Poinçon et procédé pour le fabriquer. La présente invention a pour objet un poinçon servant à pratiquer des creusures, ayant la forme d'une croix, vues en plan, dans les têtes des vis.
Le poinçon suivant l'invention comporte un téton durci dont la forme est l'inverse de celle des creusures et qui fait saillie sur l'extrémité sensiblement plate d'une barre d'acier, ce téton étant fait de métal comprimé et façonné, à partir d'une pièce ébauchée fai sant corps avec la barre, par une opération de façonnage à froid dans une matrice, et toutes ses surfaces étant raccordées à celle de l'épaulement, formé par l'extrémité de la barre, par des congés.
L'invention concerne en outre un procédé pour fabriquer ce poinçon.
Le procédé suivant l'invention consiste à dégrossir l'extrémité d'une barre d'acier pour lui donner une forme se rapprochant le plus possible de la forme finale du poinçon par enlèvement de matière à l'aide des outils usuels et à presser alors à froid le poinçon partiellement établi dans une matrice pour le réduire à ses dimensions et à sa forme finale.
Le poinçon objet de l'invention est repré senté, à titre d'exemple, au dessin annexé dans ses différentes phases de fabrication. Dans ce dessin: La fig. 1 représente une barre de métal avant qu'elle ait été soumise aux opérations de fabrication du poinçon; La fig. 2 montre la même barre après qu'elle a été munie du téton par tournage;
La fig. 3 représente l'opération de frai sage en bout des creusures ou rainures; La fig. 4 est une vue en bout du poinçon non terminé, tel qu'il résulte de l'opération de la fig. 3; Les figures suivantes sont toutes à plus grande échelle et la fig. 5 représente, en élévation, le poinçon non terminé sur le point d'être pressé dans la matrice, représentée en coupe verticale centrale; La fig. 6 est une vue en plan de la ma trice;
Les fig. 7 et 8 sont une vue en élévation et une vue en bout du poinçon terminé.
Il y a longtemps qu'on a proposé d'établir des vis présentant des creusures autres que la rainure transversale habituelle pour rece voir une certaine forme de tournevis. Parmi les moyens proposés, la formation d'une creusure ayant la forme d'une croix en sec tion a été développée et réalisée industrielle ment avec succès.
La forme de creusure actuellement pra tiquée dans les vis de ce genre peut essen tiellement être considérée comme celle de la matrice de la fig. 6 et comprend quatre fentes rayonnant à partir d'une ouverture centrale et disposées symétriquement. Les fentes vont en se rétrécissant en longueur depuis un maximum, au sommet de la vis, jusqu'à un diamètre sensiblement égal à celui .de l'ou verture prévue au fond de la creusure, mais elles conservent une largeur sensiblement constante sur leurs bords, cette largeur aug mentant toutefois à l'endroit où la fente se raccorde à la zone centrale.
Les parois des fentes radiales et les parois de raccordement sont composées d'une série de surfaces plates ou planes, plutôt que de surfaces courbes concaves et il a été démontré que ceci est extrêmement utile et, en fait, essentiel pour maintenir le tournevis dans la rainure lors qu'une résistance considérable est offerte à la pénétration de la vis.
On pratique les creusures du type qui vient d'être décrit dans les têtes de vis gros sièrement refoulées, à un certain stade de leur fabrication, en maintenant la vis dans une enclume convenable et en pressant ou forçant un poinçon de forme convenable à la profondeur désirée dans le métal de la tête pendant qu'il est froid. Cette opération est extrêmement brutale et soumet à des efforts sévères à la fois le métal de la vis et celui du poinçon.
Celui-ci doit recevoir une forme inverse de celle de la creusure de la vis et, en raison de la brutalité de l'opération et du faible diamètre, les poinçons s'usent rapi- dement. Ces poinçons doivent posséder des dimensions et une forme exactes afin que le joint entre la creusure et le tournevis soit assez précis et dur pour assurer le maintien de la vis sur l'extrémité du tournevis lors qu'on insère cette vis dans des endroits res serrés ou difficiles d'accès. Ceci veut dire qu'on ne peut pas tolérer d'écarts importants dans les dimensions de la creusure et, par suite, du poinçon.
Etant donné l'usure rapide des poinçons, il faudrait quelque procédé qui permette de les fabriquer aisément, d'une façon peu coû teuse et rapidement. Malheureusement, les opérations de décolletage ou d'usinage habi tuelles ne sont pas applicables à la finition du poinçon en raison de la présence nécessaire des surfaces planes susmentionnées à l'inté rieur des parties concaves formées entre les ailes ou nervures et du fait que ces surfaces vont généralement en s'évasant de la pointe à la base du poinçon.
Conformément à cette invention, on ap plique d'abord les méthodes d'usinage cou ramment adoptées en atelier pour établir une forme de poinçon développée, qu'on convertit ensuite, par une opération supplémentaire, en la forme finale exacte désirée, en même temps que, par cette opération, la résistance et la texture du métal sont améliorées.
Pour fabriquer les poinçons, on utilise une barre d'un métal convenable, de préfé rence d'acier à outil, qu'on découpe en petits tronçons 10 tels que celui représenté sur la fig. 1. La barre est de préférence circulaire et d'un diamètre commode pour pouvoir être maintenue dans la tête de la machine à poin çonner.
Par tournage sur un tour, on conSti- tue un épaulement sensiblement plat 11 sur lequel fait saillie, au centre, un téton coni que 12 dont le contour peut être considéré comme celui qu'on obtiendrait en faisant tourner une des ailes d'un poinçon terminé autour de l'axe du poinçon. En d'autres termes, c'est un corps de révolution qui peut être constitué sur un tour.
Pour constituer les ailes et rainures alter nantes, au nombre de quatre de chaque sorte, une fraise en bout 14 du type ordinaire est montée dans une fraiseuse et la barre 10 est supportée -dans l'étau de cette fraiseuse de façon que l'outil soit présenté suivant un axe faisant un petit angle avec l'axe longitudinal de la barre et du téton. L'angle que fait l'axe de d'outil avec l'axe de la barre est inférieur à celui que fait la face extérieure d'une aile avec l'axe -de la barre.
Après avoir placé cette fraise en bout à la distance vou lue du centre du téton, on a fait mouvoir parallèlement à son axe longitudinal pour tailler chacune des: rainures inclinées 15 sen siblement jusqu'à l'épaulement 11. On fait tourner la barre de 90 pour chacune des coupes successives jusqu'à ce qu'on ait obtenu le poinçon semi-fini des; fi-. @3 et 4, dont toutes les surfaces sont de courbure convexe, celles de la rainure 15 étant ,de courbure con cave.
Les surfaces 16 des ailes sont concaves en section horizontale et sont recourbées en coupe verticale en conformité avec la forme prédéterminée des ailes. En raison de l'angle suivant lequel la fraise avance, les bords des ailes du poinçon incomplet augmentent de largeur de l'extrémité à la racine, en regar dant les fig. 3, 4 et 5, quoique ceci ne soit pas désiré .dans le poinçon fini.
Pour donner au poinçon sa forme finale, on le force par une pression hydraulique ou autrement, dans une matrice dont la creusure est l'exacte contrepartie de celle,désirée pour les vis. @Si l'on se réfère aux fig. 5 et 6, on voit que 'la matrice est constituée dans un bloc 20 de métal, convenable qui est évidé pour constituer les creusures 21 façonnant les ailes, ces creusures présentant des surfaces plates 22 qui sont inclinées, comme repré senté en 23, et des surfaces plates intermé diaires 24 -et 25, également inclinées comme représenté.
)Suivant l'axe de la matrice se trouve une ouverture 26 servant là dégager la pointe et à permettre le passage d'une barre détacheuse, si nécessaire. La quantité du mé tal du téton dégrossi est un peu plus grande que celle qui :serait normalement reçue dans la creusure de la matrice, ce qui provoque un faible -degré de compression et -de refou- lement du métal ainsi qu'un changement de sa forme lorsque le poinçon est pressé dans la matrice.
Au cas où il existerait un excès considérable -de métal, cet excès serait refoulé à l'intérieur de l'ouverture 26. Le téton dé grossi est ainsi façonné à sa forme et ses di mensions exactes et le façonnage et la com pression -du métal dudit téton renforce, con dense et durcit ce métal, quoique, à titre d'opération finale avant l'emploi, le poinçon soit durci par un traitement thermique con venable.
On a trouvé désirable, pour -diverses rai sons, que la jonction des: surfaces de la creu- sure d'une tête -de vis avec la surface externe de la tête ,soit constituée par une courbe -de faible rayon et, comme il est difficile de former une courbe de ce genre après que la creusure a été poinçonnée et que la tête de vis a. été rabotée, on prévoit des arrondis en forme de congés sur le poinçon à la jonction de chacune de ses surfaces avec l'épaulement plat 11.
Un tel congé ébauché est visible en 28, fig. 2, où il n'a ,d'effet que sur les racines des faces externes des ailes. .Sur les: fig. 3, 4 et 5;
on voit que les jonctions des rainures concaves avec l'épaulement sont presque abruptes, quoiqu'on puisse constituer un léger congé en dormant une forme convenable à la fraise. Toutefois, à toutes ces jonctions, le rayon final est déterminé par la matrice, qui possède un arrondi convenable à tous les points -de jonction où une surface convenable de la creusure intersecte la surface supérieure du bloc 20, comme on peut le voir en: 29.
La creusure de la matrice est constituée par les procédés de matriçage usuels qui, bien entendu, sont plus coûteux que les opérations d'usinage ordinaires, mais la matrice n'est pas excessivement difficile à établir puisque ses surfaces plates sont des surfaces: générale ment convexes plutôt que concaves comme sur le poinçon.
Les congés formés à la jonction des sur faces du poinçon et de son .épaulement aug mentant la solidité du poinçon au point -d'ap plication des efforts agissant sur lui à, l'en droit où ils sont transférés à la plus grande section de la barre. Ces. congés jouent ainsi le rôle supplémentaire de renforcer le poin çon ainsi que d'améliorer grandement l'as pect, la fonction et la facilité de fabrication de la vis.
Bien que, dans ce qui précède, on ait -dit que l'opération consistant à façonner le poin çon en le chassant dans une estampe est une opération d'estampage à froid, il peut néan moins hêtre désirable, pour les, poinçons plus gros, de chauffer d'abord le poinçon dégrossi pour faciliter son matriçage, ce qui diminue l'usure de la matrice et augmente grande ment sa durée.
Comme une trempe finale du poinçon par un traitement thermique est en tout cas nécessaire, ce chauffage n'est pas nuisible, mais il introduit une -difficulté due à la couche d'oxyde qui pourrait changer les dimensions très précises des surfaces du poinçon.
Punch and process for making it. The present invention relates to a punch for making hollows, having the shape of a cross, seen in plan, in the heads of the screws.
The punch according to the invention comprises a hardened stud whose shape is the reverse of that of the recesses and which protrudes from the substantially flat end of a steel bar, this stud being made of compressed metal and shaped, to starting from a blank part forming part of the bar, by a cold forming operation in a die, and all its surfaces being connected to that of the shoulder, formed by the end of the bar, by fillets.
The invention further relates to a method for manufacturing this punch.
The method according to the invention consists in roughening the end of a steel bar to give it a shape which comes as close as possible to the final shape of the punch by removing material using the usual tools and then pressing cold the punch partially established in a die to reduce it to its dimensions and its final shape.
The punch object of the invention is shown, by way of example, in the accompanying drawing in its various manufacturing phases. In this drawing: Fig. 1 shows a metal bar before it has been subjected to the punch manufacturing operations; Fig. 2 shows the same bar after it has been provided with the stud by turning;
Fig. 3 shows the end milling operation of the hollows or grooves; Fig. 4 is an end view of the unfinished punch, as it results from the operation of FIG. 3; The following figures are all on a larger scale and fig. 5 shows, in elevation, the unfinished punch about to be pressed into the die, shown in central vertical section; Fig. 6 is a plan view of the matrix;
Figs. 7 and 8 are an elevation view and an end view of the finished punch.
It has long been proposed to establish screws having recesses other than the usual transverse groove to receive some form of screwdriver. Among the means proposed, the formation of a hollow having the shape of a cross section has been developed and carried out successfully industrially.
The shape of the hollow presently practiced in screws of this kind can essentially be regarded as that of the die of FIG. 6 and comprises four slots radiating from a central opening and arranged symmetrically. The slots are narrowing in length from a maximum, at the top of the screw, to a diameter substantially equal to that of the opening provided at the bottom of the recess, but they retain a substantially constant width at their edges , this width increasing however at the point where the slit connects to the central zone.
The walls of the radial slots and the connecting walls are made up of a series of flat or planar surfaces, rather than concave curved surfaces, and this has been shown to be extremely useful and, indeed, essential in keeping the screwdriver in position. groove where considerable resistance is offered to screw penetration.
Hollows of the type just described are made in the heads of coarse-turned screws, at a certain stage of their manufacture, by holding the screw in a suitable anvil and by pressing or forcing a punch of suitable shape to the depth desired in the metal of the head while it is cold. This operation is extremely brutal and subjects both the metal of the screw and that of the punch to severe stresses.
This must be the opposite shape of the screw recess and, due to the brutality of the operation and the small diameter, the punches wear out quickly. These punches must be of exact dimensions and shape so that the joint between the recess and the screwdriver is precise and hard enough to ensure that the screw is held on the end of the screwdriver when this screw is inserted in tight places. or difficult to access. This means that we cannot tolerate significant deviations in the dimensions of the recess and, consequently, of the punch.
In view of the rapid wear of the punches, some process would be required which would enable them to be manufactured easily, inexpensively and rapidly. Unfortunately, the usual bar turning or machining operations are not applicable to the finishing of the punch due to the necessary presence of the aforementioned flat surfaces within the concave parts formed between the flanges or ribs and the fact that these surfaces generally go flaring from the tip to the base of the punch.
In accordance with this invention, the machining methods commonly adopted in the workshop are first applied to establish a developed punch shape, which is then converted, by an additional operation, into the exact final shape desired, at the same time. that, by this operation, the strength and texture of the metal are improved.
To make the punches a bar of a suitable metal, preferably tool steel, is used which is cut into small sections such as that shown in FIG. 1. The bar is preferably circular and of a convenient diameter to be able to be held in the head of the punching machine.
By turning on a lathe, a substantially flat shoulder 11 is formed on which protrudes, in the center, a conical stud 12, the outline of which can be considered as that which would be obtained by rotating one of the wings of a punch. finished around the axis of the punch. In other words, it is a body of revolution which can be constituted on a turn.
To constitute the alternating wings and grooves, four in number of each kind, an end mill 14 of the ordinary type is mounted in a milling machine and the bar 10 is supported in the vice of this milling machine so that the tool is presented along an axis forming a small angle with the longitudinal axis of the bar and of the stud. The angle of the tool axis with the bar axis is less than that of the outer face of a wing with the bar axis.
After having placed this end mill at the desired distance from the center of the nipple, one made to move parallel to its longitudinal axis to cut each of the: inclined grooves 15 appreciably up to the shoulder 11. The bar is rotated. 90 for each of the successive cuts until the semi-finished punch of the; fi-. @ 3 and 4, all the surfaces of which are of convex curvature, those of the groove 15 being of con cave curvature.
The surfaces 16 of the wings are concave in horizontal section and are curved in vertical section in accordance with the predetermined shape of the wings. Due to the angle at which the cutter advances, the edges of the flanges of the incomplete punch increase in width from the tip to the root, looking at figs. 3, 4 and 5, although this is not desired in the finished punch.
To give the punch its final shape, it is forced by hydraulic pressure or otherwise, into a die, the hollow of which is the exact counterpart to that desired for the screws. @If we refer to fig. 5 and 6, it is seen that 'the die is formed in a block 20 of metal, suitable which is hollowed out to constitute the recesses 21 shaping the wings, these recesses having flat surfaces 22 which are inclined, as shown at 23, and intermediate flat surfaces 24 -and 25, also inclined as shown.
) Along the axis of the die is an opening 26 which serves there to release the point and to allow the passage of a stripping bar, if necessary. The amount of metal in the roughened nipple is a little larger than what would normally be received in the die recess, causing a low -degree of compression and -backflow of the metal as well as a change in its shape when the punch is pressed into the die.
In the event that there is a considerable excess of metal, this excess will be forced back into opening 26. The enlarged stud is thus shaped to its exact shape and dimensions and the shaping and compression of the metal of said pin reinforces, densifies and hardens this metal, although, as a final operation before use, the punch is hardened by a suitable heat treatment.
It has been found desirable, for various reasons, that the junction of the surfaces of the cavity of a screw head with the external surface of the head be formed by a curve of small radius and, since it is difficult to form such a curve after the recess has been punched out and the screw head has. been planed, rounds in the form of fillets are provided on the punch at the junction of each of its surfaces with the flat shoulder 11.
Such a rough fillet is visible at 28, fig. 2, where it only has an effect on the roots of the outer surfaces of the wings. On the: fig. 3, 4 and 5;
it is seen that the junctions of the concave grooves with the shoulder are almost abrupt, although a slight fillet can be formed by keeping a shape suitable for the cutter. However, at all of these junctions, the final radius is determined by the die, which has proper rounding at all junction points where a suitable area of the recess intersects the top surface of block 20, as can be seen by: 29.
The hollowing out of the die is constituted by the usual die-forging processes which, of course, are more expensive than ordinary machining operations, but the die is not excessively difficult to establish since its flat surfaces are surfaces: generally convex rather than concave as on the awl.
The fillets formed at the junction of the surfaces of the punch and its shoulder increasing the strength of the punch at the point of application of the forces acting on it at the right where they are transferred to the largest section of bar. These. fillets thus play the additional role of strengthening the punch as well as greatly improving the appearance, function and ease of manufacture of the screw.
Although in the foregoing it has been said that the operation of shaping the punch by driving it into a stamp is a cold stamping operation, it may nonetheless be desirable, for larger punches. , to first heat the roughened punch to facilitate its forging, which decreases the wear of the die and greatly increases its duration.
As a final quenching of the punch by heat treatment is in any case necessary, this heating is not harmful, but it introduces a difficulty due to the oxide layer which could change the very precise dimensions of the surfaces of the punch.