Brevet FR2445742A1 — publié le 19800801

L'invention concerne la production d'organes filetés de fixation autotaraudeurs, et plus particulièrement la production d'organes de fixation de ce type en acier inoxydable. Un type d'acier inoxydable, à savoir le type "300", constitue, depuis de nombreuses années, la matière principale utilisée pour la production de dispositifs présentant une grande résistance à la corrosion, par exemple d'organes filetés de fixation. Cependant, une telle matière, généralement désignée "acier inoxydable 18/8" en raison de ses pourcentages en composants à base de chrome et de nickel, est de structure austénitique et ne peut être traitée thermiquement. Par conséquent, ces matières sont limitées aux utilisations n'exigeant pas des niveaux de dureté élevés. Dans le cas des vis autotaraudeuses, il est évident que de tels niveaux de dureté sont nécessaires et qu'une dureté comprise généralement entre 45 et 50 RC est nécessaire pour tarauder ou former des filets dans une pièce en acier au carbone. De nombreux essais ont porté sur la production d'un acier inoxydable ayant la dureté nécessaire pour se comporter convenablement lors d'une opération de taraudage. Ces essais comprennent typiquement l'utilisation d'un acier inoxydable du type "400" qui contient au maximum 12 % de chrome. Une telle matière peut être traitée thermiquement et trempée afin que les contraintes soient éliminées, puis elle peut être réchauffée à une température modérée. On obtient ainsi un organe de fixation qui est durci à un niveau suffisant pour permettre le taraudage, mais qui présente une tendance à devenir cassant. Cependant, étant donné que la teneur en chrome est limitée à 12 %, ces matières ne présentent pas une résistance à la corrosion aussi grande que l'acier 18/8 du type "300". D'autres essais tendant à conférer à un acier inoxydable à plus forte teneur en chrome des caractéristiques permettant son traitement thermique consistent à utiliser des agents de durcissement par précipitation, par exemple du titane ou du niobium employés dans la chimie de l'acier, cette opération étant suivie de phases de durcissement par vieillissement. Cepen- dant, ces techniques tendent à diminuer la quantité efficace de chrome et ne constitue, au mieux, qu'un compromis. Des aciers inoxydables contenant 18 % de chrome et 8 % d'une matière du type nickel sont disponibles et s'avèrent suffisamment durs pour convenir à de nombreuses applications de taraudage. Cependant, il est difficile de refouler à froid et de fileter par roulage une telle matière en raison de sa dureté intrinsèque qui raccourcit sensiblement la durée de vie des outils utilisés pour ces deux opérations. D'autres essais portent sur un traitement complexe de l'acier par chauffage ou par addition de composants tels que de l'aluminium et de quantités critiques de chrome, de nickel et de carbone. Tous ces essais s'avèrent coûteux et difficiles à mettre en oeuvre pour la production en grande série d'organes de fixation, et ils apparaîssent également comme ne constituant qu'un compromis. L'invention concerne donc un procédé et un appareil mettant en oeuvre ce procédé pour produire des organes filetés de fixation pouvant effectuer une opération de taraudage réalisés en acier inoxydable 18/8, du type "300", à structure austénitique, sans nécessiter des étapes ou des opérations de durcissement ou de traitement thermique importantes ou complexes. Les organes autotaraudeurs de fixation sont obtenus sans utilisation de compositions chimiques complexes et conçues spécialement pour produire une matière pouvant être traitée thermiquement ou pouvant durcir après la production de l'organe de fixation. Le procédé selon l'invention peut être appliqué à une opération relativement classique de formation de filets par roulage, avec de légères modifications. Le procédé et l'appareil selon l'invention permettent de refroidir, avant la formation des filets par roulage, une ébauche comportant une tête et réalisée en acier inoxydable 18/8 du type "300" à structure austénitique, de manière que l'ébauche soit roulée à l'état refroidi. La plage du refroidissement réel réalisé selon l'invention se trouve sensiblement au-dessous de la température ambiante, et il est apparu qu'une plage de -40 à -130 C permet d'obtenir des produits acceptables. La mise en oeuvre de l'invention permet d'obtenir des pièces filetées dont les crêtes et les fonds des filets ont une dureté d'environ 45 à 50 RC et dont l'âme a une dureté d'environ 30 RC. Une forme préférée de réalisation de l'appareil selon l'invention comprend une enceinte isolée en forme de tunnel, entourant un rail d'alimentation qui aboutit à deux matrices de roulage de filets à mouvement alternatif. Un courant de liquide de réfrigération, par exemple de l'azote liquide, est appliqué sur les ébauches et le rail d'alimentation, en des points choisis à l'intérieur du tunnel. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: - la figure 1 est une vue partielle de dessus de l'appareil selon l'invention; - la figure 2 est une élévation d'un organe autotaraudeur de fixation produit par la mise en oeuvre du procédé et de l'appareil selon l'invention; - la figure 3 est une coupe longitudinale partielle et à échelle agrandie de l'organe de fixation montré sur la figure 2, cette coupe montrant les divers niveaux de dureté obtenus par la mise en oeuvre de l'invention; - la figure 4 est une vue partielle en plan d'une variante de l'appareil selon l'invention; - la figure 5 est une élévation partielle de l'appareil représenté sur la figure 4;; - la figure 6 est une coupe suivant la ligne 6 de la figure 4, montrant le tunnel de l'appareil selon l'invention; - la figure 7 est une coupe partielle suivant la ligne 7-7 de la figure 4, montrant également le tunnel de l'appareil selon l'invention; et - la figure 8 est une vue partielle en plan d'une variante de l'appareil représenté sur la figure 4. L'invention concerne donc un organe fileté de fixation pouvant tarauder ou réaliser un filetage correspondant dans de l'acier au carbone. L'invention concerne plus particulièrement un procédé et un appareil de production d'un tel organe de fixation en acier inoxydable austénitique du type "300" qu'il était souhaitable d'utiliser pour de telles applications en raison de sa grande résistance à la corrosion, mais qui ne convenait pas à une utilisation comme vis autotaraudeuse. L'acier inoxydable du type "300" est une composition typique 18/8. La formulation chimique suivante a été plus particulièrement utilisée pour la mise en oeuvre de l'invention avec des résultats acceptables: 17 à 18,5 % de chrome, 7,75 à 8,25 % de nickel, 0,06 à 0,10 % de carbone, 2,0 % de manganèse, 1,0 % de silicium et environ 0,45- % de phosphore et 0,30 % de soufre. Un fil ou une tige ayant ce type de composition chimique est d'abord refpulé par exemple par la mise en oeuvre de techniques classiques de refoulement à froid pour produire une ébauche d'organe de fixation. Après cette opération, l'ébauche est refroidie à une température sensiblement inférieure à la température ambiante et il est apparu que des ébauches refroidies à des températures comprises entre -40 et -1300C conviennent à la mise en oeuvré de l'invention. Les ébauches étant refroidies, elles sont dirigées vers un appareil classique de formation de filets par roulage, de manière que des filets soient formés sur lesdites ébauches à l'état refroidi.On pense que le travail à froid agressif de la matière austénitique du type "300", résultant du roulage des ébauches réf rigérées, transforme l'austénite en martensite au moins dans les régions des crêtes et des fonds des filets de la vis ainsi formée, ce qui donne à ces régions un niveau de dureté suffisant pour permettre le taraudage. Après. le roulage des filets, les ébauches sont traitées d'une manière classique. Par conséquent, I'invention permet de produire une vis autotaraudeuse à partir d'une matière qu'il était impossible de durcir jusqu'à présent, mais qui présente une grande résistance à la corrosion, tout en mettant en oeuvre des procédés et un équipement permettant des cadences élevées de production. Par exemple, L'appareil et les techniques de roulage des filets utilisés par l'invention peuvent produire des organes filetés et durcis de fixation à des cadences comprises entre environ 40 et 400 pièces par minute suivant la vitesse particulière de la machine de roulage. Les figures 2 et 3 représentent un organe typique de fixation obtenu par la mise en oeuvre du procédé et de l'appareil selon l'invention. I1 convient de noter que l'organe de fixation représenté n'est pas destiné à limiter la portée de l'invention à la production d'un type particulier d'organe de fixation, mais qu'il ne représente qu'une possibilité de configuration d'un organe de fixation pouvant être produit par la mise en oeuvre de l'invention. L'organe 10 de fixation peut généralement comporter une tête 12 et une tige 14 sur laquelle sont formés des filets espacés 16. Dans la forme préférée de réalisation, cette tige présente une pointe filetée et à peu près cônique 18. Comme représenté sur la figure 3, le procédé consiste à refroidir une ébauche en acier inoxydable austénitique du type "300", de manière que le roulage des filets soit réalisé sur une ébauche sensiblement réfrigérée pour qu'il soit possible d'obtenir des niveaux de dureté qu'il était jusqu'à présent impossible d'atteindre avec de l'acier inoxydable 18/8. Par exemple, les fonds et les crêtes des filets de plusieurs échantillons ont des duretés comprises entre 45 et 50 Rc, les flancs des filets ayant une dureté d'environ 40 RC et l'âme de la tige ayant généralement une dureté minimale d'environ 30 RC. Les fonds et les crêtes des filets de l'organe 10 de fixation présentent donc la dureté nécessaire pour empêcher tout retournement des filets, mais cet organe 10 présente également une certaine ductilité.Le procédé de l'invention permet d'obtenir un organe de fixation qui n'est pas durci dans sa masse et qui n'est donc pas cassant, ce qui lui permet de supporter des tractions et des efforts de cisaillement importants. Il convient de noter que les duretés indiquées sur la figure 3 illustrent la plage de dureté que l'on peut obtenir par la mise en oeuvre du procédé de l'invention, et que ces valeurs sont indiquées à titre nullement limitatif. On a découvert, lors de la mise au point de l'invention, qu'il existe une certaine corrélation entre le magnétisme de la vis finie et la dureté de cette vis et on pense que ceci est dû à la transformation de l'austénite en martensite pendant le roulage des filets à l'état réfrigéré. La figure I montre un mode de mise en oeuvre de l'invention au moyen d'un équipement relativement classique d'alimentation et de filetage par roulage. Une machine classique 20 de filetage par roulage, comportant une matrice fixe 22 et une matrice mobile 24, ainsi qu'un rail 26 d'alimentation aboutissant à l'entrée du jeu de matrices à mouvement alternatif, est équipée d'une trémie vibrante 28 d'alimentation en ébauches. Cette trémie comporte une piste hélicordale classique 30 d'alimentation qui fait passer une suite d'ébauches du point d'arrivée de ces dernières dans la trémie vers le rail 26 d'alimentation.Des moyens classiques 32 d'échappement sont placés à l'extré- mité inférieure du rail indiné d'alimentation afin d'introduire de manière sûre chacune des ébauches successives dans le jeu de matrices de roulage. Une technique de réfrigération des ébauches avant le roulage consiste à régler la température régnant dans la trémie 28 au moyen d'une paroi isolante 34 entourant cette trémie. Les ébauches sont réfrigérées à l'intérieur de cette dernière par l'introduction dans celle-ci d'une matière de refroidissement, par exemple de la neige carbonique 36. I1 est apparu qu'une trémie isolée, contenant de la neige carbonique et des ébauches en acier inoxydable du type "300" suffit pour l'obtention d'un refroidissement, à l'intérieur de cette trémie, à une température d'au moins -750C. Les ébauches ainsi refroidies sont ensuite dirigées de manière classique de la trémie vers l'extrémité supérieure du rail d'alimentation et elles descendent par gravité sur le rail incliné 26 vers l'entrée des matrices de roulage. I1 est apparu que la trémie des ébauches à proximité du dispositif 32 d'échappement est d'environ -40 C lorsque lesdites ébauches sont refroidies par cette technique. Il convient de noter qu'il existe de nombreuses variantes de la mise en oeuvre de l'invention et du refroidissement et de l'alimentation des ébauches et que ces variantes peuvent être mises en oeuvre sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, comme montré sur les figures 4 et 5, un tunnel isolant 40 peut être placé autour du rail 26 d'alimentation. Les autres éléments de la machine 20 de roulage sont sensiblement identiques à ceux montrés sur la figure 1, hormis la trémie 28 qui ne comporte ni refroidissement ni isolation. Le tunnel 40 entoure et isole de la température ambiante le rail 26 d'alimentation sur sa plus grande longueur. Dans un tel milieu isolé, une source isolée de fluide de réfrigération, placée directement à proximité de l'entrée des matrices 22 et 24 de roulage pulvérise un fluide de réfrigération sur les ébauches 38 et le rail 26 d'alimentation. Il est apparu que cette pulvérisation du fluide de réfrigération sur les ébauches 38, à l'intérieur du tunnel 40, au moyen d'un tube 42 d'alimentation présentant une série d'orifices espacés 44, provoque un refroidissement suffisant du milieu contenu à l'intérieur du tunnel pour l'amener à une température pouvant atteindre -130 C. Le tube 42 est relié à une source de fluide de réfrigération, de préférence de l'azote liquide.Par conséquent, un réservoir 46 de fluide de réfrigération et un conduit nécessaire 48 d'alimentation sont placés à proximité de la machine de roulage. Le tube 42 d'alimentation montré sur les figures 6 et 7 peut être disposé longitudinalement dans le tunnel, à proximité du rail d'alimentation, de manière qu'un ou plusieurs des orifices 44 assument la fonction de buses pulvérisant le fluide de réfrigération à l'intérieur du tunnel, et plus particulièrement sur les ébauches. Il s'avère que cet environnement fermé, qui retient la très basse température à l'intérieur du tunnel, réalise de manière sûre un refroidissement suffisant des ébauches pour qu'elles passent d'une structure austénitique à une structure martensitique pendant le travail à froid effectué au cours du filetage par roulage. Si l'on met en oeuvre le principe de base de l'invention au moyen d'un appareil comportant un tunnel isolant comme montré sur les figures 4 et 5, il est évident qu'un certain nombre de techniques peuvent être appliquées à ce tunnel. Par exemple, la figure 8 montre une série de buses 50 reliées à un distributeur extérieur 52. Ces buses traversent les parois du tunnel, en des points espacés et choisis le long de ce dernier. De même que dans la forme de réalisation montrée sur les figures 4 à 7, le collecteur est relié à une source d'alimentation en liquide ou fluide de réfrigération, par exemple de l'azote liquide. L'appareil et le procédé de l'invention permettent donc de produire une vis autotaraudeuse en acier inoxydable 18/8 du type "300" par la mise en oeuvre d'une technique qu'il était jusqu'à présent impossible d'utiliser. Le procédé permet donc d'employer la formulation chimique relativement classique de l'acier inoxydable du type "300" qui présente les caractéristiques avantageuses d'une grande résistance à la corrosion et d'une certaine facilité de refoulement et de travail. Cependant, le procédé et l'appareil selon l'invention permettent de donner aux crêtes et aux fonds des filets une dureté élevée convenant aux vis autotaraudeuses. Ainsi qu'il ressort de la description précédente, le procédé et l'appareil selon l'invention peuvent être mis en oeuvre dans un équipement de production de pièces filetées relativement classique, sans nécessiter une trop grande préparation des ébauches ou dé traitements postérieurs au roulage. L'invention peut donc être adaptée à des techniques permettant efficacement des cadences de production élevées. Bien que les raisons permettant d'obtenir ces résultats ne soient pas totalement élucidées, on suppose que la grande dureté conférée à un acier inoxydable considéré jusqu'à présent comme ne pouvant être durci est obtenue par l'association d'un phénomène d'écrouissage et d'une transformation de l'austénite en martensite résultant du travail agressif de l'ébauche lors du roulage des filets, alors que cette ébauche est refroidie à basse température. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. - Procédé de production d'une vis autotaraudeuse à partir d'acier inoxydable austénitique du type "300", caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une ébauche à tête en acier du type "300", à refroidir au moins la tige de cette ébauche à une température sensiblement inférieure à la température ambiante, cette température pouvant être d'au moins -400C, et à rouler l'ébauche ainsi refroidie entre des matrices de roulage pour y former des filets. 2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ébauches sont réalisées dans une matière comprenant généralement de 16 à 19 % de chrome et de 6 à 8,5 % de nickel. 3. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ébauches sont refroidies dans une trémie avant d'être dirigées une à une vers les matrices de roulage. 4. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ébauches sont refroidies à une température généralement comprise entre -75 et -130 C avant la formation des filets par roulage. 5. - Organe fileté et autotaraudeur de fixation, réalisé en acier inoxydable austénitique du type "300" par la mise en oeuvre du procédé de la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué essentiellement de 17 à 18,5 % de chrome, de 7,75 à 8,25 % de nickel, de 0,06 à 0,10 % de carbone, de 2,0 % de manganèse, de 1,0 % de silicium, la dureté des crêtes et des fonds des filets étant de 45 à 50 RC et celle de l'âme de l'organe de fixation étant généralement d'au moins 30 RC sous l'effet de la transformation partielle de l'austénite en martensite pendant le roulage des filets à basse température. 6. - Appareil de production d'organes filetés et autotaraudeurs de fixation en acier inoxydable du type "300", caractérisé en ce qu'il comporte deux matrices opposées de filetage par roulage (22, 24) destinées à se déplacer l'une par rapport à l'autre alors qu'une ébauche (38) d'organe de fixation est placée entre leurs faces opposées de formation de filets, des rails (26) destinés à faire avancer plusieurs ébauches (38) d'organes de fixation, ces ébauches comportant chacune une tête et étant avancées les unes à la suite des autres entre les deux matrices opposées de roulage, un tunnel isolant (40) entourant au moins une partie prédéterminée des rails (26), un dispositif appliquant un fluide de réfrigération sur les ébauches lorsqu'elles passent dans le tunnel isolant, afin que ces ébauches soient refroidies lorsqu'elles sont déformées par les matrices de roulage. 7. - Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que les rails (26) sont inclinés de manière à descendre vers les matrices de roulage (22, 24), un dispositif d'échappement (32) étant placé entre les rails et les matrices de roulage afin de faire avancer une seule des ébauches (38) amenées par les rails entre les matrices de roulage, l'appareil comprenant également une trémie (28) et un élément (30) d'alimentation en ébauches, placés à l'extrémité supérieure des rails. 8. - Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif appliquant le fluide de réfrigération comprend des orifices (44) qui pulvérisent ce fluide sur les ébauches (38) d'organes de fixation à l'intérieur du tunnel isolant (40). 9. - Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif appliquant le fluide réfrigérant comprend plusieurs buses (50) qui traversent une paroi du tunnel isolant (40) en des points espacés le long de ladite partie prédéterminée des rails (26), un élément d'alimentation en liquide de réfrigération étant relié à ces buses (50). 10. - Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif d'application du fluide de réfrigération comprend un tube (42) qui passe à l'intérieur du tunnel et qui est adjacent à ladite partie prédéterminée des rails (26), ce tube présentant des orifices (44) qui pulvérisent un liquide de réfrigération sur les ébauches (38) d'organes de fixation portées par les rails, un élément (52) d'alimentation en liquide de réfrigération étant relié audit tube (42).