Brevet FR2130434A1 — publié le 19721103

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour le filage de pièces profilées, notamment en alliages d'aluminium. La qualité des pièces filées en aluminium et en ses alliages, telles que barres, tubes, etc., est déterminée en grande partie par deux 5 facteurs : la température des barres ou des billettes et la vitesse de filage, qui jouent par ailleurs un rôle important dans l'économie de l'opération. Du point de vue de l'opération de pressage, on pourrait fort bien concevoir une température élevée pour les barres et les billettes, car ainsi le travail pour la mise en forme des barres ou billettes, exécuté dans le conteneur 10 par le pilon presseur, serait plus faible. Mais dans ce cas, la vitesse de filage que l'on peut appliquer est relativement faible et cela est préjudiciable à l'économie de la production et à l'utilisation optimale de la presse. Effectivement, si on travaille à une température élevée pour les barres et les billettes, permettant en soi une économie de travail de formage, et si on 15 applique une vitesse de filage trop élevée, on constate un ressoudage insuffisant par corroyage et, de ce fait, une structure métallique défectueuse qui limite les emplois de pièces ainsi fabriquées. Dans le cas de profilés creux, par exemple, un corroyage insuffisant a notamment comme conséquence fâcheuse que les veines de métal séparées par un pont de la filière ne se ressoudent 20 plus convenablement. C'est pour ces raisons que la barre ou la billette est portée à une température appropriée à l'aluminium ou à ses alliages et la vitesse de filage est augmentée pour atteindre une bonne rentabilité de la presse. Mais cette augmentation de vitesse de filage, qui du point de vue purement mécanique pourrait être réalisée, est limitée par l'apparition de 25 défauts de surface des pièces extrudées préjudiciables à leur emploi. Ainsi, on constate par exemple une désintégration complète de la couche d'oxyde se trouvant à la surface de la pièce extrudée, provoquée par une chaleur de mise en forme trop élevée dans la presse, surchauffe due à la vitesse de filage trop rapide. Après quoi la pièce filée ne peut plus être considérée comme étant 30 de qualité "Eloxal". Un autre défaut de surface analogue est celui désigné sous le nom de "pin"; il n'intéresse pas la totalité de la surface, mais apparaît seulement dans certaines plages. Son origine est également due à une vitesse de filage trop élevée pour l'aluminium ou l'un de ses alliages, avec comme conséquence des ruptures ou des désintégrations locales de la couche d'oxyde. 35 Pendant la durée de service de l'outillage, se déposent vers l'extrémité de sortie de la surface de portée, du fait du contact avec l'oxygène de l'air, des oxydes d'aluminium sous forme d'incrustations tout autour de ladite 72 09547 2 2130434 surface; la formation de ces dépôts d'oxyde est, d'autre part, favorisée par l'augmentation de la température de travail dans l'outillage. Du fait de la rupture intermittente de ces croûtes, les fragments s'incrustent sur la surface ou pénètrent dans la pièce extrudée, donnant ainsi naissance à 5 un autre type de défaut de surface. Pour l'emploi économiquement rentable d'une presse, tout en visant l'obtention d'une surface de qualité irréprochable, il faut choisir une température appropriée pour la barre ou la bil-lette et une vitesse de filage qui permettent d'éviter les défauts de surface mentionnés ci-dessus. Dans le but d'optimaliser la productivité d'installait) tions déjà existantes, on a déjà proposé d'augmenter la vitesse de filage, en ne changeant pas la température des barres mais en évacuant plus énergi-quement la chaleur de déformation qui se dégage dans l'outillage. Comme véhicule pour cette évacuation complémentaire de chaleur de déformation, on a proposé l'emploi d'eau circulant dans des canaux ménagés dans La filière. 15 Mais l'utilisation de l'eau, dans ce but, présente des inconvénients. Ainsi, par exemple, si l'on veut obtenir une évacuation efficace des calories dégagées, qui augmentent considérablement avec la vitesse de filage, on doit utiliser de grandes quantités d'eau pour lesquelles il faut prévoir des canaux de circulation à grande section avec, comme conséquence, un affaiblis-20 sement dangereux des sections de la filière. Il faut, en outre, considérer que l'efficacité de l'évacuation thermique tend à diminuer avec l'augmentation du temps de service de l'outillage, du fait des dépôts de calcaire sur les parois des canaux. On a également proposé, en vue de limiter la formation d'incrustations d'oxyde,d'insuffler,au moyen de lances dirigées sur l'outil, 25 un gaz inerte sur l'extrémité de sortie de la surface de portée.. Mais ce procédé ne permet pas d'augmenter la vitesse de filage, car il ne prévoit pas l'évacuation de la chaleur dégagée par la mise en forme. C'est ici que se situe l'invention. Elle vise un procédé de filage de pièces profilées, notamment en alliages d'aluminium, grâce auquel 30 on peut éviter les inconvénients décrits précédemment et qui est caractérisé en ce que l'on dirige sur l'outil de l'azote liquide et que, au début de son passage au travers de l'outil, l'azote liquide est transformé en phase gazeuse. Du fait de l'augmentation de volume de l'azote liquide, augmentation ayant de préférence une allure explosive et qui est de l'ordre de 200 fois, 35 l'outil est parcouru par une très grande quantité (volume) de fluide à même d'évacuer la chaleur de déformation supplémentaire dégagée par l'augmentation de la vitesse de filage et d'éviter ainsi les inconvénients rencontrés dans les procédés jusqu'ici connus. 72 09547 3 2130434 Comme cela a déjà été mentionné à propos des procédés de filage connus, la formation d'une couche d'oxyde à l'extrémité de l'outil, c'est-à-dire à l'extrémité de la surface d'écoulement, est doublement favorisée par la présence de l'oxygène et par l'augmentation de la température 5 de déformation dans l'outil. En éliminant complètement l'oxygène, on peut éviter opportunément la formation de la couche d'oxyde, de sorte que, si l'on réalise une évacuation optimale de calories, on peut augmenter ultérieurement la vitesse de filage sans avoir à craindre une augmentation de la température de l'outil. Crest en partant de ces considérations que 10 l'invention a prévu, dans une forme préférentielle de mise en oeuvre, que de l'azote gazeux soit dirigé, à sa sortie de l'outil, en direction de l'extrémité de sortie de la filière. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé est caractérisé, en vue d'une forte capacité d'évacuation de la chaleur supplémentaire 15 de déformation, dégagéedans la filière et due à l'augmentation de la vitesse de filage, par le fait qu'il est pourvu d'une soupape de régulation de débit du fluide, reliée à la cavité à forme de conduit et réglable en fonction de la quantité de chaleur à évacuer. Selon l'invention, on dirige sur la filière de l'azote liquide 20 et l'on transforme celui-ci en phase gazeuse au début de sa circulation dans la filière. Il est de ce fait judicieux de prévoir une soupape de régulation pour le débit de l'azote liquide, ajustable en fonction de la chaleur à évacuer; ainsi on peut régler de façon optimale la quantité du fluide réfi-gérant et éviter que de l'azote à l'état liquide ne passe au travers de la 25 filière etn'évacue, sous cette forme, une moins grande quantité de chaleur, sans parler du grave préjudice pour l'économie du procédé qu'un tel passage d'azote liquide constituerait. La fiiière, en outre et de préférence, est conçue pour utiliser ultérieurement le fluide réfrigérant expansé; pour cela, elle est pourvue de 30 conduits partant de la cavité à forme de canal et aboutissant près de la sortie de la surface de portée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation préférentiel et en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : 35 - la figure 1 est une vue partielle d'une presse à filer avec un dispositif de refroidissement à l'azote; - la figure 2 représente l'ensemble de l'outil; 72 09547 4 2130434 5 10 10, dont l'outil de filage 16 est conforme à l'invention. La presse 10 comprend une traverse fixe frontale 13 dans laquelle sont disposées des barres de guidage 12 pour le déplacement du support du pilon presseur. Entre la traverse frontale 13 et le support du pilon presseur 14, se trouve le coulis-seau porte-outil 15 fixé à la traverse frontale 13, sur lequel se trouve un 15 outil 16, représenté plus en détail sur la figure 2. Un conteneur 17 est directement juxtaposé à l'outil 16 de filage; au moyen du pilon presseur 18, on force le métal 19 dans l'outil de filage pour y réaliser la mise en forme d'une pièce profilée 20, par exemple ayant la forme d'une barre profilée. Dans un récipient 21, thermiquement isolé par le vide, est contenu de l'azote 20 liquide ou un autre gaz semblable, de préférence inerte, à l'état liquéfié. Une tubulure 22, destinée à l'acheminement du liquide réfrigérant, r.elie le récipient 21 à l'outil 22. Sur la tubulure 22, et dans le sens de l'écoulement de l'azote liquide, sont insérés dans l'ordre : une soupape de régulation 23, puis une soupape de sécurité 24 et enfin une soupape magnétique 25 25. Au moyen de la soupape de régulation 23, on prélève une quantité déterminée de liquide réfrigérant du récipient 21, en fonction de la quantité de chaleur supplémentaire de déformation à évacuer, en faisant en sorte que la quantité prélevée soit complètement transformée en phase gazeuse dans l'outil de filage. La soupape 24 est prévue conformément aux prescriptions de sécurité. 30 La soupape magnétique 25 est commandée par le pilon presseur ou plus exactement par la pression de filage dans le conteneur 17; elle est ouverte seulement lorsque le métal de la billette commence à s'écouler, après application de la compression, c'est-à-dire lorsque la pression dans le conteneur commence à tomber, et reste ouverte aussi longtemps que dure l'opération de filage et 35 que le pilon presseur 18 est ramené en arrière afin de pouvoir recharger une nouvelle billette. La soupape magnétique 25 est ouverte et n'agit donc que dans l'intervalle de temps pendant lequel il y a effectivement filage. 72 09547 5 2130434 Les figures 2 et 3 montrent un outil 16 pouvant servir à la mise en oeuvre du procédé. Cet outil comprend, dans le sens du filage du métal extrudé, la filière 28 qui est équipée d'une aiguille 29, fixée à un pont de filière non représenté, en vue de produireun profilé creux. Le métal 5 en voie de filage pénètre dans la matrice 28 par les ouvertures 30 sous forme de plusieurs veines séparées par le pont et, après corroyage et soudage des différentes veines, ressort de la filière 28, le long de la surface de portée 31, sous la forme de la pièce 20 au profil désiré. La filière 28 est, dans le cas illustré, composée de deux parties du fait de la présence d'une 10 contre-pièce 32, pour la formation de la partie externe de la pièce profilée 20. La filière 28 et la contre-pièce 32 sont logées dans une porte-filière 33 qui, par l'intermédiaire d'une bague d'étanchéité 34, prend appui sur la contre-filière 35 qui, à son tour, est logée dans la bague d'appui 36. Dans le cas illustré, il est prévu une cavité 37 formant conduit, comme le montre 15 la figure 3, et se développant sous forme annulaire dans la contre-filière 35; et à partir de ladite cavité des canaux radiaux 38 viennent déboucher à proximité de la partie frontale, côté sortie, de la surface de portée 31. Dans la cavité 37 débouchent deux conduites d'amenée 39, pour équilibrer la chute de température dans l'outil 16; le fluide réfrigérant ainsi introduit 20 s'échappe ensuite par la sortie 40 dans les cavités 41 et 42 de la contre-filière 35 et de la bague d'appui 36, remplissant ainsi la tâche prévue, mentionnée ci-dessus. Comme le montre la figure 2, la cavité 37 formant conduit est ouverte du côté de la filière 28 avec sa contre-pièce 32, ceci pour permettre au fluide réfrigérant d'entrer en contact direct avec la filière 28 25 et sa contre-pièce 32. Il en est de même pour les canaux radiaux 38, dont la section est en forme de gorge. La forme d'exécution ouverte sur un côté, pour la cavité 37 et les canaux 38, présente l'avantage que l'écoulement du fluide réfrigérant se fait dans les meilleures conditions de l'aérodynamique, sans compter la plus grande facilité d'exécution. La forme de l'outil, 30 représentée sur les figures 2 et 3, n'est qu'un exemple des formes possibles. Si, par exemple, la filière 28 est d'une seule pièce, c'est-à-dire sans contre-pièce 32, la cavité 37, formant conduit, peut être usinée dans la cavité 43 où vient se loger la filière 28, par exemple au moyen d'un usinage au tour. En emboîtant la filière 28 dans la cavité 43 du porte-filière 33, 35 on obtient alors un canal sur tout le pourtour de la filière, à partir duquel on dérive des ouvertures en direction de la partie frontale, côté sortie, de la surface de portée 31. 72 09547 6 2130434 Selon la figure 1, l'outil 16 est relié, au moyen d'une tubulure 22 conçue de façon à permettre le déplacement du coulisseau porte-outil 15 avec l'outil 16, au récipient 21. La figure 4 représente une variante de la tubulure d'amenée du fluide réfrigérant à l'outil, qui permet un 5 changement rapide de l'outil et empêche les pertes, La tubulure, décrite à propos de la figure 1, est ici constituée par un conduit 44, isolé thermi-quement et fixé à demeure sur la presse, qui débouche au-dessous du coulisseau porte-outil 15, au niveau de la surface d'appui 45 dudit coulisseau. Un conduit 46, percé dans le coulisseau porte-outil 15, se raccorde au conduit 44; à son 10 autre extrémité (sortie) est prévu un raccord 47 avec l'outil 16, représenté en détail sur la figure 6. Le conduit 44 est emboîté sur un prolongement soudé au support 45 du coulisseau, pourvu d'un orifice de passage 48. Entre le support 45 du coulisseau et le coulisseau lui-même se trouve une plaque 49, représentée sur la figure 5 et fabriquée de préférence en un métal non 15 ferreux tel que le cuivre, fixée au moyen des vis 50 sur la partie inférieure du coulisseau 15. La plaque 49 est pourvue d'un orifice 51, présentant une ouverture évasée 52 sur le côté opposé au coulisseau. Cette ouverture évasée a comme but de présenter une section de raccordement suffisante dans le cas d ' un déplacement de l'orifice d'entrée du conduit 46 par rapport à l'ori-20 fice 48. A la sortie du conduit 46 se trouve, représenté sur la figure 6, le raccord 47 entre l'outil 16 et le coulisseau 15; il comprend la tête 53 pouvant être insérée dans l'outil 16 et le support 54, inséré dans le conduit 46. La tête 53 comprend, à l'une de ses extrémités, un pas de vis 25 pour sa fixation dans l'outil 16 et, à l'autre extrémité, une partie hexagonale 55. La face de celle-ci, du côté opposé au pas de vis, porte un prolongement 56 de forme sphérique. Un alésage 57 traverse de part en part la tête 53, pour permettre le passage du fluide réfrigérant. Le support 54 comprend une douille à épaulement qui s'emboîte dans un manchon 59 pourvu 30 d'une paroi de fermeture 60. La douille à épaulement est insérée dans le conduit 46 et un ressort 61 tient écartés l'un de l'autre le manchon 59 et la douille à épaulement 58. Dans la paroi de fermeture 60 se trouve un oririce 62, dont l'ouverture 63 à forme évasée sert de réceptacle étanche pour le prolongement 56 sphérique. Le support 54 est logé dans le conduit 46 35 à une profondeur telle que, lorsque l'outil 16 est placé sur le coulisseau 15, la tête 53 soit en position étanche sur le support 14, dans le raccord 47 du conduit 46. 72 09547 7 2130434 Grâce à cette forme d'exécution, la tubulure d'amenée du fluide réfrigérant est constamment reliée à la presse 10; ainsi, toutes les conduites peuvent être thermiquement isolées. Cela permet d'éliminer les longues manipulations lors du changement des outils, car ceux-ci sont con-5 nectés à la source du fluide réfrigérant par juxtaposition sur le coulisseau. Il est aussi recommandé de donner des dimensions différentes aux sections du circuit du fluide réfrigérant, comprenant les canaux 38 et la cavité à forme de conduit 37, par exemple en donnant une section plus grande aux canaux 38 qu'au conduit 37 ou inversement. En outre, à l'entrée 10 du fluide réfrigérant dans la filière, donc au voisinage du début du conduit 37, on peut envisager une cavité supplémentaire formant un tout avec le conduit 37, pour faciliter la transformation complète en phase gazeuse du fluide réfrigérant, à son entrée dans l'outil. Cette cavité supplémentaire peut aussi se trouver là où prennent naissance les canaux 39, partant en 15 direction radiale de la cavité 37. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'&tre décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de 11 invention. 72 09547 8 2130434 REVENDICATIONS 1. Procédé pour le filage de pièces profilées, notamment en alliage d'aluminium, au moyen d'un outil dans lequel on fait passer un fluide réfrigérant que l'on évacue ensuite, caractérisé en ce que le fluide réfrigérant amené à l'outil est l'azote liquide et que, au début de son passage 5 au travers de l'outil, l'azote liquide est transformé en phase gazeuse. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'azote gazeux sortant de l'outil est dirigé sur la partie frontale de celui-ci, côté sortie du métal. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la 10 revendication 1, caractérisé par une cavité à forme de conduit, tout autour de la surface de portée, pourvue d'une entrée et d'une sortie pour le fluide réfrigérant. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il est pourvu de canaux partant de la cavité 37 à forme de conduit et 15 débouchant à proximité de la partie frontale, côté sortie, de la surface de portée. 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé par le fait qu'il est pourvu d'une soupape de régulation reliée à la cavité à forme de conduit et réglable en fonction de la quantité de chaleur à évacuer.