Brevet FR2280451A1 — publié le 19760227

L'invention concerne un procédé et des moyens de fabrication de corps sphériques et de révolution pleins ou creux, et les corps sphériques et de révolution réalisés par ce procédé. L'objet de l'invention se rattache au secteur technique du fa çonnage des métaux et en particulier du forgeage. La fabrication de corps sphériques et de révolution pleins ou creux s'opère de plusieurs manières ; on cite notamment : tournage sur copieur à partir d'un bloc, emboutissage de deux demisphères, moulage par demi-parties, injection... Ces procédés nécessitent un matériel coûteux, des opérations nombreuses et complexes, et une consommation importante de métal brut pour l'obtention d'une sphère donnée. Suivant l'invention on a voulu obtenir des sphères ou corps de révolution pleins ou creux d'une manière économique en réalisant ces sphères ou corps à partir de barres rondes ou de tubes cylindriques de métal, par forgeàge simple et rapide. Suivant une première caractéristique de l'invention, le procédé de fabrication consiste à chauffer le métal puis à le forger entre deux matrices profilées pour constituer chacune une demisphère par exemple, en imprimant à la pièce un mouvement de rotation continu, dans le même sens ou en alternance ; une fois la sphère exécutée et les bouts -sectionnés, la sphère est reprise dans les-matrices de manière à finir les endroits sectionnés ; les opérations de finition éventuelles étant entreprises à la suite. Suivant une autre caractéristique, après exécution de la sphère, on conserve des bouts de dimension suffisante pour être repris en usinage de finition. Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront de la description qui suit. Pour fixer l'objet de l'invention, sans toutefois le limiter, dans les dessins annexés La figure I est une vue perspective d'un tube utilisé pour réaliser la sphère suivant un procédé de l'invention. is figura 2 et 3 sont des vues en coupe à caractère schématique illustrant la mise en forme de la sphère. la figure 4 est une vue en coupe schématique illustrant la reprise des bouts sectionnés. la figure 5 est une vue en coupe d'une sphère réalisée suivant le procédé. La figure 6 est une vue de c8té illustrant la forme des ma trices dans leur face en contact. La figure 7 est une vue en coupe schématique montrant une variante de finition de la sphère. La figure 8 est une vue en coupe montrant une autre variante de réalisation de la sphère. La figure 9 est une vue en coupe illustrant une autre réalisation de sectionnement des bouts. La figure 10 est une vue en coupe montrant une réalisation en variante de finition de la sphère. La figure Il est une vue en coupe illustrant sohèmatiquenent l'usinage d'une sphère dont les bouts n'ont pas été terminés après sectionnenient (usinage avec variation de vitesse). Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit maintenant sous des formes non limitatives de réalisation illustrées aux figures des dessins. L'invention s'applique à la réalisation de tous objets sphèriques ou de révolution, mais on vise plus particulièrement la fabrication de boules à jouer du type pétanque ou autre par exemple. Comme on l'a dit plus haut, les sphères par exemple sont obtenues à partir d'une barre métallique pleine ou creuse, suivant si l'on veut fabriquer une boule pleine ou creuse. Dans ce qui suit à titre d'exemple particulièrement visé, mais non limitatif, on expose seulement le procédé de fabrication de boules à partir d'un tube I calibré et sans soudure, dans un rs- tériau approprié, tel qutun acier au carbone ou un acier inoxydable ou alliage non ferreux. Les dimensions du tube sont choisies en fonction du diamètre et du poids de la sphère à obtenir, c'est-à-dire correspondant aux normes des jeux de boules considérés Le tube chauffé à température de forgeage ou non est engagé entre deux matrices 2 et 3 (figure 2), de telle manière que seuls quelques millimètres (voir I centimètre) dépassent ies matrices (cela seulement pour la prerniere pièce, la suivante étant déjà en partie réalisée, de sorte que la barre ne dépasse pas). Les matrices sont usinées pour présenter chacune deux demisphères 2a - 3a sur leur face en regard et un dégagement 2b - 3b du coté d'entrée du tube, avec décrochement central 2c - 3c (figure 6) pour la forme à obtenir. les matrices sont animées de mouvements alternatifs (figurés par les flèches F) de manière à éxécuter progressivement sur le tube deux gorges ou étranglement circulaire, en combinaison avec un mouvement rotatif (figuré par la flèche R) du tube, afin de constituer un roulage. En variante, il n'est pas exclu d'exécuter ce roulage par rotation des matrices. Bien entendu, dans une réalisation industrielle, ces mouvements de rotation seront exécutés automatiquement par t ous noyens connus. Ces opérations de formage de la sphère peuvent s'exécuter de plusieurs manières : aux figures 2 et 3 on a représenté des #tri- ces travaillant le tube placé verticalement, mais on peut également placer le tube horizontalement, ce qui permet l'engagement de tubes de plus grande longueur, mais oblige à des opérations complémentaires telles que soufflage d'un jet d'air au centre de la sphère et sur les parois des matrices pour enlever la calamine et 1' oxyde qui s'y sont formés (plan de joint vertical des matrices). Lorsque la sphère est formée soit directement par les mimes matrices, soit dans des matrices d'ébauche et des matrices de finition (figure 3), plusieurs solutions s'offrent : on en a représenté quelques unes à titre indicatif et non limitatif aux figures des dessins. D'une manière préférée, lorsque les matrices travaillent le tube verticalement, on sectionne les étranglements E ou bouts à une forme bien étudiée, pour que par la suite en reprise, on obtienne une section régulière et homogène à ces endroits, car su forgeage, l'intérieur de la sphère présente au niveau des étranglements une partie À (figure 4) de moindre épaisseur. La sphère est alors roulée de nouveau dans des matrices, les mimes ou d'autres, pour rattraper la forme sphérique au niveau des bouts sectionnés. Cette opération peut se faire à chaud suivie d'une trempe si nécessaire, ou calibrage à froid, ce qui durcit le métal par écrouissage et évite donc la trempe. D'autres opérations peuvent autre mises en oeuvre suivant 1' état de surface demandé ; c'est-à-dire grenaillage, calibrage, chromage, rainurage.... pour obtenir une boule B correspondant aux normes (figure 5). De nombreuses variantes peuvent être irsdroduites pour ltétablis- sement des boules, on en a illustré quelques unes aux dessins. Si les sphères sont obtenues à partir d'un tube horizontal, comme on l'a dit plus haut, il est nécessaire de chasser la calamine. Pour cela, on peut percer au foret 4 les bouts sectionnés puis les remplir de soudure 5 (figure 7), emmancher de force des rivets 6 (figure IO) ou souder des goujons. On peut encore combler l'amorce de trou au niveau des étranglements en plaçant, au moment du forgeage, une barre l de petit diamètre dans l'axe du tube (figure 8). le tronçonnage des bouts peut s'effectuer par sciage, cisaillage, tronçonnage ou encore, comme illustré figure 9, par oxycoupeur II ce qui permet la soudure simultanée au coupage. les bouts peuvent être conservés après sectionnement sur une certaine longueur, pour reprendre la sphère en usinage entre un mandrin trois mors 8 et une contre-pointe 9 par exemple, ou un autre mors serrant sur le deuxième bout diamétralement opposé, afind'opérer en surface, à l'aide d'un outil approprié 10 l'usi- nage nécessaire par copiage sans reprise. Après usinage, les bouts présentent de préférence une attache très mince à la sphère pour être sectionnés facilement et meulés ensuite. L'intérieur de la sphère peut aussi recevoir un traitement tel cuivrage, phosphatation... pour permettre une meilleure cohésion du métal à la fermeture de la sphère par forgeage, et évitant 1' oxydation. Dans certains cas, on peut également prévoir des empreintes de matrices non sphériques suivant la zOne des bouts, c'est-à-dire profilées pour que, après réalisation de la sphère, une surépaisseur subsiste à ces endroits, qui sera annulée en reprise de finit ion. Bien entendu, dans la pratique, toutes ces opérations seront établies de manière rentable, c'est-à-dire que le forgeage, le roulage, l'avance du tube après chaque formation de sphère, le soufflage éventuellement, et les travaux de finition seront automatiques. SVil y a chauffe du métal, il aura lieu par haute fre- quence ; le forgeage s'opérera sur marteau pilon auto-compresseur, machine à rétreindre ou sur machine du type connu "impactor". D'autre part, comme on lta dit plus haut, on peut obtenir des sphères pleines à partir de barres rondes (pour boulets de concasseur par exemple), surtout lorsqu'on veut obtenir des boules ou autres objets en alliage léger, (décoration, autres jeux de boules, articles de ferronerie, lustrerie, ébauches de pièces pour matriçage. Bien que l'exenple plus spécialerlent décrit et visé se rapporte la fabrication de boules sphériques, on souligne que le pro cédé et les moyens de l'invention permettent d'obtenir d'autres corps ou pièces de révolution. L'invention ne se limite aucunement à celui de ses modes d' application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties ayant plus spécialement été indiqués ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVEi# IC ATT ONS - I - Procédé et moyens de fabrication de corps sphériques et de révolution et les corps sphériques et de révolution réalisés par le procédé, caractérisw en ce que les sphères ou autres pièces de révolution sont obtenues à partir de barres rondes pleines ou tubes cylindriques métalliques, forgés à chaud ou à froid entre deux matrices mobiles, profilées pour réaliser chacune une demisphère ou demi-pièce par roulage ou rotation d'un des éléments, c'est-à-dire matériau ou matrices ; la sphère ou autre corps de révolution obtenu subissant ensuite des opérations diverses de finition : sectionnement des bouts ou étranglements diamétralement opposés, finition de surface, traitements thermiques et autres. - 2 - Procédé, moyers et corps sphériques ou de révolution obtenus, suivant la rezt dication I, caractérisésen ce que la sphère pleine ou creuse est obtenue par forgeage de la barre ou du tube, à chaud ou à froid entre les matrices animées de mouvements alter-natifs rectilignes et disposées de telle sorte que le tube qui est engagé entre elles soit vertical ou horizontal ; la sphère étant réalisée directement avec les mêmes matrices ou avec des matrices d'ébauche et des matrices de finition, et par roulage obtenu par rotation du tube ou de la barre, ou par rotation des matrices. - 3 - Procédé, moyens et corps sphériques ou de révolution obtenus, suivant les revendications I et 2 ensemble, caractéris en ce que la sphère pleine ou creuse forgée présente deux étrangel ment s ou bouts qui sont sectionnés de toute manière connue ; la sphère étant reprise entre deux matrices, les mêmes ou d'autres, et orientée pour forger à chaud ou à froid les étranglements sectionnés par rotation de la sphère ou des matrices, afin d'opéter la finition de ces zônes, et rattraper les différences cventuel- les d'épaisseur à ce niveau. - 4 - Moyens suivant la revendication I, caractérisés en ce que les matrices présentent chacune une empreinte en demi-sphère ou demi-pièce de révolution, ou sensiblement sur leurs faces en regard, afin de réaliser une sphère d'épaisseur uniforme et de sphéricité parfaite, un dégagement du côté de l'introduction du tube, et un décrochement central sur les extrémités perpendiculaires au dégagement pour la forme des bouts à sectionner. 5- Procédé, moyens et corps sphériques ou de révolution obtenus suivant les revendications 1,2 et 4 ensemble, caractérisés en ce que les étranglements sont sectionnés à une longueur suffisante pour que l'on puisse monter la sphère sur une machine d'usinage du type copieur, entre un mandrin trois mors et une contrepointe; les bouts étant ensuite sectionnés au ras de la sphère, laquelle est ensuite meulée à ces endroits. 6- Procédé, moyens et corps sphériques ou de révolution obtenus suivant la revendication 1, caractérisés en ce que la sphère ou pièce de révolution est creuse, c'est-à-dire obtenue à partir d' un tube ; les bouts ou étranglements étant sectionnés par tous moyens tels que sciage, cisaillage, tronçonnage ou oxycoupage permettant de combler par soudure les trous éventuels. 7- Procédé, moyens et corps sphériques ou de révolution obtenus, suivant les revendications l et 6 ensemble, caractérisés en ce que les étranglements sectionnés et présentant des amorces d'ouvertures sont percés puis rebouchés par soudure, rivetage forcé, qoujons soudés ou oxycoupage. 8- Procédé, moyens et corps sphériques ou de révolution obtenus suivant les revendications l et 6 ensemble, caractérisés en ce que l'on introduit dans lXaxe du tube au forgeage une barre de petit diamètre destinée à combler les ouvertures éventuelles des étran glements. 9- Procédé, moyens et corps sphériaues ou de révolution obtenus suivant l'une quelconque des revendications 1,2,3,4,5,6,7,8, caractérisés en ce que la sphère ou pièce de révolution ainsi forgée subit des opérations complémentaire telles que, polissage, grenaîllaqe, chromage, phosphatation, rainurage..., suivant la demande ; dans le cas de sphères ou pièces de révolution creuses, un enduit sous forme de cuivrage, phosphatation .... pouvant etre déposé à l'intérieur de la sphère pour assurer une meilleure homogénéité du métal à la fermeture de la sphère ou pièce de révok- tion et évitant l'oxydation intérieure. 10- Procédé, moyens et corps sphériques ou de révolution suivant la revendication 2, caractérisés en ce que lorsque le tube est disposé horizontalement entre les matrices, on prévoit un soufflage d'air dans les empreintes et la sphère pour éliminer. la calamine. 11- Corps sphériques ou de révolution, obtenus suivant l'une qudr conque des revendications 1-2-3-4-5-6-7-8-9 et 10, caractérisés en ce que les sphères ou pièces de révolution en acier au carbone subissent des traitements thermiques tels que trempe si le forgeage est réalisé à chaud, écrouissage au moment de la reprise des bouts si le forgeage est réalisé à froid.