Brevet FR2237692A1 — publié le 19750214

L'invention concerne le finissage à froid de métaux, et elle vise plus particulièrement le décolletage simultanément avec l'étirage à froid ou à chaud de fils, barres, tiges et structures métalliques analogues de section transversale uniforme sur de grandes longueurs. Dans de nombreux -procédés de finissage à froid, il est souhaitable de retirer le métal indésirable de la surface de la pièce avant traitement de la pièce par une opération de finissage à froid. L'agencement en tandem d'une filière de dégrossissage,d'un outil de coupe et d'une filière de finissage, tel que décrit dans le brevet anrerici Saw n 3 1 093 présente certaines carac teristiques avantageuses. Toutefois, on s'est aperçu que pour un grand nombre de métaux tels qu'aciers d'alliages et au carbone laminés à chaud, aciers pour outils et/ou tous métaux écrouis, le materiau qui est retiré par les couteaux s'accumule sur l'arête coupante et cette arête rapportée remplace l'outil pour décolleter le matériau. L'arête rapportée est constituée par le matériau de la pièce qui a été écroui par le travail effectué au cours de l'enlèvement des copeaux.L'arête rapportée parait se souder sur l'arête coupante de telle façon que c'est elle qui effectue le décoiletage du matériau moins dur de la pièce. En raison de cette accumulation sur l'arête coupante, il est difficile de maintenir la stabilité dimensionnelle de la pièce. En outre, des fragments de l'arête rapportée se détachent périodiquement de l'outil de coupe et restent soudés à la surface de la pièce. Il en résulte souvent un produit peu satisfaisant ayant un fini de surface médiocre et des caractéristiques dimensionnelles médiocres, à la fois avant et après étirage de la pièce dans la filière suivante.En outre, les fragments soudés de l'arête rapportée qui se détachent périodiquement de l'outil de coupe peuvent endommager la filière suivante Ce problème est envisagé par Zavodny-et autres dans le brevet américain n0 3 168 004, Zavodny utilise de la chaleur pour ramollir le métal afin d'éviter ou d'atténuer 1 'écrouissage qui se produit autrement dans le métal provenant du décolletage. Toutefois, le procédé de décolletage décrit dans le brevet n0 3 168 004 n'utilise qu'un outil, un outil de coupe. En pratique, la pièce laminée à chaud passer dans l'outil de coupe sans-autre support depuis les filières d'étirage en amont ou en aval de l'outil de coupe.En outre, la pièce est un matériau normalement laminé à chaud de section non-symétrique (du fait des tolérances de laminage à chaud, le matériau a une section non circulaire) qui nécessite une profondeur de coupe non uniforme pour éliminer toutes les imperfections de surface qui-peuvent exister dans le matériau laminé à chaud. Tous-ces facteurs, à savoir un manque de support auxiliaire pour la pièce, la profondeur irrégulière de coupe et les forces irrégulières de coupe appellent des améliorations dans les domaines de la stabilité de l'opération, la durée de service de l'outil de coupe et le décolletage décentré. L'invention a pour but un procédé de finissage de métaux qui soit capable d'éliminer les imperfections de surface des fils, barres, tiges et structures analogues tout en améliorant simulta nément les propriétés physiques et mécaniques de ces pièces. L'invention vise également un procédé assurant la régularité et la stabilité de l'opération de coupe pour un meilleur fini de surface avec des tolérances plus étroites et un minimum de chutes. Grâce au procédé suivant l'invention, la durée de service de l'outil de coupeestnotablement améliorée. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des figures jointes données dans un but non limitatif et qui représentent un mode de réalisation de l'invention. Sur ces dessins la figure 1 est un schéma illustrant la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention la figure 2 est une vue plus détaillée des outils utilisés dans la mise en oeuvre du schéma de la figure 1. Le procédé de finissage de métaux suivant l'invention consiste à soumettre une pièce allongée, telle que fil, barre, serpentin, tige ou analogue, de section uniforme, recouverte de lubrifiant et chauffée, à des opérations simultanées de laminage à température élevée ou modérée et de décolletage du métal. Pour effectuer le laminage et le décolletage du métal, on fait passer la pièce chauffée et lubrifiée dans une filière de dégrossissage ou d'étirage qui sert à arrondir ou à dimensionner la pièce plus ou moins chauffée, à guider et à supporter la pièce, et à lui conférer des propriétés physiques et mécaniques améliorées. Après être passée dans la filière de dégrossissage, la pièce traverse un outil de coupe ou d'ébarbage qui entoure complètement la pièce pour éliminer le métal superficiel afin de supprimer les imperfections de surface. Après passage à travers l'outil de coupe, la pièce est de nouveau recouverte de lubrifiant puis elle passe dans.une filière de finissage qui lui donne sa dimension finale et la polit. Les pièces traitées suivant la présente invention ont un meilleur fini de surface et de meilleures propriétés mécaniques et physiques. En outre, l'opération de coupe ou de rasage est beaucoup plus. régulière et-uniforme, la coupe n'est pratiquement pas excentriée, ce qui donne des tolérances plus serrées, la durée de service de l'outil est allongée et il y a un minimum de chutes. La figure 1 illustre schématiquement le procédé de l'invention appliqué au traitement d'un fil métallique, étant bien entendu que d'autres pièces métalliques -de section uniforme peuvent être traitées de façon analogue. Un fil 10 dévidé d'une bobine ou analogue non représentée passe d'abord, si nécessaire, dans un dispositif de pré-dressage 12, puis il est recouvert de lubrifiant, par exemple par aspersion au moyen d'une buse 14 reliée à une source de lubrifiant 16. Un lubrifiant qui convient particulièrement bien au traitement de l'acier dans la mise en oeuvre de la présente invention est une dispersion de graphite dans de l'eau ou dans un autre milieu liquide approprié. Le lubrifiant est appliqué en quantité suffisante pour constituer-un revetement sur la pièce 10. Après application du lubrifiant, la pièce 10 est chauffée à température élevée pour éliminer l'eau ou autre milieu liquide inerte du lubrifiant afin de former une mince pellicule de graphite lubrifiant sur la pièce, et pour élever la température de la pièce à la température initiale de laminage. La pièce est normalement portée à une température supérieure à 1200C mais inférieure à la température critique inférieure des pièces en acier. Il est à noter que la séquence lubrification-chàuffage de la figure I peut être inversée, le chauffage précédant alors la lubrification-pour donner une pièce chauffée revêtue de lubrifiant. On fait ensuite passer le fil à température plus ou moins élevée recouvert en surface d'une fine pellicule de graphite dans une- filière de dégrossissage 22 qui peut être une- filière classique comprenant un support et un talon 32. Comme indiqué précédemment, la filière 22 ne sert pas seulement à supporter la pièce à traiter ultérieurement, elle sert également à arrondir et à dimensionner la pièce chauffée plus ou moins ainsi qu'à lui conférer certaines propriétés souhaitables. Le fait d'arrondir et de dimensionner la pièce est avantageux pour deux raisons. D'abord, toutes les tiges ou fils du commerce laminés à chaud ont une section qui n'est pas parfaitement circulaire. Ensuite, les défauts de surface sont généralement répartis autour de la périphérie de la pièce, de sorte que le fait d'arrondir et de dimensionner la pièce réduit les chutes et assure l'élimination de tous les défauts. Par exemple, si une pièce a une section ovale ou elliptique, et qu'elle n'est ni arrondie, ni dimensionnée, l'outil de coupe ou d'ébarbage devra être prévu pour retirer la quantité nécessaire de métal du plus petit axe de l'ellipse, ce qui aura pour résultat le retrait d'une quantité importante de métal du plus grand axe de l'ellipse, et la formation de chutes considérables. D'autre part, le fait d'arrondir et de dimensionner la pièce prolonge la durée de service de l'outil de coupe. La nature des pièces à traiter affectant la durée de service de l'outil, le contrôle de la profondeur de coupe assure une usure uniforme de la circonférence de l'outil de coupe et réduit sensiblement les risques de rupture prématurée de l'outilpar suite d'efforts nonuniformes. La fonction de guidage de la filière de dégrossissage assure, une fois la pièce rendue circulaire, un traitement coaxial de la pièce par l'outil de coupe, ce qui produit une élimination plus complète des défauts de surface. Outre sa fonction de guidage, la filière de dégrossissage sert également à éliminer les plis et les coudes prononcés de la pièce du fait de l'usinage de la pièce métallique dans la filière et de la tension exercée par la filière sur la pièce. La filière de dégrossissage sert aussi à améliorer les pro priétés physiques et mécaniques de la pièce par déformation plastique de la pièce dans la filière. Après passage dans la filière de dégrossissage, la pièce plus ou moins chauffée est acheminée jusqu'à un outil de coupe ou d'ébarbage 24 qui sert à retirer les défauts de surface tels que craquelures, écailles., éclats et produits de décarburation de la pièce. Comme représenté plus clairement sur la figure 2, l'outil de coupe 2 entoure complètement la pièce, de manière à en retirer une pellicule de surface ou copeau 36. Il est importantpour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention que la température de la pièce, ou au moins celle du métal à éliminer soit supérieure à 1200C mais inférieure à la température critique inférieure du métal pour les pièces en acier, et que la température du métal à éliminer soit voisine de, ou dans les limites de la température de traitement à chaud pendant le retrait du métal afin d'empêcher ou de réduire l'accumulation de métal écroui sur l'arête coupante de l'outil de coupe. La chaleur supplémentaire requise pour chauffer le métal à retirer à une température-voisine de, ou dans les limites de la température de traitement à chaud, est avantageusement fournie par le travail effectué pendant le décolletage de la pièce. L'élévation de température produite par le travail effectué dépend de la vitesse linéaire d'avancement de la pièce dans l'outil de coupe. Suivant la quantité de chaleur fournie par les éléments chauffants 18-et 20, on s'est aperçu que des vitesses linéaires de 3 à 107 metres/minute sont suffisantes pour fournir la chaleur nécessaire afin d'élever la température du métal à retirer dans la région concernée de la pièce. La géométrie de outil de coupe est importante. Les meilleurs résultats sont obtenus avec un outil ayant un angle de coupe de +20 à-200 et un angle de dépouille de +15 à -150. Après être passée dans l'outil de coupe 24, la pièce 10 est de nouveau aspergée au moyen d'une buse 26 avec un lubrifiant cons titué par une dispersion de graphite et d'eau afin de recouvrir de nouveau la surface de la pièce de graphite La pièce étant à température élevée, elle est de nouveau recouverte d'une fine pellicule de graphite qui sert de lubrifiant pour le traitement suivant. L'application de lubrifiant sur la pièce immédiatement après son passage dans l'outil de coupe 24 sert également à refroidir la pièce et à éliminer pratiquement de la surface de la pièce toute formation indésirable d'oxyde qui se produirait autrement en raison de la température élevée de la pièce. La pièce recouverte de graphite passe ensuite dans une filière de finissage qui sert à guider la pièce, à la calibrer, à la polir et à lui conférer son fini. Sa fonction de guidage est analogue à celle de la filière de dégrossissage. Ainsi, les filières de dégrossissage et de finissage supportent la pièce coaxialement à l'outil de coupe, afin d'assurer une profondeur de coupe uniforme et une durée de service plus longue de l'outil. La filière de finissage est une filière réductrice qui confère les dimensions voulues au produit final. La filière de finissage sert également à polir la pièce et contribue à améliorer ses propriétés physiques et mécaniques telles que résistance à la traction, résistance à l'allongement et dureté. Les outils précités peuvent être avantageusement montés sur un dispositif approprié de fixation permettant de les incorporer à un bloc d'étirage, à un banc d'étirage pour fils ou analogue. Il est important qu'un intervalle approprié soit maintenu entre (a) la filière de dégrossissage 22 et l'outil de coupe 24, et (b) l'outil de coupe 24 et la filière de finissage 30. Les distances précises dépendent de la qualité, des dimensions et du taux de réduction de chaque outil. Pour la plupart des applications, une distance de 5 à 75 cm entre la filière de dégrossissage et l'outil de coupe et une distance dè 5 à 75 cm entre l'outil de coupe et la filière de finissage donnent d'excellents résultats. Le procédé de la présente invention s'applique à de nombreux métaux et notamment aux aciers écrouis, tels que les aciers au carbone laminés à chaud, les aciers d'alliages laminés à chaud, les aciers pour outils et analogues. Le procédé de l'invention convient particulièrement bien au fìnissage de fils métalliques semi-trempés auxquels il confère un fini de surface nettement amélioré. L'exemple suivant est donné à titre d'illustration, nullement limitative. EXEMPLE Cet exemple illustre le finissage de surface de fil d'acier refoulé à froid du type dit "C-1041" au moyen du procédé suivant l'invention. On utilise une bobine de fil laminé à chaud dit "Heat na 60L 424". Cette bobine a un diamètre de 11,112 mm+l0 x et son fil répond à l'analyse chimique suivante C Mg P S Si . Cr Ni 0,36% 1,5% 0,012% 0,21% 0,19% 0,10% 0,10% L'examen du fil de cette bobine révèle qu'elle présente une décarburation maximale -partielle 'de 0,075 mm environ, des craque lures intermittentes inférieures à 0,1 min de profondeur et les propriétés mécaniques suivantes Traction Elasticité Allongement Réduction de -section 7,38 kg/cm kg/cm 4j14 kg/cm2 27,5% 66% On enduit l'échantillon de lubrifiant eau-graphite avant de le faire passer entre une paire de bobines chauffantes d'induction, comme' représenté sur la figure I. Pendant-le chauffage, l'eau s'évapore, laissant sur la pièce une fine pellicule de graphite. Le fil métallique recouvert de graphite passe ensuite dans un dispositif tandem comprenant une filière de dégrossissage, un outil de coupe et une filière de finissage (figure 1) à une vitesse de 36 mètres environ par minute, à une temPératUre de 4260C+i3C environ.L'outil de coupe a un angle de coupe de 5 et un angle de dépouille de 50. Les dimensions des filières sont les suivantes: Filière de dégrossissage : 10,28 mm/10,31 min Outil de coupe : 9j93 mm/9,95 mm Filière de finissage : 9,49 mm/9,52 mm Le produit fini a les caractéristiques suivantes craquelures et décarburation : aucune dimensions finies : 9,52 mm+0,025 dureté 0'1050 30 à 32 Rc microfinissage : inférieur à 380 10-6mm Ce fil se calibre normalement et- le produit fini est exempt a 7 ímperfections de surface telles que barbes et écailles de poisson. Ses propriétés mécaniques sont les suivantes Traction Elasticité Allongement réduction de section 10,61 kg/cm2 8,99 kg/cm2 7% 42% En outre, les pièces traitées suivant le procédé de l'invention ont une meilleure formabilité. On peut déterminer la formabilité en soumettant un échantillon de pièce traitée à une compression, la formabilité pouvant être exprimée comme le rapport de la hauteur initiale de l'échantillon à sa hauteur finale. Il est également possible, et quelquefois souhaitable, d'utilaser l'outil de coupe tel que décrit en combinaison avec une filière de dégrossissage ou avec une filière de finissage. Dans ce cas, la filière que traverse la pièce est disposée soit avant, soit après l'outil de-coupe et elle sert à traiter la pièce pour améliorer ses qualités physiques et mécaniques ainsi que pour guider la pièce dans l'outil de coupe Que la filière précède ou suive l'outil de coupe, il est préférable d'appliquer un lubrifiant sur la pièce avant son passage dans l'outil de coupe, comme illustré-par la figure 1. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réali- sation decrit et représenté, elle est susceptible de nombreuses variantes- accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans s'écartes pour cela de l'esprit de l'invention. REVEN-D-ICATIONS 1.- Procédé de finissage de surface pour métaux caractérisé en ce qui consiste - à faire passer une pièce de métal de section uniforme enduite de lubrifiant et chauffée à une température supérieure à 1200C dans une première filière pour dimensionner et traiter la pièce; - à faire passer la pièce dans un outil de coupe pour décolleter le métal superficiel de la pièce, la température du métal retiré étant voisine de celle de traitement à chaud du métal - a appliquer un lubrifiant sur la pièce pour former un revêtement sur ladite pièce - et à faire passer la pièce dans une deuxième filière pour traiter la pièce, la première, la deuxième filières et l'subtil de coupe étant disposés en alignement axial. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le lubrifiant est du graphite. 3.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le lubrifiant est une suspension de graphite dans de l'eau. 4.- Procédé suivant'la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce est chauffée à une température supérieure à l20 C mais inférieure à la température critique. 5.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce passe dans l'outil de coupe saune vitesse suffisante pour élever la température du métal à éliminer à une température dans les limites du traitement à chaud du métal. 6.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce progresse à une vitesse de 3 à 107 mètres à la minute. 7.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lroutil de couse a un-angle de coupe de +20 à -20 et un angle de dépouille de +15t à 150. 8.- Procède suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la premiere filière est espacée de l'outil de coupe de 5 à 75 cm environ. 9.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la deuxième filière est espacée de l'outil de coupe de 5 à 75 cm environ. 10.- procédé suivant la revendication 1, caractérisélen ce que la pièce est en acier écrouissable. 11.- Procédé de finissage de surface d'un métal qui consiste. à faire passer une pièce de métal de section uniforme chauffée à une température d'au moins 1200C et enduite de lubrifiant dans un outil de coupe pour éliminer le métal de surface, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on fait passer la pièce dans -au moins une filière de dégrossissage avant de la faire passer dans l'outil de coupe, puis dans une filière de finissage après l'outil de coupe pour traiter le métal et supporter la pièce lors de son passage dans l'outil de coupe. 12.- Procédé suivant la revendication 11, caractérisé en ce que le métal est de l'acier. 13.- Procédé suivant la revendication 11, caractérisé en ce que le lubrifiant est du graphite. 14.- Procédé suivant la revendication 11, caractérisé en ce qu'on fait passer la pièce dans l'outil de coupe à une vitesse suffisante pour chauffer le métal à éliminer à une température dans les limites du traitement à chaud du métal. 15.- Articles métalliques étirés caractérisés en ce qu'ils sont obtenus par un procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 14.