FR2497126A1 - PRESS TOOL WITH INSERTED HARD MATERIAL FOR METAL FORMING, ESPECIALLY COPPER AND ALUMINUM ALLOYS - Google Patents

Abstract

In a press tool with an insert of hard material for the cold and hot chipless forming of metals, especially copper and aluminium alloys, the insert is fitted into a metal surrounding frame which comprises an insert ring, a back-up ring and a holder, the inner wall of the holder being designed as a stepped cylindrical surface. The back-up ring is fitted into the lower part of the holder and the insert ring is fitted into the central and upper part of the holder, there being an air gap between the back-up ring and the insert ring. The inner circumferential surface of the insert ring is designed as a conical surface which widens towards the back-up ring. The insert supported on the back-up ring has a shape matched to this conical surface.

Description

249712i La présente invention concerne un outil de presse pour le formage249712i The present invention relates to a press tool for forming

à chaud et à froid de métaux, notamment d'alliages de cuivre et d'aluminium, dans lequel est enchâssé, dans un  hot and cold metals, especially copper and aluminum alloys, in which is embedded, in a

châssis en métal, un élément rapporté se composant d'un maté-  metal frame, an insert consisting of a material

riau dur différent du matériau du châssis. Pour le filage à chaud de métaux, notamment d'alliages de cuivre et d'aluminium, on connaUt déjà, d'après la demande de brevet allemand publiée sous le No. 29 00 909, un outil de ce genre qui a une durée de service assez longue et qui permet en outre d'obtenir une plus grande productivité, une meilleure utilisation de l'outil estun produit de meilleure qualité de surface par comparaison aux outils de presse utilisés par le passé du type massif ou du type précontraint par un frettage classique. En dehors de ces avantages, l'outil précité possède toute une série d'inconvénients qui empochent d'atteindre la durée de service maximale et, également, d'effectuer un remplacement rapide et simple des éléments rapportés. Après que cet outil a été fretté de telle sorte qu'il ne possède aucune précontrainte  hard riau different from the chassis material. For the hot spinning of metals, especially copper and aluminum alloys, there is already known, from the German patent application published under No. 29 00 909, a tool of this kind which has a duration of fairly long service and which also allows greater productivity, better use of the tool is a better surface quality product compared to press tools used in the past of the solid type or of the type prestressed by hooping classic. Apart from these advantages, the aforementioned tool has a whole series of drawbacks which prevent reaching the maximum service life and, also, making a quick and simple replacement of the added elements. After this tool has been hooped so that it has no pretension

à la température de formage à froid, il ne peut en correspon-  at the cold forming temperature, it cannot

dance pas être utilisé dans de telles applications. Les incon-  dance not be used in such applications. The incon-

vénients de l'outil de presse précité par comparaison à la solution selon l'invention ont été mis en évidence d'une façon tout à fait nette sur le dessin o, dans l'intérêt d'une meilleure compréhension, on a représenté sur le côté gauche des figures (Fig. 1/a et 2/a) une coupe axiale de l'outil de presse de type connu et, sur le côté droit des figures (Fig. 1/  vénients of the aforementioned press tool by comparison with the solution according to the invention have been highlighted in a very clear manner in the drawing o, in the interest of better understanding, there is shown in left side of the figures (Fig. 1 / a and 2 / a) an axial section of the press tool of known type and, on the right side of the figures (Fig. 1 /

et 2/b) une coupe axiale de l'outil de presse conforme à l'in-  and 2 / b) an axial section of the press tool in accordance with the

vention. (En tenant compte de la forme symétrique de l'outil,  vention. (Taking into account the symmetrical shape of the tool,

on n'a représenté à chaque fois qu'une demi-coupe axiale).  each time only an axial half-section has been shown).

Sur le dessin, les deux figures représentent la même partie de l'outil mais, alors que sur la Fig. 1 les composants des deux outils sont désignés par des références numériques, la Figure 2 met en évidence les relations concernant les forces  In the drawing, the two figures represent the same part of the tool but, while in FIG. 1 the components of the two tools are designated by numerical references, Figure 2 highlights the relationships concerning the forces

et les mouvements s'exerçant sur les deux outils.  and the movements acting on the two tools.

La Fig. 2/a montre que la surface conique intérieure 9' de la monture conique 4' se déforme par dilatation de façon défavorable à la température de formage à chaud appropriée pour l'élément rapporté 1' (la valeur de la déformation A s'élève aul maximum à 1 à 2 centièmes de millimètre), de sorte  Fig. 2 / a shows that the internal conical surface 9 'of the conical mount 4' deforms by expansion unfavorably at the appropriate hot forming temperature for the insert 1 '(the value of the deformation A rises 1 to 2 hundredths of a millimeter), so

que le diamètre critique de l'élément rapporté 1' reste pra-  that the critical diameter of the insert 1 'remains pra-

tiquement non-soumis à une précontrainte. Simultanément, la force résultante Pe, exercée sur la surface de l'élément rap- porté 1' par le métal déformé, engendrée par une charge Po uniformément répartie, rapportée à un anneau circulaire et qui, par suite de l'égalité des surfaces, agit à une distance de l'axe de symétrie à peu près égale aux 2/4 du rayon, engendre avec un bras de levier résultant re un moment exerçant une contrainte de traction sur la partie de la section produisant  not subject to prestressing. Simultaneously, the resulting force Pe, exerted on the surface of the element carried 1 ′ by the deformed metal, generated by a uniformly distributed load Po, related to a circular ring and which, as a result of the equality of the surfaces, acts at a distance from the axis of symmetry approximately equal to 2/4 of the radius, generates with a lever arm resulting re a moment exerting a tensile stress on the part of the section producing

le formage.forming.

Apres que la ligne d'action de la force résultante Pe est située à l'extérieur du centre de gravité C de la section droite donnée (lorsque le moment statique d'une section droite par rapport a deux axes mutuellement orthogonaux est égale à zéro, iesdits axes sont appelés des axes de gravité et leur point d'intersection est appelé le centre de gravité, coGme cela a été précisé dans le document suivant "V.I. Feodosew: Soprotiwqlinie Materialow", Chapitre IEII), la force Pe produit sur le bras de levier r1 un autre moment Ri, qui engendre à  After the line of action of the resultant force Pe is located outside the center of gravity C of the given cross section (when the static moment of a cross section with respect to two mutually orthogonal axes is zero, said axes are called axes of gravity and their point of intersection is called the center of gravity, as was specified in the following document "VI Feodosew: Soprotiwqlinie Materialow", Chapter IEII), the force Pe produced on the arm of lever r1 another moment Ri, which generates

son tour une contrainte de traction agissant perpendiculaire-  turn a tensile stress acting perpendicular-

ment sur la section droite; il se produit ainsi la contrainte désignée par Et sur la Fig. 2a, et sous l'action de laquelle  lie on the straight section; thus, the stress designated by Et in FIG. 2a, and under whose action

l'élément rapporté peut se rompre.  the insert can break.

Dans le cas d'une-déformation continue, il peut s'établir entre l'élément rapporté 1' et la monture conique 4', malgré des criques radiales, une condition stable, et l'outil peut être utilisé jusqu'à ce qu'il n apparaisse plus sur la surface  In the case of a continuous deformation, it can be established between the insert 1 'and the conical mount 4', despite radial cracks, a stable condition, and the tool can be used until it no longer appears on the surface

du produit les fissures longitudinales produites par les criques.  of the product the longitudinal cracks produced by the cracks.

Dans le cas d'une utilisation répétée mais de courte durée, il ne peut pas se produire entre l'élément rapporté comportant les criques et la monture un équilibre car la monture revient  In the case of repeated use but of short duration, it can not occur between the insert with cracks and the frame a balance because the frame returns

après chaque refroidissement à sa forme initiale, mais l'élé-  after each cooling to its initial shape, but the ele

ment rapporté peut, lors du réchauffage, perdre sa stabilité et se rompre, ou bien il forme des produits de mauvaise qualité  If added, it may lose its stability and rupture when reheated, or it may form poor quality products.

qui comportent des fissures.that have cracks.

Sur la Fig. 2/a, on a mis en évidence un autre inconvé-  In Fig. 2 / a, we highlighted another inconvenience

nient. La partie d'élément rapporté qui est située à l'exté-  deny. The part of the insert which is located outside

rieur de la ligne d'action de la force résultante Pe, et qui est soumise à une pression dans toutes les directions, peut être considérée comme un corps rigide. Dans la zone o l'élé- ment rapporté 1' cesse de s'appuyer le long de la surface conique 9', la partie d'élément rapporté se dilatant à partir d'une surface cylindrique F en direction de l'axe de symétrie est soumise à la pression seulement dans une direction (dans la direction de la force résultante P e). Du fait que la partie critique de l'élément rapporté l' n'est pas soutenue dans la direction opposée à la direction de la force Pe à cause de l'intervalle d'air 7', l'élément rapporté 1' est soumis à une  laughing at the line of action of the resulting force Pe, and which is subjected to pressure in all directions, can be considered as a rigid body. In the zone where the added element 1 'ceases to rest along the conical surface 9', the part of the added element expands from a cylindrical surface F in the direction of the axis of symmetry is subjected to pressure only in one direction (in the direction of the resulting force P e). Since the critical part of the insert l 'is not supported in the direction opposite to the direction of the force Pe due to the air gap 7', the insert 1 'is subjected to a

poussée le long de la surface cylindrique F. Le matériau for-  thrust along the cylindrical surface F. The material formed

mant l'élément rapporté i' est généralement cassant (par exemple A1203), et sa résistance à la poussée est bien plus faible que sa résistance à la compression (T < 0,1 - 0,5 az, auquel cas az désigne la tension agissant dans la direction de l'axe z). Dans des conditions défavorables de service (par exemple lorsque le métal à former n'est pas suffisamment chaud), l'élément rapporté peut se rompre prématurément à cause des fortes sollicitations: Le troisième inconvénient du mode de réalisation précité de la monture de l'élément rapporté est rencontré lorsque, par suite de.l'un des deux inconvénients précités, l'élément rapporté 1' doit être remplacé. Cet élément rapporté 1' est solidement fixé en position et l'anneau d'obturation l1' (Fig. 1/a) ne peut être enlevé que par usinage avec production de copeaux. Il en résulte que le remplacement de l'élément rapporté 1' est compliqué et qu'on ne peut effectuer cette  mant the added element i 'is generally brittle (for example A1203), and its resistance to pushing is much weaker than its resistance to compression (T <0.1 - 0.5 az, in which case az indicates the tension acting in the direction of the z axis). Under unfavorable conditions of service (for example when the metal to be formed is not hot enough), the added element can rupture prematurely due to high stresses: The third disadvantage of the aforementioned embodiment of the frame of the added element is encountered when, as a result of one of the two aforementioned drawbacks, the added element 1 'must be replaced. This insert 1 'is securely fixed in position and the sealing ring 11' (Fig. 1 / a) can only be removed by machining with production of chips. As a result, the replacement of the insert 1 ′ is complicated and it is not possible to perform this

opération de remplacement que quelques fois (2 à 3 fois).  replacement operation only a few times (2 to 3 times).

Dans le cas d'outils de formage à froid, les éléments rapportés ont été jusqu'à maintenant enchâssés d'une manière  In the case of cold forming tools, the inserts have so far been embedded

classique en faisant intervenir une liaison par frettage.  classic by involving a hoop connection.

L'inconvénient de ce mode d'enchâssement consiste en ce qu'il nécessite des travaux de préparation extrêmement précis et, bien que le degré nécessaire de précontrainte puisse être théoriquement déterminé, la mesure de la valeur réelle de la précontrainte constitue un problème qui n'a encore pas pu être résolu. Le remplacement des éléments rapportés est compliqué  The disadvantage of this mode of embedding is that it requires extremely precise preparation work and, although the necessary degree of prestressing can be theoretically determined, the measurement of the real value of the prestressing constitutes a problem which n has yet to be resolved. Replacing the added elements is complicated

et la possibilité de remplacement n'est pas garantie.  and the possibility of replacement is not guaranteed.

Dans le cas d'outils de presse comportant un élément rapporté en matériau dur, de préférence un élément rapporté en A1203, l'invention permet d'atteindre, aussi bien dans des  In the case of press tools comprising an insert made of hard material, preferably an insert made of A1203, the invention makes it possible, both in

opérations de formage à chaud qu'également dans certaines opé-  hot forming operations only also in certain operations

rations de formage à froid, une durée de service maximale  cold forming rations, maximum service life

lorsque l'élément rapporté est enchâssé d'une manière nouvelle.  when the insert is embedded in a new way.

Alors que dans le cas du mode d'enchâssement connu, l'élément rapporté 1' est adapté au profil conique de la monture 4' de telle sorte que le demiangle de cône diminuant en direction de l'intervalle d'air 7' soit supérieur à l'angle de blocage irréversible des surfaces emboltées l'une dans l'autre, en étant compris entre 10 et 450 et, avantageusement, entre 12,5 et 150, et alors qu'il existe entre la monture 4' et l'élément rapporté 1', en dessous du côté inférieur de l'élément rapporté 1', un intervalle d'air 7', l'élément rapporté 1' étant bloqué dans la monture 4' par un anneau de fermeture 11', l'élément rapporté 1 selon l'invention est enchâssé dans un châssis en métal, qui se compose d'un anneau 2 à élément rapporté; d'un anneau d'appui 3 et d'une  Whereas in the case of the known embedding mode, the added element 1 'is adapted to the conical profile of the mount 4' so that the cone half-angle decreasing in the direction of the air gap 7 'is greater at the irreversible blocking angle of the surfaces embossed one inside the other, being between 10 and 450 and, advantageously, between 12.5 and 150, and while there is between the mount 4 'and the insert 1 ', below the underside of the insert 1', an air gap 7 ', the insert 1' being locked in the frame 4 'by a closing ring 11', the element reported 1 according to the invention is embedded in a metal frame, which consists of a ring 2 with attached element; a support ring 3 and a

monture 4. La paroi intérieure de la monture 4 est une sur-  mount 4. The inner wall of mount 4 is a sur-

face cylindrique étagée se composant de trois gradins, le diamètre de la partie inférieure 5 pourvue d'un filetage étant le plus grand, tandis que le diamètre de la partie supérieure 6 est le plus petit. Dans la partie inférieure 5, l'anneau d'appui 3 est fixé à l'aide d'une liaison filetée, tandis que l'anneau à élément rapporté 2 est enchâssé dans  cylindrical stepped face consisting of three steps, the diameter of the lower part 5 provided with a thread being the largest, while the diameter of the upper part 6 is the smallest. In the lower part 5, the support ring 3 is fixed by means of a threaded connection, while the ring with attached element 2 is embedded in

la partie médiane 8 et dans la partie supérieure 6 avec pos-  the middle part 8 and in the upper part 6 with pos-

sibilité d'adaptation. Entre l'anneau d'appui 3 et l'anneau à élément rapporté 2, il est prévu un intervalle d'air 7 et la surface périphérique intérieure 9 de l'anneau à élément rapporté est agencée sous la forme d'une surface conique s'élargissant en direction de l'anneau d'appui et dont le  adaptability. Between the support ring 3 and the insert ring 2, an air gap 7 is provided and the inner peripheral surface 9 of the insert ring is arranged in the form of a conical surface s '' widening towards the support ring and the

demi-angle de cane a est compris entre 10 et 450, de préfé-  half cane angle a is between 10 and 450, preferably

rence entre 12,5 et 150, l'élément rapporté 1 s'appuyant sur l'anneau d'appui 3 comportant une forme adaptée à cette  between 12.5 and 150, the added element 1 resting on the support ring 3 having a shape adapted to this

surface périphérique conique (Fig. l/b et 2/b).  conical peripheral surface (Fig. l / b and 2 / b).

Il est important que l'élément rapporté I repose complè-  It is important that the insert I rests completely

tement sur.l'anneau d'appui 3. Les inégalités éventuelles de surface peuvent être compensées par interposition d'un autre anneau métallique (par exemple un anneau en cuivre) d'une épaisseur de 0,2 à 0,5 mm et d'un point de fusion plus élevé  tement sur.l'anneur d '3. Any unevenness of the surface can be compensated for by interposing another metal ring (for example a copper ring) with a thickness of 0.2 to 0.5 mm and d '' a higher melting point

que la température de mise en oeuvre du métal à former.  than the processing temperature of the metal to be formed.

Dans le cas d'un outil de presse pourvu d'un élément rapporté en matériau dur enchàssé conformément à la présente invention, avantageusement un élément rapporté en céramique (par exemple A1203), la précontrainte dans le cas d'un filage à chaud est engendrée dans le processus de filage proprement dit alors que, dans le cas d'un formage à chaud, elle peut être réglée en cours de montage à la valeur théoriquement calculée en faisant intervenir les trous 10 ménagés dans l'anneau d'appui 3 et la monture 4 et en utilisant une presse  In the case of a press tool provided with an insert made of hard material embedded in accordance with the present invention, advantageously an insert made of ceramic (for example A1203), the prestress in the case of hot spinning is generated in the actual spinning process whereas, in the case of hot forming, it can be adjusted during assembly to the theoretically calculated value by using the holes 10 made in the support ring 3 and the mount 4 and using a press

exerçant une force de compression correspondante.  exerting a corresponding compressive force.

La Fig. 2/b montre que l'élément rapporté 1, malgré la  Fig. 2 / b shows that the added element 1, despite the

déformation A de l'anneau à élément rapporté 2 qui est pro-  deformation A of the insert ring 2 which is pro-

voquée par la dilatation thermique, ne reste pas dépourvu de précontrainte car, d'une part, les moments engendrés sont en partie compensés et, d'autre part, l'élément rapporté 1 est soumis de tous côtés à une pression, de sorte que les contraintes de pression s'exerçant dans l'élément rapporté 1  overshadowed by thermal expansion, does not remain free of prestressing because, on the one hand, the moments generated are partly compensated and, on the other hand, the insert 1 is subjected on all sides to a pressure, so that the pressure stresses exerted in the insert 1

peuvent compenser les contraintes de traction résiduelles.  can compensate for residual tensile stresses.

Il ne se produit pas une sollicitation à la poussée car l'élément rapporté est soumis de toutes part à une pression (Fig. 2/b). Le remplacement des éléments rapportés 1 peut être effectué facilement et rapidement par le dévissage des  Pushing is not produced because the insert is subjected to pressure from all sides (Fig. 2 / b). The replacement of the inserts 1 can be carried out easily and quickly by unscrewing the

liaisons filetées.threaded connections.

L'outil de presse selon l'invention possède - en plus de la conservation des avantages des outils de presse connus qui sont pourvus d'un élément rapporté en A1203 - une durée de service supérieure d'environ 1,2 à 1,8 fois à celle des outils connus, et il permet d'obtenir une utilisation plus économique des outillages, une plus grande productivité et des produits de meilleure qualité. Le remplacement des éléments rapportés usés peut être réalisé simplement et correctement et, jusqu'à ce que les pièces en acier n'aient pas perdu leur dureté, on est garanti d'une possibilité de  The press tool according to the invention has - in addition to retaining the advantages of known press tools which are provided with an element made of A1203 - a longer service life of approximately 1.2 to 1.8 times to that of known tools, and it makes it possible to obtain a more economical use of tools, greater productivity and better quality products. The replacement of worn inserts can be carried out simply and correctly and, until the steel parts have not lost their hardness, we are guaranteed a possibility of

remplacement (au moins six remplacements de l'élément rapporté).  replacement (at least six replacements of the insert).

L'outil de presse selon l'invention permet, par le nouvel enchâssement de l'élément rapporté, un choix correspondant des dimensions extérieures et un agencement approprié du profil de l'élément rapporté effectuant l'opération de formage en vue de permettre aussi bien le formage à froid que le formage à  The press tool according to the invention allows, by the new embedding of the insert, a corresponding choice of external dimensions and an appropriate arrangement of the profile of the insert performing the forming operation in order to allow both cold forming than cold forming

chaud de métaux et d'autres matériaux.  hot metals and other materials.

Claims (2)

REVENDICATIONS 1.- Outil de presse pour le formage à chaux et à froid de métaux, notamment d'alliages de cuivre et d'aluminium, dans  1.- Press tool for lime and cold forming of metals, in particular copper and aluminum alloys, in lequel est enchassé, dansun chàssis en métal, un élément rap-  which is encased in a metal frame, an element porté se composant d'un matériau dur différent du matériau du châssis, caractérisé en ce que le chAssis d'enchassement est constitué par un anneau à élément rapporté (2), par un anneau d'appui (3) et par une monture (4), la paroi intérieure de la  carried consisting of a hard material different from the chassis material, characterized in that the casing frame consists of an insert ring (2), a support ring (3) and a mount (4 ), the inner wall of the monture (4) étant agencée sous la forme d'une surface cylin-  mount (4) being arranged in the form of a cylindrical surface drique étagée se composant de trois gradins, en ce que le diamètre de la partie inférieure (5) pourvue d'un filetage  stepped plate consisting of three steps, in that the diameter of the lower part (5) provided with a thread est le plus grand, tandis que le diamètre de la partie supé-  is the largest, while the diameter of the upper part rieure (6) est le plus petit, l'anneau d'appui (3) étant vissé par un filetage dans la partie inférieure (5) et l'anneau à  lower (6) is the smallest, the support ring (3) being screwed by a thread in the lower part (5) and the ring élément rapporté (2) étant enchassé, avec possibilité d'adap-  insert (2) being encased, with the possibility of adapting tation, dans la partie médiane (8) et dans la partie supérieure (6), en ce qu'il est prévu entre l'anneau d'appui (3) et l'anneau à élément rapporté (2) un intervalle d'air (7), en ce que la surface périphérique intérieure (9) de l'anneau à élément rapporté est agencée sous la forme d'une surface conique s'élargissant en direction de l'anneau d'appui (3) et dont le demi-angle de cône a une valeur comprise entre 10  tation, in the middle part (8) and in the upper part (6), in that there is provided between the support ring (3) and the ring with attached element (2) an air gap (7), in that the inner peripheral surface (9) of the insert ring is arranged in the form of a conical surface widening in the direction of the support ring (3) and the half of which cone angle has a value between 10 et 450, de préférence entre 12,5 et 15 , et en ce que l'élé-  and 450, preferably between 12.5 and 15, and in that the ele ment rapporté (1) soutenu par l'anneau d'appui (3) comporte  insert (1) supported by the support ring (3) comprises une forme adaptée à cette surface périphérique conique.  a shape adapted to this conical peripheral surface. 2.- Outil de presse à élément rapporté en matériau dur selon la revendication (1)., caractérisé en ce que l'élément  2. Press tool with insert element made of hard material according to claim (1)., Characterized in that the element rapporté (1) est soutenu par l'anneau d'appui (3) avec inter-  insert (1) is supported by the support ring (3) with inter- position d'un anneau en métal mou présentant une épaisseur de 0,2 à 0,5 mm et un point de fusion supérieur à la température  position of a soft metal ring with a thickness of 0.2 to 0.5 mm and a melting point above temperature de mise en oeuvre du métal à former.  of processing the metal to be formed.