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La pré~ente invention a trait au domaine de l~extrusion
de matériaux sou~ forme de ~ils continus par passage forc~ de
la mati~re à extruder dans l~orifice d'une filière. Elle con-
cerne tout spécialement un nouveau procédé d~extrusion selon le-
~uel la matière ~ extruder est prélevée en continu à la surface
du matériaut ainsi qulun appareil de mise en oeuvre et les
applications de ce procédé, notamment pour la fabrication de
fils métalliques de tr~s faible section.
Un certain nombre de techniques sont utilisées depuis
longtemps pour llextrusion de matériaux de natures diverses.
Dans le cas, par exemple, de la fabrication de fils métalliques
fins de diamètre compris entre quelques millièmes et quelques
dizièmes de millimètres à partir de fils d~tun ou plusieurs
mlllimètres de diamètre, on fait passer la mati~re premiare
dans une série de filières de diamatres successifs décroissants
~usqulà obtention du diam~tre final souhaité. C~sst ainsi que,
pour le tréfilage du cuivre, une machine destin~e à l~obtention
dlun fil de 0,02 mm de diamatre à partir d~un fil de ba~e de
0,1 mm comporte au moins une vingtaine de filiares. Outre le
côut élevé de mise en oeu~re de telles machines, il faut noter
que les opération~ préliminaires, effectuées manuelle~ent~
i d~introductions successives du fil ~ pointe spécialeme~t effi-
l~c dans chaque ~ re de la aérie ~usqu~ obten~ion de lon- ~ -
~ucur~ ~u~ antes pour enroulement ~ur les cabestans, sont
cxtr8me~ent lon~ue~ et delicates, En outre~ le diamètre des
rill~res sucoe~3lves doit 8tre préoi3~ la tolérance admi~e é-
tant par exemple de 0,001mm pour un ~il de 0,01 ~ 0~2 mm. En-
du fait de3 frottements du m~tal au sein de chaque fili~re,
ll ~e produit fr~quemment des ruptures de fil en aval de la
flli~re ce ~ui entra~ne de~ pertes de temps et de matériau~
~lnvention permet dlobvier à l~ensemble des inconvé-
nients ci-dessus en substituant ~ la technique de tréfilage,
-1- ~1 `'
~ ~.
~ . ~ . . - . ....
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actuellement utilisee, un nouveau procedé d'extruslon dont la
mise en oeuvre est extrêmement aisee et qui permet, grâce a
l'appareillage tres simple employé, de diminuer par un facteur
de plusieurs unites le coût des installations conventionnelles
de trefilage.
Certes, divers procédés d'extrusion de fils fins ont
été proposés a ce jour, notamment par utilisation de techniques
dites de filage hydrostatique, mais aucune ne permet apparem-
ment de produire une longueur indéfinie de fil extremement fin
(de diametre compris entre un et quelques diziemes ou centiemes
de millimetre) ~ une vitesse élevee (de l'ordre de plusieurs
dlzaines de metres par seconde), laquelle est généralement
requise pour que la fabrication soit économiquement rentable.
L'invention apporte une solution a ce probleme tech-
nique en proposant un procede et un appareillage qui permettent,
à l'aide d'un seul outil-filière, d'obtenir directement un fil fin
de longueur indefinie par prelèvement de la matière à extruder
; uniquement à la surface d'une provision dont la forme et les
dimensions peuVent varier à l'infini.
`I 20 Le nouveau procéde selon l'invention est essentielle-
ment caract~risé par le fait que l'on anime la provision de
matière à extruder d'un mouvement de defilement devant la
filière ayant pour efet de creer et d'entretenir une pression
m~canique localisee en amont et au voisinage de l'orifice de
~ la filiare, et en ce que l'on pr~lève la matière ~ extruder
¦ ~guli~rement et exclusivement dans la couche superficielle de
ladite provision, la filière délivrant directement, en une
9eule phase, un fil continu du calibre désire et de longueur
` indefinie.
.~ 30 Selon une realisation particulière, l'effet de pres-
sion locale entretenu dans ladite provision par son mouvement
de defilement devant la filière, le prelèvement de cette matière
., : .
~ - 2 -
., .
., ~ , . .
: . .
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effectue exclusivement dans la couche superficielle de ladite
provision et l'extrusion par l'orifice de la filière d'un fil
de longueur indefinie, sont obtenus simultanément et instanta-
nement a l'aide d'un même outil monobloc comportant l'orifice
de la filiere.
Dans le procédé, le matériau servant de provision et
qui défile ou se trouve en rotation a grande vitesse devant
et contre le dispositif à filiere, peut revetir diverses
formes. Par exemple, il peut s'agir d'un c~lindre, massif ou
à revetement superficiel d'une matiere à extruder, dans ce cas,
le cylindre est mis en rotation et la filiere se déplace sur la
surface de ce cylindre, le prélevement de matiere s'effectuant
alors selon une trajectoire hélicoidale sur ladite surface.
La provision peut également avoir une forme allongée telle que
fil, tige, barre, ruban ou analogue, ou encore une forme plane
telle que plaque, tole, etc. et, dans ces cas, le prélèvement se
fait soit selon une ou plusieurs géneratrices soit selon une
trajectoire quelconque, la filiere restant fixe.
Selon une variante du proc8dé precité, la provision
reste fixe alors que la filiere de pr81evement se d~place autour
ou le long de cette provision.
En pratique, un dispositif selon l'invention rem-
plissant les fonctions pr~citees comporte:
- a) un outil-~ re monobloc generalement usiné dans
un diamant, appl~qu8 sur la surface d'une provision de matière
~ e~truder e~ comprenant, d'amont en aval dans le sens du mou-
vem~nt du mat~riau: une face frontale lisse destin8e a glisser
~ur ladite provision et presentant une pente d'engagement par
rapport à celui-ci; au moins un orifice calibré de section ~:
t~ansversale correspondant a celle du fil à obtenir et dont
l'axe est sensiblement orthogonal à la face frontale; et, ` ::
immediatement en aval de l'orifice calibre, au moins un talon ou
- 3 -
.~ ..
~, ~ .: "
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bec en saillie destine a penetrer dans ladite provision en
repoussant la matière à extruder devant lui et la forçant à
s'~couler dans ledit orifice; des moyens pour deplacer ladite
provision relativement à ladite filière, et
b) des moyens, de type connu, pour receptionner le
fil de faible section obtenu sur bobines, preferablement après
passage dans un accumulateur-regulateur de tension mecanique.
Au cours de l'operation d'extrusion, la face frontale
de l'outil, qui presente une pente d'engagement par rapport à
la provision, est fortement appliquee, par pression mecanique,
sur la surface de la provision et cette dernière, en mouvement
comme dit ci-dessus, defile en glissant sur la face frontale `
suivant une direction et un sens tels que la surface de la
provision rencontre le talon ou bec immediatement en aval de
l'orifice calibre. La pression d'appui est maintenue à une
valeur suffisante pour que le talon pénètre entièrement dans la
provision. Lors du mouvement de glissement relatif entre
l'outil et la provision, le talon repousse la matière devant
- lui. Cette matière d~placée tend à provoquer un gonflement de
la surface au voisinage du talon, tout particulièrement en
amont de ce dernier, mais la pression exercee dans cette zone
par la face frontale de l'outil s'oppose à ce gonflement.
Ainsi, la matière soumise à une pression tr~s elev~e dans la
zone situee au voisinage de l'orifice calibre de la filière et,
j lors~ue cette pression atteint une valeur suffisante, la
mati~re s'~coule par l'orifice sous forme d'un fil continu.
L'outil est ConQu ganeralement, et tout particulière-
ment dans le ca5 de l'extrusion de fils metalliques, en un
mat~xiau dur e-t r~sistant tel que par exemple le diamant, comme
aela est le cas pour les filières connues des machines à
tr~filer~ Le talon qui, dans l'outil, sert ~ prelever la
matière en incisant à grande vitesse la surface de la provision,
constitue partie
-- 4
:, ~
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int~grante de la fili~re et peut avoir toute conformation ad~-
quate apte à supporter, sans usure excessive, un long travail
de rainurag~ de la surface d'une provision en matériau dur,
par exemple un m~tal.
En pratique, la filière peut comporter un seul orifice
d~extrusion,et, en aval et à proximité de celui-ci, un seul
talon en saillie de la face frontale d~appui sur la provision.
Toutefois, selon une variante, l~outil peut 8tre conçu pour
avoir plusieurs orifices calibrés, soit immédiatement au-des-
sus dlun bec de prélèvement, soit répartis entre plusieurs becs,de façon à produire simultanément plusieurs fils de même dia-
m~tre ou de diam~tres dif~érents. ;~4 -
Du fait que, selon le procédé de l~invention, la matière,
comme par exemple le métal, est prélevée uniquement ~ la sur-
face de la provision, cette dernière ne peut être, à priori,
entièrement transformée en fil. Pour obvier à cet inconvénient
qui pourrait, dans certains cas, compromettre la rentabilité
de llopération, il est possible d~accro~tre la proportion de
provision transformable, soit en faisant travailler ~imultané-
ment plusieurs outils-filières sur une m8me provision, soit en
effeotuant plusieurs op~rations successives de prél~vement ~ur
une même provision, ou encore en combinant les deux m~thodes ci-
dessus.
Comme dit ci-dessus, la forme et les dimensions du ma-
t~riau utllisé ~ titre de provision peuvent varier à l~infini,
ainsl d~ailleurs quc la section du ~il obtenu, selon la forme
pr~alablement ohoisie pour l~ori~ice de la filière. C~,est ainsi
par exemple que, dans le cas de l~extruslon du cuivre, on peut
obtenir directement en une seule passe, un fll de cuivre de
i 30 0~02mm de dlamatre, en utilisant, ~ titre de provision, soit
~ un fil de section circulalre d~environ 0,15mm de diam~tre, soit
; un ruban~ soit u~ fil de section circulaire aplatie par écra-
; _5_
.
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sement~ soit une billette cylindrique de diam~tre quelconque,
soit une t~le ou plaque, soit toute autre forme de matière
première.
Un intérêt particuliarement notable du procéd~ selon
llinvention réside dans le fait que, le fil étant pr~levé à la
surface de la provision, il est po3sible de recouvrir préala-
blement un support quelconque en matériau dur tel que céramique,
carbure métallique ou analogue~ par un dépôt du matériau à ex-
truder réalisé par électrolyse, par sublimation sous vide, ou
par tout autre procédé; le fil étant ensuite prélevé uniquement
dans llépaisseur de ce revêtement. Cette méthode permet de pro-
duire économiquement un fil de grande pureté, poss~dant d~ex-
cellentes caractéristiques métallurgiques et présentant un minimum
de risques de défauts générateurs de ruptures. Ainsi, selon
une application particulière de l'invention, il est possible de
fabriquer en continu des fils métalliques, par exemple en cuivre,
à partir de provision sous forme de plusieurs cylindres en ma-
t~riau dur, disposés en rotation sur tourniquet de façon à etre
~ownis successivement aux opérations de cuivrage - rinçage,
s~80rage - pr~lèvement du fil - dégraissage - rinçage, essorage -
d~cuivrage puis recuivrage, ct ainsi de suite selon un cycle
continu. Bien entendu, dans la mise en oeuvre d~une telle ap-
plication, le rev8tement métallique super~iciel sur support en
matériau dur pcut ~tre obtonu par toute autre methode que par
~1CGtrO1Y~ par exemple on utilisant des procédés de dép8ts
oh~mique~ en ef~ectuant une métallisation sous vlde ou par
toute autr~ techniQue oonnue.
Selon un autr~ mode de reall~ation du procédé de l~in-
1~ ven~lon dans le oas où la provlsion de départ est constitu~e
par un fil, par exemple m~talllque, d~as~e~ gros diamètre, il
e~t particulièrement avantageux de faire d~filer en continu ce
~ ntra~n~ ~ grande vit0sse sur un ensemble bobinoir-dévi-
--6--
,. . ,. ... ~ .. . . . ... . . .... . . ..
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doir, devant ll~util-filière en prenant appui, en face de celui-
ci, sur un cylindre rotatif en matériau dur, Selon un perfec-
tionnement de cette mise en oeuvre, ce cyli.ndre peut a~anta-
geusement poss~der sur sa surface une rainure ou cannelure cir-
culaire tenant lieu de guide pour le fil. A sa sortie de la ou
des filières, le fil est rebobiné sous une tension suffisante
pour que l~effet conjugué de cette tension et de l~appui sur le
cylindre tournant garantisse Ull défilement ~ vitesse réguli~re.
Llinvention sera mieux comprise par la description, ~
: 10 titre illustratif d'une part, d~un outil-filiare selon les ca-
ractéristiques susdécrites (~ig. 1 A et 1 B) et, d'autre part,
de quelques modes de mise en oeuvre brièvement représentés sur
les figures 2 et ~ et qui feront l'objet d'exemples de réa-
lisation,
Comme on peut le voir sur la figure 1 A, l~outil-filière
5 comprend e~sentiellement : une face frontale lisse 1 présentant
; une l~gère pente dlengagement par rapport au matériau-provision;
un ori~lce calibré 2 dont l~axe es-t sensiblement orthogonal par
rapport à la face frontale; et un bec ou talon 3, qui déborde
de la face frontale et est situé au voisinage immédiat de l~o- ~
rifice 2. Pour effectuer l~opération d~extrusion~ on fait tour- -
ner ou d~filer le mat~rlau-provision 4 devant lloutil en appli-
quant fortement la face frontale 1 sur la surface 4. Lors de
son d~placement selon la flèche ~, la sur~ace de la provision 4
(par exemple du métal) rencontra le ~alon 3 immédiatement en
` aval de l~orlfic~ 2~ ~a presslon d~appui de 1 sur la aur~aoe
$ de ~ doit 8tro ~uffisante pour que le talon 3 p~nètre lntégra-
ment dans la provlsion 4. ~ors du mouvement de glissement re-
lati~ entre lloutll et la provision~ le talon repouRse le métal
d~vant lui. C~ m~tal~ qui tend à provoquer une déformation de
la sur~ace, contrariée par la pression d~appui exercée par la
¦ ~ace frontale ~, est soumis ~ une pression très élevée dans la
::
-7- ~
-
.. ..
, , , , , . . . i ..
~, - . . , .` . , . .. ; . ., .: . . . .
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zone ~ l'entrée de l'orifice calibré 2. Quand cette pression
atteint une valeur suffisante, le métal slécoule par 2 sous
forme d'un fil continu 6.
Selon une variante représentée ~ig. 1 B, la face avant
du talon 3 de lloutil 5 peut être usinée en même temps que la
face frontale 1 et en prolongement de celle-ci. Dans ce ca3,
la pente d'engagement doit 8tre assez importante pour conférer
au talon 3 une profondeur de pén~tration suffisante. Cette
pente d'engagement est désignée sur la fig. 1 B par l'angle
10 alpha, mais il s'agit d'une représentation simplifiée car la
face frontale 1 n'est pas nécessairement plane.
Selon la variante d'exécution déjà citée, c'est l'outil-
filière qui peut se déplacer autour ou le long de la provision
gui, elle, reste fixe.
Bien entendu, pour refroidir et améliorer les conditions
de travail de l'outil-filière, il peut 8tre nécessaire de pro-
c~der ~ une lubrification adéquate, selon tous moyens connus.
Exemples de réalisation.
En désignant par ~p la longueur de la trajectoire par-
20 courue par l'outil-filia!re à la surface de la provision et par
la longueur correspondante du fil produit~ on peut définir
le rendement lin~aire de production sous forme de R = ~ p~
Ce rendement est ronotion de nombreux param~tres tels que la
rorme et le~ dimensions de l'outll-filiere~ la pre~sion d'appui
i de c~t outil, la nature et la section du fil extrud~, la vi-
8e d~ ~lissem~tnt relati~ à la face ~rontale 1 sur la sur-
~aco d~ la provi~lon 4 (fig. 1), la lubrification, etc
I En pratique~ dans la mise en oeuvre du procéd~ de llin-
t vention, R est souvent compris entre 0,5 et 2 mais il peut
atteindre des valeurs beaucoup plus élevées. Dans les exemples
qui suivent~ qui concernent la production d'un fil de cuivre
de section ciroulaire de 0,02 mm de diamètre et où l'on a u~
-8-
~ . . . .. .
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tilisé un outil-filiare en diamant, on adme~tra que R est égal
~ 1. ,
Exem~le
Cet exemple illustre un mode de prélèvement de fil de cui-
vre au sein d~un dép8t électrolytique superficiel préalablement
effeotué sur un support cylindrique en acier et il se réfare au
schéma simplifié de la figure 2.
Le support est un cylindre 7 en acier rectifié de 1m de
; circonférence et 1,5 m de longueur. Il est recouvert d~une cou-
10 che de cuivre électrolytique 8 de 0903 à 0,06 mm d'épaisseur,
puis disposé sur une machine spéciale (non représentée) fonc-
tionnant ~ la manière d'un tour ~ charioter o~ le cylindre
tourne dans le sen de la flèche 9.
L~outil-fili~.re 10 (dont la structure est identique ~
celles représentées sur les ~igures 1) est appliqué à la sur- :`
face du cylindre et parcourt celui-ci dans le sens de la fl~che
11. Il prélève dans l~épaisseur du dépôt 8 un fil de cuivre
12 en suivant sur le cylindre une trajectoire hélicoidale 130
Ie fil obtenu 12 traverse un dispositif accumulateur-r~gulateur
14 de tension m~canique, de type connù, avant de s~enrouler sur
une bobine réceptrice 15.
~ avance par tour de l~outil-~lliare étant de 0,15 mm,
le tra~et total parcouru par cet outil est de 10.000 m. Pour
I R = 1 la lon~ueur du fil produit e~t egalement de 10.000 mètres~
`I ~oe qul oorre~pond environ ~ 30 grammas de ~il de oui~re de 0,02 mm
~ de dla~atre. ~a dur~e utlle de llopération était d~environ dix
!11 ml~u~
Apr~ consommation d~ la provision constituée par le
d~pôt ~lectrolyti.que 8, on a retir~ 1Q cylindre de la machine,
~. 30 pu18 on a ~oumi8 celui-ci aux opération de dégraissage, rinçage,
.~ essorage, déauivraee électrolytique, recuivrage, rinçage, es-
sorage; ensuite~ le ¢ylindre a été replacé sur la machine. Bien
~,i : . .
' . _9_ ~ ~
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entendu, en disposant sur un tourniquet plu~ieurs cylindres
en service, on peut limiter au minimum les temp~ morts.
Dans une installation telle que celle décrite ci-des~us,
on peut produire au minimum 150 g, soit 50 km/h~ure, d'un
fil de cuivre de haute qualité avec un seul outil-filière. Un
seul opérateur sans habileté particuliare peut facilement con-
duire au moins deux machines du type ci-dessus fonctionnant
en parallèle.
~xemple 2 -
Cet exemple illu~tre un mode de prélè~ement de fil de
cuivre à la surface et suivant une génératrice, d'un fil-
provision en cuivre écroui de 0,15 mm de diamètre et il se ré-
fère au ~ohéma simplifié de la figure ~.
Un ensemble dévidoir 16 - bobinoir 17, à tension de fil
contrôlée, permet de faire défiler la provision 18 devant llou-
til-filière 19, ~ la vitesse d'environ 1.000 matres par minutes.
En face de l'outil 19, le fil-provision s'appuie sur un cylindre
tournant 20, en matériau dur, pr~sentant de préférence une
`~ petite cannelure circulaire destinée au ~uidage du fil 18.
~'effet combiné de l'appui du fil sur 'e cylindre 20 et de la
tension de rebobinage en 17 assure un défilement de la provi-
~ion ~ vltesse réguliare devant l'outil 19.
Solon u~ perfectionnement, on peut aplatir le fil
provi~ion 18 ~ur le cylindre d'appui 20 à l'aide d'un galet
pres~eur 21 avant pa~a~e du fil devant llout~l 19. Ce mode
i d'ex~oution pe~met d'am~liorer sensibl0ment le rendement li-
n~aire R,
i Co~me dan~ l'exemple 1~ le fil fin 22, obtenu direc-
tement aVec un diamètre de 0~02 mm~ traverse un dispo~itif
acoumulateur-r~gulateur de tension mécanique 23 avant de s'en-
rouler ~ur la bobine r~ceptrice 24.
Dans cos conditions opératoire~, pour R = 1, la pro-
~1 :
. '
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duction est de 10 km de fil (soit 30 g) en 10 minutes ce qui
correspond ~ un taux de 60 km/heure (~oit 180 g de fil). Un
seul opérateur sans habileté particulière peut conduire plu-
sieurs machines semblables fonctionnant simultanément.
Bien entendu, ltinvention n~est pas limitée à cei modes
de réalisation et application susdécrites et peut être en
oeuvre pour la production de divers types de fils, métalliques
ou autres, selon diverses variantes empruntant les caractéris-
tiques principales énoncées ci-dessus et dans les revendications.
Elle permet de réaliser des fils de faible section en matériaux --
réputés très difficiles, voire impossible ~ tréfiler, comme
par exemple en magnésium, titane, etc. Enfin, compte-tenu de -
llobtention directe d~un fil très fin, en une seule passe, et
de l~importante économie de matéxiel et de main-d~oeuvre réa-
lisée, la nouvelle technique selon l~invention présente un
rapport de co~ts extr~mement favorable par rapport aux proc~dés
I de tréfilage actuellement utilisés.
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