Brevet FR2501549A3 — publié le 19820917

FR 2501549 A3 19820917 FR 8204260 A 19820312 La présente invention porte sur un procédé de forgeage à chaud, ou estampage, mis en positions de forgeage au moyen d'un manipulateur sur une presse à forger commandée par un calculateur de processus, le plan de forgeage étant calculé et fourni au système de commande de la presse par l'intermé- diaire du calculateur de processus. Pour les procédés de ce type, il est classique, à par- tir des données relatives à la température, la dimension du lingot, la dimension finale et la pièce, d'établir au moyen d'un calculateur des plans de forgeage que le conducteur de la presse à forger peut appeler à son choix. Pour avoir un programme de forgeage étendu, il faut un très grand nombre de tels plans et en outre un calculateur ne faisant pas par- tie du système de commande-programme et une mémoire appro- priée du système de commande de la presse à forger. Avec ces plans, on peut arriver à un forgeage programmé, ce qui per- met de réduire considérablement le temps de forgeage. Cela ne vaut cependant que si les taux de déformation prévus dans les plans de forgeage classés correspondent au moins appro- ximativement aux valeurs maximales possibles. Cependant, en raison du chauffage différent des lingots et des différences de matériau d'une charge à l'autre, on a, même pour les lingots de mêmes dimensions et même matériau, des dispersions importantes du taux admissible de déformation et des forces de forgeage. Pour que le conducteur de la pres- se puisse tenir compte de ces différences, qu'il peut perce- voir, dans le choix du programme de forgeage, il doit, y com- pris pour les pièces de mêmes dimensions initiales, mêmes dimensions finales et même matériau, disposer de plusieurs plans de forgeage avec différents taux de déformation, de sorte qu'une presse à forger à programme de fabrication va- riable requiert déjà plusieurs centaines de plans de forgeage et doit les enregistrer. La dépense nécessaire pour cela étant importante, on n'a pu passer dans la pratique au forgeage pro- grammé que pour les installations de forgeage à programme dè fabrication restreint. A partir de là, l'invention a pour but de donner un facteur d'utilisation élevé aux presses à forger, y compris celles qui ont un programme de fabrication très différencié. Il convient pour cela de considérer que le rendement d'une installation de forgeage dépend non seulement des valeurs techniques de forgeage mais aussi du comportement dynamique de la presse et du manipulateur, le pouvoir d'accélération et la vitesse du manipulateur, en premier lieu, limitant l'utilisation de la presse. L'invention atteint ce but grâce au fait que pendant le forgeage, la déformation maximale admissible de la pièce est réglée sur le calculateur de processus d'après des caractéris- tiques de formage discernables et déterminées de façon conti- nue qui apparaissent sur la pièce, - qu'avant le début du forgeage, les données relatives à la composition du matériau et aux dimensions des outils et de la pièce sont réglées sur le calculateur de processus, - et que, pour au moins chaque fois un passage du pro- duit forgé, le calculateur de processus détermine des valeurs de commande à fournir-pour la commande de la presse à forger. On peut ainsi déterminer les données pour chaque passage du produit à forger, la fourniture de la déformation maximale admissible du matériau assurant la pleine utilisation de la capacité de déformation de la pièce. Pour la fixation de la déformation maximale possible du matériau, qui comprend le réglage du taux maximal admissible de déformation et du pas de déplacement, ou de la morsure>optimal, on utilise principa- lement des valeurs des forces de compression, de l'augmentation de la force de compression et de la température de formage mesurées pendant la déformation. On utilise en outre des dé- tections de moyens de reconnaissance optoélectroniques, comme par exemple des caméras à ligne de diodes dans la disposition du DE-OS 25 16 756 ou appareils balayant la surface (Proc. Conf. on Steel Rolling, Tokyo 1980, page 87) associés à des circuits d'apprentissage, par exemple selon le DE-OS 28 26 313. Les observations du conducteur de la presse entrent également en ligne de compte à titre d'orientation et de correction. Les observations sont faites relativement aux caractéristiques qui ont valeur de critères pour l'évaluation de la déformation du matériau, c'est-à-dire en règle générale du taux de déformation. Ainsi, par exemple, à l'extérieur du lingot, la croix de for- geage est observable comme limite inférieure d'une déformation efficace. En outre, il existe des signes nets de l'approche de la limite supérieure du taux de déformation, par exemple l'apparition de criques de bord encore rattrapables ou l'ap- parition de déformations en losange de la section du produit forgé. La déformation se caractérise aussi par des bruits pro- venant de la pièce qui peuvent être distingués audio-électro- niquement et également par le conducteur. Il peut en outre être tenu compte, pour la déformation maximale possible, de la durée de réchauffage préalable et de la position du produit dans le four. En adaptant constamment des critères, en parti- culier le taux maximal admissible de déformation et le pas maximal possible de déplacement, au comportement en matière de déformation de la pièce d'après les résultats de mesure indiqués, on intervient en permanence dans l'action du calcu- lateur de processus et celui-ci peut déterminer les valeurs de marche les meilleures possibles pour la passe suivante et les fournir pour la commande de la passe de forgeage. Il n'y a pas alors de perte de temps, car on dispose d'un temps de calcul suffisant pendant un passage. Les données à régler une seule fois sur le calculateur de processus sont essentiellement celles qui concernent la composition du matériau, les dimensions initiales et les di- mensions finales de la pièce et les dimensions des outils. A partir des dimensions des outils et de la pièce et des va- leurs mesurées de la force de forgeage, peuvent être déter- minées la résistance à la déformation, c'est-à-dire la force de déformation rapportée à la surface active de l'étampe, et la résistance à la déformation du produit forgé. Pour les lingots forgés en acier, pour lesquels le procédé de l'invention est en particulier prévu, on peut par- tir du fait que la résistance à la déformation, pour des com- positions de matériau même très différentes, diminue quand la température augmente. D'autre part, la déformabilité du matériau augmente avec la température. On peut ainsi, avec la résistance à la déformation déterminée à partir de la force de forgeage mesurée, déterminer le taux maximal admissible 250 1549 de déformation. D'autres grandeurs d'influence prises en con- sidération dans la fixation du taux admissible de déformation sont la variation relative de la résistance à la déformation pendant le formage et la température de formage. Dans le forgeage-étirage, l'élargissement du produit forgé dépend essentiellement de la forme de celui-ci, du rap- port de la largeur de morsure à la largeur du produit et de la résistance à la déformation. L'élargissement, relativement *au calcul des données pour la commande de la presse à forger, est une des grandeurs les plus importantes du fait qu'il est seulement calculable à l'avance et qu'il donne en fin de compte, quand est fourni le taux maximal admissible de dé- formation, la cote de forgeage à laquelle les outils peuvent être rapprochés. Dans la fixation de la largeur de morsure ou du pas de déplacement du manipulateur à régler, il faut observer la condition connue suivante: le rapport de la largeur de mor- sure à la hauteur du produit forgé doit être supérieur à 0,3 à 0,4 pour que le forgeage à coeur soit suffisant mais ne doit pas dépasser 0,1 pour que l'élargissement ne soit pas trop grand. Ces relations sont familières à l'homme de l'art (Stahl und Eisen, 1971, pp. 864-876). L'invention est illustrée par les dessins schématiques annexés, sur lesquels: - la figure 1 est un diagramme course-temps du fonction- nement de la presse et de celui du manipulateur; - la figure 2A montre la variation de la résistance à la déformation et de la déformabilité de la pièce en fonction de la température; - la figure 2B montre la variation de la résistance à la déformation pendant le formage; - les figures 3A et 3B rassemblent des coefficients d'élargissement calculés et mesurés; - la figure 4 montre le schéma de calcul utilisé pour le calculateur de processus et - la figure 5 est la représentation schématique du pro- cédé de l'invention. La figure 1 montre la combinaison des mouvements à com- mander de la presse à forger et du manipulateur. Elle montre surtout que des pertes de temps peuvent être évitées si la période de déplacement du manipulateur tombe le plus exacte- ment possible dans la période de la course de retour de la presse. On observe d'abord le long de la course de la presse des points de manoeuvre qui, d'après la position de la pres- se, conduisent à des manoeuvres qui commandent l'entraine- ment de la presse. On voit cependant un point de manoeuvre 9 situé dans la course de retour qui déclenche le démarrage du manipulateur. Le manipulateur exécute alors un pas de dépla- cement qui fixe la largeur de la morsure. On voit représentée schématiquement dans la partie droite du dessine la partie d'une pièce sur laquelle se trouve une étampe 16. Les notions de cote de forgeage et de profondeur de pénétration sont mises Enévidence ici. On voit également que la largeur de morsure 19 est inférieure à la largeur 20 de l'étampe. La figure 2A montre la diminution de la résistance à la déformation et l'augmentation de la déformabilité avec la température pour un acier dans le domaine des températures usuelles de forgeage. La figure 2B montre des croissances très différentes de la résistance à la déformation pour des conditions de formage différentes (I, II) lors de la pénétration des étampes dans le lingot forgé. La figure 3 montre la bonne fiabilité des coefficients d'élargissement déterminés par le calcul; sur les figures 3A et 3B sont rassemblées des valeurs calculées et des valeurs mesurées. Le coefficient d'élargissement, rapport du logarith- me de la déformation en largeur au logarithme de la déforma- tion en hauteur, est représenté en fonction de différentes valeurs du rapport de la largeur de morsure à la largeur du produit forgé (S/B). Sur la figure 3A est en plus considéré le rapport de la largeur à la hauteur du produit forgé. Le schéma fonctionnel de la figure 4 donne le schéma de calcul. Dans le bloc "Entrée" sont introduites les données relatives aux dimensions initiales de la pièce, aux dimensions finales et aux dimensions des outils à établir uniquement au début du forgeage ainsi que les valeurs mesurées pendant le forgeage de la force de forgeage et de la température de formage. La figure 5 indique la position du calculateur de pro- cessus dans le cadre du procédé de l'invention. Le conducteur de la presse à forger a donc d'abord à faire les entrées ou réglages suivants: - entrée par clavier de la cote finale de forgeage, - entrée des dimensions du lingot par pose de l'étampe et transfert par clavier de la hauteur du lingot déterminée par le système de mesure numérique de la presse. Après chaque passe, il y a besoin d'un indexage de pas- se. Les données de mesure de la force de forgeage et de la température de formage ainsi que des signaux de barrière lu- mineuse pour la fixation du sens de déplacement sont introduits de façon continue. Le taux de déformation ainsi que le pas de déplacement et le sens de déplacement du manipulateur peuvent être réglés automatiquement ou à titre aussi bien d'orienta- tion que de correction. Le calculateur de processus fournit selon la figure 5 les données nécessaires aux mouvements à commander de la presse et du manipulateur selon la figure 1, à savoir la cote de forgeage, le pas de déplacement, la course de retour et le déblocage du manipulateur. En utilisant le schéma de calcul représenté sur la figu- re 4, on a, avec un faible besoin d'emplacements de mémoire, des temps de calcul courts. Les valeurs de commande nécessaires peuvent ainsi être calculées pour chaque passage suivant sans perte de temps. Revendications 1.- Procédé de forgeage à chaud de lingots mis en posi- tions de forgeage au moyen d'un manipulateur sur une presse à forger commandée par un calculateur de processus, le plan de forgeage étant calculé et fourni au système de commande de la presse par l'intermédiaire du calculateur de processus, carac- térisé par le fait - que pendant le forgeage, la déformation maximale admissible de la pièce est réglée sur le calculateur de processus d'après des caractéristiques de formage discernables et déterminées de façon continue qui apparaissent sur la pièce, - qu'avant le début du forgeage, les données relatives à la composition du matériau et aux dimensions des outils et de la pièce sont réglées sur le calculateur de processus - et que, pour au moins chaque fois un passage du produit forgé, le calculateur de processus détermine des valeurs de commande à fournir pour la commande de la presse à forger. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le taux maximal admissible de déformation est ré- glé pendant le forgeage. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, carac- térisé par le fait que le pas optimal de déplacement du mani- pulateur est fourni en plus au choix. 4.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, carac- térisé par le fait que le calculateur de processus fournit, pour le forgeage, la cote de forgeage, le pas de déplacement, la course de retour et le déblocage du manipulateur. 5.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'un signal caractérisant le sens de déplacement du manipulateur est réglé sur le calculateur de processus. 6.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, carac- térisé par le fait que l'indexage de passe est déclenché après chaque passage. 7.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, carac- térisé par le fait que sont mesurées, comme caractéristiques de formage discernables, la force de forgeage, la température de formage, la forme du produit forgé et l'état de sa surface et que ces caractéristiques sont envoyées comme signaux d'entrée au calculateur de processus pendant le forgeage. uoTssaidwoD op essnoD: E D. ue ean4e adwea: Z 9;alTqewjoj9a: *Z le úZ uoT; ewio;9p VI w aDuesTsau:,zz a zz :gz eV y- sbTd ineaetndTuew np esanoD: úE esseid el ap asJnoD: E sdwea: Zt 3HDHYW Jna;elndTuew: Ol uaweovldd p op sed: tl j,3IUV inelQIndTueW: t; 4uewaDeldgp ap eaina: a6ea6bo; p eaoD: LI 3HDHVW ino4ae - j3W V uolssaidwoD: = uoT4eilaud ap inepuojoid: 8L esinoD ep aJna: IZ inolea ap asanoD: 3HDHVW uoTssaedwoD - 3HUy eauaDsea: 9 3HDVW ea;uaesaa - 13U1V JnoleU: S s3unsDI S3' uns 3DN3U3d3U 3S S3UJZIHD S3a NOLVDIJINDIS 6tSLOSZ Figs. 3A et 3B 27: Largeur de morsure/largeur du produit forgé S/B 26: Coefficient d'élargissement 1 24: Calcul : Mesure 28: Largeur/hauteur b) Calcul Mesure3) 1/h Fiq. 4: - 29: Entrée : Calcul du pas de déplacement, de la résistance à la déformation et du taux de déformation 31: Calcul de la largeur, de la hauteur et de la longueur du produit forgé 32: Contr8le des restrictions : Modification de la réduction de hauteur ou du pas de déplacement 33: Calcul de la course de retour de la presse et du déblocage du manipulateur 34: Optimisation temporelle 36: Pas de rotation 0/90 37: Passe suivante 38: Optimisation des réductions de hauteur des dernières passes (passes de dressage et de lissage) Fig. 5: 42: Température 43: Dimension initiale 44: Transfert 41': Sens de déplacement : Dimension finale 46: Groupe de pièces 47: Passe + 1 : Taux de déformation i1l: Pas de déplacement 41: Sens de déplacement 39: Calculateur de processus 48: Calcul du pas de déplacement, de la résistance à la déformation et du taux de déformation 49: Calcul du plan de forgeage 17: Cote de forgeage 2: Course de retour : Déblocage du manipulateur