Brevet FR2135177A1 — publié le 19721215

L'invention concerne des ensembles de matrices et pinçon convenant pour l'extrusion de métaux tels que l1acier, et du type comprenant une matrice creuse et un poinçon destiné à pénétrer dans la matrice pour extruder du métal du matériau reçu dans cette dernière, Elle concerne également leur mode dsemploiO Dans les ensembles connus de matrices et poinçons pour l'ex- trusion de métaux, la matrice et le poinçon sont en acier ou en carbure de tungstène. Toutefois ces ensembles connus présentent un inconvénient, en ce sens qu'avant qu'un élément métallique puisse être extrudé avec succès il doit subir un traitement lubrificateur compliqué et donc assez long.Dans le cas dgun élément en acier, ce traitement de lubrification comprend l'enlève- ment de la graisse puis un décapage à 17acide qui prépare l'élément pour un traitement ultérieur de phosphatation et de savonnage. La phosphatation est en particulier nécessaire pour la production d'une couche séparatrice entre l'élément et les outils d'extrusion, car sans celà on pourrait avoir une soudure locali sée entre ltélément et ces outils.Le traitement de savonnage réduit le frottement entre l'élément et les outils d'extrusion pendant la pénétration du poinçon dans la matrice, grâce à quoi la charge requise sur le poinçon pour réaliser ltextrusion et, par conséquent, les efforts dans les outils d'extrusion sont diminués. On a découvert maintenant que si la matrice et/ou le poinçon sont faits en nitrure de silicium estampé à chaud, on peut éviter l'emploi du traitement de lubrification décrit cidessus, ou bien employer un traitement de lubrification très sim plifiéO D'une part, en conséquence, linvention concerne un ensemble de poinçon et de matrice du type spécifié, dans lequel la matrice et/ou le poinçon sont en nitrure de silicium estampé à chaud. Suivant une autre caractéristique, lorsque le procédé d'extrusion est agencé de manière telle que du métal slécoule, pen- dant l'extrusion, dans le même sens que le sens de déplacement du poinçon, la matrice au moins est en nitrure de silicium0 Suivant une autre caractéristique, lorsque le procédé d'ex- trusion est agencé de manière telle que du métal s'écoule, pendant l'extrusion, en sens opposé au sens de déplacement du poin çon, le poinçon au moins est en nitrure de silicium. Suivant une autre caractéristique, le poinçon fait partie d' un montage de poinçon et peut titre retiré du reste de ce montage pour permettre ainsi son remplacement0 D'autre part, l'invention concerne un procédé d'extrusion d' un métal par l'emploi d'un ensemble de matrice et poinçon comme celui décrit ci-dessus. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'inventionr Fig. 1 est une vue en coupe illustrant un procédé d'extrusion utilisant une première mise en oeuvre de l'ensemble de matrice et poinçon selon l'invention; Figo 2 est une vue en coupe illustrant un procédé d'extrusion utilisant une seconde mise en oeuvre de l'ensemble de matrice et poinçon selon l'invention; Fig. 3 est une vue éclatée, partiellement en coupe, d'un montage de poinçon comportant le poinçon représenté dans la Figo 2. En référence à la Fig. 1, dans un premier exemple de l'invention une pièce 11 en acier est obtenue en exécutant une opération d'extrusion par percussion sur une billette en acier étiré (non représentée) avec emploi d'un premier ensemble de matrice et poinçen 120 Cet ensemble comprend une matrice creuse 13 en nitrure de silicium formé à chaud à la presse, et un pinçon 14 en carbure de tungstne. Cette matrice 13 est formée en chauffant de la poudre de silicium à une température ne dépassant pas 13000C dans une atmosphère non oxydante contenant de l'azote, ce qui fait que la poudre de silicium est converti en nitrure de sili cium qui est essentiellement entièrement dans la phase Cette poudre de nitrure de silicium est ensuite intimement mélangée avec au maximum 1* en poids dioxyde de magnésium, par broyage par boulets en mouillé dans du butanol pendant une période de 72 heu res. Cette poudre mélangée est ensuite façonnée en une matrice creuse 13 en la pressant entre des matrices en graphite à une température ne dépassant pas 16500Cet à une pression de 280 kilogs par centimètre carré environ.En service, on ajuste autour de la matrice 13 une bague métallique de contraction classique de manière à ce que le nitrure de silicium de cette matrice soit sous compression0 La disposition de l'ensemble de matrice et poinçon 12 est telle que lorsque la billette d'acier est introduite dans la matrice 13 et le poinçon 14 déplacé dans cette matrice pour effectuer llextrusion par percussion, du métal de la billette s'écoule dans le sens ou le poinçon 14 est déplacé pour produire la pièce 11. En employant l'ensemble de matrice et poinçon 12, on s'aperçoit que l'extrusion de métal de la billette peut être effectuée avec succès sans lubrification initiale de cette billette par des traitements classiques de phosphatation et de savonnage En outre, comme montré dans le dessin, ensemble 12 comprend un poin çon éjecteur 15 au moyen duquel la pièce extrudée 11 peut être retirée de la matrice, Comme montré dans la Fig. 1, l'alésage dans la matrice 13 en nitrure de silicium utilisée dans exemple ci-dessus est à gradin pour définir une portion large et une portion étroite, du métal s'écoulant dans la portion étroite de l'alésage pendant 1' extrusion pour produire la pièce 11.Toutefois, dans une modification de l'exemple ci-dessus la matrice 13 est définie par un manchon extérieur en acier à outils comme ceux employés dans des matrices d'extrusion classiques, et par une pièce rapportée annulaire faite de nitrure de silicium formé à chaud à la presse, cette pièce étant disposée dans l'alésage du manchon extérieur de manière à ce que l'alésage de la matrice 13 assemblée soit à gradin comme montré dans la Fig 1 En référence maintenant aux Figs. 2 et 3, dans un second exem- ple de l'invention on utilise un second ensemble 16 de matrice et poinçon pour réaliser une autre extrusion par percussion sur la pièce 11 après son extrusion initiale par l'ensemble 12 de matrice et poinçon.L'ensemble 16 de matrice et poinçon comprend un poinçon 17 en nitrure de silicium formé à chaud à la presse, obtenu d'une manière analogue à celle décrite pour la matrice 13, et une matrice 18 en acier rapide type B,S,S, M2, cet ensemble 16 étant agencé de telle manière que lorsque le poinçon 17 est enfoncé dans la matrice 18 du métal de la pièce 11 s'écoule dans le sens opposé au sens de déplacement du poinçon 17. Ce type de procédé dtextrusion est connu sous le nom d'extrusion vers l'arrière, pour le distinguer dtune extrusion vers l'avant dans laquelle, comme dans le premier exemple, du métal est forcé de s'écouler dans le sens du déplacement du poinçon effectuant lt ltextrusion Donc, pour produire l'écoulement de métal requis, l'extrémité 19 du poinçon 17 qui pénètre dans la matrice 18 pour réaliser l'extrusion vers l'arrière est de forme conique, avec un angle de 1700 défini au sommet du cône.Du fait que le poin çon 17 est en nitrure de silicium formé à chaud à la presse, il est nécessaire de stassurer, si l'on veut que le poinçon ait une longue durée, quten service les seules forces agissant sur lui soient des forces de compression au lieu de forces de tractions Le corps du poinçon 17 au voisinage de l'extrémité 19 va donc en diminuant, avec un état de surface très fin qui est de tordre de 0,000025 à 0,000125 millimètre pour la hauteur moyenne de saillies sur la surface, et sans aucun des façonnages supplémentaires souvent apportés à un poinçon d'extrusien vers l'arrière pour favoriser l'écoulement de métal.On se rendra compte que le corps du poinçon 17 va en diminuant dans le but do faciliter ll enlèvement de la pièce du poinçon après l'opération sans imposer à celui-ci des efforts de traction dépassant ceux qu'il peut supporter. Dans cet exemple particulier-, la coniclt4-du corps est de l'ordre dsun angle d'ouverture de 70, Le poinçon 17 en nitrure de silicium est porté par un porte-poinçon en acier 21, et forme avec celui-ci et une pièce de renfort en acier 22 un montage de poinçon 23. Le poinçon 17 peut autre retiré de ce montage 23, si bien qu'il est possible de le remplacer facilement. Comme dans l'exemple précédent, quand on fait effectuer à I'en- semble de matrice et poinçon 16 une extrusion par percussion de la pièce 11, on staperçoit que cette extrusion peut être effectuée avec succès sans lubrification initiale de cette pièce par les traitements ordinaires de phosphatation et de savonnage.Par ailleurs, comme dans l'exemple décrit ci-dessus, afin de faciliter l'enlèvement de la pièce après lextrusion, l'ensemble de matrice et poinçon 16 comprend un poinçon éjecteur 240 On se rendra compte que dans le premier exemple le poinçon 14 pourrait, de meme que la matrice 13, titre en nitrure de silicium formé à chaud à la presse, et aussi que dans le second exemple la matrice 18, de meme que le poinçon 17, pourrait être en nitrure de silicium formé à chaud à la presse* Il faut se rendre compte en outre que,bien que la formation de la matrice et/ou du poinçon à partir de nitrure de silicium évite à la pièce à extruder la nécessité de subir initialement le traitement compliqué de lubrification décrit plus haut, on peut toujours appliquer à la pièce une lubrification, mais que celle-ci peut titre très simple. Revendications 1. Ensemble de matrice et poinçon du type comprenant une matrice creuse et un poinçon destiné à pénétrer dans cette matrice pour extruder du métal dtune pièce disposée dans la matrice9 caractérisé en ce que la matrice et/ou le poinçon sont en nitrure de silicium formé à chaud à la presse. 2. Ensemble de aatrice et poinçon suivant la Revendication 1, caractérisé en ce que la disposition est telle que lorsque le poinçon pénètre dans la aatrice pour réaliser une extrusion, du métal de ladite pièce s'écoule dans le mOrne sens que le sens de déplacement du poinçon, tandis qu'au moins la matrice est en nitrure de silicium. 3. Ensemble de matrice et poinçon suivant la Revendication 1, caractérisé en ce que la disposition est telle que lorsque le poinçon pénètre dans la matrice pour réaliser une extrusion, du métal de ladite pièce stécoule dans le sens opposé au sens de déplacement du poinçon, tandis qu'au moins le poinçon est en nitrure de silicium* 4. Ensemble de matrice et poinçon suivant la Revendication 3, caractérisé en ce que le corps du poinçon va en diminuant pour faciliter l'enlèvement de la pièce du poinçon après l'opération d'extrusion. 5. Ensemble de matrice et poinçon suivant la Revendication 4, caractérisé en ce que la conicité du corps du poinçon est de 1' ordre d'un angle d'ouverture de 70, 60 Ensemble de matrice et poinçon suivant ltune quelconque des Revendications précédentes, caractérisé en ce que le poinçon fait partie d'un montage de poinçon et peut outre retiré du reste de ce montage pour Outre remplacé* 70 Procédé d'extrusion de métal utilisant un ensemble de matrice et poinçon suivant l'une quelconque des Revendications précédentes.