Brevet FR2619327A1 — publié le 19890217

A. 2619327 La présente invention concerne un outil étagé pour le perçage d'un trou dans une pièce par enfoncement axial de l'outil à froid, à tiède ou à chaud, et déformation plas- tique du matériau. Pour réaliser dans une pièce pleine d'un matériau quelconque, notamment d'une pièce métallique, par poinçon- nage ou en se guidant sur un avant-trou, un trou ou respec- tivement un trou plus grand, on éprouve des difficultés qui sont dues à plusieurs contraintes relevant de la résistance et de la rhéologie du matériau déformé, ainsi que des frot- tements et problèmes de lubrification. On est donc amené à choisir entre deux options. Suivant une première option on procède par étapes successives en utilisant plusieurs ou- tils. Ceci implique des montages multiples sur les machines et dans le cas d'un travail à température élevée, on est souvent contraint de procéder à des réchauffes intermédiai- res, voir à des refroidissements complets, accompagnés de visites et réparations éventuelles. Suivant une seconde option on réalise. l'opération de perçage en une seule étape, avec un outil classique en admettant certains risques qua- litatifs, c'est-à-dire des rebuts. La présente invention vise à remédier à ces inconvé- nients en procurant un outil combiné étagé, de conception particulièrement simple, permettant de réaliser tous les travaux en une seule opération et avec un meilleur résultat qualitatif. A cet effet cet outil étagé pour le perçage d'un trou, dans une pièce d'un matériau tel qu'un métal, par enfoncement axial de l'outil à froid, à tiède ou à chaud, et déformation plastique du matériau, est caractérisé en ce qu'il comprend successivement, à partir de son extrémité antérieure, une partie extrême antérieure cylindrique ou conique d'un premier diamètre relativement petit, puis au moins une gorge contenant une masse de lubrifiant suivie d' une partie travaillante de révolution à section droite croissant dans la direction opposée à celle de l'avancement de l'outil, dont la grande base.a un second diamètre supé- rieur au premier diamètre, si bien que la surface de con- tact entre la pièce et la partie travaillante est constam- ment lubrifiée par le lubrifiant contenu dans la gorge. La génératrice de la partie travaillante de l'outil peut être linéaire c'est-à-dire que la partie travaillante a alors une forme tronconique. Elle peut être aussi partiel- lement ou totalement non linéaire, la partie travaillante ayant alors une forme pseudotronconique à génératrice courbe en totalité ou en partie. L'outil suivant l'invention permet, dans le cas o il comporte plusieurs parties travaillantes successives, de répartir le travail total entre ces parties travaillantes en fonction des propriétés du matériau (rhéologie, résistance, aptitude triaxiale à l'écrouissage ou au corroyage). Entre les parties travaillantes sont ménagés des espaces fonction de la cinétique de restauration cristalline du matériau et du délai de réchauffe ou de refroidissement de la surface soumise au travail. Ces espaces sont utilisés pour établir des réserves ou des apports de lubrifiant, par exemple sous pression, et le volume de ces réserves est aménagé en rela- tion avec les surfaces des parties travaillantes à lubri- fier. L'outil combiné suivant l'invention présente plu- sieurs avantages. Du point de vue économique il permet de diminuer les délais de fabrication, les frais de montage et de démontage, éventuellement les coûts de chauffe, les coûts de transformation effective et la complexité de l'ordonnan- cement. Il permet également d'augmenter l'étendue des possi- bilités de la machine de base, en abaissant les forces né- cessaires pour une déformation grâce à la relubrification. Il permet aussi d'accroître le champ des matériaux trans- formables en permettant d'accéder à ceux qui ne peuvent subir qu'un cycle, par exemple une seule chauffe. Du point de vue qualitatif et par conséquent également économique il permet de diminuer les rebuts en évitant les grippages gé- nérateurs de rayures et arrachements, les replis, les décen- trages, en travail à chaud, de l'alésage par rapport à l'ex- térieur de la pièce, chaque partie travaillante nécessitant un effort plus réduit et se guidant sur la précédente partie travaillante. On décrira ci-après,à titre d'exemples non limita- tifs, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel: Les figures 1 et 2 sont des vues en coupe axiale d'un outil étagé suivant l'invention à deux stades de tra- vail différent. Les figures 3 à 11 sont des vues en coupe axiale de variantes d'exécution de l'outil. L'outil étagé 1 représenté sur les figures 1 et 2 est conçu pour percer dans une pièce métallique 2, portée préalablement à sa température de forgeage, par un mouvement axial de haut en bas, un trou de grand diamètre a à partir d'un avant-trou 3, de plus petit diamètre b, percé dans la pièce 2. Toutefois l'outil pourrait être également utilisé sans réalisation préalable de l'avant-trou 3. Cet outil 1 est enfoncé progressivement, axialement, dans la pièce 2, en étant guidé par l'avanttrou 3, au moyen d'un poussoir P à mouvement axial. La pièce 2 est maintenue à l'extérieur, d'une manière conventionnelle, dans une matrice non repré- sentée. L'outil étagé 1 comprend plusieur parties de diamè- tres différents et comprenant chacune une partie travaillan- te. A son extrémité inférieure ou antérieure l'outil 1 comprend une partie conique la, à pointe tournée vers l'a- vant et dont le diamètre de la base postérieure est égal.au diamètre b de l'avant-trou 3. Cette partie antérieure tron- conique la sert, dans ce cas, uniquement au guidage de l'extrémité antérieure de l'outil dans l'avant-trou 3. Au-dessus de cette partie extrême antérieure la se trouve une première portion cylindrique lb de diamètre c infé- rieur au diamètre b et à laquelle se raccorde une première partie travaillante lc. Cette première partie travaillante lc a une surface latérale à section droite croissant progressivement vers le haut, c'est-àdire dans la direction opposée à celle de l'avancement de l'outil, par exemple de forme tronconique, de petite base antérieure de diamètre c, par laquelle elle se raccorde è la portion cylindrique lb, et de grande base postérieure d'un diamètre d qui est inférieur au diamètre final a. La grande base de la première partie travaillante Ic est prolongée vers l'arrière par une seconde portion cylindrique ld d'un diambtre e inférieur au diamètre d. A cette seconde portion cylindrique ld fait suite une seconde partie travaillante le qui a une surface latérale à section droite croissant vers le haut, par exemple de forme tronconique, raccordée par sa petite base de diamètre e à la seconde portion cylindrique ld et présentant une grande base postérieure de diamètre a. L'angle au sommet de la première partie travaillante tronco- nique lc est inférieur à celui de la seconde partie travail- lante tronconique le qui est donc plus évasée que la précé- dente, comme on peut le voir sur les figures 1 et 2. Toute- fois cette disposition n'est pas limitative et les angles au sommet des deux parties travaillantes pourraient être les mêmes ou bien encore l'angle au sommet de la première partie travaillante lc pourrait être supérieur à celui de la seconde partie travaillante le. Suivant l'invention l'outil étagé 1 est pourvu, avant d'être engagé dans la pièce métallique, d'un lubri- fiant qui est logé dans les gorges formées autour des por- tions cylindriques lb et ld qui assurent respectivement la liaison entre la partie extrême conique la et la première partie travaillante tronconique lc et entre les première et seconde parties travaillantes tronconiques lc,le. Le lubri- fiant constitue ainsi deux couronnes 4 et 5 qui sont for- mées, sur l'outil 1, respectivement autour des deux por- tions cylindriques lb et ld. avant qu'il ne soit introduit dans la pièce 2. Les deux couronnes 4 et 5 peuvent être avantageusement constituées chacune de deux demi-couronnes en verre obtenues par moulage de poudre avec un agglomérant ou par coulée, ces deux couronnes 4,5 étant maintenues en place par des liens disparaissant à chaud. On peut également utiliser à cet effet une écharpe de tissu de matière fusi- ble, par exemple, de verre, nouée au même emplacement. La couronne de lubrifiant inférieure 4 qui est située dans l'avant-trou 3, se trouve seule à l'état fondu, dans la position de l'outil représentée sur la figure 1, du fait de la température élevée, supérieure au point de fusion du verre, à laquelle cette couronne 4 est alors portée, et au cours du mouvement de descente de l'outil 1, cette couronne de verre fondu 4 assure la lubrification de la surface de contact entre la pièce 2 et la première partie travaillante tronconique lc. Sur la figure 1 la couronne de verre supérieure 5 est représentée à l'état solide du fait qu'elle n'est pas encore engagée dans la pièce 2 et qu'elle n'est donc pas chauffée suffisamment pour pouvoir fondre. Par contre cette couronne de verre supérieure 5 se trouve également à l'état fondu, lorsqu'elle est engagée dans la pièce 2, comme il est représenté sur la figure 2. Cette couronne de verre fondu supérieure 5 assure la lubrification dans la zone de contact entre la pièce métallique 2 et la seconde partie travaillante le. Dans la variante d'exécution de l'invention repré- sentée sur la figure 3 une couche isolante thermiquement 6 qui est destinée à faciliter la mise à température du lubri- fiant quand les propriétés de ce dernier l'exigent, est interposée entre la couronne de lubrifiant 5 entourant la seconde portion cylindrique ld et la partie de l'outil 1 avec laquelle cette couronne est en contact. Cette couche isolante thermiquement 6 s'étend ainsi sur l'épaulement annulaire formé au raccordement entre la grande base supé- rieure de la première partie travaillante tronconique le et de la portion cylindrique Id, tout autour de la surface latérale de cette portion cylindrique ld, et le long de la partie inférieure de la surface latérale de la seconde par- tie travaillante tronconique le. Dans la variante d'exécution de l'invention repré- sentée sur la figure 4 la partie conique antérieure la de l'outil 1 ne fait pas partie intégrante du reste de l'outil mais elle est solidaire d'une tige de piston 7 s'étendant axialement à l'intérieur du corps de l'outil 1 pour débou- cher dans une chambre interne 8. Dans cette chambre cette tige 7 se termine par un piston 9 et un ressort de compres- sion il, entourant cette tige 7, est logé entre le piston 9 et le fond de la chambre 8. Sous l'effet du ressort le pis- ton 11 tend à repousser vers le haut la tige 7 et par consé- quent la partie extrême antérieure la ce qui a pour effet de mettre en compression la couronne de lubrifiant 4 entou- rant la première portion cylindrique lb et consituée d'une masse de lubrifiant fondu. Dans cette forme d'exécution l'outil 1 comprend également un piston annulaire 12 monté librement à coulissement autour de la seconde portion cy- lindrique ld et qui retient la couronne de lubrifiant 5 entourant la seconde portion cylindrique ld et constituée d'une masse de lubrifiant fondu. Ce piston 12 qui frotte sur la paroi latérale du trou percé, est freiné et il con- tribue ainsi à comprimer légèrement le lubrifiant 5 assu- rant la lubrification de la surface de contact de la seconde partie travaillante tronconique lc. Dans la variante d'exécution de l'invention repré- sentée sur la figure 5 la première partie travaillante tronconique lc est montée mobile axialement par rapport à la seconde partie travaillante tronconique le. A cet effet la seconde portion cylindrique ld qui prolonge la première partie travaillante tronconique lc, forme un piston coulis- sant axialement à l'intérieur d'un chambrage axial 13 de même diamètre ménagé dans la seconde partie travaillante tronconique le et débouchant dans la petite base de celle- ci. Ce chambrage 13 communique avec l'extérieur par l'in- termédiaire d'un conduit 14 qui peut être normalement bouché et qui n'est débouché qu'après l'engagement de le seconde partie travaillante le dans la pièce 2. Dans la variante d'exécution de l'invention repré- sentée sur la figure 6 la partie extrême antérieure conique la et la première partie travaillante antérieure le sont remplacées par une partie extrême antérieure cylindrique 1f d'un diamètre correspondant sensiblement au diamètre d d'un avant-trou résultant déjà d'une première opération. La partie cylindrique lf assure le guidage axial de l'outil qui, par sa partie travaillante tronconique supérieure 1 e, élargit le trou au diamètre final a. Dans la variante d'exécution de l'invention repré- sentée sur la figure 7 l'outil 15 comprend une première tête antérieure conique de centrage 15a qui est destinée à assu- rer le centrage de l'outil dans un avant-trou conique formé dans la pièce 2. Au-dessus de cette tête de centrage anté- rieure 15a l'outil 15 comprend une gorge annulaire 15b con- tenant une masse de lubrifiant 16, par exemple une couronne de verre, et au-dessus de la gorge 15b une partie travail- lante 15c, de forme tronconique et dont la grande base pos- térieure a un diamètre a correspondant au diamètre final que l'on désire obtenir pour le trou. A la partie travail- lante 15c fait suite une portion cylindrique 15d de diamè- tre a dont le rôle est d'éviter la déviation du trou en cours d'exécution. Dans la variante d'exécution de l'invention repré- sentée sur la figure 8 l'outil 16 comprend une tête 16a cylindrique à laquelle fait suite une portion cylindrique 16b, de plus petit diamètre, délimitant une gorge contenant une masse de lubrifiant 17 tel que du verre fondu. La tête 16a présent de préférence, dans sa face frontale, une cavité annulaire 16d centrée sur l'axe et contenant une petite quantité de lubrifiant. En arrière de la portion cylindrique 16b s'étend la partie travaillante tronconique 16c dont la petite base antérieure est raccordée à la por- tion cylindrique 16b et dont la grande base postérieure définit le diamètre final a du trou percé. Dans la variante d'exécution de l'invention repré- sentée sur la figure 9 l'outil 1 des figures 1 et 2 a été modifié de telle façon que sa partie extreme antérieure conique la soit prolongée vers l'arrière par une portée de guidage cylindrique l, de diamètre b, reliée à la premiè- re portion cylindrique lb de plus petit diamètre. La grande base postérieure de la première partie travaillante tron- conique lc est prolongée vers le haut par une deuxième portée de guidage cylindrique 1h, de diamètre d, se raccor- 2.619327 dant à la seconde portion cylindrique ld, et la grande base postérieure de la seconde partie travaillante tronconique le est prolongée par une troisième portée de guidage li de diamètre a. Dans la variante d'exécution de l'invention repré- sentée sur la figure 10 l'outil 1 de la figure 9 a été mo- difié pour présenter, au-dessus de la seconde portion'cylin- drique ld, une portée de guidage cylindrique 11, de même diamètre d que la portée de guidage cylindrique lh, laquelle est suivie d'une partie travaillante lk à génératrice non linéaire, convexe ou concave, qui peut être elle-même sui- vie, éventuellement, d'une partie travaillante Il è généra- trice linaire. La première partie travaillante lc pourrait aussi avoir une génératrice totalement ou partiellement linéaire. L'outil représenté sur la figure 10 a plusieurs avantages en ce qui concerne la répartition du lubrifiant, dont on évite qu'il présente un amas en forme de coin hydraulique important, pouvant dénaturer la forme des parties travaillantes, l'amélioration du centrage final, les alésages successifs s'emboîtant les uns dans les autres sans risque de déviation, la qualité de surface de l'aléage, du fait qu'on évite le rabattement du bord du trou initial, ou du précédent, et les pertes de matériau, car, résultant de la propriété précédente, il est possible de diminuer la taille de l'avant-trou initial, jusqu'aux limites imposées par la première lubrification. Dans la variante d'exécution de l'invention repré- sentée sur la figure 11 l'outil 18 a une forme générale tronconique à pointe engagée dans un avant-trou 3 de petit diamètre b. La partie extrême antérieure 18a de l'outil 18 qui est engagée dans l'avant-trou 3, est arrondie. Elle est prolongée vers l'arrière par une première partie de forme tronconique à génératrice courbe 18b, à concavité tournée vers l'extérieur, puis une deuxième partie tronconique 18c à génératrice rectiligne, puis une troisième partie 18d de forme tronconique à génératrice courbe, à concavité tournée vers l'extérieur, puis une quatrième partie tronconique 18e, à génératrice rectiligne. Dans cette variante les deux parties travaillantes sont constituées par les deux parties tronconiques 18c et 18e et elles sont en contact simultané avec le cône amorce dans la pièce 2. Le lubrifiant est, dans ce cas, simplement prédisposé dans le cône amorce et après fusion il se trouve enfermé dans les espaces annulaires définis par les deux parties tronconiques 18b,18d, à généra- trice courbe, pour lubrifier les deux parties travaillantes 18c,18e. REVENDICATIONS 1.- Outil étagé pour le perçage d'un trou, dans une pièce d'un matériau tel qu'un métal, par enfoncement axial de l'outil à froid, à tiède ou b chaud, et déformation plas- tique du matériau, caractérisé en ce qu'il comprend succes- sivement, à partir de son extrémité antérieure, une partie extrême antérieure cylindrique ou conique d'un premier diamètre relativement petit, puis au moins une gorge conte- nant une masse de lubrifiant (4) suivie d'une partie tra- vaillante de révolution à section droite croissant dans la direction opposée à celle de l'avancement de l'outil, dont la grande base a un second diamètre supérieur au premier diamètre, si bien que la surface de contact entre la pièce (2) et la partie travaillante (lc) est constamment lubri- fiée par le lubrifiant contenu dans la gorge. 2.- Outil étagé suivant la revendication 1 carac- térisé en ce que la génératrice de la partie travaillante (1c) est linéaire ou non linéaire ou encore partiellement linéaire et partiellement non linéaire. 3.- Outil étagé suivant l'une quelconque des re- vendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'il comprend une partie conique (la), à pointe tournée vers l'avant et dont le diamètre de la base postérieure est égal au diamètre (b) d'un avant-trou (3), puis une première portion cylindrique (lb) de diamètre (c) inférieur au diamètre (b) et b la- quelle se raccorde une première partie travaillante (lc), ayant une surface latérale de petite base antérieure de diamètre (c), par laquelle elle se raccorde à la premibre portion cylindrique (lb), et de grande base postérieure d'un diamètre (d) qui est inférieur au diamètre final (a) du trou percé dans la pièce, la grande base de la première partie travaillante (lc) étant prolongée vers l'arrière par une seconde portion cylindrique (ld) d'un diamètre (e) inférieur au diamètre (d) de cette grande base, à cette seconde portion cylindrique (ld) fait suite une seconde partie travaillante (le) qui a une surface latérale rac- cordée par sa petite base de diamètre (e) à la seconde portion cylindrique (ld) et présentant une grande base postérieure de diamètre (a) , deux masses de lubrifiant (4,5) étant respectivement logées dans les deux gorges entourant les deux portions cylindrique (lb,ld). 4.- Outil étagé suivant la revendication 3 carac- térisé en ce qu'une couche isolante thermiquement (6) est interposée entre la masse de lubrifiant (5) entourant la seconde portion cylindrique (ld) et la partie de l'outil (1) avec laquelle cette masse de lubrifiant (5) est en contact. 5.- Outil étagé suivant l'une quelconque des reven- dications 3 et 4 caractérisé en ce que la partie conique antérieure (la) de l'outil (1) est solidaire d'une tige de piston (7) s'étendant axialement à l'intérieur du corps de l'outil (1) pour déboucher dans une chambre interne(8), dans cette chambre la tige (7) se termine par un piston (9) et un ressort de compression (11), entourant cette tige (7), est logé entre le piston (9) et le fond de la chambre (8). 6.- Outil étagé suivant la revendication 5 carac- térisé en ce qu'il comprend un piston annulaire (12) monté librement à coulissement autour de la seconde portion cy- lindrique (ld) et qui retient la masse de lubrifiant (5) entourant la seconde portion cylindrique (ld), ce piston (12) qui frotte sur la paroi latérale du trou percé, étant freiné et contribuant ainsi à comprimer légèrement le lu- brifiant (5) assurant la lubrification de la surface de contact de la seconde partie travaillante (lc). 7.- Outil étagé suivant l'une quelconque des reven- dications 3 et 4 caractérisé en ce que la première partie travaillante (lc) est montée mobile axialement par rapport à la seconde partie travaillante (le), la seconde portion cylindrique (ld) qui prolonge la première partie travail- lante (lc), forme un piston coulissant axialement à l'in- térieur d'un chambrage axial, (13) de même diamètre ménagé dans la seconde partie travaillante (le) et débouchant dans la petite base de celle-ci, ce chambrage (13) commu- niquant avec l'extérieur par l'intermédiaire d'un conduit (14) qui peut être normalement bouché et qui n'est débouché qu'après l'engagement de la seconde partie travaillante (le) dans la pièce (2). 8.- Outil étagé suivant la revendication 1 carasc- térisé en ce qu'il comporte une partie extrême antérieure cylindrique (if) d'un diamètre correspondant sensiblement au diamètre (b) d'un avant-trou résultant déjà d'une première opération. 9.- Outil étagé suivant la revendication 1 carac- térisé en ce qu'il comprend une première tête antérieure conique de centrage (15a) qui est destinée à assurer le centrage de l'outil dans un avant-trou conique formé dans la pièce (2), puis une gorge annulaire (15b) contenant une masse de lubrifiant (16), puis une partie travaillante (15c) dont la grande base postérieure a un diamètre (a) corres- pondant au diamètre final que l'on désire obtenir pour le trou. 10.- Outil étagé suivant la revendication 1 carac- térisé en ce qu'il comprend une tête (16a) cylindrique à laquelle fait suite une portion cylindrique (16b), de plus petit diamètre, délimitant une gorge contenant une masse de lubrifiant (17), puis une partie travaillante (16c) dont la petite base antérieure est raccordée à la portion cylin- drique (16b) et dont la grande base postérieure définit le diamètre final (a) du trou percé. 11.- Outil étagé suivant l'une quelconque des re- vendications précédentes caractérisé en ce que chaque partie travaillante (lc,le) est prolongée par une portée cylindri- que de guidage (lh,li) de même diamètre que celui de la grande base de la partie travaillante (lc,le). 12.- Outil étagé suivant l'une quelconque des re- vendications précédentes caractérisé en ce que sa partie extrême antérieure conique (la) est prolongée vers l'arriète par une portée cylindrique de guidage (19) de même diamètre que celui de cette partie extrême (la). 13.- Outil étagé suivant la revendication 1 carac- térisé en ce qu'il a une forme générale tronconique à poin- te engagée dans un avant-trou (3) de petit diamètre(b), la partie extrême antérieure (18a) de l'outil (18) qui est engagée dans l'avant-trou (3), est arrondie et elle est prolongée par une première partie de forme tronconique à génératrice courbe (18b), à concavité tournée vers l'exté- rieur, puis une deuxième partie tronconique (18c) à généra- trice rectiligne, puis une troisième partie (18d) de forme tronconique à génératrice courbe, à concavité tournée vers l'extérieur, puis une quatrième partie tronconique (18e), à génératrice rectiligne, les deux parties travaillantes étant constituées par les deux parties tronconiques (18c,18e) et étant en contact simultané avec un cône amorce dans la pièce (2). 14.- Outil étagé suivant l'une quelconque des reven- dications précédentes caractérisé en ce que chaque messe de lubrifiant est constituée par une couronne (4,5) du lubri- fiant, par exemple en verre, destinée à fondre dans la pièce (2). 15.- Outil étagé suivant la revendication 14 carac- térisé en ce que.chaque couronne (4,5) est constituée de deux demicouronnes obtenues par moulage de poudre avec un agglomérant ou par coulée, ces deux couronnes (4,5) étant maintenues en place par des liens disparaissant à chaud, ou bien par une écharpe de tissu de matière fusible nouée au même emplacement.