Brevet FR2293262A1 — publié le 19760702

L'invention concerne un procédé de formage ou de filage à froid d'un tube de métal dont la paroi d'une extrémité est épaissie ou déformée vers l'intérieur. Bien que ce procédé convience à la réalisation de tubes divers, il convient notamment à la fabrication des essieux arrière de camions, par exemple des essieux désignès communément "essieux Salesbury". Il est commun, dans ce type d'essieux, de forger et/ou d'usiner un tube allongé dont un tronçon extrême présente des diamètres extérieur et intérieur réduits et des bossages ou épaulements permettant la fixation de roulements de roues et autres. Le tronçon principal d'un tel essieu est constitué par un tube de diamètre uniforme et de paroi relativement mince, alors que le tronçon extrême opposé au précédent comporte un rebord orienté vers l'intérieur ou une partie épaissie vers l'intérieur.Ce dernier tronçon extrême est généralement introduit dans une cavité d'un carter, par exemple dans le boîtier d'un différentiel de camion. Le formage d'un tel type d'essieu nécessite un certain nombre @'opérations de forgeage, suivies d'un certain nombre de passes d'usinage destinées à donner à la pièce obtenue les dimensions précises exigées, et une finition de surface convenable. L'essieu étant constitué d'une seule pièce métallique, il est nécessaire de choisir avec soin le type de métal utilisé et le traitement thermique exécuté pour que les extrémités opposées de l'essieu répondent au maximum aux différentes caractéristiques de résistance,et autres, exigées. Le procédé selon l'invention concerne la fabrication d'une partie d'un tel type d'essieu à savoir le corpe ou fût comprenant l'extrémité de grande épaisseur. Ce procédé permet de réaliser l'essieu en deux pièces plutôt qu'en une seule, comme c'est le cas classiquement. Il en résulte une diminution des passes et du coût de fabrication et une amélioration das caractéristiques de la pièce obtenue. Ce procédé convient également à la fabrication de pièces métalliques de section tubulaire approximativement constante et comportant un rebord orienté vers l'intérieur ou une partie épaissie à une extrémité. Le procédé selon l'invention consiste à réaliser un tube de section transversale uniforme, comportant @n rebord orienté vers ltintdrieur ou une zone épaissie à une première extrémité, à partir d'une ébauche tubulaire courte formée ou filée à froid dans une matrice montée sur une presse. La matrice, qui repose sur la table de la presse, comporte un tron çon ouvert destiné à loger l1ébaucbe,et un épaulement ou une gorge annulaire d'extrusion située au-dessous du tronçon précédent et présentant une ouverture rétrécie par laquelle ébauche peut 8tre filée. Le coulisseau supporte un poinçon destiné à faire passer à force ébauche dans l'ouverture délimitée par lte- paulement. Le procédé selon l'invention consiste à refouler à force ébauche partiellement dans l'ouverture de ltépaulement de la matrice, de manière qu'un certain tronçon de cette ébauche soit filé et présente une section transversale tubulaire délimitée par une paroi uniforme et relativement mince. Le procédé consiste à laisser ensuite un tronçon restant de l'ébauche, épaulé vers l'extérieur, Sans la partie de la matrice destinée à loger cette ébauche.Une nouvelle ébauche est ensuite placée dans la matrice et poussée à force vers le bas dans l'ouverture de l'é- paulement de la matrice.Au cours de cette dernière opération, la première ébauche, partiellement refoulée, est poussée de manière à passer dans l'ouverture de ltépaulement. Son tronçon épaulé vers l'extérieur est déformé à froid vers l'intérieur, de manière à devenir un tronçon épaissi ou épaulé vers l'in extérieur. Lorsque l'opération précédente est achevée, la nouvelle ébauche est partiellement filée et prend la place de la précédente. Le cycle est ensuite répété par la mise en place d'une nouvelle ébauche, etc. Par conséquent, chaque nouvelle ébauche constitue une partie du poinçon entrant en contact avec l'ébauche précédente0 Il en résulte une augmentation de la vitesse de production par rapport à celle obtenue lorsque les ébauches sont filées séparément les unes à la suite des autres, et également une diminution de ltusure et de la fréquence des ruptures du poinçon. Ce poinçon peut être prolongé par des organes minces et convenablement dimensionnés, destinés à se loger à l'in térieur de l'ébauche pour donner à cette dernière le diamètre intérieur souhaité pendant le filage.tes diamètres extérieur et intérieur de la pièce obtenue peuvent donc entre maintenus dans des tolérances très étroites. Les opérations d'usinage et de finissage de la surface de la pièce, nécessaires aux procédés antérieurs et comprenant des opérations de forgeage ou d'usinage, deviennent ainsi inutiles. Lorsque la pièce obtenue doit former une partie d'un essieu du type "Salesbury" mentionné précédemment, le tronçon de l'essieu présentant les différents épaulements et autres peut 8tre réalisé séparément, par exemple par la mise en oeuvre du procédé décrit dans le brevet aes Etats-Unis d'Amé- rique N 3 739 620. Les deux pièces séparées, à savoir la pièce réaLi- sée par le procédé selon l'invention et la seconde pièce,peuvent ensuite être soudées l'une à l'autre, par exemple par ltemmanche- ment d'une extrémité d'une pièce dans l'autre pièce et par rotation relative de ces pièces, de manière à produire un frottement et un échauffement suffisant pour les souder. Ta est ainsi possible d'obtenir un essieu fini ou un élément analogue dont l'avantage est que les deux pièces peuvent être réalisées séparément, en métaux différents, et/ou traitées thermiquement de manière indépendante, afin que chaque tronçon extrtme de la pièce finie présente la solidité et les caractéristiques souhaitées. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels : la figure 1 est une coupe axiale d'un essieu de camion réalisé par le procédé selon l'invention ; la figure 2 est une coupe axiale, semblable à celle de la figure 1, et représente les deux pièces de essieu séparées l'une de l'autre ; la figure 3 est une élévation, avec coupe axiale partielle, d2une presse mettant en oeuvre le procédé selon l'in- vention, le coulisseau étant levé et l'ébauche étant prote à être introduite dans la matrice la figure4 est une élévation schématique avec coupe axiale partielle et représente la position de l'ébauche dans la matrice, alors que le coulisseau descend ; et les figures 5 à 8 sont des coupes axiales partielles de phases successives du procédé selon l'invention. les figures 1 et 2 représentent un essieu tubulaire 10, communément désigné "essieu Salesbury" et généralement monté à l'arrière d'un camion léger. Ces essieux comprennent classiquement un tronçon extrême aminci ou étagé 11, comportant des zones de différents diamètres destinées au montage et à la fixation d'éléments de roues ou de roulement. L'essieu comprend également un tronçon central ou ftt tubulaire et allongé 12 comportant un tronçon extrême 13 épaissi ou épaulé vers l'intérieur. Les essieux de ce type sont classiquement réalisés d'une seule pièce au cours de plusieurs opérations de forgeage et/ou d'usinage. Le procédé selon l'invention consiste à réaliser l'essieu en deux pièces séparées, à savoir une première pièce 15 comportant le tronçon extr8me aminci 11, et une seconde pièce 16 comportant le ftt 12 et le tronçon épaissi 13. Par conséquent, les deux pièces sont réalisées séparément, la pièce 16 par la mise en oeuvre du procédé selon l'invention et la pièce 15 par celle d2un autre procédé. Pour former un essieu complet, les deux pièces peuvent être assemblées par entrée en contact de leurs extrémités 17 et 18 qui sont ensuite soudées convenablement et classiquement l'une à l'autre. Le procédé selon l'invention consiste à réaliser la pièce 16, ou des pièces de formes analogues, à partir d'une ébauche 20 de métal qui se présente sous la forme d'une courte pièce tubulaire, par exemple en acier. Comme représenté sur la figure 3, le matériel de fabrication comprend une matrice 21 montée sur la table 22 dune presse classique. Cette matrice comporte un tronçon ou conteneur 23, ouvert vers le haut et destiné à loger l'ébauche. Un épaulement annulaire 24, situé au-dessous de ce conteneur, délimite un orifice central de filage ou gorge 25 au-dessous de laquelle se trouve un orifice dégagé 26 de sortie. La table, ou des pièces fixées sur cette dernière, présente une ouverture 27 permettant à la pièce formée de descendre. La matrice est alignée sur un coulisseau classique 30 qui ntest représenté que schématiquement, car la presse n'entre pas dans le cadre de l'invention. Un poinçon 31, fixé à ce coulisseau et orienté vers le bas, est dimensionné pour s'emporter dans le conteneur 23 de la matrice. Le poinçon est prolongé vers le bas par un premier tronçon 32 de dimensionnement, de faible diamètre, lui-même prolongé par un seconQtron- çon 33 de dimensionnement d'un diamètre inférieur à celui du précédent. Comme représenté sur les figures 3 à 8, le procédé selon l'invention consiste à faire descendre une ébauche 20 dans le conteneur 23 de la matrice (figure 3), puis à abaisser le coulisseau 30 de la presse (figure 4) de manière que l'extrémité inférieure du poinçon 31 porte sur l'extrémité supérieure de ébauche et que le tronçon 32 de dimensionnement pénètre dans ltouverture centrale de cette ébauche. Ensuite, comme représenté sur la figure 5,le coulisseau est descendu vers la table de la presse, de manière à filer partiellement ébauche dans l'orifice 25 délimité par l'épaulement de la matrice, afin d'obtenir un tube ou ftt 12 dont la paroi est d'un diamètre uniforme et d'une épaisseur relativement mince. La descente du coulisseau est interrompue avant que l'ébauche soit totalement refoulée dans l'orifice de l'épaulement, de manière qu'un tronçon 35 de l'ébauche, élargi ou épaulé vers l'extérieur, reste dans le conteneur 23 de la matrice, sans être refoulé. Le vérin est ensuite ramené, c'est-à-dire élevé, et une nouvelle ébauche 20a, identique à l'ébauche initiale 20, est logée dans le conteneur 23 (figure 6), de manière à porter par une extrémité sur l'extrémité supérieure de l'ébauche initiale 20, c'est à-dire sur le tronçon restant 35 de cette dernière. Puis, comme représenté sur la figure 7, le coulisseau est de nouveau abaissé pour refouler vers le bas lté- bauche 20a dans la matrice et donc pour faire passer totalement ltebauche initiale iaI!S l'orifice de cette dernière. Au cours de cette opération, la matière constituant le tronçon restant de 11 ébauche initiale, ctest-à-dire l'épaulement 35, est déplacée à force vers l'intérieur, de manière à former un épaulement intérieur ou tronçon épaissi 13 dont le diamètre intérieur est dimensionné par le tronçon 33 du poinçon.Pendant ce temps, le coulisseau continue de descendre (figure 8) de manière à filer la deuxième ébauche 20a comme la préczdente, et à pousser simultanément la pièce initiale totalement filée hors de la matrice. te coulisseau continue de descendre jusqu'à ce que la deuxième ébauche prenne la forme et la position dans lesquelles la première ébauche est représentée sur la figure 5, puis une nouvelle ébauche est mise en place,comme représenté sur la figure 6, et le cycle est répété. Il apparat donc que chaque ébauche assume la fonction d'une partie de poinçon de manière à pousser l'ébauche précédente, pendant quelle est elle-même refoulée. Il en résulte un fonctionnement rapide de la presse et une protection de cette dernière, de son appareillage et de la matrice contre l'usure normalement rencontrée lorsque les ébauches sont filées séparément les unes à la suite des autres. te procédé, tel que décrit précédemment, se déroule alors que le métal est froid. En fait, il est souhaitable d'échauffer le métal afin de le porter à une température in friture à ses points de transition métallurgique, de manière à faciliter son fluage sous pression et à diminuer la pression demandée au coulisseau. Par conséquent, le terme "filage" ou "formage" à froid signifie que les ébauches sont à la température ambiante ou à des températures relativement faibles, ctest-à-dire inférieures aux points de transition. Bien que dans la forme de réalisation représentée, le tube filé soit de section circulaire présentant des diamètres extérieur et intérieur déterminés, il est évident quril peut prendre toute autre forme en section transversale. De plus, le procédé selon l'invention permet de profiler la surface intérieure ou extérieure du tube, par exemple d'y réaliser des cannelures longitudinales en profilant convenablement la gorge ou orifice 25 de l'épaulement ou la surface des tronçons 32 et 33 de dimensionnement du poinçon. Il va de soi que de nombreuses modifications pieutent être apportées au procédé décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé d'extrusion, dans une presse comportant une embase et un coulisseau mobile par rapport à cette dernière, d'une pièce métallique tubulaire comportant un tronçon extrême épaulé vers l'intérieur, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à positionner une ébauche tubulaire relativement courte dans une matrice montée sur I'embase, alignée sur le coulisseau et présentant une extrémité ouverte d'entrée par laquelle une ébauche peut entre logée dans un conteneur, et une extrémité de sortie dans laquelle un épaulement annulaire dépasse vers l'intérieur, de manière à présenter une section transversale intérieure inférieure à celle du conteneur et à constituer ainsi une gorge de filage, l'extrémité de sortie de la matrice étant ouverte, de manière à permettre le passage de l'ébauche filée, le procédé consistant également à pousser partiellement l'ébauche, à l'aide du coulisseau, dans la gorge formée par l'épaulement, de manière à filer un tronçon de lté- bauche et à réaliser ainsi un ftt tubulaire de paroi relativement mince et sensiblement uniforme, un tronçon extrême de ébauche restant dans le conteneur et constituant donc une paroi épaulée vers l'extérieur, c'est-à-dire épaissie vers l'extérieur et voisine de ltextrémité de l'ébauche, une seconde ébauche, identique à la précédente, étant ensuite introduite dans le conteneur, de manière à porter par une extrémité sur une extrémité de la première ébauche citée, le coulisseau poussant ensuite cette seconde ébauche vers liépaulement de la matrice, de manière à faire passer à force totalement ledit tronçon extrême de la première ébauche citée dans la gorge de filage et à le dégager de la matrice par l'extrémité ouverte de sortie de cette dernière, afin que la paroi épaissie vers l'extérieur soit déplacée simultanément radialement vers l'intérieur, c'est-à-dire que le côté épaissi de cette paroi soit inversé et situé intérieurement par rapport au fat, la première ébauche ainsi filée et achevée se présentant sous la forme d'un tube allongé de section transversale extérieure uniforme et de section transversale interieure étagée, de manière qu'un tronçon extr & e du tube obtenu présente une section transversale inférieure à celle de la partie res tante dudit tube, ce procédé consistant enfin à prolonger la poussée du coulisseau sur la seconde ébauche afin de rzpéter l'opération consistant à pousser ébauche partiellement dans la gorge délimitée par l'épaulement de la matrice, puis à répéter les cycles d'introduction d'une nouvelle ébauche et de poussée du coulisseau, de manière à filer en continu de telles pièces tubulaires. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à dimensionner avec précision la section transversale intérieure de la pièce tubulaire en montant sur le coulisseau un poinçon prédimensionné de manière à pénétrer à l'intérieur de l'ébauche et à passer dans la gorge délimitée par lrépaulement lorsque le coulisseau pousse ébauche dans cette gorge, le poinçon contrdlant et retenant le mouvement du métal vers l'intérieur pendant son passage dans la gorge. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à dimensionner avec précision la faible section transversale intérieure du tube, ctest-à-dire celle de l'extrémité épaissie, par le montage d'un second poinçon, de dimensions inférieures à celles du précédent, sur l'extrémité libre dudit poinçon précédent, et à placer le second poinçon dans la gorge délimitée par l'épaulement pendant que le coulisseau pousse la seconde ébauche, afin de refouler de manière correspondante le tronçon restant de la première ébauche dans la gorge. 4. Procédé de formage d'une pièce métallique tubulaire allongée, du type d'un essieu, dont une première extrémité présente des zones de diamètre extérieur réduit et dont l'autre extrémité comporte un tronçon épaissi vers l'intérieur, cette pièce comportant également un fat central de diamètre et d'épaisseur uniformes, ce procédé étant caractérisé en ce quril consiste à former séparément la pièce en deux éléments séparés, à savoir un premier élément comportant les zones de diamètre extérieur réduit et aboutissant au fat, et un second élément comprenant le fat et le tronçon épaissi vers l'intérieur, ce procédé comprenant également le filage de ce second élément en positionnant une ébauche tubulaire relative ment courte dans une matrice montée sur l'embase dtune presse et sur un coulisseau de laquelle elle est alignée, cette matrice comportant un conteneur destiné à loger une ébauche et pré- sentant une extrémité ouverte d'entrée et une extrémité de sortie dans laquelle un épaulement annulaire, orienté vers l'intérieur, présente une section transversale intérieure d'un diamètre inférieur à celui du conteneur, de manière à filer ébauche dans l'orifice délimité par cet épaulement, le procédé consistant étalement à refouler partieilement l'ébauche, à l'aide du coulisseau, dans l'orifice de l'épaulement de manière à filer le fût de ladite ébauche et à laisser un tronçon de cette der manière dans le conteneur de la matrice, puis à introduire une seconde ébauche identique à la précédente dans le conteneur, de manière qu'elle porte par une extrémité sur une extrémité de la première ébauche citée, puis à refouler la seconde ébauche, à l'aide du coulisseau, dans l'orifice de l'épaulement, de manière à former un ftt avec cette seconde ébauche, tout en faisant passer simultanément à force la première ébauche totalement dans l'orifice de ltépaulement, de manière que le tronçon de cette premiere ébauche, restant précédemment dans le conteneur, soit déplacé vers l'intérieur et constitue le tronçon épaissi vers l'intérieur de l'élément, une nouvelle ébauche étant ensuite introduite dans le conteneur de la matrice,et le cycle précédent d'opérations se répétant, le procédé consistant enfin à souder bout à bout le second élément filé à un premier élément réalisé au préalable de manière à constituer une pièce complète en forme d'essieu. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le soudage bout à bout des éléments consiste à introduire la seconde pièce,par son extrémité opposée à celle épaissie vers l'intérieur, dans l'extrémité de diamètre correspondant de la première pièce, puis à faire tourner ces deux pièces l'une par rapport à l'autre, de manière à les souder.