Brevet FR2528736A1 — publié le 19831223

La présente invention concerne le travail des métaux par déformation, plus précisément les machines à forger possédant plusieurs matrices disposées concentriquement par rapport à la pièce à travailler, et a notamment pour objet un-mécanisme de forgeage pour lesdites machines. L'invention peut être utilisée d'une manière particulièrement efficace puur le forgeage de pièces dont la section transversale est symétrique par rapoort à leur axe de rotation, par exemple de forme cylindrique, conique, carrée, ainsi que pour le corroyage des extrémités de barres, tubes, bouteilles. En outre, l'invention peut être utilisée pour la fabrication de tubes dont la surface Zl.térieure est armée de différentes matières plastiques et pour d'autres opérations d'assemblage. A l'heure actuelle, les machines à forger comportant plusieurs matrices disposées régulièrement et concentriquement autour de la pièce à travailler trouvent une large application dans toutes les branches de constructions mécaniques, grâce au fait qu'elles assurent une haute précision et une haute qualité des pièces fabriquées, un haut rendement, la possibilité d'automatiser le processus de fonctionnement de la machine à forger et des dispositifs auxiliaires, tout en assurant leur commande à partir de wstèmes de commande numérique. Ces machines sont plus économiques et consomment moins d'énergie, au cours de la production des pièces forgées, que les machines de déformation traditionnelles. Cependant, les machines à plusieurs matrices sont caractérisées par une conception très complexe. Elles ont une longue channe cinématique d'entrainement de chaque matrice. Cette chaine est composée d'un grand nombre d'éléments de force et de couples de friction. Ainsi, les machines de la firme autrichienne GFM, fabriquées selon le-brevet d'invention de la RFA NO 1243950 B2I j, possède cinq éléments de force et sept couples de glissement dans le mécanisme d'entraînement de chaque matrice. De plus, chaque matrice est puurvue d'un réglage de l'espace de travail, réalisé à l'aide d'un certain nombre d'éléments et de couples, ce qui, avec les éléments et couples précédents , constitue plus de sept éléments et plus de dix couples pour chaque matrice. De la sorte, le mécanisme de forgeage à quatre matrices possède au moins vingt-huit éléments de force et quarante couples de glissement. Encore ces quantités ne sont-elles que des quantités minimales, car il faut prévoir en outre un certain nombre d'éléments et de couples pour assurer une liaison synchrone de toutes les matrices tant pendant les mouvements de travail que pendant les mouvements de réglage. L'aptitude au fonctionnement, la fiabilité et la longévité de tout mécanisme, y compris celles des mécanismes de forgeage, sont déterminées, comme on le sait, par le nombre total de ses éléments et couples, par leur position relativement l'un à l'autre et par rapport aux axes principaux de la machine. Ces paramètres de la machine sont influencés, dans une grande mesure, par la caractéristique qualitative des éléments et, surtout; des couples cinématiques. Les couples de rotation sont préférables aux couples de mouvement rectiligne alternatif du point de vue des charges d'inertie'et des charges dynamiques, de la précision de leur fabrication, de la possibilité de choisir les types d'opérations assurant le durcissement du matériau des couples associés, y compris la trempe, ainsi que du point de vue de l'application de la théorie hydrodynamique de graissage.Certains couples de mouvement rectiligne alternatif, comme par exemple les manchons àcroisilloncoulisse (d'Oldham)lconsomment beaucoup d'énergie par frottement au cours du mouvement des couples associés, surtout lors de leurs mouvements sous charge due aux efforts de matriçage. C'est pourquoi, selon la tendance générale actuelle du développement et du perfectionnement des machines à forger, est non seulement à réduire le nombre total d'éléments et de couples constituant les mécanismes de la machine; mais aussi de choisir, de préférence, exclusivement des couples à action rotative ou oscillatoire, dont le rendement est plus élevé. Cette tendance apparat t clairement par exemple quand on considère la machine de la firme GFM (Autriche), suivant le brevet d'invention autrichien N0325922, cl. B 21 j. Le mécanisme de forgeage de cette machine est formé par trois éléments et quatre couples d'entratnement de chaque matrice. L'espace de travail se règle à l'aide de quatre éléments communs aux quatre matrices. Cela simplifie notablement la conception de la machine destinée à la fabricatinn de pièces dont la section transversale est symétrique par rapport à l'axe de rotation (de forgeage)0 Au lieu de vingt-huit éléments et quarante couples, on n'Utilise dans cette machine que quinze éléments et douze couples. Toutefois, dans cette machine, on n'est pas encore arrivé à supprimer le couple à coin de mouvement rectiligne alternatif, qui consomme une énergie conÇdérable,surtout au moment du forgeage, c'est-à-dire quand a lieu un déplacement relatif des surfaces conjuguées et que des efforts importants sont appliqués à celles-ci. En outre, la rotation du corps circulaire renfermant les porte-matrices montés radialement à l'axe de forgeage se fait à l'aide de deux couples à vis. Les vis subissent en même temps l'action des forces de réaction résultant de la charge appliquée excentriquement au couple à coin. Ces forces de réaction forment un couple agissant sur les vis de réglage, plus précisément sur leur filetage, ce qui entrain leur usure rapide.Les vis de réglage subissent l'action non seulement des forces de réaction dues au forgeage de la pièce, mais aussi des efforts résultant du frottement des surfaces en coin. Pour ces raisons,et compte tenu du jeu axial nécessaire des vis de réglage,le corps circulaire vibre avec une fréquence égale à la cadence de marche, Il s'ensuit une vibration considérable de la machine sur sa fondation. Le but de la présente invention est d'éliminer les inconvénients mentionnés ci-dessus. On s'est donc proposé de mettre au point un mécanisme de forgeage dont le nombre d'éléments d'entratnement de la matrice serait réduit à un minimum en faisant appel, de préférence, à des couples de glissement du type rotatif, Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un mécanisme de forgeage comportant, monté dans un bti, un corps tournant dont l'axe de rotation est concentrique à l'axe de forgeage de la machine, des leviers à deux bras articulés audit corps par l'intermédiaire de paliers d'appui et dont les bras sont disposés d'un même côté desdits paliers,lesdits leviers portant sur l'un de leurs bras des matrices fixées rigidement et disposées de sorte que les centres de leurs profils de travail se déplacent, au cours du forgeage, dans un plan perpendiculaire à l'axe de forgeage, suivant des circonférences dont le rayon est constant et qui ont un point d'intersection commun se trouvant sur l'axe de forgeage, tandis que le deuxième bras de chaque levier est articulé à une commande biellemanivelle dont l'arbre-manivelle est monté sur des paliers d'appui montés dans le bâti, caractérisé, suivant l'invention, en ce que chaque levier à deux bras est exécuté sous forme d'un arbre tournant à deux bras écartés l'un de l'autre, monté dans des paliers d'appui démontables dudit corps, l'un desdits bras étant disposé entre les paliers d'appui dans une rainure du corps précité, et le deuxième bras étant réalisé sous forme d'un porte-matrice et étant disposé en porte-à-faux sur la face extérieure dudit corps. Le mécanisme de forgeage ainsi conçu permet de réduire au minimum nécessaire le nombre d'éléments du mécanisme d'exécution de la commande de l'étampe, ce qui simplifie considérablement sa conception. La disposition en porte-à-faux du porte-matrice permet la fabrication de pièces avec une haute précision et avec des dépenses de temps et des frais minimaux. Les arbres-manivelles du mécanisme bielle-manivelle de la commande des arbres à leviers sont disposés dans le batide manière que, pendant la rotation du corps avec les arbres tournants et les matrices par rapport au bâti, la liaison cinématique des arbres-manivelles et des arbres tournants avec les matrices ne s'interrompe pas.Les matrices continuent de travailler la pièce, mais elles le font sur une autre partie de la trajectoire du mouvement. De la sorte, en tournant le corps avec les matrices par rapport au bats, on modifie l'angle entre les axes du levier de l'arbre tournant et de la bielle de commande et on diminue ou augmente cet angle.Ceci permet d'accroître ou de réduire la distance entre les matrices et, ainsi, d'augmenter ou de diminuer la section transversale de la pièce à travailler sans grandes dépenses d'énergie dans la commande pour le frottement dans les couples cinématiques. Selon une variante de réalisation préférentielle, le corps précité est entouré, aux endroits où sont placés les paliers d'appui démontables de l'arbre tournant, par des frettes assemblées entre elles à l'aide de goujons de liaison et servant de paliers d'appui du corps. La présence desdites frettes confère au corps la solidité nécessaire dans les zones de ses plans d'assemblage et donne la possibilité d'utiliser les frettes en qualité d'arbres au cours de la rotation du corps dans le bâti pour le réglage de la distance entre les matrices, ce qui simplifie notablement la construction. Il est avantageux que le corps tournant soit articulé à au moins deux vérins hydrauliques articulés au bâti et occupant des positions respectives diamétralement opposées par rapport à l'axe de rotation du corps, lesdits vérins formant un couple de forces contrebalançant les efforts se produisant au cours du forgeage, une butée étant montée sur la surface périphérique extérieure dudit corps, et une vis de réglage coopérant avec ladite butée au cours du fonctionnement du mécanisme de forgeage étant placée sur le bêti. Les forces de réaction engendrées au cours du forgeage et tendant à faire tourner le corps sont supportées par les vérins hydrauliques articulées au corps à l'aide de leurs tiges, et au bati, au moyen d'un pivot à rotule. De cette façon, la vis de réglage destinée à la rotation du corps ne subit pas l'action des forces réactives Grâce à l'emploi des vérins hydrauliques, toutes les forces créées se referment dans le corps tournant et le bâti de la machine, de sorte que les charges ne sont pas transmises à la fondation. Ceci assure un fonctionnement plus stable du mécanisme en comparaison des machines connues. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront 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 montre la chaîne cinématique générale du mécanisme de forgeage - la figure 2 est une vue du mécanisme de forgeage du côté des matrices, suivant la flèche "A" de la figure 1 - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale suivant III-III de la figure 2 La figure 1 illustre à titre d'exemple un mécanisme de forgeage à quatre matrices. Chaque matrice 1 est fixée rigidement à son porte-matrice 2. Le porte-matrice 2 est exécuté d'une seule pièce avec un arbre 3, et ce dernier, avec un levier 4.L'arbre 3 est monté dans des paliers démontables 5 placés dans un corps tournant 6. Aux endroits où sont placés les paliers démontables 5, le corps tournant 6 est encerclé par des frettes 7. Les frettes 7 sont raccordées par des goujons 8 jusqu'à des épaulements de butée 8' situés dans le corps 6. Le levier 4 est articulé à la bielle 9 d'un mécanisme bielle-manivelle de commande dudit levier, comprenant un arbre à excentrique 10. L'arbre à excentrique 10 est monté dans des paliers ménagés dans le bâti 11. Une roue dentée 12 est fixée rigidement sur l'arbre à excentrique 10. Les roues dentées 12 d'entraînement de tous les arbres 10 sont liés cinématiquement entre eux au moyen de roues dentées intermédiaires 13. Les roues dentées 13 mettent en mouvement synchrone tous les arbres 10, L'un des arbres 10 est relié, à l'aide d'une roue dentée 12 et d'un manchon d'accouplement 14, au moteur électrique 15 d'actionnement des matrices 1. Le corps tournant 6 est articulé à l'aide des gouJons de liaison 8 aux tiges 16 des vérins hydrauliques 17. Les vérins hydrauliques 17 prennent appui sur le bati Il par l'intermédiaire d'un pivot à rotule 18. Quand les matrices sont disposées comme montré sur la figure 1, les enceintes de travail des vérins hydrauliques 17 sont leurs enceintes côté tige. Les matrices 1 sont fixées aux porte-matrices 2 à l'aide d'étriers 19 et de goujons à écrous 20 (figures 2, 3). Le goujon de laison 8 maintient une butée 21 (figure 2) dans la rainure entre les frettes 7. Une bague 23 est articulées à la butée 21 à l'aide d'un axe 22, La bague 23 prend appui sur une vis de réglage 24. La vis de réglage 24 est mise en mouvement par une roue tangente 25 et par une vis sans fin 26 montées dans le bâti 11. Le mécanisme d'entraînement de la vis sans fin n'est pas représenté sur les dessins. Un trou central 27 est exécuté dans l'arbre 3 pour l'arrivée du lubrifiant aux paliers 5, tandis qu'un trou 28 est prévu pour amener le liquide de refroidissement aux porte-matrices 2. En outre, dans l'orifice central du corps 6 est introduit un tube 29 (figure 3) formant avec le corps 6 une enceinte remplie de liquide de refroidissement. Le liquide est amené à cette enceinte par un tube 30 et en est évacué par un tube 31. Le mécanisme de forgeage fonctionne de la manière exposée ci-après. On introduit l'ébauche à travailler (non représentée sur les figures 1, 2, 3) entre les matrices 1, suivant l'axe de forgeage "a-a" (figure 3). On règle au préalable, à l'aide du mécanisme de réglage, la distance entre les matrices à la cote requise de la pièce à obtenir. Du moteur électrique 15, le mouvement est communiqué simultanément à tous les arbres à excentrique 10 à l'aide du manchon d'accouplement 14, de la roue dentée 12 et des roues dentées intermédiaires 13. Le mouvement rotatif des arbres 10 est transformé, à l'aide des bielles 9 et des leviers 4, en mouvement oscillatoire des arbres 3. Les arbres 3 transmettent le mouvement oscillatoire aux porte-matrices 2 et aux matrices 1. Les centres respectifs des profils de travail des matrices 1 exécutent alors un mouvement oscillatoire suivant des circonférences R (figure 2) qui ont un point d'intersection commun colncidant avec l'axe de forgeage "a-a" de la machine. A la fin du mouvement oscillatoire, les matrices 1 agissent sur l'ébauche à déformer en lui conférant la forme et les dimensions requises.L'introduction de l'ébauche entre les matrices 1, sa sortie de celles-ci et sa rotation au cours du forgeage se font à l'aide d'un manipulateur (non représenté). Pour modifier la distance entre les matrices 1 dans le but de diminuer ou d'augmenter la section transversale de l'ébauche à travailler, on met en communication les vérins hydrauliques 17 aeec le circuit d'évacuation (le circuit hydraulique de commande n'est pas représenté sur les dessins). Ensuite on met en action la vis de commande 26 et, en le tournant dans le sens requis à l'aide de la roue tangente 25, on fait monter ou descendre la vis de réglage 24. Du fait que la vis 24 agit, par l'intermédiaire de la bague d'articulation 23 et de l'axe 22, sur la butée 21, cette dernière fait tourner le corps 6 dans le sens requis. En cas de rotation du corps 6 dans le sens. horaire, les matrices 1 se rapprochent et la distance entre elles diminue, tandis qu'en cas de rotation du corps 6 dans le sens antihoraire la distance entre les matrices 1 s'accroit. Ainsi, l'angle "0(" entre les axes de la bielle 9 et du levier 4 diminue ou augmente selon le cas. Après avoir réglé la distance entre les matrices 1, on met hors d'action la commande de la vis sans fin 26. Simultanément, on fait arriver le fluide moteur sous pression dans les enceintes côté tige des vérins 17. Cette pression crée un couple de forces capable de maintenir immobile le corps 6 au cours du travail de l'ébauche. De la sorte, au cours du forgeage , le corps 6 se trouve bloqué par les tiges 16 des vérins hydrauliques 17. Pendant la marche à vide des matrices 1, la position bloquée du corps 6 est assurée par la vis 24 et la butée 21. On peut modifier la distance entre les matrices 1 aussi bien avant qu'au cours du forgeage0 R E V E N D I C A T I O N S REVENDICATIONS 1. Mécanisme de forgeage pour machine à forger , du type comportant, monté dans un bâti, un corps tournant dont l'axe de rotation est concentrique à l'axe de forgeage de la machine, des leviers à deux bras, articulés audit corps par l'intermédiaire de paliers d'appui et dont les bras sont disposés d'un même côté desdits paliers, lesdits leviers portant sur l'un desdits bras des matrices fixées rigidement et disposées de façon que les centres de 3eus profils de travail se déplacent, au cours du forgeage, dans un plan perpendiculaire à l'axe de forgeage, suivant des circonférences dont le rayon est constant et qui ont un point d'intersection commun se trouvant sur l'axe de forgeage de la machine, tandis que leur autre bras est articulé à une commande bielle-manivelle dont les paliers d'appui de l'arbre-manivelle sont montés dans le bati de la machine, caractérisé en ce que chaque levier à deux bras est exécuté sous forme d'un arbre tournant (3) monté dansiwdes paliers démontables disposés dans le corps (6), l'un (4) desdits bras étant disposé entre les paliers d'appui (5), dans la rainure dudit corps, tandis que son deuxième bras est réalisé sous forme d'un porte-matrice (2) disposé en porte-à-faux sur la face extérieure dudit corps. 2. Mécanisme de forgeage suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'aux endroits où sont placés les paliers démontables (5) de l'arbre tournant (3),le corps (6) est encerclé par des frettes (7) assemblées entre elles par des goujons de liaison (8) et servant de paliers d'appui du corps (6) dans le bâti (11). 3. Mécanisme de forgeage suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le corps tournant (6) est articulé à au moins deux vérins hydrauliques (17) articulés au bâti (11), lesdits vérins occupant des positions respectives dZmétralementopposées par rapport à l'axe de rotation du corps (6) et formant un couple de forces contrebalançant les forces engendrées au cours du forgeage, une butée (21) étant placée sur la surface périphérique extérieure du corps (6) et une vis de réglage coopérant avec ladite butée au cours du fonctionnement du mécanisme étant montée sur le bâti (11).