Brevet FR2403133A1 — publié le 19790413

La présente invention concerne l'usinage des métaux par pression et a notamment pour objet un dispositif utilisé pour la fabrication de bandes métalliques. Il est plus efficace d'utiliser la présente invention pour la fabrication de bandes étroites de sections s'exprimant en microns à partir de: n'importe quels métaux et alliages. Dans la construction moderne des appareils ainsi que dans la construction des appareils électroniques, on utilise largement des bandes étroites de sections en microns pour la fabrication de différents éléments importants de divers appareils, par exemple de ressorts de moment pour tettes de mesure, de haubans des appareils électroniques de mesure, de structures de commande des tubes à onde progressive, d1éléments conducteurs de courant pour gyroscopes et aéronefs et d'autres pièces de différents appareils.En même temps, la tendance à la microminiaturisation qui se manifeste à l'heure actuelle dans la construction des appareils nécessite l'emploi pour les différents éléments d'appareils, de bandes de plus en plus fines, étroites, fabriquées à partir de métaux et d' alliages durs, caractérisés par une haute résistance et dont l'usinage est difficile. Les dispositifs connus utilisés pour la fabrication de bandes métalliques ne satisfont pas aux conditions imposées et ne permettent pas, dans de nombreux cas, de fabriquer des bandes étroites de section en microns, de bonne qualité. A l'heure actuelle, pour la production de bandes étroites, on utilise des laminoirs à deux cylindres. On utilise plus rarement des laminoirs à cylindres sans entrainement ou des laminoirs à cylindres en forme de billes. En cas de laminage de fils fins en métaux et alliages difficiles à déformer, des pressions unitaires notables sont engendrées par les efforts agissant sur une petite surface du foyer de déformation, ce qui conduit à une usure rapide et à l'endommagement des cylindres et à une basse qualité de la surface des bandes produites ainsi qu'à une différence élevée entre les épaisseurs. En cas de laminage de fils en métaux difficiles à déformer tels que : molybdène, rhénium, tungstène et leurs alliages, ces inconvénients ne sont pas éliminés, même si l'on emploie des cylindres en alliages durs.On n'arrive pratiquement pas à produire des bandes étroites de bonne qualité avec des tolérances d'épaisseur sévères. Dans le but d'augmenter la plasticité des métaux difficiles à déformer, on a recours au laminage d'un fil préchauffé à une température de 300 à 4000C, c'est-à-dire qu'on réalise le laminage à chaud. Cependant, cette technique conduit, d'une part, à l'oxydation de la surface de la bande, et d'autre part, l'épaisseur diffère sensiblement à la suite de l'instabilité de la variation des dimensions géométriques des éléments sous l'action de la chaleur (cylindres, paliers, bati) du laminoir qui influencent la précision de l'épaisseur de la bande fabriquée.En vue de supprimer les variations des dimensions géométriques de ces éléments du laminoir sous l'action de la chaleur, on a recours aussi à la thermostatisation des laminoirs ou des cylindres, ce qui complique considérablement leur organisation. La précision et la qualité du laminage réalisé sur des laminoirs multicylindres dépendant beaucoup de la précision de l'usinage de toutes ses pièces et organes et surtout du système de cylindres. Aux efforts de pression importants du fil, l'usinage imprécis des organes du laminoir multicylindre et l'erreur totale d'usinage conduisent à la mise au rebut des bandes. Les laminoirs à cylindres sans entrainement ne sont pratiquement pas utilisés pour la production de bandes étroites de section en microns. La section de la bande produite à l'aide des laminoirs à cylindres de travail réalisés en forme de billes est biconcave. Le graissage obligatoire par l'huile des cylindres et du fil au laminage du fil nécessite une opération supplémentaire difficile de dégraissage de la surface de la bande finie, qui peut provoquer-en plus l'endommagement de la bande. Les inconvénients mentionnés sont éliminés partiellement en utilisant pour la production de bandes étroites d'une installation à ultrasons (voir le certificat d'auteur Soviétique NO 313593, cl.B.21.21./00). Le fil passe entre deux filières, dont l'une fait office d'enclume et est fixée sur un socle, tandis que l'autre fait fonction de frappe et est installée sur la face d'un concentrateur d'oscillations ultrasonores,relié rigidement à un convertisseur à magnétostriction. Ainsi, on imprime à la frappe des oscillations de fréquence ultrasonore. Le fil façonné entre les filières est enroulé d'une bobine sur l'autre. C'est sous l'action de la fréquence ultrasonore de la face de la frappe que se produit la transformation du fil en bande. Ce procédé aux ultrasons assure 11 obtention de bandes avec un haut rendement. Cependant, la précision des dimensions géométriques de la bande fabriquée dans ce dispositif dépend de la stabilité de l'écartement entre les filières (frappe et enclume) pendant la déformation du tronçon de fil. Sous l'action de la charge dynamique par impulsions, cet écartement peut varier avec le temps à la suite de la déformation élastique des pièces soumises aux efforts de travail, et de la dilatation thermique inévitable, résultant du passage des ondes ultrasonores, du système entre lesdits organes de fixation du concentrateur d'ultrasons et du socle sur lequel sont fixées les filières.Du fait que la distance entre les organes de fixation du concentrateur est considérable (plus de cent millimètres), même une faible variation de la température desdites pièces du dispositif conduit à une variation de l'écartement entre les filières d'une valeur dépassant la plage de tolérance d'épaisseur de la bande fabriquée et peut constituer plusieurs microns. Le refroidissement desdites pièces du dispositif ne supprime pas totalement cet inconvénient. En outre, le dispositif en question nécessite un système de réglage précis de l'écartement entre les filières. La présente invention vise à supprimer les inconvénients mentionnés. On s'est proposé pour cela de mettre au point un dispositif à fabriquer des bandes métalliques à section s'exprimant en microns, dans lequel les filières seraient disposées de manière que, pendant le processus de fabrication de la bande, soit assuré un écartement stable entre elles. Ce problème est résolu du fait que le dispositif à fabriquer les bandes métalliques, comportant une filière, une source d'oscillations ultrasonores équipée d'un concentrateur d'oscillations ultrasonores adjacent à la filière des bobines de dévidage et d'envidage pour le fil et la bande respectivement, un mécanisme de tension du fil et un système de refroidissement de la filière, suivant l'invention la filière possède une fente en U pour la passage du fil, la zone médiane de ladite fente étant parallèle à la face en bout dudit concentrateur, tandis que celle des parois de ladite zone qui est la plus proche du concentrateur est disposée dans la zone d'antinoeud d'onde ultrasonore stationnaire et sa surface ne dépasse pas la surface de ladite face en bout du concentrateur, la longueur de chacune des zones extrêmes de la fente qui sont orientées vers le concentrateur étant supérieure à la distance entre lesdites zones extrêmes. L'application du dispositif proposé permet de remplacer totalement les laminoirs de n'importe quelle conception utilisés pour la production de bandes étroites de section en microns à partir de fils de 0,4 mm de diamètre et moins, en tous les métaux et alliages utilisés dans la construction des appareils. L'action de la charge acoustique et de celle du choc sur le fil à déformer conduit en plus à une élévation de sa plasticité et, par conséquent, à une baisse de l'effort de déformation. Cela contribue également à la diminution du frottement de contact dans la zone de déformation du fil et de la possibilité de déformation avec une grande réduction de section par passe. Le rendement du processus de fabrication de bandes sur le dispositif proposé dépasse de plusieurs fois celui des laminoirs. L'utilisation d'eau dans le système de refroidissement en tant qu'agent frigorifique supprime l'encrassement de la bande et, par conséquent, l'opération de décrassage de la bande. En outre, l'utilisation en tant qu'agent frigorifique, de liquides- dissolvant les substances d'encrassement, ou l'addition à l'agent frigorifique (eau) des agents tensio-actifs, favorise un nettoyage supplémentaire de la bande au cours de sa fabrication, ce qu'il est impossible de faire dans les procédés connus de fabrication de bandes. L'action impulsionnelle dynamique à une fréquence ultrasonore des parois de la partie médiane de la fente sur le fil à déformer et la réduction du frottement de contact dans la zone de déformation conduisent à l'aplanissement des micro-rugosités sur la surface du fil et permettent de produire des bandes caractérisées par une haute qualité de surface. Du fait que dans le dispositif en question l'épais- seur de la bande dépend de la dimension de la zone médiane, de la fente, dont les variations thermiques sont insignifiantes, à cause des faibles dimensions géométriques de la filière, la stabilitédel'épaisseur de la bande n'est plus influencée. Ainsi, le présent dispositif permet d'obtenir une bande métallique avec une précision en épaisseur s'exprimant en dixièmes de micron. Dans le dispositif conforme à l'invention, la largeur de la zone médiane de la fente dépasse la largeur de la bande produite d'une valeur égale à l'amplitude des os cil- lations de celle des parois de la zone médiane de la fente qui est la plus proche du concentrateur. Cette conception du dispositif proposé simplifie notablement la technologie de la fabrication des bandes et supprime pratiquement le réglage du dispositif pour une dimension donnée de la bande. Pour produire des bandes de différentes épaisseurs, il suffit de prévoir un lot de filières à dimensions prescrites des fentes. Pour chaque dimension concrète de l'épaisseur de la bande, on remplace la filière. Dans le dispositif conforme à l'invention.la filière est constituée par deux parties assemblées rigidement entre elles. La filière à fente est une pièce unique constituée de deux parties faisant office de frappe et d'enclume et auxquelles sont imprimées simultanément des oscillations ultrasonores à partir d'une seule source. L'application du dispositif proposé simplifie notablement la conception de l'installation toute entière, car elle élimine la nécessité d'utiliser un mécanisme de réglage de l'écartement entre les filières. D'autres objectifs'et avantages de la présente invention ressortiront plus clairement de la description, qui va suivre, d'un mode de réalisation non limitatif illustré par les dessins a-nnexés dans lesquels - la figure 1 représente le schéma de principe du dispositif proposé - la figure 2 est une vue d'ensemble de la filière - la figure 3 est une vue de coté de la filière - la figure 4 est une vue en coupe de la filière en travers de la fente et suivant la direction du mouvement du fil - la figure 5 une vue schématique de la source de vibrations ultrasonores avec le concentrateur et la filière, ainsi qu'un graphique de l'amplitude de l'onde ultrasonore. Le dispositif proposé comporte une filière I (figure 1), assemblé au concentrateur 2 de vibrations ultrasonores, qui et à son tour fxé rune brasure dire à une source de vibrations ultrasonores constitué par un convertisseur à magnétostriction 3 d'une puissance de 400 W. Le convertisseur à magnétostriction 3 est monté dans un capot 4 auquel est fixé le concentrateur 2 avec la filière 1 par l'intermédiaire d'une bride 5. La filière 1, le concentrateur 2 et le convertisseur 3 forment un système à ultrasons à fréquence de résonance de 22 kHz. Le capot 4 est fixé à l'aide d'un étrier 6 et des vis 7 au b ti du dispositif (non représenté). Le système de refroidissement du concentrateur 2 auquel est assemblée la filière I est exécuté sous forme d'un tube gaufré 8 en matière plastique élastique. Sur une extrêmité dudit tube est montée une chambre 9. L'autre extrêmité de ce tube est fixée au capot 4. ive concentrateur 2 est logé dans le tube 8 qui est rempli de liquide de refroidissement 10 versé à travers la chambre 9. Dans les parois de la chambre 9 on a pratiqué les fentes Il destinées au passage du fil 12 et de la bande finie 13. Le fil 12 est enroulé sur une bobine de déroulement 14 montée sur l'axe 15 d'un mécanisme de freinage à bande (non représenté). La bande 13 est fixée sur une bobine d'enroulement 16 montée sur l'arbre 17 d'un moteur électrique à courant continu (non représenté). La filière 1 (figures 2, 3, 4) est constituée par deux parties : une fourchette à trois dents 18 et un coussinet 19 logé dans les rainures des branches latérales 19' de la fourchette 18 et fixé à celle-ci par des vis 20. Dans la filière 7, est prévue une fente 21 en U pour le passage du fil 12. La partie médiane 22 de la fente 21- est parallèle à la face en bout 23 du concentrateur 2, dont la longueur est égale à la moitié de la longueur de l'onde ultrasonore. La longueur de chacune des parties extrêmes 24 de la fente 21 est supérieure à la distance entre ces parties 24. Les cotes d'encombrement de la filière sont calculées de manière qu'après son montage sur le concentrateur 2, le système filière 1 - concentrateur 2 - convertisseur 3 constitue un système acoustique de résonance et que pendant la propagation des ondes ultrasonores stationnaires dans ce système la paroi 25 de la zone médiane 22 de la fente 21, c'est-à-dire sa paroi la plus proche du concentrateur 2, soit disposée dans la zone d'antinoeud d'ondes ultrasonores stationnaires, autrement dit, que cette paroi possède l'amplitude d'oscillation maximale A (figure 5). La surface de la paroi 25 de la fente 21 n'est pas supérieure à la surface de la face en bout 23 du concentrateur 2. Les cotes d'encombrement de la filière 1 sont de plusieurs fois inférieures à la longueur de l'onde ultrasonore. Dans les. zones d'entrée et de sortie du fil (bande), la filière I comporte des biseaux 26 sous un angle ol de 4 à 20 . Le dispositif fonctionne de la manière suivante. La bobine 14 (figure 1) sur laquelle est enroulé le fil 12 est engagée sur l'axe 15 du mécanisme de freinage à bande de friction. La chambre 9 est descendue de manière que la filière 1 se trouve à l'extérieur de ladite chambre et la surmonte. Ceci fait, on engage le fil 12 à travers l'une des parties 24 de la fente 21 (figure 2) et on le fixe sur la bobine d'enroulement 16 (figure 1) montée sur l'arbre 17 du moteur électrique à courant continu (non représ té). On ramène la chambre 9 à sa position supérieure de manière que la filière 1 se retrouve dans-celle-ci. Le fil 12 s'engage alors dans les fentes Il de la chambre 9. On remplit la chambre 9 et le tube 8 de liquide de refroidissement 10, par exemple d'eau, puis on enclenche le générateur d'ultrasons (non représenté), on établit la tension optimale du fil 12 en se servant du mécanisme de freinage à bande de friction (non représenté) et on enclenche le moteur électrique sur l'arbre 17 duquel est montée la bobine 16. Sous l'action de l'effort de tension, le fil 12 tend à se redresser et passe de la partie extrême 24 à la partie médiane 22 de la fente 21. A partir de ce moment, sur la bobine 16 commence à s'enrouler la bande 13. On établit la vitesse optimale de mouvement du fil 12 à l'aide du moteur électrique. On choisit des vitesses proches de la limité inférieure pour les bandes très fines en métaux à faible résistance, et des vitesses proches de la limite supérieure pour les bandes plus épaisses en métaux à haute résistance. Cette vitesse peut varier de 1 à 200 m/mn selon l'épaisseur de la bande 13 à fabriquer. La conception proposée de la filière 1 assure la propagation de l'onde ultrasonore suivant la branche médiane, disposée tengentiellement au concentrateur 2, de la fourchette 18 de la filière 1 et à la paroi 25 de la partie 22, ce qui assure une amplitude maximale des oscillations de la paroi 25 de la filière. Les ondes ultrasonores transversales qui se propagent simultanément dans l'autre partie de la filière 1, notamment dans le coussinet 19, n'altèrent pas le fonctionnement du dispositif, mais au contraire, influent favorablement sur le processus d'aplatissage du fil 12 en bande 13.Les microoscillations tangentielles de la paroi 25',éloignée du concentrateur 2, de la partie médiane 22 de la fente 21 contribuent à la diminution du frottement de contact entre le fil à traiter 12 et les parois 25, 25' de la fente 21 de la filière 1, ce qui se traduit par une influence favorable et l'obtention d'une haute qualite de la surface de la bande 13. C'est la charge de choc des parois 25, 251 de la fente 21 sur le fil (à la suite de la diminution de l'ouverture de la fente 21, à chaque cycle d'oscillations, d'une valeur égale à l'amplitude des oscillations de la paroi 25 de la fente) qui assure la déformation du fil 12 en bande 13. Le fil 12 est déformé sur les biseaux 26 de la bande 21, tandis que dans la fente 21 n'a lieu qu'une prédéformation, un calibrage et un aplanissement des surfaces de la bande 13. Une partie de l'énergie ultrasonore est dépensée pour le chauffage de la filière 1 à la suite de la dispersion, de la réfraction, et de la diffraction des ondes ultrasonores dans la filière 1. Dans le but de prévenir l'échauffement de la filière 1 et du fil 12 jusqu'à des températures élevées qui peuvent provoquer l'oxydation de la surface de la bande 13 ou la détérioration de la filière 1, on les refroidit par un liquide en circulation, par exemple par de l'eau, une émulsion d'huile, etc. Le faible échauffement du fil 12 qui, dans ce cas, a lieu dans la zone de déformation contribue à l'élévation de la plasticité du matériau du fil 12 et facilite le processus d'aplatissage.Toutefois, cela ne conduit pas à l'oxydation de la bande 13, car le temps pendant lequel la partie du fil 12 se trouve dans la zone de déformation sous l'action des charges de choc acoustique et mécanique engendrées par les ondes ultrasonores élastiques est trop court et égal à 1.10-3 à 1 10 4 s approximativement. Quant à la précision de l'épaisseur de la bande 13, elle dépend de l'amplitude des oscillations et de la dimension de la fente 21. La variation des dimensions géométriques de la filière 1 à la suite de l'échauffement précité est insignifiant et n'influe pratiquement pas sur la qualité de la bande 13 produite. C'est pourquoi l'application du dispositif en question permet d'obtenir des bandes de haute précision, à sections évaluées en microns, à partir de n'importe quels métaux et alliages. La productivité du travail sur ce dispositif est de 5 à 10 fois supérieure à celle des laminoirs aplatisseurs utilisés dans l'industrie. Le dispositif proposé est caractérisé par une conception simple. La production de bandes de différentes épaisseurs ne nécessite que la fabrication d'un jeu de filières, dont chacune est utilisée pour l'obtention d'une bande d'épaisseur déterminée. Pour produire une bande d'une autre épaisseur il suffit de remplacer la filière. 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 z N D T C A T I O N S '1. Dispositif pour la fabrication de bandes métalliques à partir d'un fil, du type comportant une filière, une source d'oscillations- ultrasonores équipée d'un concentrateur d'oscillations ultrasonores adjacent à la filière, une bobine de dévidage du fil et une bobine d'envidage de la bande, un mécanisme de tension du fil et un système de refroidissement de la filière, caractérisé en ce que la filière possède, pour le passage du fil, une fente en forme d 'U dont la partie médiane est parallèle à la face en bout du concentrateur, celle des parois de ladite partie médiane qui est la plus proche du concentrateur étant disposée dans la zone de l'antinoeud d'onde ultrasonore stationnaire et sa surface n'étant pas supérieure à la surface de ladite face en bout du concentrateur, la longueur de chacune des parties extrêmes de ladite fente, orientées vers le concentrateur, étant supérieure à la distance entre lesdites parties extrêmes. 2. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur de la partie médiane de la fente dépasse l'épaisseur de la bande à obtenir d'une valeur égale à l'amplitude des oscillations de celle des parois de la partie médiane de la fente qui est la plus proche du concentrateur. 3. Dispositif conforme à l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la filière est constituée par deux parties assemblées rigidement entre elles.