Brevet FR2427149A1 — publié le 19791228

L'invention concerne le matériel de forgeage et d'estampage et a notamment pour objet un marteau à grande vitesse sans chabotte, destiné en particulier au formage rapide de pièces en métaux et alliages difficiles à déformer. On connait largement des marteaux à grande vitesse comportant un cadre mobile disposé à l'intérieur d'un bâti et s'appuyant sur des amortisseurs. On a proposé précédemment un marteau à grande vitesse comprenant un bâti et un cadre placé sur des amortisseurs et pouvant se déplacer verticalement sur les guidages du bâti. Sur la traverse supérieure du cadre se trouvent une masse frappante et une contre-étampe supérieure, tandis que sur la traverse inférieure du cadre se trouve une étampe inférieure. Dans la traverse supérieure se trouve aussi une chambre de travail mettant en mouvement, sous l'action d'un porteur d'énergie, la tige de la masse frappante et le cadre, et un mécanisme d'accrochage de la tige de la masse frappante, réalisé sous forme d'une ventouse en caoutchouc. Pour la remontée de la masse frappante dans la position initiale, on a prévu des élévateurs hydrauliques. Les inconvénients du marteau connu sont la consommation improductive de porteur d'énergie (ordinairement de l'azote), due à son expulsion de la chambre de travail au cours de la remontée de la tige de la masse frappante dans la position initiale, l'instabilité de l'énergie du choc, la complexité de la construction du marteau, l'augmentation de la durée du cycle de son fonctionnement par suite de la nécessité d'évacuer le porteur d'énergie à l'atmosphère et de doser une nouvelle portion de gaz dans la chambre de travail. En plus, les inconvénients notables du marteau sont la fiabilité insuffisante du mécanisme d'accrochage de la masse frappante, la diminution brusque de la vitesse de déformation lors du réglage de la pression du gaz dans la chambre de travail, la présence des élévateurs de la masse frappante, ce qui réduit l'espace de travail du marteau, les possibilités technologiques médiocres de la machine en cas de fabrication de pièces forgées en métaux et en alliage difficiles à déformer, ainsi que de pièces dont la forme ne permet pas de les éjecter de l'étampe, la basse résistance thermique et mécanique de l'outil à-son contact relativement prolongé avec la masse de l'ébauche chaude. La disposition des élévateurs de la masse frappante dans la traverse inférieure du cadre ne permet pas de remonter la masse frappante avant la fin de l'évanouissement des oscillations du système cadre-masse frappante, après le choc. On connatt un marteau à grande vitesse, fonctionnant selon le principe d'un moteur à combustion interne. Il comprend deux parties principales : un mécanisme d'entrat- nement comportant une chambre de combusdon, des soupapes d'admission et d'échappement, une bougie d'allumage, un injecteur, et une machine opératoire équipée d'un dispositif pour le dégagement brusque de l'énergie des produits de combustion, une masse frappante, des guidages et un bâtit Parmi les inconvénients de ce marteau connu il faut citer la réduction de la vitesse de déformation proportionnellement à la diminution de l'énergie du choc, ainsi queIe réglage approximatif de l'énergie du choc (dans des limites due 10%), qui influe d'une manière nuisible sur la longivité des étampes et de l'ensemble de la machine. L'excès d'énergie au-dessus de la valeur optimale n'assure pas l'obtention de dimensions précises des pièces dans les enceintes fermées des étampes, les variations des dimensions des pièces étant directement proportionnelles à l'excès d' énergie0 En cas de diminution de l'énergie du choc par rapport à la valeur nominale, le marteau perd les propriétés de déformation rapide, car la vitesse de déformation baisse proportionnellement à la réduction de l'énergie. Parmi les inconvénients de ce marteau figurent aussi l'absence d'écrans insonorisants dans la zone de déformation, la nécessité d'employer des systèmes spéciaux de refroidissement du mécanisme d'entraînement du marteau, la nécessité d'utiliser des moyens auxiliaires pour ltaspiration des gaz d'échappement, et enfin, l'impossibilité d'employer le marteau pour ;L'estampage de pièces à partir de tôles et pour le matriçage dans des matrices démontables, àcause de l'absence de dispositifs pour retirer les pièces dtinsertion de la matrice démontable et pour serrer l'ébauche. Le but de la présente invention est d'éliminer les inconvénients indiqués. On s'est proposé pour cela de mettre au point un marteau à grande vitesse, sans chabotte, dans lequel la frappe serait montée sur le cadre de façon à réduire notablement le bruit au cours du choc de l'outil de travail contre l'ébauche. Ce problème est résolu du fait que dans le marteau à grande vitesse, sans chabotte, comportant un bats, un cadre monté sur des amortisseurs dans les guidages du bâti, et une frappe montée sur le cadre et dotée d'une commande pour son déplacement axial en mouvement rectiligne alternatif, exécutée sous forme d'une chambre de travail avec un fluide porteur d'énergie et d'un vérin avec un piston et une tige sous laquelle est situé un espace de matriçage où se trouvent une étampe et un outil de travail fixé au-dessus de l'étampe, sur l'extrémité inférieure de ladite frappe, munie dtun mécanisme pour son accrochage dans la position initiale, suivant l'invention on a prévu dans la tige du piston, du côté de espace de matri- çage, un orifice central de guidage rendu étanche du côté de la chambre de travail et dans lequel est placée ladite frappe, la valeur de la course du piston dépassant la distance entre l'étampe et l'extrémité inférieure de la tige, de sorte que dans la position extrême inférieure du piston, sa tige forme autour de la frappe, conjointement avec la surface de l'étampe, une zone fermée dans laquelle se produit la déformation de l'ébauche de départ, un moyen étant en outre prévu pour remonter la frappe, après le choc, vers son mécanisme -d'accrochage. La construction proposée du marteau à grande vitesse permet de séparer la zone de choc de l'espace de matriçage, ce qui diminue considérablement le bruit lors de l'utilisation du marteau et augmente la sécurité de son fonctionnement. La possibilité d'utiliser une frappe de faible masse permet d'accroître considérablement la vitesse de déformation au cours de la fabrication des pièces, ainsi que de doser d'une manière précise l'énergie cinétique nécessaire pour le formage des pièces Le fait que l'orifice de guidage pour la frappe soit situé dans la tige assure le centrage précis de l'outil de travail par rapport à l'étampe, ce qui- améliore la qualité du matriçage et augmente la longévité de l'outil. Le fait que la valeur de la course du piston dépasse la distance entre l'étampe et l'extrémité inférieure de la tige assure, avant le choc, le serrage de la tige contre l'étampe, ce qui permet d'effectuer l'estampage de pièces à partir de tôles et les opérations de finition des métaux et la production de pièces forgées dans les matrices démontables. Cette construction du marteau permet d'augmenter le degré de déformation des métaux, ainsi que la profondeur d'emboutissage de la pièce travaillée, tout en permettant d'élargir les possibilités technologiques du marteau et d'augmenter la durée de vie des étampes. En conformité avec l'une des variantes de l'invention, le guide de la frappe est constitué par un douille introduite dans l'orifice central de la tige et dont la longueur est supérieure à la course de la frappe. Il est avantageux que le moyen pour la remontée de la frappe soit réalisé sous forme d'une bride-fixée à la face en oout de la tige et s'engageant partiellemeat sous la face en bout de la fine par le maintien de ladite itpeat le cboc et potr la remontée de la frappe dans la position initiale après l'exécution du choc. Cela permet de séparer rapidement, après le choc, l'outil du métal déformé chaud, ce qui augmente la résistance de l'outil et diminue la durée du cycle de travail du marteau. Conformément à une autre variante du marteau conforme à l'invention, celui-ci comporte un moyen empêchant la tige du piston de tourner autour de son axe) exécuté sous forme d'éléments de guidage fixés sur le cadre et de surfaces de guidage de la bride coopérant avec lesdits éléments de guidage. Cette construction contribue à l'amélioration du centrage de l'outil de travail par rapport à l'étampe. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description détaillée, qui va suivre, d'un mode de réalisation non limitatif illustré par le dessin unique annexé sur lequel est représenté le marteau conforme à l'invention (coupe longitudinale). Le marteau à grande vitesse sans chamotte, conforme à l'invention, -comprend un bâti 1 (figure 1) fixé sur une fondation (non représentée sur la figure). Le cadre 4 est installé dans des guidages 2 du bâti 1, sur des amortisseurs 3. Dans la partie supérieure du cadre se trouve une chambre de travail 5 remplie d'un fluide porteur d'énergie, par exemple, d'un gaz inerte. Dans la chambre de travail 5 est placé un vérin 6 relié rigidement au cadre 4. Dans l'enceinte du vérin 6 est monté un piston 7 qui, à l'aide de joints 8, 20, sépare la chambre de travail 5 de l'espace 9 situé au-dessus du piston. A l'aide d'un clapet (non représenté sur la figure), un canal 10 relie l'espace 9 au-dessus du piston à une source extérieure de fluide porteur d'énergie (non représentée sur la figure). Le piston 7 possède une tige Il dans l'orifice central de laquelle est introduite une douille 12. La section transversale de l'orifice intérieur de guidage de la douille 12 est en forme de polygone. Dans la douille 12 est montée une frappe 13 avec possibilité d'effectuer un mouvement rectiligne alternatif. A son extrémité inférieure, la frappe 13 porte un outil de travail 14. En position initiale, la frappe 13 est maintenue par un mécanisme 15 placé dans l'enceinte de la pièce intercalaire 26. La longueur de la douille 12 est supérieure à la course de la frappe 13. Sur l'extrémité frontale de la tige 11, est fixée une bride 16 à surfaces de guidage 16a dont la section transversale est en forme d'un polygone,d'un cercle, d'une ellipse, etc. La bride 16 s'engage partiellement sous l'extrémité de la frappe 13 pour la retenir avant le choc et pour la remonter à la position initiale après l'exécution du choc. Les surfaces de guidage de la bride 16 entrent en contact avec des guidages 17 du cadre 4. La valeur H de la course du piston 7 dépasse la distance H1 entre la bride 16 et l'estampe 18 à matrices démontables 19 placée dans la partie inférieure du cadre 4. La course de la frappe 13 est inférieure à la distance H1. A la partie inférieure du cadre 4 se trouvent un vérin 21 avec un piston 22 et une tige 23, ainsi que des canaux 24 pour l'amenée du fluide moteur (huiles minérales à faible consistance) dans l'enceinte du vérin 21. Le vérin 21 sert à rapprocher et écarter les matrices 19 et à faire sortir la pièce matricée. La tige 23 du piston 22 est rendue étanche par un joint 25. Le marteau fonctionne de la manière suivante. Le liquide envoyé sous pression à travers le canal 10 dans l'espace 9 au-dessus du piston fait descendre le piston 7 conjointement avec la tige Il et avec la bride 16. Lors de la descente du piston 7, la frappe 13 est maintenue dans la position initiale par le mécanisme 15, le fluide porteur d'énergie se trouve comprimé dans la chambre de travail. et sa pression s'accroit. Dans. la position extrême inférieure du piston 7, la tige Il est serrée contre l'estampe 18 (ou contre le flanc de départ, non représenté sur la figure). L'enceinte intérieure de la tige Il forme avec l'étampe 18 une zone fermée dans laquelle se produit la déformation de l'ébauche de départ. Ensuite on envoie la commande au mécanisme 15 pour l'exécution du coup. La frappe 13 se décroche du mécanisme 15 et porte un coup, sous l'effet de l'énergie potentielle du fluide porteur d'énergie situé dans la chambre de travail 5, sur l'ébauche (non représentée sur la figure) disposée dans l'étampe 18. A travers le clapet (non représenté sur la figure), par le canal 10, le liquide est expulsé de l'enceinte 9 au moyen du fluide porteur d'énergie de la chambre de travail 5, et le piston 7 ramène la frappe 13 avec l'outil 14, à l'aide de la bride 16, dans la position initiale. Dans la position initiale, la frappe 13 avec l'outil 14 est maintenue par le mécanisme 15 et par la bride 16. On enlève la pièce finie de dessus I'étampe 18 et le marteau est pr & à exécuter le choc suivant. L'étampe 18 peut être pourvue aussi de matrices en une seule pièce ou de matrices composites. 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. REVENDICATIONS 1. Marteau à grande vitesse sans chabotte, du type comportant un bâti, un cadre monté sur des amortisseurs dans des guidages du bâti, et une frappe montée sur le cadre et dotee d'une commande assurant son déplacement axial en mouvement rectiligne alternatif et exécutée sous forme drune chambre de travail contenant un fluide porteur d'énergie~et d'un vérin avec un piston et une tige sous laquelle est ménagé~un espace de matriçage dans lequel se trouvent une étampe et un outil de travail fixé au-dessus de l'étampe, à l'extrémité inférieure de ladite frappe, celle-ci étant pourvue d'un mécanisme pour son accrochage en position initiale, caractérisé en ce que, dans la tige du piston , du c8té de l'espace d'estampage, est prévu un orifice central de guidage rendu étanche du côté de la chambre de travail et dans lequel se trouve la frappe, la valeur de la course dudit piston étant supérieure à la distance entre l'étampe et l'extrémité inférieure de la tige de sorte que, dans la position extrême inférieure du piston, sa tige forme autour de la frappe, conjointement avec la surface de l'étampe, une zone fermée dans laquelle s'effectue la déformation de l'ébauche de départ, un moyen étant en outre prévu pour la remontée de la frappe, après le choc jus qu1wdit mécanisme d'accrochage. 2. Marteau à grande vitesse, sans chabotte, conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le guide de la frappe est constitué par une douille disposée dans-l'orifice central de la tige et dont la longueur est supérieure à la valeur de la course de la frappe. 3. Marteau à grande vitesse, sans chabotte, conforme à l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le moyen pour la remontée de la frappe est réalisé sous forme d'une bride fixée à l'extrémité de la tige et s'engageant partiellement sous la surface frontale de la frappe pour retenir ladite frappe avant le choc et pour remonter ladite frappera sa position initiale après l'exécution du choc. 4. Marteau à grande vitesse sans chabotte, conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens empêchant la tige de tourner autour de son axe et exécutés sous forme d'éléments de guidage fixés sur le cadre, et de surfaces de guidage de la bride, coopérant avec lesdits éléments de guidage.