Brevet FR2234065A1 — publié le 19750117

La présente invention concerne les matériels pour ltusinage des métaux par déformation, et a notamment pour objet une machine pour l'usinage des métaux par déformation, utilisant l'énergie d'un gaz sous haute pression pour accélérer un outil jusqu'à une vitesse élevé, et fonctionnant suivant un cycle thermodynamique fermé, c'est-à-dire sans échappement du gaz à l'atmòsphère. L'invention peut être appliquée avec un maximum d'efficacité à la fabrication des pièces forgées de précision comportant des nervures hautes et minces avec des dépouilles d'estampage faibles ou nulles, par exemple la fabrication des roues à ailettes pour pompes centrifuges et d'autres pièces de ce genre. On connaît une machine pour l'usinage des métaux par déformation, comprenant un bati sur lequel est fixé un réservoir au centre duquel est placé un piston portant une première traverse dont est solidaire une moitié de l'outil, une seconde traverse portant la seconde moitié de ltoutil et déplacée à la rencontre de la première traverse par les tiges d'au moins deux pistons latéraux placés dans le réservoir symétriquement par rapport au piston central, les chambres situées au-dessous des pistons latéraux étant mises en communication avec la chambre situéeau-dessous du piston central, et aumoins un système manivelle-bielle servant à ramener les traverses à leur position initiale après l'exécution de la course utile. Dans une machine ainsi conçue, la traverse supérieure est liée par des bielles à deux manivelles d'un vilebrequin, et la traverse inférieure est liée, également par une bielle, à une troisième manivelle du vilebrequin, située entre les deux premièreset décalée par rapport à elles de 1800. Le vilebrequin est accouplé à la commande par l'intermédiaire d'une roue libre. Avant l'exécution de la course utile, la commande transmet le couple moteur au vilebrequin. Du fait du décalage angulaire des manivelles du vilebrequin, les traverses s'éloignent alors l'une de l'autre. Les pistons accouplés aux traverses compriment le gaz se trouvant dans le réservoir. Le processus de compression du gaz se poursuit jusqu'au moment où la manivelle médiane atteint son point mort bas, et les manivelles extrêmes, leur point mort haut. Ensuite la compression du gaz cesse et le gaz a la possibilité de se détendre. En se déplaçant sous l'action du gaz en détente, les pistons accélèrent le mouvement, à la rencontre l'une de l'autre, des traverses qui leur sont liées et qui portent les moitiés de l'outil. L'énergie du gaz comprimé est alors'dépensée pour déformer l'ébauche; les efforts engendrés lors de la déformation se bouclent dans le bâti. Lors de leur accélération, les traverses transmettent au vilebrequin une vitesse angulaire plus grande que celle qui lui est transmise par la commande, ce qui provoque la désolidarisation de la roue libre d'avec la commande. Quand la manivelle médiane dépasse son point mort supérieur, et les manivelles extrêmes, leur point mort inférieur, la vitesse angulaire devient égale à la vitesse transmise par la commande, ce qui provoque l'embrayage de la roue libre. Cette machine connue pour l'usinage des métaux par déformation présente une série d'inconvénients, dont l'un est la liaison mécanique positive entre les traverses et les manivelles du vilebrequin assurant leur mouvement à la rencontre l'une de l'autre. Il en résulte que, lors de la marche de la machine, les-charges percussives sont transmises au vilebrequin, ce qui abaisse fortement la longévité de la machine et sa fiabilité. Un autre inconvénient de la machine connue consiste en ce que les bielles liant l'une des traverses au vilebrequin gênent l'accès à l'outil. En outre, lors du retour de la traverse à sa position initiale après l'exécution de la course utile, les bielles travaillent à la compression, ce qui nécessite une augmentation de leur section transversale pour prévenir une perte de stabilité. Cela se traduit à son tour par une augmentation du poids des bielles Ct, par conséquent, par un abaissement du rendement de la machine, car les bielles sont accouplées direc-tement aux tra - verses, aussi participent-elles à leur accélération et, de ce fait, une partie de l'énergie du ga comprimé est dépensée irrationnellement. L'inconvénient suivant consiste en ce que, à la fin du processus de déformation de l'ébauche, par suite des déformations élastiques qui se produisent dans les parties mobiles de la machine rigidement liées entre elles, la traverse peut rebondir et porter un second coup à la pièce, ce qui, d'ordinaire, entraine la mise au rebut de la pièce, En outre, le réglage de l'énergie du coup porté par la machine n'est possible que par changement de la pression du gaz comprimé dans le réservoir, ce qui restreint les possibilités technologiques de. la machine. L'invention a pour but d'éliminer les inconvénients précités. Il s'agissait donc de créer une machine pour l'usinage des métaux par déformation, qui serait plus fiable et dans laquelle ni le bâti, ni le système manivelle-bielle ne seraient soumis aux charges percussives pendant la marche de la machine. La solution consiste en ce que, dans une machine pour l'usinage des métaux par déformation, comprenant un bati sur lequel est fixé un réservoir au centre duquel est placé un piston portant une première traverse à laquelle est fixée une moitié de l'outil, -une seconde traverse portant la seconde moitié de l'outil et déplacée à larencontre de la première traverse par les tiges d'au moins deux pistons latéraux disposés d ans le réservoir symétriquement par rapport au piston central, les chambres situées au-dessousJes pistons latéraux étant mises en communication avec la chambre située au-dessous du piston central, et au moins un système manivellebielle servant à ramener les traverses à leur position initiale après l'exécution de la course utile, suivant l'invention il n y a qu'un seul système manivelle-bielle, dont la bielle est liée au piston central, la chambre située au-dessous du piston central étant remplie de liquide et mise en communication avec les chambres situées au-dessous des pistons latéraux, dont les tiges sont accouplées entre elles par une entretoise, laquelle est à son tour accouplée par des barres à la traverse, tandis que les chambres situées au-dessus des pistons latéraux sont autonomes et remplies de gaz comprimé. Dans la machine proposée, les charges percussives ne sont pas transmises aubâti et au système manivelle-bielle,ce qui accroît leur fiabilité et leur longévité En outre, l'accès à l'outil est libre, ce qui facilite l'utilisation de la machine et permet d'accroître la productivité du travail. Il est avantageux que l'entretoise soit accouplée à la tige de chacun des pistons latéraux par l'intermédiaire d'un amortisseur monté au bout de la tige et retenu en place par un écrou. Grâce à cet amortisseur, les efforts engendrés au cours de la déformation de l'ébauche se bouclent dans le cadre formé par l'entretoise et les barres avec la traverse porte-outil, et ne sont pas transmis au bâti, ce qui fait que la partie principale de l'énergie du gaz comprimé est dépensée pour la déformation de l'ébauche. Dans le cas où la machine est réalisée avec plus d'une paire de pistons latéraux, chacun d'eux est doté d'un dispositif de blocage susceptible d'interdire son déplacement axial au cours de la marche de la machine. Cela permet de régler l'énergie du-coup selon les propriétés technologiques et mécaniques du matériau de l'ébauche et ses formes constructives, ce qui-élargit les possibilités technologiques de la machine. Plus bas est donnée la description détaillée d'un exemple concret mais non limitatif de réalisation de l'invention, avec références aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 représente une machine pour l'ùsinage des métaux par déformation, conformément à l'invention (vue l'ensemble en coupe longitudinale); - la figure 2 représente la section II-II de la figure 1; - la figure 3 représente la section III-III de la figure 1. A gauche de l'-axe de symétrie de la figure 1 est représentée la machine prête à exécuter sa course utile. La machine tour l'usinage des métaux par déformatiDn comprend un bâti 1 sur lequel est fixé un réservoir 2. Au centre du réservoir 2 est -placé un piston 3. La partie supérieure (aur le dessin) du piston 3 dépasse du réservoir 2 à travers un joint d'étanchéité 4. Sur la partie supérieure du piston 3 est montée une traverse 5 inférieure (sur le dessin) portant la moitié 6 de l'outil. La tige 7 du piston 3 est accouplée, à l'extérieur du réservoir 2, à une bielle 8, laquelle est accouplée à la manivelle 8 d'un vilebrequin 10. le vilebrequin 10 est monté dans des paliers 11 et accouplé à une commande (non représentée) par une roue libre 12. le vilebrequin 10, sa manivelle 9 et la bielle 8 constituent un système manivelle-bielle. Symétriquement par rapport au piston central 3 sont placés, dans le réservoir 2, quatre pistons latéraux 13 réalisés d'une seule pièce avec leurs tiges 14. Les chambres A situées au-dessus des pistons latéraux 13 ne communiquent pas entre elles et sont remplies d'un gaz comprimé, par exemple d'azote. Les chambres B situées au-dessous de tous les pistons (piston central 3 et pistons latéraux 13) sont mises en communication entre elles et remplies d'un liquide, par exemple d'huile minérale. les tiges 14 des pistons latéraux 13 sortent du réservoir 2 à travers des joints d'étanchéité 15 et sont accouplées entre elles, à l'extérieur du réservoir 2, par une entretoise 16 qui se présente sous la forme d'une plaque avec des alésages pour le passage des tiges 14 et de la tige 7. Pour la fixation de l'entretoise 16, les tiges 14 comportent des épaulements 17 et des écrous 19 vissés sur leurs extrémités. Des amortisseurs 18 sont interposés entre les écrous et ltentretoi- se. L'entretoise 16 est reliée par des tirants 20 à la traverse 21 supérieure (sur le dessin), portant la seconde moitié 22 de l'outil. Pour 3-ctpassage des barres 20, des alésages sont prévus dans l'entretoise 16 et dans la traverse 21, et sur les bouts des barres 20 sont vissés des écrous 27. La traverse 21, les barres -20 et l'entretoise 16 sont rigidement liées entre elles et constituent un cadre mobile encaissant les charges percussives lors de la marche de la machine. Les amortisseurs 18 préviennent la transmission des charges percussives, engendrées lors de la marche de la machine, aux tiges 14 des pistons 13. les écrous 19 permettent de régler les amortisseurs 18. La tige 7 du piston central 3 eSt liée à celui-ci par assemblage mobile. A cet effet, il est prévu dans le piston 3 une chambre C dans laquelle se déplace un coulisseau 24 monté en bout de la tige 7. La tige 7 sort de la chambre C du piston 3 à travers un joint d'étanchéité 25. la course du coulisseau 24 est choisie d'une valeur plus grande que celle du piston 3, ce qui permet de supprimer la transmission des charges percussives au vilebrequin 10 et à sa manivelle 9 pendant la marche de la machine. Le système manivelle-bielle sert à ramener le piston 3 avec la traverse 5 sur laquelle est placée l'ébauche 26, à leur position initiale après l'exécution de leur course utile. La traverse inférieure 5 est réalisée avec un alésage borgne dans lequel est engagée à ajustement mobile la partie supérieure du piston 3. Le volume d'air emprisonné dans l'alésage borgne sot isolé de l'atmosphère lorsque le piston 3 s'engage dans cet alésage, sert de tampon et prévient le rebondissement de la traverse 5 et par conséquent,la répétition du coup sur l'ébauche. La traverse supérieure 21 et la traverse inférieure 5 se déplacent respectivement dans des glissières 27 et -28 usinées dans le bâti 1. Pour réduire le volume de gaz agissant sur les pistons 13 et, par conséquent, pour diminuer l'énergie du coup, on bloque une partie des pistons 13 en interdisant leur mouvement axial. Cela est possible quand la machine camporte plus de deux pistons latéraux 13 : quatre, six, etc... A cet effet, la machine est dotée de dispositifs de blocage 29 placés dans les parois du réservoir 2, auprès de deux pistons latéraux 13 diamétralement opposés. Le dispositif de blocage 29 est constitué par une broche 30, sur le bout de laquelle, à l'extérieur du réservoir 2, sont vissés un écrou 31 et un contre-écrou 32. L'écrou 31 sert à régler la longueur de la partie de la broche 30 dépassant dans le réservoir 2, et le contre-écrou 32 assure son blocage dans la position voulue. Dans la machine proposée, l'énergie du gaz comprimé est transformée en énergie cinétique des traverses mobiles 5 et 21 cette énergie étant ensuite dépensée pour déformer l'ébauche 26. A l'impact des traverses 5 et 21 il faut que soit respectée la condition de I'égalité des énergies cinétiques des masses se rencontrant. Quand cette condition est respectée, la partie principale de l'énergie du choc est dépensée pour déformer l'ébauche 26. Etant donné que les éléments mobiles de la machine se déplaçant à la rencontre l'un de l'autre lors de leur course utile ont fréquemment des masses différentes, la valeur de l'éner- gie cinétique qu'ils accumulent peut être réglée en leur imposant-des courses de valeurs appropriées, qui sont déterminées par les paramètres du gaz comprimé dans le réservoir 2. Les valeurs des courses nécessaires pour respecter la condition d'égalité des énergies cinétiques de chacune des traverses 5 et 21 au moment de l'impact sont déterminées par un choix approprié du rapport entre la surface du piston central 3 et la somme des surfaces des pistons latéraux 13. La machine conforme à l'invention fonctionne de la façon suivante. Le couple de la commande est transmis par la roue libre 12 au vilebrequin 10 et à sa manivelle 9. Dès que la manivelle 9 a dépassé son point mort bas, le gaz comprimé dans les chambres A du réservoir 2 commence à se détendre en déplaçant les pistons 13 vers le bas. Lors de leur mouvement descendant, les pistons 13 agissent sur le liquide contenu dans la chambre B du réservoir 2. le liquide déplace le piston 3 et le système bieile-manivelle relié à celui-ci par- le coulisseau 24 et la tige 7. La roue libre 12 assure alors le débrayage, c'est-à-dire le désaccouplement des éléments menés (vilebrequin 10,manivelle 9, bielle.8, tige 7, piston 3) d'avec la commande. Le gaz comprimé, en continuant à se détendre dans les chambres A du-raservoir 2, accélère jusqu'à une grande vitesse les pistons 13, dont les tiges 14 sont liées par l'entretoise 16 et les barres 20 à la traverse supérieure 21 portant la moitié 22 de l'outil. Le liquide chassé par les pistons 13 agit sur le piston 3 et l'accélère en montée conjointement avec la traverse inférieure 5 portant la moitié 6 de l'outil avecl'ébauche 26. La traverse supérieure 21-et la traverse inférieure 5 se déplacent à la rencontre l'une de l'autre. Quand la manivelle 9 s'approche de son point mort haut, la vitesse du piston -3 et de la tige 7 diminue jusqu'à devenir nulle. La traverse inférieure 5, en continuant son mouvement ascendant, se sépare du piston 3, tandis que l'entretoise 16, en continuant son mouvement descendant par inertie, comprime les amortisseurs 18. Après la rencontre des moitiés 6 et 22 de l'outil, l'ébauche 26 se trouve déformée. Les efforts engendrés lors de la déformation se bouclent dans les barres 20 et ne sont pas transmis au bâti t, ni au système manivelle-bielle, car la course du coulisseau 24 est plus grande que celle du piston 3 et, après l'arrêt du piston 3, le coulisseau 24 continue son mouvement dans la chambre C du piston 3, jusqu a son point mort haut. A la fin de la déformation de l'ébauche 26, sous l'action des forces dues aux déformations élastiques des éléments de la machine-, la traverse supérieure 21 et la traverse inférieure 5 rebondissent respectivement vers le haut et vers le bas. L'énergie du rebondissement de la traverse inférieure 5 est amortie lors de l'engagement de la partie supérieure du piston 3 dans l'alésage borgne de la traverse inférieure 5. L'ajustement de la partie supérieure du piston 3 dans l'alésage borgne est choisie de façon à assurer l'amortissement complet de la traverse 5, c'est-à-dire de façon à prévenir son rebondissement sur le piston 3. Après la déformation, le cadre mobile se déplace aussitôt vers le haut conjointement avec la traverse 21, tant sous l'effet de l'énergie de rebondissement que sous l'action des amortisseurs 18 ayant été comprimés lors de la descente du cadre. Le freinage du cadre s'effectue grâce à la dépense de son énergie cinétique pour la compression partielle du gaz dans les chambres A par les pistons 13 liés par les tiges 14 à l'entretoise 16. L'énergie du coup dépensée pour la déformation de l'ébauche peut être variée soit en changeant la pressiondu gaz comprimé dans les chambres A du réservoir 2, soit en bloquant une partie des pistons 13 dans leur position initiale à l'aide des dispositifs de blocage 29. Dans ce dernier cas, le réglage de l'énergie du coup est obtenu grâce au fait que l'énergie du gaz comprimé dans les chambres A ne participe pas à l'accélération des éléments de la machine 1 par l'entremise des pistons 13 bloqués. Pour prévenir la transmission des charges percussives du cadre mobile aux dispositifs de blocage 29, on enlève les écrous 19 des tiges 14 des pistons 13 bloqués. Une fois que le système manivelle-bielle a dépassé son point mort haut, la vitesse angulaire du vilebrequin 10 diminue brusquement, ce qui a pour effet d'embrayer la roue libre 12 et, par conséquent, d'accoupler à la commande les éléments menés (vilebrequin 10, manivelle 9, bielle 8, tige 7 et piston 3). le couple de la commande est transmis au vilebrequin 10 et à sa manivelle 9. le piston 3 se déplace en descente et les pistons 13 se déplacent en montée, ce qui a pour effet de comprimer le gaz dans les chambres A du réservoir 2. Pendant le déplacement du système manivelle-bielle vers son point mort bas, on enlève la pièce forgée et on met en place une nouvelle ébauche 26. Une fois atteint le point mort bas du système manivelle-bielle, le cycle décrit plus haut se répète. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n' a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent R E V E N D I C A T I O N ss REVE'NDICATIONS 1. Machine pour l'usinage des métaux par déformation, du type comprenant un bâti sur lequel est fixé un réservoir dans la partie centrale duquel est monté un piston portant une première traverse à laquelle est fixée une moitié de l'outil de la machine, une seconde traverse portant la seconde moitié de l'outil de la machine et se déplaçant à la rencontre de la première traverse sous l'action des tiges d'au moins deux pistons latéraux disposés dans ledit réservoir symétriquement au piston central précité, les chambres situées au-dessous des pistons latéraux étant mises en communication avec la chambre située au-dessous du piston central, et un système manivelle-bielle servant à ramener les traverses à leur position initiale après l'exécution de leur course utile, caractérisée en ce qu'elle comporte un système manivelle-bielle unique dont la bielle est liée au piston central, et en ce que la chambre située au-dessous du piston central est remplie d'un liquide et mise en communication avec les chambres situées audessous des pistons latéraux, dont les tiges sont reliées entre elles par une entretoise reliée à son tour à l'une des traverses dela machine par l'intermédiaire de tirants tandis que les chambres situées au-dessus des pistons latéraux sont autonomes et remplies d'un gaz comprimé. 2. Machine pour l'usinage des métaux par déformation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'entretoise précitée est reliée à la tige de chacun des pistons latéraux par l'intermédiaire d'un élément soupled'amortissement respectif disposé sur l'extrémité de la tige correspondante et retenu sur celle-ci par un écrou. 3. Machine pour l'usinage des métaux par déformation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée enoe que, dans le cas où elle comporte plus d'une paire de pistons latéraux, chacun de ces derniers comporte un dispositif de blocage au moyen duquel on peut interdire son mouvement axial pendant la marche de la machine.