[0001] La présente invention concerne un outil étagé pour le perçage d'un trou dans une
pièce par enfoncement axial de l'outil à chaud, et déformation plastique du matériau
de la pièce.
[0002] Pour réaliser dans une pièce pleine d'un matériau quelconque notamment d'une pièce
métallique, par poinçonnage ou en se guidant sur un avant-trou, un trou ou respectivement
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 frottements
et problèmes de lubrification.
[0003] On connaît déjà de tels outils étagés qui sont décrits par exemple dans les brevets
SU-A-880545, JP-A-54109056, FR-A-542043 et FR-E-25550. Chacun des outils décrits dans
ces divers brevets comprend successivement, à partir de son extrémité antérieure,
une partie extrême antérieure cylindrique ou conique, puis une gorge, puis une partie
travaillante de révolution à section droite croissant dans la direction opposée à
celle de l'avancement de l'outil. Ces outils peuvent être utilisés avec leurs surfaces
travaillantes en contact direct avec la paroi du trou percé dans la pièce, on bien
avec interposition entre elles d'une couche de lubrifiant. Si un tel lubrifiant est
utilisé, il est généralement mis en place dans l'entrée d'un avant-trou percé dans
la pièce, ainsi qu'il est décrit par exemple dans les brevets FR-A-2 067 226, FR-A-1
130 759 GB-A-1 365 510. Un tel procédé de lubrification présente toutefois l'inconvénient
que la masse de lubrifiant qui peut être constituée par une nappe souple de verre,
une feuille de tissu de verre ou encore un cône de poudre de verre agglomérée, risque
d'être repoussée en grande partie en avant de l'outil et de ce fait elle ne remplit
pas parfaitement son rôle d'interface entre la surface travaillante de l'outil et
la paroi du trou qui est en train d'être percé ou élargi.
[0004] La présente invention vise à remédier à ces inconvénients 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.
[0005] 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 chaud, et déformation plastique
du matériau de la pièce, comprenant 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 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 supérieur au premier diamètre, est caractérisé
en ce que la gorge qui est située en arrière de la partie extrême antérieure, est
pourvue, avant l'enfoncement de l'outil dans la pièce, d'une masse de lubrifiant
à l'état solide et dont le point de fusion est inférieur à la température à laquelle
se trouve la pièce pendant l'opération de perçage, si bien que le lubrifiant solide
fond lorsque l'outil pénètre dans la pièce chaude et que la surface de contact entre
la pièce et la partie travaillante est constamment lubrifiée par un film de lubrifiant
fondu formé à partir de la masse de lubrifiant fondu contenue dans la gorge.
[0006] 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 partiellement
ou totalement non linéaire, la partie travaillante ayant alors une forme pseudotronconique
à génératrice courbe en totalité ou en partie.
[0007] L'outil suivant l'invention permet, dans le cas où 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 de 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 relation avec les surfaces
des parties travaillantes à lubrifier.
[0008] L'outil combiné suivant l'invention présente plusieurs 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'ordonnancement. Il permet également d'augmenter l'étendue des
possibilités de la machine de base, en abaissant les forces nécessaires pour une
déformation grâce à la relubrification. Il permet aussi d'accroître le champ des matériaux
transformables 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 générateurs
de rayures et arrachements, les replis, les décentrages, en travail à chaud, de l'alésage
par rapport à l'extérieur de la pièce, chaque partie travaillante nécessitant un
effort plus réduit et se guidant sur la précédente partie travaillante.
[0009] On décrira ci-après,à titre d'exemples non limitatifs, 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 travail différent.
Les figures 3 à 11 sont des vues en coupe axiale de variantes d'exécution de l'outil.
[0010] 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'avant-trou 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 représentée.
[0011] L'outil étagé 1 comprend plusieur parties de diamètres différents et comprenant
chacune une partie travaillante. A son extrémité inférieure ou antérieure l'outil
1 comprend une partie conique 1
a, à pointe tournée vers l'avant et dont le diamètre de la base postérieure est égal
au diamètre
b de l'avant-trou 3. Cette partie antérieure tronconique 1
a 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 1
a se trouve une première portion cylindrique 1
b de diamètre
c inférieur au diamètre
b et à laquelle se raccorde une première partie travaillante 1
c. Cette première partie travaillante 1
c a une surface latérale à section droite croissant progressivement vers le haut, c'est-à-dire
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 à la portion cylindrique 1
b, et de grande base postérieure d'un diamètre
d qui est inférieur au diamètre final
a. La grande base de la première partie travaillante 1
c est prolongée vers l'arrière par une seconde portion cylindrique 1
d d'un diamètre
e inférieur au diamètre
d. A cette seconde portion cylindrique 1
d fait suite une seconde partie travaillante 1
e 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 1
d et présentant une grande base postérieure de diamètre
a. L'angle au sommet de la première partie travaillante tronconique 1
c est inférieur à celui de la seconde partie travaillante tronconique 1e qui est donc
plus évasée que la précédente, comme on peut le voir sur les figures 1 et 2. Toutefois
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
1
c pourrait être supérieur à celui de la seconde partie travaillante 1
e.
[0012] Suivant l'invention l'outil étagé 1 est pourvu, avant d'être engagé dans la pièce
métallique, d'un lubrifiant qui est logé dans les gorges formées autour des portions
cylindriques 1
b et 1
d qui assurent respectivement la liaison entre la partie extrême conique 1
a et la première partie travaillante tronconique 1
c et entre les première et seconde parties travaillantes tronconiques 1
c,1
e. Le lubrifiant constitue ainsi deux couronnes 4 et 5 qui sont formées, sur l'outil
1, respectivement autour des deux portions cylindriques 1
b et 1
d, 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 fusible, par exemple, de verre, nouée
au même emplacement.
[0013] 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 de 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 1
c. 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 lubrifcation dans la zone de contact entre la pièce métallique 2 et la seconde
partie travaillante 1e.
[0014] Dans la variante d'exécution de l'invention représentée sur la figure 3 une couche
isolante thermiquement 6 qui est destinée à faciliter la mise à température du lubrifiant
quand les propriétés de ce dernier l'exigent, est interposée entre la couronne de
lubrifiant 5 entourant la seconde portion cylindrique 1
d 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 supérieure de la première partie travaillante tronconique 1
c et de la portion cylindrique 1
d, tout autour de la surface latérale de cette portion cylindrique 1
d, et le long de la partie inférieure de la surface latérale de la seconde partie
travaillante tronconique 1
e.
[0015] Dans la variante d'exécution de l'invention représentée sur la figure 4 la partie
conique antérieure 1
a 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
déboucher dans une chambre interne 8. Dans cette chambre cette 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. Sous l'effet du ressort le piston 11
tend à repousser vers le haut la tige 7 et par conséquent la partie extrême antérieure
1
a ce qui a pour effet de mettre en compression la couronne de lubrifiant 4 entourant
la première portion cylindrique 1b 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 cylindrique 1d et qui retient
la couronne de lubrifiant 5 entourant la seconde portion cylindrique 1d 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 assurant la lubrification de la surface de contact de la seconde partie travaillante
tronconique 1c.
[0016] Dans la variante d'exécution de l'invention représentée sur la figure 5 la première
partie travaillante tronconique 1
c est montée mobile axialement par rapport à la seconde partie travaillante tronconique
1
e. A cet effet la seconde portion cylindrique 1
d qui prolonge la première partie travaillante tronconique 1
c, forme un piston coulissant axialement à l'intérieur d'un chambrage axial 13 de
même diamètre ménagé dans la seconde partie travaillante tronconique 1
e et débouchant dans la petite base de celle-ci. Ce chambrage 13 communique 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 1
e dans la pièce 2.
[0017] Dans la variante d'exécution de l'invention représentée sur la figure 6 la partie
extrême antérieure conique 1
a et la première partie travaillante antérieure 1
c sont remplacées par une partie extrême antérieure cylindrique 1
f d'un diamètre correspondant sensiblement au diamètre
d d'un avant-trou résultant déjà d'une première opération. La partie cylindrique 1
f assure le guidage axial de l'outil qui, par sa partie travaillante tronconique supérieure
1
e. élargit le trou au diamètre final
a.
[0018] Dans la variante d'exécution de l'invention représentée sur la figure 7 l'outil
15 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.
Au-dessus de cette tête de centrage antérieure 15a l'outil 15 comprend une gorge
annulaire 15b contenant une masse de lubrifiant 16, par exemple une couronne de verre,
et au-dessus de la gorge 15a une partie travaillante 15c, de forme tronconique et
dont la grande base postérieure 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 diamètre
a dont le rôle est d'éviter la déviation du trou en cours d'exécution.
[0019] Dans la variante d'exécution de l'invention représentée 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 portion cylindrique 16b et
dont la grande base postérieure définit le diamètre final
a du trou percé.
[0020] Dans la variante d'exécution de l'invention représentée sur la figure 9 l'outil
1 des figures 1 et 2 a été modifié de telle façon que sa partie extrême antérieure
conique 1
a soit prolongée vers l'arrière par une portée de guidage cylindrique 1
g, de diamètre
b, reliée à la première portion cylindrique 1b de plus petit diamètre. La grande base
postérieure de la première partie travaillante tronconique 1c est prolongée vers
le haut par une deuxième portée de guidage cylindrique 1
h, de diamètre
d, se raccordant à la seconde portion cylindrique 1
d, et la grande base postérieure de la seconde partie travaillante tronconique 1e est
prolongée par une troisième portée de guidage 1
i de diamètre
a.
[0021] Dans la variante d'exécution de l'invention représentée sur la figure 10 l'outil
1 de la figure 9 a été modifié pour présenter, au-dessus de la seconde portion cylindrique
1
d, une portée de guidage cylindrique 1
j, de même diamètre
d que la portée de guidage cylindrique 1
h, laquelle est suivie d'une partie travaillante 1
k à génératrice non linéaire, convexe ou concave, qui peut être elle-même suivie,
éventuellement, d'une partie travaillante 1
l à généra trice linaire. La première partie travaillante 1
c pourrait aussi avoir une génératrice totalement ou partiellement linéaire.
[0022] 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.
[0023] Dans la variante d'exécution de l'invention représentée 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 génératrice courbe, pour lubrifier les deux parties travaillantes
18c,18e.
1.- Outil étagé pour le perçage d'un trou, dans une pièce d'un matériau quelconque,
par enfoncement axial de l'outil à chaud, et déformation plastique du matériau, comprenant
successivement, à partir de son extrémité antérieure, une partie extrême antérieure
cylindrique (1f) ou conique (1a) d'un premier diamètre relativement petit, puis au
moins une gorge suivie d'une partie travaillante de révolution (1c) 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, caractérisé en ce que le
gorge qui est située en arrière de la partie extrème antérieure (1a,1f), est pourvue,
avant l'enfoncement de l'outil dans la pièce, d'une masse de lubrifiant (4) à l'état
solide et dont le point de fusion est inférieur à la température à laquelle se trouve
la pièce pendant l'opération de perçage, si bien que le lubrifiant fond lorsque l'outil
pénètre dans la pièce chaude et que la surface de contact entre la pièce (2) et la
partie travaillante (1c) est constamment lubrifiée par un film de lubrifiant fondu formé à partir de la
masse de lubrifiant fondu contenue dans la gorge.
2.- Outil étagé suivant la revendication 2 caractérisé en ce qu'une couche isolante
thermiquement (6) est interposée entre la masse de lubrifiant (5) entourant la seconde
portion cylindrique (1d) et la partie de l'outil (1) avec laquelle cette masse de
lubrifiant (5) est en contact.
3.- Outil étagé suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3 caractérisé en
ce que la partie conique antérieure (1a) de l'outil (1) est solidaire d'une tige de piston (7) s'étendant axialement à l'intérieur
de 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).
4.- Outil étagé suivant la revendication 4 caractérisé en ce qu'il comprend un piston
annulaire (12) monté librement à coulissement autour de la seconde portion cylindrique
(1d) et qui retient la masse de lubrifiant (5) entourant la seconde portion cylindrique
(1d), ce piston (12) qui frotte sur la paroi latérale du trou percé, étant freiné
et contribuant ainsi à comprimer légèrement le lubrifiant (5) assurant la lubrification
de la surface de contact de la seconde partie travaillante (1c).
5.- Outil étagé suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3 caractérisé en
ce que la première partie travaillante (1c) est montée mobile axialement par rapport
à la seconde partie travaillante (1e), la seconde portion cylindrique (1d) qui prolonge
la première partie travaillante (1c), forme un piston coulissant axialement à l'intérieur
d'un chambrage axial, (13) de même diamètre ménagé dans la seconde partie travaillante
(1e) et débouchant dans la petite base de celle-ci, ce chambrage (13) communiquant
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 (1e)
dans la pièce (2).
6.- Outil étagé suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une partie
extrême antérieure cylindrique (1f) d'un diamètre correspondant sensiblement au diamètre
(b) d'un avant-trou résultant déjà d'une première opération.
7.- Outil étagé suivant la revendication 1 caractérisé 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) correspondant au diamètre final que l'on désire obtenir pour le trou.
8.- Outil étagé suivant la revendication 1 caractérisé 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 cylindrique
(16b) et dont la grande base postérieure définit le diamètre final (a) du trou percé.
9.- Outil étagé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé
en ce que chaque partie travaillante (1c,1e) est prolongée par une portée cylindrique
de guidage (1h,1i) de même diamètre que celui de la grande base de la partie travaillante
(1c,1e).
10.- Outil étagé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé
en ce que sa partie extrême antérieure conique (1a) est prolongée vers l'arrière par
une portée cylindrique de guidage (1g) de même diamètre que celui de cette partie
extrême (1a).
11.- Outil étagé suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'il 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 et elle est prolongée 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, 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).
12.- Outil étagé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé
en ce que chaque masse de lubrifiant est constituée par une couronne (4,5) du lubrifiant,
par exemple en verre, destinée à fondre dans la pièce (2).
13.- Outil étagé suivant la revendication 13 caractérisé en ce que chaque couronne
(4,5) est constituée de deux demi-couronnes 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.