux, procédé utilisant depuis longtemps comme matière première des rondelles de tôle. Du fait de l'importance des pertes de matière au découpage des rondelles, on 5 a changé de mode de fabrication en se servant au départ de matière en harres, partagées, par sciage ou cisaillage, de manière connue, en lopins de poids correspondant à la valeur voulue pour obtenir les douilles de cartouches» Après les avoir soumis aux traitements thermiques et superficiels appropriés, on exécute 10 sur ces lopins un dressage et une extrusion, puis on les emboutit par plusieurs opérations successives jusqu'à ce qu'on ait atteint l'épaisseur de paroi nécessaire. Une opération de prématri-çage du fond intervient alors pour donner au fond une première forme favorable au matriçage définitif qui suit. Pour l'applica-15 tion de ce procédé, quatre types différents de machines sont nécessaires au principe, soit, en fait, une presse de puissance relativement élevée et de course limitée pour les opérations de dressage et d'extrusion, des presses comparativement de faible puissance, mais de grande course pour les opérations d'emboutis-20 sage, des presses comparativement de grande puissance et de grande course pour le matriçage du fond, ainsi qu'un système d'éjection spécialement construit, qui permette de calibrer l'entrée des douilles. Ce sont donc quatre machines de formage fondamentalement différentes qui sont nécessaires pour appliquer un tel 25 procédé. Par contre, l'invention propose maintenant de déterminer la forme du fond de douille lors des opérations initiales d'emboutissage et de repoussage de manière qu'une seule opération de matriçage venant à la suite suffise pour obtenir la précision et la 30 résistance mécanique du fond. Comme mentionné, on exécute, dans le procédé conventionnel, l'opération de prématriçage du fond pour donner à celui-ci une première forme telle qu'un matriçage final produise, par formage à froid, aussi bien la forme définitive désirée que la résistance nécessaire. Cela est indispensa-35 ble dans la fabrication partant de rondelles, car la forme du fond résulte librement d'un bouterollage, c'est-à-dire, qu'il s'agit d'un formage dans un outil non fermé. Dans le procédé de fabrication partant de matière en barres, l'opération de formage pour réaliser le corps creux, à savoir 1'extrusion, doit cepen 69 23680 2 2012859 dant être exécutée dans tous les cas avec un outil ferméo II en résulte toutefois la possibilité de fixer déjà la forme du fond par cette opération, forme qui est conservée dans les opérations d'emboutissage qui suivent, de manière qu'au cours des opérations 5 multiples de finition, les conditions voulues, concernant aussi bien la forme que la résistance, soient remplies. Ainsi, le pré-matriçage du fond n'est plus nécessaireo En outre, par une combinaison adéquate des différents procédés, le nombre total des opérations, qui étaient nécessaires dé— 10 puis longtemps pour fabriquer une douille de cartouche, est réduit. Un problème, directement en rapport avec cette suite d'opérations, réside dans le fait que la matière première, choisie parmi les aciers relativement pauvres en carbone, c'est-à-dire, d'une teneur en carbone inférieure à 0,3$, devient extrêmement fragile 15 à froid lors du formage. Le degré de malléabilité nécessaire pour la fabrication de douilles est cependant si élevé que la malléabilité ultérieure de la matière est épuisée au bout de quelques ■■ opérations de formage, de sorte qu'il faut procéder, en général,*à plusieurs traitements thermiques, sous forme de recuits intermé-20 diaires. Sans le procédé classique, ces recuits sont exécutés a»»» des fours, les températures étant choisies au-dessous de la ligne A1 du diagramme fer-carbone, des séjours relativement longs et de faibles vitesses de refroidissement étant adoptés pour la recristallisation, ou régénération du grain. Les valeurs typiques pour 25 un acier au carbone non allié à teneur en carbone d^0,15$ et courante en impuretés sont, par exemple, de 90 minutes ou plus pour l'exposition entre 620 et 680°C et de 20 à 100°C à l'heure environ, suivant les dimensions de la pièce, pour la vitesse de refroidissement. 30 Gomme, d'autre part, pour des motifs technologiques, le degré de malléabilité n'est pas constant en tous les endroits des pièces, notamment au passage de la paroi mince au fond épais, et comme il peut en résulter des zones de déformation critique, où le degré de malléabilité peut varier de 2 à 15f°t il peut se former dans de 35 telles zones, lors d'un recuit intermédiaire classique, un gros grain, qui se signale par une fragilité particulièrement élevée aux basses températureso On a particulièrement observé ce comportement préjudiciable dans la fabrication des douilles de cartouches, sur lesquelles 69 23680 3 2012859 une zone de déformation critique prend obligatoirement naissance entre le fond et la paroi. Les degrés de déformation critique sont ceux qui produisent, par des traitements thermiques successifs au-dessous de A1, un grain plus ou moins gros. Dans l'exem-5 pie cité, cela provoque sur les douilles de cartouches à faible teneur en carbone, fabriquées dans ces conditions, l'apparition, à des températures extrêmement basses (au-dessous de -20°C), de défauts nuisant à leur utilisation, leur fond étant arraché par la forte pression exercée par les gaz de la poudre et, ou bien, 10 sous l'action de l'extracteur. Pour éliminer ce défaut, on a appliqué, en général, de manière conventionnelle, un contre-raffinage de la structure des pièces, consistant à les recuire normalement, c'est-à-dire à les maintenir plus longtemps au-dessous de A3 avant de les soumet-15 tre à un refroidissement plus rapide, ou encore, suivant une proposition connue (Bardenheuer), à chauffer les pièces au-dessus de A3 et à les tremper à l'eau, puis, à leur appliquer ensuite un recuit doux classique". On continue alors le formage des pièces à froid, afin qu'elles atteignent, par l'augmentation de leur ré-20 sistance, les qualités mécaniques nécessaires. L'invention se base maintenant sur la connaissance acquise du fait qu'en dehors de la température, un certain minimum de temps a aussi une influence sur la formation d'un gros grain. On a cherché en conséquence la possibilité d'exécuter le chauffage 25 aussi rapidement que possible en traversant la zone critique et d'établir un programme de traitements tel que, d'une part, la malléabilité de la matière soit pleinement restaurée, tout en évitant la gamme ultérieure des opérations de recuit conventionnelles. 30 Selon l'invention, on arrive à ce résultat en portant les pièces, en 1 à 5 minutes environ, à une température finale ..située au-dessus de la ligne A3 du diagramme fer-carbone, correspondant à la température de transformation de l'austénite, et en les maintenant à cette température pendant 1 à 5 minutes (durée d'exposi-35 tion) pour effectuer ensuite leur refroidissement assez rapidement pour que sa vitesse atteigne de 50 à 100°G par minute environ. Ce faisant, il a été établi de manière surprenante qu'avec un échauffement suffisamment rapide et une durée d'exposition très »— * BAD QRiGlîsiAk 69 23680- 4 2012859 brève, avec le refroidissement brusque qui suit, en partant de températures sensiblement au-dessus de A3, aucune formation de gros grain n'a lieu dans des aciers au carbone, de teneur inférieure à 0,3$, non alliés ou légèrement alliés, tandis que leur 5 malléabilité est totalement rétablie* La zone des températures est si élevée, qu'on observe déjà, lors d'un recuit classique, des phénomènes de surchauffe» On applique ainsi avec succès à des aciers au carbone non alliés à une teneur en carbone telle que précitée, par exemple, 10 les traitements ayant les caractéristiques ci-après: refroidir à l'air* Il est indiqué d3 effectuer le chauffage par induction, ou directement dans un four à huile ou à gaz* Bans les armes à tir rapide moderne, les caractéristiques &é~ 20 Paniques du produit final ont une très grande importance pour le . fonctionnement des douilles de cartouches* Pour fabriquer ces douilles suivant le procédé traditionnel, on se sert d'aciers à basse teneur de carbone et on obtient la résistance superficielle par l'augmentation de cette résistance résultant de l'écrouissage* 25 Ce procédé limite toutefois les valeurs pouvant être atteintes pour la résistance entre 50 et 70hbar. Si, pour des motifs fonctionnels, une résistance supérieure était nécessaire, on choisirait des matières à teneur en carbone de 0,27 à 0,37$ et on les soumettrait, à l'état définitif, à un traitement thermique* 30 Alors que dans l'acier cité en premier lieu il existe de bon nes caractéristiques de résistance à froid du fait de leur faible teneur en carbone, il faut exécuter plusieurs opérations supplémentaires à la presse sur les douilles de cartouches traitées, ce qui est à considérer comme un inconvénient» Par contre, la forte 35 résistance à froid de l'acier à faible teneur en carbone présente cet inconvénient, que par la forte modification de la forme imposée à la matière au cours du processus de la fabrication, la malléabilité de cette matière est à peu près épuisée dans le produit final, ce qui se traduit par un faible coefficient d'allongement* Température finale des pièces Durée de 1'échauffement Durée d'exposition Refroidissement 950 à 1050°0 1 à 5 min* 1 à 5 min* 50 à 100°C p* min. jusqu'à 500*C, puis 15 69 23680 5 2012859 Selon 1*invention, le problème consistant à atteindre des résistances plus fortes sans devoir appliquer ultérieurement un traitement thermique a été résolu en fabriquant les douilles de cartouches d'un acier à teneur de 0,16 à 0,20$ de carbone et 5 contenant en outre les matières et impuretés usuelles. De tels aciers au carbone ne sont pas utilisables en soi dans la zone intermédiaire entre l'acier cémenté et l'acier trempé, recuit» Des recherches approfondies ont montré maintenant qu'une matière de bonnes caractéristiques de résistance à froid peut être tra-10 vaillée plus simplement et en moins d'opérations que les aciers à teneur en carbone élevée tandis qu'on réalisait déjà une augmentation de résistance plus sensible, pour des degrés de malléabilité plus bas, qu'avec des aciers à plus faible teneur de carbone. Du fait d'une déformation moindre, la matière conserve une 15 malléabilité résiduelle plus grande, de sorte que les corps creux possèdent une capacité de déformation résiduelle plus élevée et une extensibilité plus notable, ce qui donne davantage de sécurité quant à la formation de fissures sur le produit fini, A l'usinage et à la transformation de ces aciers, qui sont 20 livrés en barres selon le procédé décrit, les défauts de la matière brute se signalent par des fissures des douilles de cartouches quand on les tire. Il est inévitable en particulier que se produisent, lors de la fabrication des barres, des fissures longitudinales dans la matière brute, dues à de petits recouvrements, des 25 défauts de laminage ou des endroits défectueux provenant d'inclusions de scories, directement à la surface ou en profondeur. Par ailleurs, on sait contrôler les matériaux métalliques travaillés à froid au moyen d'éprouvettes de refoulement. Ce contrôle s'effectue en refoulant, plastiquement une éprouvette de di-30 mensions déterminées jusqu'à ce qu'une partie de sa surface épaissie, cylindrique la plupart du temps, se crevasse par suite de l'augmentation de la section transversale, ce qui permet de noter le degré de refoulement atteint en tant que caractéristique de la qualité de la matière. 35 A l'origine du procédé selon l'invention est la connaissance du fait que, lorsqu'on effectue un refoulement libre à un degré exactement défini, différentes parties se crevassent toujours en raison de défauts de la matière. On a cherché à présent à trouver dans quel rapport se trouve l'apparition des fissures lors d'un 69 23680 6 2012859 refoulement de degré déterminé avec l'existence de défauts à la surface de la pièce et, en particulier, jusqu'où, l'observation d'un degré de refoulement déterminé, suivi du rejet pur et simple des pièces fissurées, laisse subsister dans le produit final de 5 défauts de surface préexistante dans la matière brute. Or, on a constaté que l'apparition de crevasses, au cours d'une telle opération de repoussage, était un signe extraordinairement probant de l'existence de défauts de surface dans la matière première et que le respect d'un degré de refoulement déterminé suivi 10 du rejet des pièces visiblement fissurées même dans le produit final, après toutes les autres opérations de fabrication et de transformation, laisse encore intervenir des défauts de matière brute en valeurs résiduelles dont la valeur maximale est nettement déterminée par le procédé de repoussage et le degré de refoule-15 ment. Le procédé selon l'invention se caractérise donc par le choix d'un degré de refoulement (fs ) déterminé suivant l'importance acceptable des défauts et, en fait, de préférence dans la zone de ^ =-0,5 et par la mise au rebut, après cette opération de re-20 poussage des pièces à fissures apparentes. D'après des essais, il est apparu que pour un degré de refou- . lement de Eo les défauts provenant de la matière brute qui subsistent dans le produit fini sont situés dans la pièce à une profondeur inférieure à tf = 0,003 . P1 30 Formules dans lesquelles: refoulement logarithmique ln logarithme naturel Fo section transversale ie la matière brute ]?,j section transversale de la pièce repoussée 35 t^ profondeur des crevasses dans le produit, final. Comme les fissures importantes peuvent être convenablement déce-lées visuellement, ou par un procédé mécanique, pneumatique ou électrique, l'application du procédé selon l'invention n'est que 69 23680 7 2012859 peu coûteuse, mais plus sûre que celle des procédés de contrôle magnétiques ou électriques connus. lia section transversale finale de la pièce étant déterminée par le produit fini, on peut choisir sans plus le degré de refoulement en adoptant une section trans-5 versale de départ appropriée» En choisissant un degré de refoulement supérieur, on peut encore améliorer le résultat obtenu par ce procédé en ce qui concerne 1» profondeur des fissures sur le produit final* Selon l'invention, l'opération de dressage, connue en soi, 10 s'exécute après le cisaillage des lopins pris dans la barre de manière à répondre aux conditions présentées précédemment d'une éprouvette de repoussage* On peut ainsi s'assurer que la matière nécessaire à la fabrication est contrôlée quant aux crevasses de ce genre ou aux endroits défectueux, sans entraîner de dépenses 15 supplémentaires• Par l'application des mesures préconisées plus haut on obtient une nouvelle structure fondamentale de la gamme des opérations suivie pour la fabrication des douilles de cartouches, structure qui économise certaines opérations tout en augmentant 20 la fiabilité du produit fini, du fait du processus de contrôle introduit dans les nouvelles gammes d'opérations. 69 23680 8 2012859 REVENDICATIONS 1Procédé de fabrication des douilles de cartouche partant d'un lopin, tiré d'une matière en barres, caractérisé en ce que la forme du fond de la douille est déterminée par les processus d'emboutissage et de repoussage de manière qu'une seule opération 5 ultérieure de matriçage suffise pour donner au fond la précision de forme et la résistance mécanique voulue. 2.- Un procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le lopin est repoussé à un degré de refoulement ( (fs ) de -0,4 à -0,8 et la forme du fond de la douille déterminée par l'opération 10 d'extrusion qui suit de telle manière que cette opération constitue, d'une part, un contrôle parfait des défauts de la matière brute utilisée et, d'autre part, rende suffisante une seule opération de matriçage exécutée ensuite pour donner la pré$ia4»iï^ de la forme et la résistance mécanique du fond de douille* 15 3.- Un procédé suivant Isa revendications „1 et 2, caractérisé en ce que, pour obtenir les valeurs de résistance mécanique du produit fini, on emploie un acier de teneur de 0,16 à 0,25$ de carbone • 4»- Un procédé suivant les revendications 1 à 3, caractérisé en 20 oe que pour rétablir la résistance à froid, en évitant la formation d'un gros grain dans les zones de déformation critique, les pièces sont portées, en un espace de temps de 1 à 5 minutes, à une température finale supérieure à la température de la transformation de l'austénite A3 du diagramme fer-carbonne, maintenue# 25 à cette température finale pendant 1 à 5 minutes et refroidies ensuite assez rapidement pour que la vitesse du refroidissement atteigne 50 à 100°C par minute environ* 5«- Un procédé suivant la - revendication/^, caractérisé en ce que la température finale est située au-dessus de la température A3 30 de transformation de l'austénite d'au moins 50°C. 6.- Un procédé suivant les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que, pour 1'échauffement rapide des pièces traitées, on applique le chauffage par induction, ou le chauffage direct au four à gaz ou à huile* 35 7«- Un procédé suivant les revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'on emploie, pour le refroidissement, des parcours sous gaz de protection refroidi ou à l'air. 69 23680 9 2012859 8„- Un procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le degré de refouLement (