Brevet FR2315330A1 — publié le 19770121

La présente invention, due aux travaux de Monsieur François DIAZ, est relative à une filière de $tréfilage rotative, destinée à la fabrication de fil à section non circulaire, à partir dtun fil d'entrée de section circulaire ; le fil torsadé précité a ltaspect d'une hélice régulière, sa section non circulaire est donc constante en forme et dimensions mais varie régulièrement en orientation le long du fil. La nature torsadée du fil est due à ltutilisatîon de filières du type rotatives connu en soi, quant aux caractéristiques géométriques de ce fil qui conditionnent la qualité et les propriétés mécaniques de celui-ci, elles dépendent des caractéristiques géométriques de la filière rotative utilisée. Le fil torsadé concerné est destiné notamment à la fabrication de pointes utilisées en grosse menuiserie : charpente - palettes de manutention, mais peut être également utilisé sous forme de fil en ferronnerie par exemple. Les filières rotatives sont connues. Elles sont cependant d'une fabrication difficile et conteuse. Si ces filières réduisent trop fortement la section du fil, elles produisent des défauts sur le fil écroui à travers ces filières. Si elles présentent des ar8tes, d'ailleurs difficiles à lubrifier, il en résulte des causes supplémentaires de défauts du fil. L'invention a pour but une filière pour la fabrication de fil à section non circulaire torsadé en hélice, filière dont la définition géométrique permette d'éviterles inconvénients des filières connues, et d'obtenir de façon industriellement économique un fil de bonne qualité à bon état de surface et à bonnes propriétés mécaniques. A cet effet, ltinvention a pour objet une filière de tréfilage rotative pour la fabrication de fil à section non circulaire torsadé en hélice, filière dont le conduit comporte une zone-dten- trée en partie conique et en partie- cylindrique, une zone de sortie conique et une zone centrale dans laquelle sleffeetue le tréfilage proprement dit, filière caractérisée par le fait que la section circulaire du conduit à l'entrée de la zone centrale se transforme progressivement en section parfaitement polygonale à la sortie de la zone centrale en évoluant en aire, en forme et en orientation autour de l'axe de sortie et en conservant une forme convexe. Selon une forme préférée de l'invention, la section polygonale de la sortie de la zone centrale est carrée. Selon une autre caractéristique de lsinvention, la section carrée de la sortie de la zone centrale est la seule parfaitement carrée pour lsensemble du conduit de la filière. Une autre caractéristique de 11 invention reside dans le fait que le passage de la section circulaire (à l'entrée de la zone centrale) à la section parfaitement polygonale (å la sortie de la zone centrale) stobtient par apparition sur la section circulaire initiale de méplats équirépartis qui augmentent en importance jusqu'à se rejoindre, qui fnnt diminuer 11 importance des portions circulaires qui les séparent, en-donnant naissance aux cotés du polygone final ; cette évolution se faisant conjointement avec une réduction de Iraire de la section et une rotation régulière de celleci autour de l'axe du conduit. Autres caractéristiques de 11 invention apparattront à la lecture de la description ci-apres an faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels - la Fig. 1 est unevue en coupe axiale de la filière de l1inventlon - la Fig. la montre lsimportance et la position relatives du noyau dur de la filière par rapport à lXenseMble de celle-ci - la Fig. 2 est une épure définissant tcutes les arêtes de la filial re de la Fig. I - la Fig. 3 montre à plus grande échelle une partie de la Fig. 2 - la Fig. 4 est une vue suivant la flèche F de la filière de la Fig. i - les Fig. 5a à 5f montrent des coupes transversales successives de la filière de la Fig. I respectivement suivant aa à ff - la Fig. 6 montre un montage particulier permettant d'utiliser la filière de la Fig. 1 comme filière à effet hydrodynamique - les Fig. 7, 8 et 9 montrent diverses pièces constitutives du montage de la Fig. 6. Suivant l'exemple de la Fig. I, la filière de l'invention est constituée d'un bloc cylindrique 1 d'axe XX dont le centre est constitué d'un noyau dur 2. Le bloc 1 est en acier mi-dur, le noyau 2 est en carbure de tungstène ou en nitrura de silicium ou en un composé boruré. Le sens prévu pour le défilement du fil à tréfiler est celui de la flèche F ; dans ce qui suit, les notions d'"amont" et d"aval" sont définies par rapport au sens de la flè che F. Le bloc 1 et son noyau 2 sont traversés de part en part par un conduit suivant la direction XX. Ce conduit se compose suivant trois zones ZI : zone d'entrée, Z2 : zone centrale et Z3 : zone de sortie. Pour la zone ZI, le conduit est constitué - pour le bloc 1 : entre la face amont 3 du bloc 1 et la face amont 4 du noyau 2, dSune surface tronconique 5 axe XX, angle au sommet 600 et convergente suivant F - pour le noyau 2 : entre sa face amont 4 et sa section bb, d'une partie cylindrique 6 dlaxe XX, le diamètre de la partie 6 étant de tordre de la moitié de celui du petit cercle de la surface tronconique 5, petit cercle qui se trouve dans le plan de la face amont 4 du noyau 2. La partie cylindrique 6 débouche dans le tronc de ctne défini par la surface 5 par un bord arrondi 7 ; la forme arrondie de ce bord évite que le noyau 2 ne lors du passage du fil. On définit la zone d'entrée ZI de la filière comme celle comprise entre la face amont 3 du bloc t et la section bb. La zone de sortie Z3 est définie entre la section ff et la face aval 8 du bloc ; elle se compose pour le noyau 2 dune zone de transition 9 entre la section ff parfaitement carrée et la section circulaire gg. il est important de remarquer que la section ff est la seule, pour I'enseadle du conduit traversant la filière, qui soit pafaitement carrée. Entre la section gg et la face aval 8 du bloc 1, le conduit présente un cône de sortie 10 continu pour le noyau 2 et lebloc 1, d'axe XK, d'angle au sommet de 700 et divergent suivant la flèche F. La zone centrale Z2 est donc définie entre les deux zones Z1 et Z3 précédentes, c'est à dire entre la section circulaire bb du cylindre 6 et la section parfaitement carrée ff. Pour cette zone Z2, la section du conduit de la filière est définie de la façon suivante : - aire : décroissante régulièrement de bb à ff - forme : évolution progressive de la section circulaire bb à la section carrée ff avec apparition sur la section circulaire de quatre méplats qui grandissent jusqu'à se rejoindre en faisant disparaitre entre eux les portions de section circulaire pour faire apparattre les cotés complets d'un carré parfait. - orientation de la section par rapport à XX : de façon à donner au conduit traversant la zone Z2 sa forme hélicordale si on considère différentes sections régulièrement espacées dans cette zone, chaque section présente par rapport à celle qui la précède (compte tenu du sens F) une rotation autour de XX, cette rotation étant proportionnelle à la distance séparant les deux sections et dans ce cas inférieure à 90 pour l'ensemble de la zone Z2. Dans cette zone Z2, le conduit de la filière a donc une forme en hélice régulière en pas, convergente et à section évoluant progressivement d1un cercle à un carré. Sntre la position dtun méplat apparaissant sur la section circulaire bb et le milieu du caté du carré de la section ff auquel il donne naissance, il y a autour de XX une rotation angulaire de l'ordre de 500 dans le sens trigonométrique lorsque l'on regarde la filière suivant F. Dans l'exemple de la Fig. 1, les zones Z1 et Z2 sont à peu près égales chacune à 2/5 de l'épaisseur totale du bloc 1. La Fig. la montre à titre d'exemple l'importance relative du noyau 2 et du bloc t. Le diamètre du noyau 2 est de l'ordre de 1/3 de celui du bloc 1 légèrement décalé vers la face amont 3 de celuici et a une largeur de llordre de la moitié de celle du bloc t. La Fig. 2 représente une épure de la filière de l'invention qui montra, entre les sections bb et ff, cXest à dire dans la zone Z2 et au-delà de ff, c'est à dire au début de la zone Z3, l'ensem- ble des arêtes de la surface intérieure du conduit de la filière. Dans la section bibi, il apparat huit arêtes, elles correspondent aux deux extrémités de chacun des méplats naissant sur la section circulaire d'origine. La Fig. 3 montre à plus grande échelle le début de la zone de sortie Z3. La section ff est la seule section de lsensemble du conduit traversant la filière qui soit parfaitement carrée. La Fig 4 représente l'orifice de la filière de la Fig. i, vu suivant la flèche F. Le cercle 13 figure la surface cylindrique 6, les quatre croissants 14 correspondent aux quatre faces de la surface intérieure de la zone centrale hélicoidale Z2 de la filière. Le carré 15 défini entre les quatre croissants 14 correspond à la section du fil à la sortie de la filière, cette section est un carZ ré à sommets à angle vif et à cotés curvilignes convexes. Cette section a une aire supérieure à celle du carré parfait défini par la même diagonale et met donc en évidence un taux d'écrouissage moindre. Les Fig. 5a à 5f montrent les sections respectives aa à ff de la Fig 1. Ces coupes successives mettent en évidence la réduction régulière de l'aire des sections suivant F, la transformation progressive de la section circulaire en section carrée par apparition de méplats 71 grandissant jusqu'à se rejoindre, ainsi que la nature en hélice du conduit de la filière dans la zone Z2. Les sections aa et bb (Fig, 5a-5b) sont circulaires et identiques puisque la première est une section moyenne de la partie cylindrique 6 et l'autre la section d'extrémité de cette partie (extrémité aval de la zone Z1). La Fig.5c montre en cc la présence de quatre méplats 11 équirépartis ; ces méplats ont augmenté d'importance sur la Fig. 5d (section dd). Sur la Fig.5e (section ee), les méplats i1 sont presque jointifs, cette section a une forme quasi carrée : les sommets sont des arrondis 12. La Fig. 5f montre la section carrée unique, les arrondis 12 ont disparu et les méplats Il se sont rejoints et forment les quatre côtés du carré. Entre ff et gg, la section du fil passe du carré parfait à angles arrcndis au carré à cotés eurvilignes convexes, à angles vifs (voir Fig.4), de même aire. Dans la zone de transition 9, le fil est sollicité sur ses arêtes etles faces de la section carrée se bombent. Pour chacune de ces Fig.5a à 5f, il a été représenté le carré circonscrit à la section : carré circonscrit à la section circulaire pour les Fig. 5a et 5b, carré dont les cotés sont portés par les méplats i1 pour les Fig.5c, 5d et 5e et carré défini par la section elle-meme pour la Fig.5f. Ces carrés circonscrits mettent en évidence la rotation de la section autour de XX et la nature vrillée en hélice du conduit de la filière dans la zone Z2. Pour chaque section, il est représenté deux axes rectangulaires fixes kk et mm servant de référence, ainsi que deux autres axes nn et pp également rectangulaires mais liés à la section, ces axes nn et pp sont initialement disposés (Fig.Sb) de façon à passer par le point d'apparition des méplats il, puis portés par les médiatrices de ces méplats. Ces deux systèmes d'axes définissent un angle i qui traduit 11 écart angulaire de XX, de la section par rapport à la reférence constituée par kk et mm. Cet angle i varie de - 300 (Fig. 5b) à + 200 (Fig. 5f), donc traduit en valeur absolue une amplitude totale de rotation de la section (pour la zone Z2) de 500. Le fonctionnement de la filière est le suivant : (Fig. 1, 4, 5a à 5f) La filière est montée à 11 intérieur d'un roulement à billes ou à rouleaux pouvant supporter un effort axial et radial ; le fil dtentree qui a une section circulaire voisine de (mais inférieure celle de la partie cylindrique 6 est introduit suivant F dans la filière et amené à traverser celle-ci de part en part, l'extrémité du fil débouchant à la sortie de la filière est saisie par une pince appelée chien et fixée sur un cabestan moteur.Le cabestan est mis en marche (sa vitesse de rotation est fonction du diamètre du fil tréfilé ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ éventuelle - ment, dtautres paramètres tels que : utilisation ou non d'un lubrifiant, type de lubrifiant, présence ou non sur le fil brut d'un revêtement provisoire par exemple de cuivre jouant le rôle de lubrifiant etc...) et le fil tréfilé s'enroule autour de lui, l'ef- fort de traction donné au fil transmet par I'intermédiaire des faces de la zones Z2 de la filière un couple à celle-ci, qui se met à tourner en se vissant littéralement sur le fil et lui donne sa forme hélicoSdale. Sn fonctionnement, un peu d'air surpressé est envoyé dans la botte à filière afin d'empêcher la savon de pénétrer à lintérieur du roulement supportant la filière. Le fil obtenu a une forme en hélice régulière et a une section carrée à côtés curvilignes convexes identique à celle du carré 15 de la Fig. 4 et constante en forme et en aire. Le pas de 1' hélice constituée par le fil est différent du pas de la zone Z2 de la filière, cette différence de pas est fonction de la dureté du métal. le pas du fil est supérieur à celui de la filière. Les avantages de l'invention sont les suivants La majeure partie de l'éerouissage du fil s'effectue dans la zone centrale Z2 de la filière. Puisque dans cette zone la section est toujours convexe, pour chaque section, le fil est sollicité sur toute sa périphérie et il n'y -a pas coexistence de parties dans lesquelles le fil est fortement sollicité et d'autres parties où il ne lest pratiquement pas et où il se produit uniquement un phénomène de remplissage de ces parties par déformation du fil dans les parties sollicitées. Dans le cas où lton utilisé un lubrifiant de tréfilage; la nature convexe des sections du conduit de la filière permet une répartition de celui-ci en un film uniforwément réparti autour du fil. Les filières de l'invention ont une longévité accrue, en raison de 1échauffement et de l'usure réduits, et le fil obtenu a de tres bomes propriétés mécaniques et un très bon état de surface. Le rtle joué par- le lubrifiant est accru par la création d'un effet hydrodynamique dt à la partie cylindrique 6, cet effet se traduit par la mise sous haute pression du lubrifiant et la formation dtun film efficace. La section du fil obtenu avec les filières de lsinvention n'est pas parfaitement carrée, mais carrée à cotés curvilignes convexes et sommets à angle vif ; ce résultat met donc en jeu un taux d'écrouissage plus faible que celui qui correspond à une section parfaitement carrée (pour le fil) batie sur une diagonale identiqua La section carrée à côtés curvilignes convexes du fil est due à la présence de la zone de transition 9 entre Z2 et Z3. La filière de l'invention peut entre utilisée (dans ce cas la partie cylindrique 6 aura de préférence un diamètre de l'ordre de 1,25 fois celui du fil) comme filière à effet hydrodynamique ; dans ce cas, un produit lubrifiant (savon de tréfilage constitué par exemple de stéarate de chaux avec un excès de chaux libre) est introduit dans le cene d'entrée de la filière défini par la surface 5 et est entraîné par le fil dans 1'espace annulaire compris entre la surface extérieure du fil et la surface intérieure de la partie cylindrique 6 de façon à créer un film mince.Le fil en raison de son mouvement (suivant F) exerce un effet de pompe sur le lubri- fiant, et met celui-ci sous pression, ce qui permet une répartition totale et uniforme du film de lubrifiant sur toute la surface inte- rieure du-conduit traversant la filières répartition qui est surtout favorable dans la zone où s'effectue la majeure partie de lEécrouissage : zone Z2. Le film de lubrifiant diminue le transfert des calories qui naissent dans le fil vers la filière ; les calories sont en quelque sorte "évacuées" par le fil lui-meme. Un peu d'air est envoyé au travers des roulements afin que le lubrifiant ne pénètre pas dans ceux-ci. L'effet hydrodynamique permet une longévité accrue de la filière et une amélioration des qualités du fil tréfilé. Les Fig. 6 à 9 montrent un montage particulier des filières de l'invention permettant la création dtun effet hydrodynamique total. Ce minage est destiné à augmenter l'effet hydrodynamique dt à la présence de la partie cylindrique 6 ; il est particulièrement intéressant pour des filières dont la partie 6 est insuffisante ou pour lesquelles on désire un effet hydrodynamique important. Dans ce but, le bloc filière 1 a une portée conique 16 dtaxe XX conver gente suivant F. La filiere est emmanchée dans une douille filetée 17 qui présente dtune part un logement conique 18, d'axe XX, complémentaire du cene 16 et d'autre part un orifice de sortie et de passage 19 pour le fil tréfilé, coaxial. Un bloc support 20, destiné à recevoir notamment la douille 17 munie de la filière 1, présente un alésage conique 21 divergent suivant Fs d'axe XX. Cet alésage 21 communique à ltaval avec un lamage 22 dont l'extrémité taraudée est destinée à recevoir la douille 17.A l'intérieur de l'alésage 21 dont la portée est limitée à deux couronnes extrOmes séparéeepr un chambrage 21a, se trouve emmanchée une filière 23 dite à pression ; cette filière 23 est traversée de part en part par un conduit comprenant une partie évasée 24 pour l'enfilage du fil et une partie cylindrique 25, pour la mise sous pression du lubrifiant, dontle diamètre sera favorablement égal à 1,25 fois le diamètre du fil à tréfiler. Lorsque le montage est réalisés le vissage de la douille 17 serre les filières 1 et 23 l'une contre autres leur conduit se trouvant en regard l'un de 11 autre. La filière 23 présente sur sa face aval un cordon annulaire 26 venu de matière, qui entoure la partie cylindrique 25 du conduit de la filière 23 et qui permet dune part un bon appui entre les filières 1 et 23 et d'autre part réalise l'étanchéité pour le lubrifiant. Ce montage présente l'avantage de pouvoir utiliser une filière quelconque en tant que filière à effet hydrodynamique par sim pl-e adjonction de la filière 23 dite à pression. Il présente par ailleurs tous les avantages des filières à effet hydrodynamique. La filière 23 est réalisée en un acier à outil pouvant résister aux fortes pressions mises en jeu. La filière 1 de l'invention peut autre réalisée par le procédé connu d'électroérosion. A titre d'exemple, un fil d'entrée ayant une section circulaire d'un diamètre de 4,06 mm a été tréfilé en défilant à 230 m/mn pour donner un fil-hélicoSdal à section carrée à côtés curvilignes convexes et arêtes vives dont la diagonale a 3,90 mm et la médiane 3,25 mm. Ltopération a été réalisée avec un savon ordinaire, le fil ayant été cuivré avant tréfilage. La filière de l'invention admet de nombreuses variantes elle peut être conçue pour l'obtention de fil hélicoïdal à section polygonale à cetés curvilignes convexes et à arêtes vives ; de nombreuses autres variantes peuvent être envisagées pour ce qui concerne le pas et la longueur relative de la zone en hélice Z2. REVENDICATIONS 1 Filière de tréfilage rotative pour la fabrication de fil hélicoSdal à section non circulaire à partir de fil de section circulaire, filière dont le conduit colporte une zone d'entrée en partie conque et en partie cylindrique ; une zone de sortie conique et une zone centrale entre les deux précédentes dans laquelle s'effectue la majeure partie de lsecrouissages la filière étant caractérisée par le fait que la section circulaire (bb) à l'entrée de la zone centrale (z2) se transforme progressivement en une section parfaitement polygonale (ff) à la sortie de cette zone centrale ; la section évoluant conjointement en aire dans le sens dtune diminution régulière et en orientation autour de l'axe (XX) de la filière mais restant toujours convexe dans la zone (Z2). 2.- Filière de tréfilage selon la revnndication 1 caractérisée par le fait que la transformation de la section dans la zone (Z23 seiroduit par apparition sur le cercle initial de t méplats équirépartis qui grandissent jusquPà se rejoindre et former les t cetes du polygone constituant la section de sortie de la zone (Z2). 3.- Filière de tréfilage selon la revendication 2 caractérisée par le fait que t est égal à 4, la section de sortie de la zone (22) étant carroie. 4.- Filière de tréfilage suivant la revendication 1 caractérisée par le fait que la zone de sortie (Z3) de la filière commence par une zone de transition (9) avec la zone centrale (Z2)s cette zone (9) conférant au fil obtenu une section polygonale à cotés curvilignes convexes et à sommets à angle vif. 5.- Filière de tréfilage suivant l'une des revendications précédentes xractériséa par le fait qu'elle est montée à l'intérieur dlun roulement pouvant supporter un effort axial et radial ; un courant gazeux étant soufflé au travers du roulement dans le sens opposé à celui du défilement du fil afin dtempecher la pénétration du savon dans le roulement. 6.- Filière de tréfilage suivant l'une des revendications précédentes caractérisée par le fait que la partie cylindrique(6) de la zone d'entrée (zi) a un diamètre légèrement supérieur à celui du fil deentréeS l'espace annulaire subsistant entre le fil et la paroi de la partie cylindrique (6) réalisant pour le savon de tréfilage un effet hydrodynamique. 7.- Filière de tréfilage suivant l'une des revendications précédentes caractérisée par le fait qutelle est montée en tandem avec une filière (23) dite à pression, cette filière (23) comportant un conduit cylindrique (25) à section légèrement supérieure à celle du fil rentrée et un évasement drenfilage (24) du ceté amont. 8.~ Filière de tréfilage selon la revendication 7 caractérisée par le fait que les filières (1 et 23) sont emmanchées dans des supports (17 et 20) vissés entre eux. 9.- Filière de tréfilage selon la revendication 8 caracté- risée par le fait que la filière à pression (23) présente sur sa face aval un bourrelet annulaire (26) venu de matière, qui entoure le conduit (25) et réalise l'étanchéité entre les filières (7 et 23). 10. Fil hélicoSdal à section polygonale à cetéscurvili- gnes convexes et à sommets à angle vif obtenu avec la filière conforme aux revendications 1 à 9. 11.- Pointe torsadée réalisée à partir du fil conforme à la revendication 10.