Brevet FR2363386A1 — publié le 19780331

L'invention est relative à un procédé et un dispositif pour fabriquer par boudinage à chaud des pièces creuses à paroi épaisse en aluminium ou alliages d'aluminium. les méthodes actuellement connues pour fabriquer des pièces creuses à paroi épaisse consistent à préparer, par forgeage ou étirage d'une plaque, une ébauche en forme de coupelle, qui est amenée à la cote voulue par une opération classique d'amincissement de sa paroi, suivie dlun recuit et d'un décapage. Le nombre des passes d'étirage peut titre de quatre à six selon les dimensions de la pièce0 Une fois terminées les opérations d'étirage, le fond est usiné par enlèvement de copeaux, avec ou sans pressage. la fabrication de pièces creuses à paroi épaisse par le procédé conventionnel demande un excédent de matière considérable et entraîne une dépense de main d'oeuvre importante. La perte de matière pour les deux ébauches exécutées par le procédé décrit est de l'ordre de 35 à 45fez en raison, d'une part, de ce que la coupelle préparée par forgeage présente une plage de tolérance étendue et, d'autre part, de ce que la chute résultant du découpage des plaques est très importante. Un autre inconvénient réside dans l'obligation de surdimensionner l'ébauche, pour l'empêcher de se rompre ou de se déformer de façon indésirable. L'invention s'est fixé pour but de mettre au point, pour la fabrication de pieces creuses à paroi épaisse, en particulier de bouteilles à haute pression en aluminium ou alliages d'aluminium, un procédé,qui rend superflues les ébauches précitées forgées ou étirées. Un autre but est de réaliser le procédé par une opération de boudinage à chaud, ainsi que de fournir un dispositif approprié pour sa mise en oeuvre. Conformément à l'invention, ces buts sont atteints par le fait que les pièces creuses à paroi épaisse sont fabriquées par boudinage à chaud. le procédé est caractérisé en ce que l'ébauche pleine est chauffée à une température comprise entre 350 et 500OC, de préférence à 450 C, est introduite après son réchauffage dans l'outil de la presse à boudiner à chaud et soumise à une opération de boudinage à chaud.L'ébauche introduite dans l'outil est travaillée par un mandrin qui - contrairement aux mandrins couramment utilisés pour le boudinage à la presse-, en coupe le long de 11 axe longitudinal de sa partie venant la première en contact avec l'ébauche, présente la forme d'une courbe en anse de panier se raccordant à un canezou d'une ellipse.Les points extrêmes de cette'- p'artie sont reliés à une partie conique du mandrin à laquelle fait suite une partie cylindrique, puis une partie de conicité opposée, la surface du mandrin qui possède la section la plus grande étant constituée par une arête cylindrique0 Le dispositif destine à la mise en oeuvre de ce pro cédé fait également l'objet de l'invention.Ce dispositif comportant une cage d'outil munie de colonnes de guidage avec les limiteurs de course correspondants, ainsi qu'un système d'alimentation forcée formé d'un alimentateur fixé à la plaque d'assise et d'une tige de distribution fixée également à la plaque d'assise, disposée dans une glissière traversant la partie inférieure et fixée à la partie supérieure est caractérisé en ce que le diamètre des colonnes de guidage est inférieur dtau moins 0,2 mm au diamètre intérieur des manchons de guidage correspondants, et en ce que le dispositif est muni de plus d'une douille conique dont la coupe le long de l'axe longitudinal présente la forme d'une ellipse ou d'une courbe en anse de panier raccordée à une section conique, l'une des génératrices définissant la coupe longitudinale étant suivie d'une arête cylindrique qui se raccorde à une surface inclinée par rapport à l'axe de symétrie du mandrin avec un demi-angle au sommet de 3 à 80, de préférence de 50, la surface conique se prolongeant en une surface cylindrique qui se raccorde à son tour à une surface conique de conicité opposée avec un demi-angle au sommet de 3 à 80, de préférence de 50, laquelle se prolonge en une surface cylindrique, dont le diamètre est inférieur d'au moins 0,5 mm à celui de l'ar8te cylindrique0 L'essentiel de la solution conforme à l'invention réside en ce que, pendant la déformation par boudinage à chaud on apporte d'abord de la chaleur à la pièce, et en ce que, sous l'action de la chaleur se dégageant au cours de la déformation, la température de la pièce dans l'enceinte de boudinage continue de s'élever, de sorte que la résistance à la déformation (Xf) peut être abaissée notablement0 Selon les dimensions de la pièce et la valeur de la déformation, l'élévation de température peut aller de 20 à 60OC0 Pour déterminer les diverses phases de l'opéra- tion de boudinage à chaud, on part du principe que, pour des pièces à paroi épaisse en alliages d' aluminivin, la hauteur pouvant étre atteinte par boudinage en fonction de la température se monte à H = 6d. Cette relation empirique montre que des pièces creuses de formes et de dimensions différentes peuvent autre soumi,- ses à une opération de boudinage à chaud lorsque la cote d'orrgtne et la température nécessaire à 11 opération sont choisies. selon les besoins et en fonction de la force de déformation développée par la machine considérée. Pour calculer la force de déformation, on peut utiliser la formule approchée suivante: Kf P = Â ----- (3,0 à 3,5) lp, dans laquelle: À désigne la section du mandrin en cm2, Xf la résistance à la déformation 6 P correspondant à la température re donnée, le le rendement de déformation, qui dépend du logarithme de la va- riation de chaleur et est compris entre 0,45 et 0,65. Au cours de la déformation a lieu sinrultanément la recristallisation de la texture du grain, étant donné que, pour une déformation correspondant à la valeur du processus de boudinage le seuil de recristallisation se produit à 270OC environ, de sorte que la matière première est travaillée àune température eorreEpon- dant à l'état. solide;- le taux d'une déformation ultérieure à froid peut autre de 40 à 50 environ. lors de l'élaboration de pièces creuses par bou- dinage à froid à la presse, le rapport H/d pour les ébauches se monte généralement à 0,5 à 0,7 environ, tandis que, par une opération de boudinage à chaud, ce rapport atteint une valeur de l'or- dre de 0,4 à 1,7, qui conduit à un rapport H/d élevé pour des pièces creuses à paroi épaisse fabriquées suivant ce procédé. Un exemple de dispositif se prêtant à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est décrit ci-après en réfé- rence aux dessins annexés, dans lesquels: - la Pig. 1 représente en coupe l'outil pour la mise en oeuvre du procédé de boudinage à chaud de l'invention; - la Fig. 2 montre l'ébauche destinée à être soumise à l'opération de boudinage à chaud; -la Fig. 3 représente un produit final avantageux fabriqué par boudinage à chaud; - la Fig. 4 montre un agencement judicieux du mandrin; - les Figo 5, 6 et 7 représentent diverses formes de mandrin et d'outils; - les Fig. 5a, 6a et 7a montrent les produits finis correspondant aux différentes formes d'outils des Fig. 5, 6 et 7. la Fig. 2 représente 11 ébauche monobloc 30, exé- cuvée par tronçonnage continu d'une barre moulée; dans ce cas, la peau est éliminée par enlèvement de copeaux. L'ébauche est fabriquée, de préférence, à partir d'une barre comprimée de dimensions correspondante le dispositif selon l'invention. comprend une douille 1 agencée de manière à fixer les dimensions de la forme extérieure de la pièce creuse à paroi épaisse. L'enveloppe de l'en- ceinte de boudinage présente une conicité de 10 à 400 suivant la grosseur de la pièce. Partant du fond, une surface de 60 environ de conicité se raccorde à l'enveloppe de l'enceinte de boudinage. Cette surface facilite l'introduction dans la filière lors de la préparation et empoche le fond de se deformer pendant l'opération d'étirage. le dispositif contient de plus un alimentateur interchangeable 5 qui est raccordé à une double surface conique de la douille l, de sorte qu'il peut etre remplacé en vue de la fabrication de fonds de différentes formes. Contrairement à un mandrin conventionnel, le mandrin 2 présente en coupe longitudinale, sur sa partie venant la première en contact avec la pièce, la forme d'une ellipse 13 ou d'une courbe en anse de panier 14, comme représenté dans la Fig. 4 à gåuche et à droite de la ligne médiane. La surface de pression en forme d'ellipse 13, ou de courbe en anse de panier 14 se raccordant à un cône 20, est suivie d'une arête cylindrique 15, 21 se raccordant à une surface de transition 16, 22 dont le demi-angle au sommet est de 3 à 80 et qui est suivie à son tour d'une surface cylindrique 17, 23, dont le diamètre est inférieur de 3 mm à celui de l'arête cylindrique. La hauteur de la surface cylindrique 17, 23 est de l'ordre de 10 à 15 mm.A cette surface cylindrique fait sui te une surface conique 18, 24 avec un demi-angle au sommet de 50, qui est raccordée à une surface cylindrique 19, dont le diamètre est inférieure de 0,5 à 1,0 mm à celui de l'arête cylindrique, ou au tronçon de mandrin 3 de même diamètre0 L'écart de diamètre par rapport à l'arête cylindrique dépend des dimensions de la pièce. Pour faciliter son montage dans la t8te, le mandrin 2 est avantageusement en deux parties. Pendant l'opération, l'air est évacué et amené par un clapet battant 4 disposé à la partie inférieure du mandrin 2. Gracie à la conformation sus-décrite du mandrin 2, on peut fabriquer des bouteilles à haute pression avec un fond de rayon relativement grand ou de forme elliptique et empêcher la matière fortement plastique de couler pendant l'opération de boudinage à la presse. La surface de conicité de 3 à 80 faisant suite à l'arête cylindrique 15 évite une détérioration de la surface interne au démoulage, étant donné que la transition entre l'arête et la surface conique exerce alors une action à caractère de dressage sur le matériau contracté sur le mandrin0 Les colonnes 11 ont pour mission de guider et de centrer l'coutil pour assurer l'uniformité de l'épaisseur de paroi, Dans ce but, les colonnes de guidage 11 sont placées dans des manchons correspondants 12 avant que le matériau ne commence de fluer, ce qui permet d'effectuer en un temps raisonnable la détermination et le maintien de la position des deux outils l'un par rapport à l'autre.Compte-tenu de la température élevée, le diamètre des colonnes de guidage Il est inférieur de 0,2 à 0,4 mm au diamètre in térieur des manchons 12. Pour des presses hydrauliques, des limiteurs de course 10 butant sur la table de la machine assurent l'épaisseur de paroi nécessaire; ces limiteurs de course, connus en soi, sont avantageusement en deux parties, de sorte qu'en remplaçant une pièce intercalaire de chacun d' êux on peut fabriquer des fonds d'épaisseur ou de dimensions différente s0 L'alimentateur 5, la plaque d'assise 6, la glissière 7, la tige de distribution 8 et le manchon 9 forment un système d'alimentation forcée.La pièce soumise à l'opération de boudinage à la presse adhère au mandrin 2, dont elle est extraite par un plateau de démoulage connu en soi. Sn cas de lubrification insuffisante, ou si le matériau n'a pas la température voulue, il peut arriver que la pièce adhère à la paroi de l'enceinte; l'alimentateur disposé à la partie inférieure de l'outil et la plaque d'alimentation sont alors réunis par l'intermédiaire de la tige de distribution 8 au poinçon connu en soi, existant sur la plateau de pression à la partie supérieure de la machine, de sorte qu'une jonction forcée s'établit entre la machine et le système d'alimen station0 Par un mouvement de la machine vers le haut, la pièce coincée peut être expulsée de l'outil en raison de cette jonction for crée, En utilisant des alimentateurs 5 de conformation différente, on peut faquer diverses pièces creuses 26, 27, 28. Au cas où l'ébauche présente une dimension pour laquelle on ne dispose pas d'une barre correspondante comprimée ou coulée en continu, on exécute par refoulement un bloc précompriméO L'ébauche est chauffée, de préférence à 4500C, et introduite dans l'enceinte de boudinage à la presse. L'outil et la pièce sont lubrifiés au moyen dtune solution aqueuse de graphite colloidal, ininflammable et sans fumée; par contre, le graissage par une solution huileuse de graphite colloidal donne lieu à un fort dégagement de fumée et à une faible formation de flammeso La pièce préparée dans la douille l et introduite dans l'enceinte de boudinage est ensuite mise en forme par le mandrin sus-décrit. La pièce 29 obtenue par déformation est amenée à l'épaisseur de paroi et aux dimensions voulues par une opération de finissage conventionnelle ou par étirage. RE3N1)IOÀTI 0N 1 - Procédé pour fabriquer par boudinage à chaud des pièces creuses à paroi épaisse en aluminium ou alliages d'aluminium, caractérisé en ce que 1' ébauche pleine est chauffée à une température comprise entre 350 et 500 C, de préférence à 4500C, est introduite dans l'outil de la presse à boudiner à chaud, est soumise à une opération de boudinage à chaud et est travaillée par un mandrin dont la partie venant la première en contact avec llébau- che présente, en coupe le long de l'axe longitudinal, la forme d'une ellipse ou d'une courbe en anse de panier se raccordant à un cône, et dont les points extrêmes sont reliés à une partie conique du mandrin à laquelle fait suite une partie cylindrique, puis une partie de conicité opposée, la surface du mandrin qui possède la section la plus grande étant constituée par une arete cylindrique. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que le finissage de la pièce est effectué après que ltebau- che a été soumise à une opération de boudinage à chaud à la presse. 3 -flispositif pour la mise et oeuvre d'un procédé selon la revendication 1, comportant une cage d'outil munie de colonnes de guidage avec les limiteurs de course correspondante, ainsi qu'un système d'alimentation forcée formé d'un alimentateur fixé à la plaque d'assise et d'une tige de distribution fixée egale- ment à la plaque d'assise, disposée dans une glissière traversant la partie inférieure et fixée à la partie supérieure, ce dispositif étant caractérisé en ce que le diamètre des colonnes de guidage (11) est inférieur d'au moins 0,2 mm au diamètre intérieur des manchons de guidage correspondants (12), et en ce que le dispositif est muni de plus d'une douille conique (1) dont la coupe le long de l'axe longitudinal présente la forme d'une ellipse (13) ou d'une courbe en anse de panier (14) raccordée à une section conique, l'une des génératrices définissant la coupe longitudinale étant suivie d'une azote cylindrique (15, 21) qui se raccorde à une surface inclinée par rapport à l'axe de symétrie du mandrin (2) avec un demi-angle au sommet de 3 à 80, de préférence de 50, la surface conique se prolongeant en une surface cylindrique (17, 23) qui se raccorde à son tour à une surface conique (18, 24) de conicité opposée avec un demi-angle au sommet de 3 à 80, de préférence de 50, laquelle se prolonge en une surface cylindrique (19), dont le dia mètre est inférieur d'au moins 0,5 mm à celui de l'arête cylindrique (j5, 21)o 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par un clapet battant (4) connu en soi placé à la partie inférieure du mandrin (2).