Brevet FR2464107A1 — publié le 19810306

I La présente invention concerne les procédés de traitement de métaux par déformation et a notamment pour objet un procédé d'étirage de produits. La présente invention est notamment applicable avec succès à l'étirage de produits de tous types et de toutes destinations (tels que, par exemple, les fils, les rondins, les tubes et autres) sur les bancs d'étirage existant à l'heure actuelle. L'évolution actuelle de la production industrielle impose des exigences de plus en plus sévères en ce qui concerne la qualité et la fiabilité des produits obtenus par étirage et, en plus, nécessite un accroissement considérable de la production en intensifiant le processus dÉtirage grâce à l'augmentation des vitesses d'étirage et aussi des déformations unitaires et totales. A l'heure actuelle, l'étirage des produits se fait encore essentiellement en régime de frottement limite, ce qui veut dire que les surfaces du produit et de l'outil sont directement en contact. Même avec un lubrifiant satisfaisant, on doit dépenser 30% à 50% de l'effort d'étirage total pour surmonter le frottement extérieur. Les dépenses de main-d'oeuvre élevées et la basse producti- vité du travail qui caractérisent l'ancienne technologie sont bien connues. La répartition des contraintes résiduelles dans le métal étiré destiné à être utilisé à l'état écroui (par exemple dans les cibles) ou à subir une déformation plastique ultérieure est optimale quand des contraintes résiduelles de compression sont présentes dans les couches superficielles des produits. Les procédés connus d'étirage de produits provoquent l'apparition dans les couches superficielles du métal de fortes contraintes de traction dont l'impor- tance est parfois commensurable avec les propriétés de résistance du métal, ce qui conduit à la destruction des produits lors de l'étirage ou encore en service ou au cours de leur stockage. On connaît un procédé d'étirage de produits (voir, par exemple, le brevet des Etats-Unis No 3163285 du 29.12.64) par application d'efforts de contre-tension lors de l'application de lubrifiant sur la surface des produits, le serrage du lubrifiant sur la surface des produits avec augmentation simultanée de la pression dans les couches superficielles dudit lubrifiant jusqu'à une valeur correspondant à la valeur de contrainte de cisaillement des couches de lubrifiant, et de déformation du produit. Dans ce procédé, la déformation du produit se fait dans une zone allongée et les contraintes résiduelles sont éliminées par une faible réduction de l'ordre de 3%. Cependant, la grande zone de déformation qui se forme quand on utilise ce procédé ne permet pas d'effectuer l'étirage des produits avec d'importantes déformations unitaires et totales et des vitesses détirage élevées. De plus, dans ce procédé, la valeur des efforts de contre-tension (qui ne dépasse pas 40% de l'effort d'étirage) ne permet pas d'obtenir des contraintes rési- duelles de compression dans les couches superficielles du produit, ce qui rend impossible la réalisation de l'étirage avec d'importantes déformations unitaires et totales. On s'est donc proposé de créer un procédé d'étirage de produits dans lequel la valeur totale des efforts de contre-tension serait telle qu'elle permettrait de diminuer les contraintes résiduelles de traction dans les couches superficielles du produit et d'obtenir des contraintes résiduelles de compression. Ce problème est résolu du fait que le procédé d'étirage de produits du type consistant à appliquer des efforts de contre-tension lors de l'application d'un lubrifiant sur la surface du produit avec augmentation simultanée de la pression dans les couches superficielles dudit lubrifiant jusqu'à une valeur correspondant à la valeur de contrainte de cisaillement des couches du lubrifiant, et de déformation du produit, est caractérisé, selon l'invention, en ce que la valeur totale de l'effort de contre-tension est égale à 75% de l'effort total d'étirage des produits. Il est souhaitable que les efforts de contre- tension soient appliqués par échelons de valeurs successi- ves croissantes à mesure que l'on se rapproche du foyer de déformation. Il est avantageux qu'une valeur totale des efforts de contre-tension allant jusqu'à 65% de l'effort d'étirage soit obtenue grâce à une contrepression des couches de lubrifiant sur la surface du produit avant sa déformation. Il est préférable qu'une valeur totale des efforts de contretension allant jusqu'à 75% de l'effort d'étirage soit obtenue par une réduction du produit consécutive à la contre-pression des couches de lubrifiant sur sa surface. L'invention permet de régler les efforts de contre-tension et d'obtenir, tout au long du processus d'étirage, une répartition optimale des efforts de contre- tension, diminuant l'effort d'étirage total et permettant de réaliser l'étirage à des vitesses élevées. L'invention assure également une diminution importante du niveau des contraintes de traction et l'apparition de contraintes de compression dans les couches superficielles des produits, ce qui permet d'augmenter les déformations totales tout en améliorant les caractéris- tiques physiques et mécaniques des produits obtenus. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci 8pparaitront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels: - - la figure 1 représente une vue en coupe longitu- dinale d'un dispositif d'étirage de produits pour la mise en oeuvre du procédé d'étirage avec deux échelons d'application des efforts de contretension grâce à la contre pression du lubrifiant, selon l'invention; - la figure 2 représente une vue en coupe longitudinale d'un dispositif d'étirage de produits pour la mise en oeuvre du procédé d'étirage avec trois échelons d'application des efforts de contre-tension, selon l'invention; - la figure 3 représente l'épure de distribution de la contre-pression du lubrifiant et des efforts de contre-tension.dans le dispositif de la figure 1, selon l'invention; - la figure 4 représente l'épure de distribution de la contre-pression du lubrifiant et des efforts de contre-tension dans le dispositif de la figure 2, selon l'invention; la figure 5 représente l'épure de distribution des contraintes résiduelles suivant la section du produit en cas d'application des efforts de contre-tension en trois échelons, selon l'invention. Le procédé d'étirage de produits consiste ne ce que, en même temps que l'application d'efforts de contre- tension atteignant 75% de l'effort d'étirage, on effectue l'application d'un lubrifiant sur la surface du produit, Ensuite on procède au serrage du lubrifiant sur la surface du produit avec augmentation simultanée de la pression dans les couches de lubrifiant jusqu'à une valeur corres- pondant à la valeur de contrainte de cisaillement dans les couches de lubrifiant, on effectue ainsi la déformation du produit. Suivant ce procédé, pour diminuer l'effort d'étirage et assurer l'étirage des produits à des vitesses élevées, les efforts de contre-tension sont appliqués par échelons de valeurs successives croissantes à mesure que l'on se rapproche du foyer de déformation. Une valeur totale des efforts de contre-tension allant jusqu'à 65% de l'effort d'étirage est obtenue sous l'action de la contre-pression du lubrifiant sur la surface du produit avant sa déformation. Une valeur totale des efforts de contre-tension allant jusqu'à 75% de l'effort d'étirage est atteinte en soumettant le produit à une réduction consécutive à la contre-pression du lubrifiant sur sa surface. Le procédé d'étirage de produits conforme à l'invention peut étre utilisé sur tout dispositif d'étirage de type connu fonctionnant en régime de frottement hydrodynamique. L'une des variantes connues du dispositif d'étirage de produits comporte, dans le sens de déplacement du produitl,constitué dans le cas considéré ici à titre d'exemple par un fil métallique (figure 1): une chambre 2 pour l'application du lubrifiant 3, dans laquelle s'effec- tue l'adsorption par le fil 1 d'une couche 4 de lubrifiant 3, un tube de pression 5 dans lequel la couche 4 de lubrifiant 3 subit un serrage jusqu'à une valeur corres- pondant à la valeur de contrainte de cisaillement de la couche 4, un stabilisateur 6 de la pression du lubrifiant (en tant que stabilisateur on utilise un anneau de blocage 6), dans lequel la couche 4 est serrée jusqu'à une pression dépassant la limite élastique du matériau du fil 1, et une filière de travail 7. La filière de travail ' i' anneau de blocage 6 et le tube de pression 5 sont fixés dans un boîtier 8 à l'aide d'une douille conique de serrage 9 et d'un écrou 10 de serrage. Le premier échelon d'efforts de contre-tension est créé par le tube de pression 5, et le second échelon par l'anneau 6. Dans un autre dispositif connu (figure 2), une filière de réduction est placée entre la filière de travail 7 et l'anneau 6. Les premier et deuxième échelons d'efforts de contre-tension sont obtenus comme dans le dispositif représenté sur la figure 1, le troisième échelon étant créé par la filière de réduction 11. Le dispositif d'étirage de produits, lors de la mise en oeuvre du procédé d'étirage avec deux échelons d'application des efforts de contre-tension conformément à l'invention fonctionne de la façon suivante. Le lubrifiant 3 (figure 1) appliqué sur la surface du fil 1 est serré dans le tube de pression 5 jusqu'à une valeur correspondant à la valeur de contrainte de cisaillement de la couche 4 du lubrifiant 3, en donnant ainsi naissance à une pression PI (représentée sur la figure 3) qui assure un effort de contre-tension H1 (représentée sur la figure 3) dont la valeur n'excède pas % de l'effort de tréfilage ou d'étirage. A mesure de l'avancement du fil, le lubrifiant ainsi serré passe à travers l'anneau de blocage 6 (figure 1) qui empoche la couche 4 du lubrifiant 3 de se déplacer dans le sens 1 inverse; de sorte que le serrage de la couche 4 de lubrifiant 3 atteint une pression P2 (représentée sur la figure 3) supérieure à la limite élastique du matériau du fil 1 (figure 1) . Les pressions P1 et P2 (figure 3) assurent un effort de contre-tension H2 (figure 3) atteignant 65% de l'effort de tréfilage. Cette valeur H2 (figure 3) de l'effort de contre-tension appliqué aux couches superficielles du matériau du fil 1 (figure 1) donne lieu à un déplacement en sens inverse de ces couches, qui, de concert avec la déformation subséquente dans la filière de travail 7, assure la suppression des contraintes résiduelles de traction et l'apparition de faibles contraintes résiduelles de compression dans les couches superficielles du matériau du fil 1. Le dispositif d'étirage de produits, lors de la mise en oeuvre du procédé d'étirage avec trois échelons d'application des efforts de contre-tension conformément à la présente invention fonctionne de la façon suivante. Après avoir passé par l'anneau de blocage 6 (figures 1,2) le fil arrive dans la filière de réduction 11 qui crée une contre-tension supplémentaire. Pour le reste, le fonctionnement du dispositif est analogue à celui du dispositif décrit précédemment. Dans ce cas, la valeur totale H3 des efforts de contre-tension (figure 4) atteint 75% de l'effort de tréfilage. Par conséquent, dans les couches superficielles du matériau du fil 1 prennent naissance d'importantes contraintes de compression 6 , représentées sur la figure 5, L'invention permet d'éviter la fissuration lors du tréfilage de fils en aciers à durcissement structural et déformation difficile, d'augmenter la résistance à la fatigue du fil et d'accroître la durée de service des produits fabriqués à partir de ce fil. Le Tableau 1 ci-dessous montre les résultats obtenus en utilisant diverses variantes d'application des effortsde contre-tension. Il en ressort que lorsque les efforts de contre-tension sont appliqués par échelons de valeurs successives croissantes, on arrive à assurer un processus d'étirage stable avec des efforts de contre- tension dont la valeur totale atteint jusqu'à 75% de l'effort d'étirage, et ce, grâce à une diminution préalable de l'effort d'étirage da aux efforts de contre- tension appliqués au premier échelon. En même temps, on peut obtenir d'importantes contraintes de compression qui rendent possibles l'étirage avec de grandes déformations totales et des vitesses d'étirage élevées et permettent d'augmenter sensiblement les propriétés plastiques du métal tout en conservant ses propriétés de résistance. - Le Tableau 2 ci-dessous fait ressortir les paramètres de tréfilage des fils en aciers et alliages de différentes nuances conformément au procédé selon 1tinvention. La vitesse de tréfilage est alors de 10 à 25 m/s, la déformation unitaire est égale à 30 - 45%, et la déformation totale entre traitements thermiques atteint 75 à 95%. La ténacité de l'outil de tréfilage augmente de plusieurs fois. Tableau 1 Contre-tension Contraintes Procédé en % par rap- Effort résiduelles d'étirage port à l'effort d'étirage superficielles d'étirage % échelons total de de f Il 96 trac- compres- % tion sion 1 2 3 4 5 6 7 Procédé - 5 5 88 98 - d'étirage - 10 10 82 55 - de produits - 20 20 100 45 - - 30 30 110 35 - - 40 40 125 25 - - 45 45 160 20 - 20 35 93 30 - 30 45 100 20 - 40 55 109 5 - 50 65 118 - 10 60 75 124 - 48 70 85 163 - 70 Tableau 1 (suite) Déformation limite entre Consommation Caractéristiques recuits jusqu'à d'outils du processus destruction d' étirage des produits, 8 9 10 20 stable 20 - " 15 - "- 10 - "- 10 - " pas de données pas de données nombreuses ruptures 20 stable 18 - "- 18 - " 250 15 - " 300 15 - - pas de donn6es pas de données nombreuses ruptures Tableau 2 N Matériau du fil Vitesse de Réductions Déforma- tréfilage unitaires tion totale m/s % % 1 2 3 4 5 1. Acier à bas car- bone (C jusqu'à 0,3%) 18-20 45 95 2. Acier à carbone moyen et à carbone élevé 10 30 90 3. Aciers et alliages (résistants à chaud, nickel-chrome) 12-15 35-40 75 4. Alliages à haute résistance suscep- tibles à la fissu- ration (chrome- nickel, nickel- molybdène) 10 30 75 5. Bimétal (acier- aluminium et acier-cuivre) 10 30 85 6. Fil laminé méca- niquement nettoyé de la calamine 10-15 30-40 90 7. Métaux non ferreux et leurs alliages 10-15 30-40 90 Tableau 2 (suite) Diminution de la Augmentation Diminution Augmentation consommation de la ténacité des coef- de la pro- d'énergie de l'outil ficients ductivité électrique de consom- du travail mation du % fois métal % % 6 7 8 9 -20 -7 -15 0,2 0,4 maxi -15 pas de données pas de données pas de données pas de données 30 pas de données 1.0 pas de données 4-6 Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés 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 espritet mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. R E V E N D I C A T I 0 N S 1.- Procédé d'étirage de produits, du type consistant à appliquer au produit à étirer des efforts de contre-tension par l'intermédiaire d'un lubrifiant porté sur la surface du produit, à soumettre le lubrifiant porté sur la surface du produit à un serrage s'accompagnant d'une augmentation de la pression dans les couches dudit lubrifiant jusqu'à une valeur correspondant à la valeur de contrainte de cisaillement des couches de lubrifiant, et d'une déformation du produit, caractérisé en ce que la valeur totale des efforts de contre-tension atteint 75% de l'effort total d'étirage des produits. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les efforts de contre-tension sont appliqués par échelons de valeurs successives croissantes à mesure que l'on se rapproche du foyer de déformation. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'une valeur totale des efforts de contre-tension allant jusqu'à 65% de l'effort d'étirage est obtenue sous l'action de la contre-pression des couches de lubrifiant sur la surface du produit avant sa déformation. 4.- Procédé selon l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce qu'une valeur totale des efforts de contretension atteignant 75% de l'effort d'étirage est obtenue par une réduction du produit consécutive à ladite contre-pression du lubrifiant sur sa surface. 5.- Produits caractérisés en ce qu'ils ont subi un étirage conformément au procédé faisant l'objet de l'une des revendications 1 à 4.