Brevet FR2432347A1 — publié le 19800229

La présente invention concerne la déformation des métaux par pression et a notamment pour objet un marteau dont la masse tombante et 11 enclume sont animées d'un mouvement de rencontre. La présente invention offre le maximum d'avantages lorsqu'elle est utilisée pour la fabrication de pièces nécessitant différentes quantités d'énergie, par exemple aubes des turbines, palettes de compresseurs de différents types et dimensions. On connatt bien des marteaux dont la masse tombante et l'enclume sont animées d'un mouvement de rencontre, qui comprennent un cadre de force monté dans les guides d'un b ti fixe avec possibilité de mouvement dans le plan vertical, et portant une enclume (outil inférieur) recevant une ébauche, et un vérin de commande dont la cavité au-dessous du piston est remplie d'un gaz sous pression assurant le retour et le maintien du piston en position supérieure, tandis que la cavité au-dessus du piston constitue une chambre à gaz, et dont la tige de piston porte la masse tombante avec l'outil supérieur.Tous ces marteaux sont munis d'un dispositif permettant d'accélérer le mouvement du cadre de force avec un effort égal ou supérieur d'une valeur déterminée à la masse du cadre de force (voir, par exemple, le livre de Sheglov V.F. "Perfectionnement du matériel de forgeage à action par choc "Moscou, 1968, pages 191 à 207). Dans les marteaux connus, ce dispositif est un vérin pneumatique monté sur le bâti du marteau; la tige de piston de ce vérin bute contre la surface inférieure du cadre de force. Dans les marteaux connus, le mouvement de rencontre de la masse tombante et de l'enclume et, par conséquent, des éléments qui les portent, s'effectue sous l'action du gaz comprimé amené simultanément par une canalisation pneumatique dans la chambre à gaz et dans la cavité au-dessous du piston du vérin pneumatique. Pour éviter le transfert des chars de choc au bâti du marteau, le mouvement de rencontre des éléments du marteau doit s'effectuer avec un rapport des quantités de mouvements desdits éléments (égales au produit de la masse multipliée par la vitesse de l'élément) pour lequel le cadre de force s'arrête après le choc de l'ébauche et descend ensuite à sa position initiale quand le gaz est évacué du vérin pneumatique. Pour remplir cette condition, il faut qu'au moment du choc le rapport entre la quantité de mouvement du cadre de force avec outil inférieur et la quantité de mouvement du piston avec la tige, la masse tombante et l'outil supérieur soit égal à l'unité en cas de déformation d'ébauches parfaitement plastiques (cas du choc pour lequel le coefficient de restitution du choc est égal à zéro), ou qu'il soit supérieur à l'unité d'une valeur déterminée dépendant du coefficient de restitution du choc en cas de déformation d'ébauches élastiques-plastiques (lorsque le coefficient de restitution du choc n'est pas égal à zéro). Dans le cas des marteaux connus, pour assurer l'égalité des quantités de mouvement des éléments subissant le choc, le vérin pneumatique doit développer un effort égal à la masse du cadre de force, et pour que la quantité de mouvement du cadre de force soit supérieure à la quantité de mouvement du piston avec la tige, la masse tombante et l'outil supérieur, le vérin pneumatique doit développer un effort qui dépasse d'une valeur déterminée la force de pesanteur du cadre de force. Vu que l'effort développé par le vérin pneumatique est égal au produit de la surface de la section transversale du piston par la pression du gaz comprimé, et vu que la masse du cadre de force de chaque marteau concret a une valeur constante, il faut, pour assurer le rapport requis entre les quantités de mouvement des éléments subissant le choc dans des marteaux connus, pour une surface déterminée de section transversale du vérin pneumatique, que la pression du gaz comprimé dans la canalisation pneumatique ait une valeur bien déterminée. Si la pression du gaz est supérieure à la pression requise, le cadre de force portant l'enclume continue sa montée, après le choc contre l'ébauche, et accumule de l'énergie potentielle qui, après sa transformation en énergie cinétique, se transmet au bâti du marteau sous forme d'une charge dynamique. Si la pression du gaz est plus faible que la pression requise, le cadre de force commence à descen.dre, après le coup porté à l'ébauche, en transmettant la charge dynamique au bâti du marteau. Etant donné que les charges dynamiques du bâti et de la fondation du marteau se transmettent dans le milieu ambiant sous forme d'ondes sismiques, il faut éviter qu'elles atteignent des valeurs importantes ; donc, dans le cas des marteaux connus, la pression sous laquelle le gaz est amené dans la chambre à gaz et la cavité au-dessous du piston du vérin pneumatique ne doit pas différer sensiblement de la valeur imposée. Vu que l'énergie de choc du marteau dépend de la pression du gaz dans la chambre à gaz, l'énergie de choc- des marteaux connus ne peut varier que dans des limites relativement réduites, ce qui limite les possibilités technologiques du marteau. Dans les marteaux connus, pendant chaque cycle, le mouvement de rencontre de la masse tombante et de l'enclume est précédé de I'évacuationdu gaz comprimé dela cavité audessous du piston du vérin pneumatique, et chaque retour du cadre de force du marteau à la position inférieure s'accompagne de l'évacuation du gaz comprimé de la cavité au-dessus du piston du vérin pneumatique, ce qui aboutit à une consommation considérable de gaz comprimé et à une diminution des performances économiques du marteau. On s'est donc proposé d'éliminer les inconvénients précités et de mettre au point un marteau à masse tombante et enclume animées d'un mouvement de rencontre, dont la conception permettrait d'assurer le rapport requis entre les quantités de mouvement des éléments subissant le choc pour des énergies de choc sensiblement différentes, ainsi que d'augmenter le rendement économique du marteau. Ce problème est résolu du fait que le marteau à la masse tombante et enclume animées d'un mouvement de rencontre, du type comprenant un cadre de force monté dans des guidages d'un bati fixe avec possibilité de mouvement vertical, et portant une enclume recevant l'ébauche, un vérin de commande dont la cavité au-dessous du piston est rempie d'un fluide assurant le retour et le maintien du piston à sa position initiale, tandis que la cavité au-dessus du piston fait office de chambre à gaz et que la tige de piston porte une masse tombante avec l'outil supérieur du marteau, et un dispositif destiné à accélérer le mouvement du cadre de force avec un effort égal ou supérieur d'une valeur déterminée à la masse du cadre, est caractérisé, suivant l'invention, en ce que le dispositif destiné à accélérer le mouvement du cadre de force est réalisé sous la forme de cavités ménagées dans la partie inférieure du cadre de force, remplies d'un fluide et communiquant avec la cavité au-dessous du piston du vérin pneumatique, et de plongeurs verticaux s'engageant dans chacune de ces cavités et fixés sur le bâti, le rapport entre la surface totale des sections transversales des plongeurs et la surface de la section transversale de la cavité audessous du piston du vérin hydraulique étant de 1,5 à 2 fois supérieur au rapport entre la masse de tous les éléments mobiles du marteau et la masse du piston avec la tige, la masse tombante et l'outil supérieur. Cette solution technique permet d'appliquer au cadre de force et au piston du vérin de commande des efforts constants, dont les valeurs seront respectivement égales à la masse du cadre de force avec l'outil inférieur et à 1,5 à 2 fois la masse du piston avec la tige, la masse tombante et l'outil supérieur. Il en résulte que le rapport entre les quantités de mouvement des éléments du marteau subissant le choc aura une valeur constante déterminée uniquement par l'élasticité du fluide et ne dépendant aucunement de la pression sous laquelle le gaz comprimé est amené dans la chambre à gaz du marteau. Cela permet d'utiliser le marteau pour façonner des pièces de différents types et dimensions nécessitant des énergies de choc sensiblement différentes, ce qui contribue à l'élargissement de la gamme des possibilités technologiques du marteau. En plus, une telle solution technique augmente le rendement é:conomique du marteau grâce au fait que la cavité au-dessous du piston du vérin de commande et les cavités ménagées dans la partie inférieure du cadre de force sont constamment remplies de fluide, et que l'énergie potentielle du cadre de force, accumulée lors du mouvement de rencontre, est utilisée, après le choc, pour ramener le piston et la tige à la position initiale. En tant que fluide, il est avantageux d'utiliser un mélange gaz-liquide. Une telle solution technique permet de varier l'élasti- cité du fluide tout en assurant, entre les quantités de mouvement des éléments subissant le choc, le rapport qui est indispensable pour arrêter le cadre de force en position supérieure après le choc sur l'ébauche, et qui dépend du coefficient de restitution du choc pour une ébauche donnée. Cela aussi permet d'élargir les possibilités technologiques du marteau. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un exemple non limitatif de réalisation de l'invention, en se référant au dessin unique annexé représentant une vue en coupe verticale du marteau dont la masse tombante et l'enclu- me sont animées d'un mouvement de rencontre. Le marteau dont la masse tombante et l'enclume sont animées d'un mouvement de rencontre, comprend un bâti fixe 1, un cadre de force 2, un vérin-de commande 3 et un dispositif destiné à accélérer le mouvement du cadre de force 2 avec un effort égal ou supérieur d'une valeur déterminée à la masse du cadre. Le cadre de force 2 monté dans les guides 4 du bâti peut se déplacer dans le plan vertical et porte une enclume 5 (outil inférieur) recevant une ébauche 6. Le vérin de commande 3 logé dans le cadre de force 2 comporte une cavité 7 au-dessous du piston, remplie d'un fluide sous pression assurant le retour et le maintien du piston 8 à la position initiale, et une cavité au-dessus du piston, servant de chambre à gaz 9. La tige 10 du piston 8 du vérin de commande 3 porte la masse tombante Il et l'outil supérieur 12. Le corps 13 du vérin de commande 3 est exécuté sous forme d'un boîtier et est monté dans le cadre de force 2 de manière que son fond soit orienté vers le haut et à pouvoir se déplacer dans le sens axial lorsqu'on désire le positionner.Un bourrelet circulaire 14 est ménagé sur la surface extérieure du corps 13 du vérin de commande 3. Un alésage circulaire 15 abritant le bourrelet 14 est pratiqué à la surface du cadre de force 2 entrant en contact à la surface extérieure du corps 13 du cylindre de commande 3. Le bourrelet 14 divise l'alésage circulaire 15 en deux cavités 16 et 17 remplies d'un fluide (par exemple, d'un liquide) nécessaire pour la mise en position du corps 13 du vérin de commande 3. A la partie supérieure du cadre de force 2, au niveau des cavités 16 et 17, on a monté deux raccords 18 et 19 qui relient à tour de r81e les cavités 16 et 17 aux canalisations hydrauliques 20 et 21, qui sont les canalisations de haute et de basse pression, respectivement. Dans le fond du corps 13 du vérin de commande 3 est monté un raccord 22 reliant successivement la chambre à gaz 9 à la canalisation pneumatique haute pression 23 ou à l'air libre par l'intermédiaire de la canalisation pneumatique 24. Pour la régulation du débit de gaz comprimé à son échappement de la chambre à gaz à l'atmosphère, il est prévu une valve d'étranglement 25 placée dans la canalisation pneumatique 24. Le dispositif destiné à accélérer le mouvement du cadre de force 2 est réalisé sous forme de cavités 26 ménagées dans la partie inférieure du cadre de force 2, remplies d'un fluide et communiquant avec la cavité 7 du vérin de commande 3, èt de plongeurs verticaux 27 montés sur le bâti 1 et s'engageant dans les cavités 26 ; il en résulte que lors du déplacement du cadre de force 2 les plongeurs 27 s'engagent ou sortent partiellement des cavités 27, en modifiant ainsi leurs volumes. Pour assurer la communication entre les cavités 26 et la cavité 7 au-dessous du piston, on a fixé à la partie inférieure du corps 13 du vérin de commande 3 une traverse 28 percée de canaux 29 et portant des tringles verticales 30 dans chacune desquelles est ménagé un canal 31 communiquant avec un canal 29 de la traverse. Dans le corps 13, au niveau des canaux 29, on a pratiqué des orifices 32 débouchant dans la cavité 7 au-dessous du piston du vérin de commande 3. Les extrémités supérieures des tringles 30 sont engagées dans les orifices 33. Les extrémités inférieures, pratiquées à la partie supérieure du cadre de force 2, entrent dans les cavités 26. En conséquence, les canaux 31 des tringles sont mis en communication avec les cavités 26. La cavité 7 au-dessous du piston1 les cavités 26, les canaux 29 et 31 et les orifices 32 sont remplis d'un fluide, en qualité duquel on utilisée, par exemple, un mélange sz- liquide, dont le volume est choisi de manière à assurer une hauteur déterminée-du cadre de force 2 au-dessus du bâti 3 quand le marteau est en position de départ, et .afin d'obtenir un rapport déterminé des quantités de mouvement des éléments subissant le choc pendant le fonctionnement du marteau. Dans le dispositif destiné à accélérer le mouvement du cadre de farce, le rapport entre la somme des surfaces S des sections transversales des plongeurs 27 et la surface S1 de la section transversale de la cavité 7 au-dessous du piston du vérin de commande 3 est de 1,5 à 2 fois supérieur au rapport entre la masse de tous les éléments mobiles du marteau (cadre de force 2, enclume 5, corps 13 du vérin de commande, piston 8, tige 10, masse tombante il et outil supérieur 12, tringles 30 et traverse 28) et la masse du piston 8 avec la tige 10, la masse tombante 11 et l'outil supérieur 12. Le marteau faisant l'objet de l'invention fonctionne de la façon suivante. A l'état inital, la chambre à gaz 9 communique avec l'air libre par l'intermédiaire du raccord 22 et de la canalisation pneumatique 24. Sous l'action du fluide remplissant les cavités 26 et la cavité 7 au-dessous du piston, le cadre de force 2 est placé à une hauteur déterminée au-dessus du bâti 1, le piston 8 avec la tige10, la masse tombante Il et l'outil supérieur 12 occupe la position extrême haute. Le fluide est comprimé jusqu'à la pression requise par la force de pesanteur des éléments mobiles du marteau, sans que cela nécessite l'emploi d'un dispositif supplémentaire quelconque. L'effort de pression du fluide sur le piston 8 est de 1,5 à 2 fois supérieur au poids du piston 8 avec la tige 10, la masse tombante Il et l'outil supérieur 12, ce qui est tout à fait suffisant pour ramener et maintenir fiablement le piston 8 dans sa position initiale. Le rapport entre les composants du fluide est déterminé par une méthode de calcul connue ou par voie expérimentale compte tenu des propriétés d'élasticité et de plasticité, de la forme et des dimensions de l'ébauche 6. le volume du gaz doit être maximal lorsqu'il s'agit d'ébauches dont la déformation s'opère avec un coefficient de restitution du choc égal à zéro. Lorsqu'on doit déformer des ébauches avec un coefficient de restitution du choc différent de zéro, le volume relatif du liquide augmente. S'il est nécessaire de faire monter le corps 13 du vérin de commande 3 et d'augmenter la course du piston 8 d'une distance égale à l'espacement entre l'outil supérieur 12 et l'enclume 5, on fait communiquer les cavités 16 et 17, par l'intermédiaire des raccords 18 et 19, avec les canalisations 21 et 20 respectivement (canalisations de basse et de haute pression). Lorsqu'il faut diminuer la course du piston 8, on met en communication les cavités 16 et 17 avec les canalisations 20 et 21 respectivement. A la montée et à la descente du corps 13 du vérin de commande 3, les tringles 30 sortent des cavités 26 ou s'engagent dans cellesci, respectivement, en augmentant ou en diminuant respectivement le volume de ces dernières. En fonction du sens de déplacement du corps 13, le cadre de force 2 descend ou monte par rapport au bâti 1. L'ébauche est placée sur l'enclume 5. La chambre à gaz 9 est mise en communication avec la canalisation pneumatique de haute pression 23 par l'intermédiaire du raccord 22.. Sous l'action de la pression du gaz comprimé amené à la chambre à gaz 9 par la canalisation pneumatique 23, le piston 8 du vérin de commande 3 commence à descendre avec la tige 10, la masse tombante 11 et l'outil supérieur 12, tandis que le cadre de force 2 et le corps 13 du vérin de commande 3 montent. Pendant la marche du piston 8, le fluide qui remplit la cavité 7 au-dessous du piston est chassé decelle-ci à travers les orifices 32 et les canaux 29 et 31 dans les cavités 26, dont le volume augmente par suite du déplacement du cadre de force. Si, conformément à l'invention, on choisit pour le rapport entre la surface totale des sections transversales des plongeurs 27 et la surface de la section transversale de la cavité 7 au-dessous du piston une valeur de 1,5 à 2 fois supérieure au rapport entre la masse de tous les éléments mobiles du marteau et la masse du piston 8 avec la tige 10, la masse tombante Il et l'outil supérieur 12, le volume du fluide chassé par le piston 8 de la cavité 7 sera de 1,5 à 2 fois supérieur au volume dont augmentent les cavités 26 à la suite du déplacement du cadre de force 2 en cas d'égalité des quantités de mouvement desdits éléments. Lorsque la compressibilité du fluide est basse (faible volume relatif du gaz), le mouvement de rencontre du piston 8 et du cadre de force 2 s'accompagne d'une augmentation de la pression du fluide, ce qui aboutit à une augmentation de l'effort empêchant l'accélération du piston 8, et, simultanément, à une augmentation de l'effort contribuant à l'accélération du cadre de force 2.Dans ce cas, le rapport entre la quantité de mouvement du cadre de force 2 avec le corps 13 du vérin de commande 3 et 1' enclume 5 et la quantité de mouvement du piston 8 avec la tige 10, la masse tombante Il et l'outil supérieur 12 sera supérieur à l'unité, et le cadre de force 2 s'arrêtera au point haut après que ébauche 6 à propriétés élastiques et plastiques l'aura frappée avec un coefficient de restitution du choc différent de zéro. Lorsque la compressibilité du fluide est élevée (grand volume relatif du gaz), la pression du fluide reste pratiquement invariable- lors de la diminution de son volume pendant le mouvement de rencontre du piston 8 et du cadre de forcie 2, c'est pourquoi le rapport entre les quantités de mouvement des éléments du marteau subissant le choc sera proche de l'unité et le cadre de force 2 s'arrêtera aussi après le coup porté à l'ébauche plastique. Après la déformation de l'ébauche 6 résultant du coup porté par la masse tombante Il et l'enclume 5, la cnambre à gaz 9 communique avec flair libre par l'intermédiaire du raccord 22 et de la canalisation pneumatique 24 équipé de la valve d'étranglement 25. Le gaz comprimé s'échappe de la chambre à gaz 9, ce qui assure la montée du piston 8 à sa position extrême haute sous la pression du fluide exercée sur la surface circulaire du piston 8. Lors de la montée du piston 8, le volume de la cavité 7 au-dessous du piston augmente et se remplit de fluide. En conséquence, la pression y diminue et n'empêche plus la descente du cadre de force 2 jusqu'au point initial bas auquel la pression exercée par le fluide sur le cadre de force 2 est égale à son poids. L'ébauche déformée est déposée de l'enclume 5. Le cycle de fonctionnement du marteau est terminé. Le cycle suivant se déroule de la manière qu'on vient de décrire. 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 E N fi I C A T I O N S 1. Marteau du type dont la masse tombante et l'enclume sont animés d'un mouvement de rencontre et qui compren un cadre de force monté dans des guidages du bâti fixe avec possibilité d'effectuer un mouvement vertical et portant une enclume qui reçoit l'ébauche à déformer, un vérin de commande dont la cavité au-dessous du piston se remplit d'un fluide sous pression assurant le retour et le maintien du piston en position initiale, tandis que sa cavité au-dessus du piston constitue une chambre à gaz, la tige dudit piston portant la masse tombante avec l'outil supérieur du marteau, et un dispositif destiné- à accélérer le mouvement du cadre de force avec un effort égal ou supérieur d'une valeur déterminée à la masse du cadre, caractérisé en ce que le dispositif destiné à accélérer le mouvement du cadre de force est réalisé sous forme de cavités ménagées dans la partie inférieure.du cadre de force, remplies dtun fluide et communiquant avec la cavité au-dessous du piston du vérin de commande, et de plongeurs verticaux s'engageant dans chacune de ces cavités et fixés sur le bâti, le rapport entre la surface totale des sections transversales des plongeurs et la surface de la section transversale de la cavité au-dessous du piston du vérin de commande étant de 1,5 à 2 fois supérieur au rapport entre la masse de tous les éléments mobiles du marteau et la masse du piston avec la tige, la masse tombante et l'outil supérieur. 2. Marteau conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'un mélange gaz-liquide est utilisé en tant que fluide précité.