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Procédé de filage à chaud pour réaliser une pièce métallique, outil de filage
pour sa
mise en oeuvre et tige de train d'atterrissage ainsi réalisée
L'invention concerne le domaine de la métallurgie, et plus particulièrement
les
procédés de filage à chaud pour fabriquer une pièce métallique comprenant une
partie
tubulaire et une forme complexe, principalement pour des applications
aéronautiques,
telle qu'une tige de train d'atterrissage d'aéronef.
Habituellement, une tige de train d'atterrissage comprend deux parties : une
partie tubulaire appelée fût , et une chape qui prolonge l'extrémité non-
débouchante du fût.
Le fût pénètre à l'intérieur de la partie principale du train que l'on appelle
caisson, et
forme avec celui-ci une liaison glissière constituant notamment un système
suspension-
amortissement. Pour cette raison, la tige de train est également appelée tige
coulissante,
L'essieu des roues (qui sont au moins au nombre de deux) est relié à la chape
par une
liaison pivot. La chape est de forme complexe car elle comprend, notamment,
une ou
plusieurs excroissances (extensions) radiales et/ou axiales.
Ce type de pièces qui requièrent de hautes propriétés mécaniques d'emploi
(résistance spécifique, ténacité, résistance à la fatigue...) est généralement
réalisé dans
des matériaux qu'il est difficile de transformer à froid par matriçage,
forgeage, laminage
et/ou filage. Les matériaux constituant ces pièces sont, par exemple, des
alliages de
titane ou des aciers ayant à froid une résistance à l'écoulement (contrainte
d'écoulement)
qui est supérieure ou égale à 200 MPa.
Il est connu de réaliser ce type de pièces par plusieurs étapes successives de
transformation à chaud et d'usinage, à savoir notamment :
- au moins une étape de forgeage pour former une ébauche forgée ;
- au moins deux étapes de matriçage pour réaliser la forme complexe de la
chape
et l'extérieur du fût;
- plusieurs étapes de réchauffage intermédiaires ;
- puis au moins un perçage non débouchant du fût pour lui conférer sa forme
tubulaire, suivi d'un alésage de finition, pour réaliser l'alésage intérieur
du fût.
La succession de ces étapes est longue, coûteuse, et nécessite plusieurs
manipulations de la pièce entre les différentes étapes précitées, avec à
chaque
manipulation le risque d'endommager la pièce.
Par ailleurs l'opération d'usinage visant à réaliser le perçage non-débouchant
du
fût a deux inconvénients majeurs :
- elle induit des contraintes d'usinage importantes dans la pièce qui peut se
déformer ou être endommagée ;
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- et elle génère également une perte de matière importante ; cette matière
étant
sous forme de copeaux, elle est difficilement valorisable, ce qui est d'autant
plus
dommageable qu'elle est coûteuse, en particulier dans le cas des alliages de
titane.
En outre, du fait de la massivité de la pièce aux différents stades de
forgeage et
de matriçage (une taille courante est de l'ordre de 400 mm de diamètre et 2500
mm de
longueur), il est difficile de contrôler la santé métallurgique de la pièce
avant le perçage
final. En effet, du fait de cette massivité, les contrôles non-destructifs
couramment
pratiqués pour ce type de pièces, tels que l'inspection par ultrasons, ne
permettent pas de
détecter efficacement tous les défauts que la pièce est susceptible de
contenir en raison
des dimensions de la pièce qui rendent certaines zones peu accessibles aux
ultrasons.
Il est connu de réaliser intégralement par filage inverse (c'est-à-dire par
une
opération de filage dans laquelle la partie non déformée du lopin est immobile
par rapport
au conteneur qui la renferme, ou dans laquelle la partie déformée s'écoule
dans une
direction inverse à celle du déplacement du poinçon) des formes tubulaires
présentant
une extension axiale à l'extrémité non-débouchante du tube, et ayant donc une
morphologie comparable à celle des tiges de trains d'atterrissage (voir le
document GB-A-
1 459 641). Cependant ces procédés sont généralement mis en uvre seulement
pour
des matériaux facilement transformables à froid (ayant à froid une résistance
à
l'écoulement qui est inférieure à 200 MPa) et pour des pièces de révolution de
forme
extérieure sensiblement cylindrique qui ne comportent pas de partie présentant
une forme
dite complexe , c'est-à-dire une partie, telle qu'une excroissance, dont la
zone
d'encombrement s'étend radialement sensiblement au-delà de la périphérie
externe de la
portion tubulaire de la pièce.
Ce type de procédé n'est pas adapté à la fabrication de pièces transformables
uniquement à chaud qui, de surcroît, comprennent une ou plusieurs formes
complexes.
En effet, pour ces procédés, et bien que la forme de la pièce de GB-A-1 459
641 (qui
n'est pas une pièce de train d'atterrissage mais un vérin hydraulique) soit
relativement
simple, plusieurs étapes de filage sont néanmoins requises. Partant de ce type
de
procédé, l'ajout d'une forme complexe impliquerait plusieurs étapes de filage
supplémentaires qui seraient incompatibles avec une transformation à chaud,
puisque la
pièce à fabriquer se refroidirait au cours du procédé, empêchant de ce fait
l'exécution des
dernières étapes de filage.
Une solution évidente à ce problème serait alors de pratiquer plusieurs
réchauffages intermédiaires entre les étapes de filage qui le nécessiteraient,
mais ces
réchauffages compliqueraient le procédé qui perdrait beaucoup en productivité
et en
rentabilité.
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Par ailleurs, dans ce type de procédés connus où la pièce filée est évacuée de
la matrice
côté poinçon, une pièce comportant une forme complexe réalisée, par exemple, à
l'opposé du
poinçon, nécessiterait des modifications de l'outillage non évidentes, qui ne
permettraient pas pour
autant de pouvoir évacuer la pièce en dehors de l'outillage.
En outre, la réalisation d'une forme complexe par filage est plus difficile à
obtenir car, dans
son cas, la matière de la pièce s'écoule beaucoup moins facilement pour
remplir l'empreinte
correspondante dans la matrice que pour une forme cylindrique. Rien dans
l'état de la technique
ne permet de pallier cet inconvénient.
Il existe donc aujourd'hui un besoin de simplifier et de fiabiliser le procédé
de fabrication
des tiges de trains d'atterrissage, ainsi que des pièces de formes et de
massivités semblables,
réalisées dans des matériaux difficiles à transformer à froid comme les aciers
ou des alliages
(notamment de titane) ayant une contrainte d'écoulement qui a froid est
supérieure à 200 MPa et
qui ne sont généralement transformables qu'à chaud.
Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de réalisation d'une
pièce métallique
comprenant une partie tubulaire dont l'une des deux extrémités est prolongée
par une forme dite
complexe au sens précédemment exposé, qui réponde à ce besoin et qui apporte
une solution
aux inconvénients précités.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de filage à chaud pour
réaliser une tige de
train d'atterrissage comportant une partie tubulaire formant le fût de la tige
de train et une forme
complexe formant la chape de la tige, ledit procédé comportant :
- une étape préalable de chauffage d'un lopin d'un alliage sélectionné parmi
un acier et un
alliage de titane, à partir duquel une pièce doit être réalisée, pour diminuer
sa résistance à la
déformation ; et
- une étape de transfert à chaud dudit lopin dans un outillage de filage sous
presse,
l'outillage comprenant une matrice comportant une empreinte dans laquelle est
placé le lopin et
dont la forme correspond sensiblement à la forme extérieure de la pièce à
obtenir après filage ;
selon lequel ledit métal possède à froid une contrainte d'écoulement
supérieure ou égale à
200 MPa, ladite forme complexe est réalisée par filage direct et ladite partie
tubulaire est réalisée
par filage inverse, le procédé comportant successivement :
- au moins une étape de filage direct à l'aide d'un premier poinçon pour
réaliser la forme
complexe et obtenir ainsi une pièce semi-ouvrée ;
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- une étape de remplacement du premier poinçon par un deuxième poinçon sur
l'outillage
de filage, le deuxième poinçon se déplaçant dans la même direction et le même
sens que le
premier poinçon ;
- au moins une étape de filage inverse dans le même outillage de filage pour
réaliser toute
la partie tubulaire de la pièce ; et
- une étape d'évacuation de la pièce filée hors de l'outillage de filage.
La forme complexe peut être non-axisymétrique.
L'extrémité de la partie tubulaire prolongée par la forme complexe peut être
non-
débouchante, et la forme complexe a une zone d'encombrement qui s'étend
radialement au-delà
de la périphérie externe de la partie tubulaire.
L'étape de filage inverse peut succéder à l'étape de filage direct sans
réchauffage
intermédiaire de la pièce semi-ouvrée.
L'empreinte formée dans la matrice et qui reçoit le lopin peut être de forme
globalement
cylindrique et non-débouchante avec une partie alésée, le ou les poinçon(s)
étant conçus pour
pouvoir se déplacer dans la partie alésée de l'empreinte.
Le premier poinçon peut avoir un diamètre extérieur qui est ajusté au diamètre
interne de la
partie alésée de l'empreinte pour éviter un écoulement inverse de la matière
lors de l'étape de
filage direct.
Le deuxième poinçon peut avoir un diamètre inférieur à celui du premier
poinçon pour
autoriser un filage inverse de la matière autour du deuxième poinçon.
Un manchon cylindrique peut être fixé autour du deuxième poinçon, ledit
manchon
cylindrique ayant un diamètre extérieur qui est ajusté au diamètre interne de
la partie alésée de
l'empreinte, ledit manchon cylindrique et le deuxième poinçon définissant une
zone annulaire
destinée à former la partie tubulaire de la pièce.
On peut réaliser un chauffage de la matrice pendant le filage.
La pièce filée peut être en alliage de titane.
La pièce filée peut être en alliage Ti 10-2-3 ou en alliage Ti 5-5-5-3.
La pièce peut être une tige de train d'atterrissage, et lors de l'étape
préalable de chauffage
du lopin, ledit lopin est porté à une température comprise entre 700 A et la
température de Béta-
transus de l'alliage, et ladite température est maintenue pendant au moins 2h.
Le diamètre de la partie tubulaire de ladite pièce peut être compris entre 350
et 500 mm, et
ladite température est maintenue pendant au moins 4 h.
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4a
Lors de la première étape de filage, la vitesse de travail du premier poinçon
(4) est
inférieure ou égale à 20 mm/s, de préférence inférieure ou égale à 15 mm/s, et
lors de la
deuxième étape de filage, la vitesse de travail du deuxième poinçon (5) est
inférieure ou égale à
30 mm/s, de préférence inférieure ou égale à 20 mm/s.
La pièce filée peut être en acier
La pièce filée peut être en un acier NC40SW.
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La pièce peut être une tige de train d'atterrissage, lors de l'étape préalable
de
chauffage du lopin, le lopin est porté à une température comprise entre 950 C
et 1250 C,
et la température de chauffage est maintenue pendant au moins 2h.
Lors de la première étape de filage, la vitesse de travail du premier poinçon
peut
5 être inférieure ou égale à 40 mm/s, et lors de la deuxième étape de
filage, la vitesse de
travail du deuxième poinçon est inférieure ou égale à 60 mm/s.
L'invention a également pour objet un outillage de filage pour la mise en
oeuvre du
procédé précédent, caractérisé en ce qu'il comporte une matrice constituée
d'au moins
deux parties séparées par un plan de joint situé au niveau de la forme
complexe, de telle
sorte que lorsque les deux parties de la matrice sont désassemblées, il est
possible
d'évacuer la pièce filée en dehors de l'outillage de filage, et en ce qu'il
comporte deux
poinçons, le premier poinçon permettant de réaliser ladite forme complexe par
une
opération de filage direct sur le lopin et le deuxième poinçon permettant de
réaliser toute
ladite partie tubulaire par une opération de filage inverse.
Il peut comporter un dispositif de chauffage.
Le dispositif de chauffage peut être un dispositif de chauffage par induction.
L'outillage peut comporter un manchon cylindrique fixé autour du deuxième
poinçon, ledit manchon cylindrique ayant un diamètre extérieur qui est ajusté
au diamètre
interne de la partie alésée de l'empreinte, ledit manchon cylindrique et le
deuxième
poinçon définissant une zone annulaire destinée à former la partie tubulaire
de la pièce.
L'invention a également pour objet une tige de train d'atterrissage en alliage
de
titane ou en acier à haute résistance, caractérisée en ce qu'elle est obtenue
par la mise
en oeuvre du procédé précédent et comporte une partie tubulaire formant le fût
de la tige
de train et une forme complexe formant la chape de la tige.
Elle peut être réalisée en alliage de titane Ti 10-2-3, Ti 5-5-5-3 ou en acier
NC40SW.
Comme on l'aura compris, le procédé de filage à chaud selon l'invention
comprend la succession d'étapes suivantes :
- une étape préalable de chauffage de la pièce pour diminuer sa résistance à
la
.. déformation ;
- une étape de transfert de la pièce réchauffée dans un outillage de filage
sous
presse, l'outillage comprenant une matrice comportant une empreinte dans
laquelle est
placée la pièce à filer, et dont la forme correspond à la forme extérieure de
la pièce à
obtenir après filage ;
- au moins une étape de filage direct à l'aide d'un premier poinçon pour
réaliser
uniquement la forme complexe située à l'une des extrémités de la pièce ;
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- une étape de remplacement du premier poinçon par un deuxième poinçon sur
l'outillage de filage, le deuxième poinçon étant monté dans une position
coaxiale à celle
occupée précédemment par le premier poinçon, de telle sorte que le deuxième
poinçon
puisse se déplacer dans la même direction et le même sens que le premier
poinçon ;
- une étape de filage inverse à l'aide du deuxième poinçon pour réaliser toute
la
partie tubulaire de la pièce ;
- et une étape d'évacuation de la pièce filée en dehors de l'outillage de
filage.
Par c< forme complexe on entend, dans le cadre de la présente invention, une
forme de la pièce dont la zone d'encombrement s'étend radialement au-delà de
la
périphérie externe de la partie tubulaire.
La pièce peut ne pas être totalement de révolution. C'est, notamment, le cas
d'une tige de train d'atterrissage dont la chape de forme complexe est non-
axisymétrique,
et comporte des excroissances radiales/axiales.
La mise en forme peut également comporter plus de deux étapes de filages,
réalisées chacune avec un poinçon différent.
Ainsi après un chauffage initial, le procédé de filage permet, avec une seule
matrice et au moins deux poinçons différents, de réaliser à partir d'un
élément brut de
matière (lopin de matière), et sans avoir à déplacer la pièce d'un outillage à
un autre entre
deux étapes de filage, une pièce comprenant à la fois une partie tubulaire et
une forme
complexe à l'extrémité non-débouchante de la partie tubulaire.
Le procédé permet donc de fabriquer avec un enchaînement d'étapes simple,
des pièces de formes complexes dans des matériaux habituellement difficiles à
transformer à froid par matriçage, forgeage, laminage et/ou filage, comme des
aciers ou
des alliages, notamment de titane, ayant à froid une contrainte d'écoulement
supérieure
ou égale à 200 MPa, notamment ceux destinés à des applications aéronautiques.
L'invention se distingue des procédés connus de réalisation de pièces
comportant une partie tubulaire prolongée par une forme complexe, décrits par
exemple
dans les documents FR-A-1 573 666, DE-A-1929147, US-A-2006/016077 et US-A-
2006/0016237 par le fait que, à la fois :
- le filage est effectué en deux étapes au lieu d'une seule pour les deux
premiers
de ces documents ;
- et la première étape de filage n'est consacrée qu'à la réalisation de la
forme
complexe, l'intégralité de la partie tubulaire étant réalisée dans la deuxième
étape, alors
que dans les deux derniers documents cités, la formation de la partie
tubulaire débute dès
la première étape du filage.
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Ces caractéristiques permettent avantageusement de traiter des métaux peu
malléables, ayant une contrainte d'écoulement à froid de 200 MPa ou davantage
pour
réaliser des pièces de grandes dimensions. Cela ne serait pas possible par les
procédés
décrits dans lesdits documents.
Les pièces fabriquées selon le procédé de l'invention peuvent être massives,
comme le sont, par exemple, des tiges de train d'atterrissage. Celles-ci
peuvent avoir un
diamètre de tige supérieur à 400 mm et atteindre 2500 mm de long et plus.
Par ailleurs, le trou central de la tige de train est réalisé directement lors
de
l'étape de filage inverse, ce qui évite d'avoir à percer ultérieurement la
pièce par
enlèvement de matière, ce qui serait contraignant pour la pièce et risquerait
d'endommager celle-ci.
Après sa fabrication, la pièce est soumise à des contrôles non destructifs
classiques.
Avantageusement, selon l'invention l'étape de filage inverse succède
immédiatement à l'étape de filage direct, c'est-à-dire sans réchauffage
intermédiaire de la
pièce. Ceci est rendu possible par le fait que la pièce n'est pas déplacée
d'un outillage à
un autre entre les différentes étapes de filage. Elle peut donc être conservée
suffisamment chaude tout au long du procédé pour lui permettre de se déformer
facilement lors des étapes de filages.
La matière à filer s'écoule plus difficilement pour réaliser la forme complexe
que
pour réaliser la forme tubulaire par filage inverse. C'est pourquoi, dans la
première
variante de l'invention, on réalise la forme complexe par filage direct, avant
de réaliser la
partie tubulaire par filage inverse.
Si le poinçon doit déboucher la pièce, il y a un risque de déformation de
l'extrémité de la pièce ou d'arrachement de la matière. C'est pourquoi
l'extrémité de la
partie tubulaire qui est prolongée par la forme complexe est, de préférence,
non-
débouchante. Pour les applications de tiges de train d'atterrissage pour
aéronefs, il est
également préféré d'avoir un fût non débouchant pour préserver plus facilement
les
étanchéités hydrauliques. Si nécessaire, cette extrémité peut être débouchée
ultérieurement par simple usinage.
L'empreinte formée dans la matrice et qui reçoit la pièce à filer est de forme
globalement cylindrique et non-débouchante, avec une partie alésée. Les
premier et
deuxième poinçons sont montés pour pouvoir coulisser dans l'alésage de
l'empreinte.
Le deuxième poinçon à un diamètre plus petit que celui du premier poinçon
pour autoriser un filage inverse de la matière autour du deuxième poinçon.
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Le premier poinçon a un diamètre extérieur, qui au jeu de fonctionnement près,
est ajusté à l'alésage de l'empreinte de la matrice pour éviter un écoulement
inverse de la
matière lors de l'étape de filage direct. On bénéficie ainsi de toute la
puissance de la
presse pour réaliser la forme complexe.
Dans une première variante de l'invention, la pièce filée est en alliage de
titane,
et de préférence en Ti 10-2-3 (Ti, 10% V, 2% Fe, 3% Al) ou en Ti 5-5-5-3 (Ti,
5% Al, 5% V,
5% Mo, 3% Cr).
Lors de l'étape préalable de chauffage, la température de la pièce en alliage
de
titane est portée à une température comprise entre 700 C et la température de
Béta-
transus de l'alliage de titane (environ 800 C pour un Ti 10-2-3 et environ 850
C pour un Ti
5-5-5-3). En fonction de la massivité de la pièce, la température de chauffage
est
maintenue pendant au moins 2h, par exemple, entre 4 et 6h pour une pièce d'un
diamètre compris entre 400 et 500 mm, de manière à obtenir assurément une
température homogène dans l'ensemble de la pièce.
Dans une deuxième variante de réalisation, la pièce filée est en acier à haute
résistance et de préférence en acier NC40SW (40NiSiCrMo7). L'acier NC40SW a
une
composition nominale qui, classiquement, en pourcentage pondéraux, est
sensiblement la
suivante :
- carbone : 0.4%;
- nickel : 1.8% ;
- silicium : 1.6% ;
- chrome : 0.85%;
- molybdène : 0.4%;
le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration.
Lors de l'étape préalable de chauffage, la pièce en acier est portée à une
température comprise entre 950 C et 1250 C pour abaisser les contraintes
d'écoulement
du matériau et permettre une transformation par filage à chaud de la matière.
De
préférence la température de chauffage est déterminée pour que les contraintes
d'écoulement du matériau, lors du filage, soient inférieures à 200 MPa et de
préférence
inférieures à 150 MPa. En fonction de la massivité de la pièce, la température
de
chauffage est maintenue pendant au moins 2h, par exemple entre 4 et 6h pour
une
pièce d'un diamètre compris entre 350 et 500 mm, là encore avec pour objectif
de
garantir une homogénéité de la température dans l'ensemble de la pièce.
L'invention repose également sur un outillage pour la mise en oeuvre du
procédé
précité. La matrice comprend au moins deux éléments, séparés par un plan de
joint qui se
trouve au niveau de la partie de l'outillage imposant la forme complexe, de
telle sorte que,
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lorsque les deux éléments sont désassemblés, il est possible d'évacuer la
pièce filée en
dehors de l'outillage de filage. Contrairement à l'art antérieur, l'évacuation
de la pièce filée
hors de la matrice n'a pas besoin d'être effectuée côté poinçon, ce qui serait
impossible
avec une pièce de forme complexe.
Grâce au procédé et au dispositif selon l'invention, il est possible de
réaliser
notamment une tige de train d'atterrissage en un alliage de titane ou en un
acier haute
résistance convenablement choisis, comprenant une partie tubulaire qui
constitue le fût de
la tige et une forme complexe qui constitue la chape de la tige.
Pour une tige de train d'atterrissage en alliage de titane, par exemple en Ti
10-2-
3, la vitesse de travail nominale du premier poinçon en filage direct est
inférieure ou égale
à 20 mm/s, de préférence inférieure ou égale à 15mm/s, et celle du deuxième
poinçon en
filage inverse est inférieure ou égale à 30 mm/s, de préférence inférieure ou
égale à 20
mm/s.
Pour une tige de train d'atterrissage en acier haute résistance, par exemple
en
NC40SW, la vitesse de travail nominale du premier poinçon est de préférence
inférieure
ou égale à 40 mm/s et celle du deuxième poinçon est de préférence inférieure
ou égale à
60 mm/s.
De manière générale, on peut se permettre de travailler avec une vitesse du
deuxième poinçon 5 plus élevée que celle du premier poinçon car la forme
tubulaire à
imposer par le deuxième poinçon est plus simple à obtenir que la forme
complexe
obtenue à l'aide du premier poinçon.
La vitesse de travail des poinçons est, de préférence, réduite vers la fin de
la
course du poinçon, qui correspond à la fin du remplissage de la matière dans
l'empreinte
de la matrice. On vise ainsi à assurer un meilleur remplissage de l'empreinte.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit,
donnée en
référence aux figures annexées suivantes :
- la figure 1 qui montre un exemple de tige de train d'atterrissage réalisable
selon
l'invention ;
- les figures 2 à 6 qui montrent la succession d'étapes d'une première
variante du
procédé selon l'invention aboutissant à la fabrication de la pièce de la
figure 1 ;
- les figures 7 à 11 qui montrent la succession d'étapes d'une deuxième
variante
du procédé selon l'invention aboutissant à la fabrication de la pièce de la
figure 1.
La figure 1 illustre une tige 1 de train d'atterrissage en perspective et en
coupe
partielle telle qu'obtenue après la mise en oeuvre du procédé selon
l'invention. La tige 1
comporte une partie tubulaire 2 vue en coupe partielle, constituant le fût, et
une partie
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complexe 3 constituant la chape. Dans cet exemple, la partie tubulaire est non-
débouchante.
Les figures 2 à 6 sont des vues en coupe montrant un outillage de filage et
les
différentes étapes d'une première variante d'un procédé selon l'invention pour
fabriquer la
5 .. tige 1 de train d'atterrissage illustrée sur la figure 1.
Il doit être compris que les figures 2 à 6 sont schématiques. Par exemples,
les
moyens de guidage et de centrage des poinçons 4, 5 par rapport à la matrice 6
ne sont
pas représentés. Ils sont de conceptions tout à fait classiques sur des outils
de ce genre.
La tige 1 de train d'atterrissage représentée en figure 1, qui est par exemple
en
10 alliage de titane Ti 10-2-3, est obtenue après la mise en oeuvre du
procédé selon
l'invention. Cette géométrie, bien que très proche de la pièce finie, n'est
pas définitive car
la pièce doit classiquement, avant d'être assemblée aux autres pièces
constituant un train
d'atterrissage, subir des usinages pour supprimer des surépaisseurs et pour
obtenir des
surfaces fonctionnelles ainsi que des traitements thermiques pour, notamment,
atteindre
.. les propriétés mécaniques d'emplois requises. Mais aucune opération lourde
de mise en
forme n'est nécessaire par la suite Cette pièce d'une longueur totale
d'environ 2 500 mm,
par exemple, comprend principalement deux parties :
- une partie tubulaire 2 non débouchante qui forme le fût de la tige 1, et
dont le
diamètre extérieur est d'environ 386 mm par exemple ;
- et une forme complexe 3 qui prolonge l'extrémité non débouchante de la
partie
tubulaire 2 et qui forme la chape du train.
La forme de la chape est dite complexe en ce sens qu'elle comprend des
excroissances ou saillies 7, 8, 9, 10 qui s'étendent radialement et axialement
au-delà de
l'enveloppe de la partie tubulaire 2. Ainsi la chape 3 a une zone
d'encombrement qui
.. s'étend radialement au-delà de la périphérie externe de la partie tubulaire
2.
Cette forme complexe de la chape 3 associée à la partie tubulaire 2 rend
difficile
la fabrication de la tige 1 de train au moyen des procédés et dispositifs
classiques.
Grâce au procédé selon l'invention, décrit ci-après dans des exemples de mise
en oeuvre, notamment ceux illustrés par les figures 2 à 6 d'une part et 7 à 11
d'autre part,
.. la fabrication d'une telle pièce 1 est considérablement simplifiée par
rapport à l'état de la
technique décrit en préambule. En effet, entre la forme brute initiale (le
lopin de matière
11 représenté sur les figures 2 et 3, qui a éventuellement été préalablement
usiné pour lui
permettre d'être introduit dans la matrice) et la géométrie de la tige 1 de
train représentée
à la figure 1, le nombre d'étapes de fabrication a été réduit, la pièce n'est
pas déplacée
d'un outillage à un autre et, après un chauffage initial pour que la pièce
puisse être
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déformée à chaud, aucun réchauffage intermédiaire de la pièce en cours de mise
en
forme n'est nécessaire.
Les figures 2 à 6 représentent un outillage de filage ainsi que quatre étapes
successives du procédé. Les figures 2 et 3 correspondent à la même étape de
filage
selon deux vues différentes décalées de 900. Les figures 4 à 6 représentent
l'outillage vu
sous le même angle que sur la figure 3. L'outillage de filage est placé sous
une presse
unidirectionnelle à un seul coulisseau, exerçant son action sur les poinçons
successifs 4,
5, et dont la puissance est par exemple d'environ 15 kt.
L'outillage comprend une matrice 6 et un jeu de deux poinçons 4, 5 différents.
La
matrice 6, dont la constitution précise en de multiples parties sera exposée
plus loin, est
pourvue d'une empreinte 12 globalement cylindrique, orientée verticalement, et
ouverte à
son extrémité supérieure 13 pour recevoir un lopin 11 de matière à filer. La
forme de
l'empreinte 12 combinée à celle du deuxième poinçon 5 correspond à la forme de
la tige 1
de train à obtenir après la dernière étape de filage du procédé selon
l'invention.
La partie supérieure 21 de l'empreinte 12 est alésée et correspond au diamètre
extérieur du fût 2, sauf lorsque le deuxième poinçon 5 est muni d'un manchon
cylindrique
extérieur comme cela sera envisagé dans la deuxième variante de réalisation de
l'invention (non représentée). La partie cylindrique alésée 21 de l'empreinte
12 permet de
guider plus efficacement le premier poinçon 4, et éventuellement le deuxième
poinçon 5
lorsque celui-ci est muni d'un manchon cylindrique extérieur.
La partie inférieure 22 de l'empreinte 12 correspond à la forme extérieure
complexe de la chape 3 de la tige 1 de train.
Les figures 2 et 3 représentent, selon deux angles de vue décalés de 90 , un
lopin de matière 11 mis en place en position verticale dans l'outillage de
filage, plus
précisément dans l'empreinte 12 de la matrice 6 de l'outillage de filage.
Dans l'exemple représenté, le lopin 11 en Ti 10-2-3 est de forme cylindrique
de
révolution, a un diamètre d'environ 380 mm et une longueur d'environ 2000 mm.
Le lopin
de matière 11 est typiquement issu d'un lingot forgé, ou d'un lingot forgé
puis laminé
lorsque le lopin doit avoir un diamètre relativement réduit, par exemple
inférieur à 100 mm.
Il peut, à cet effet, être nécessaire après le forgeage de procéder à
plusieurs étapes de
laminage, dont une étape à fort taux de réduction ( blooming ) suivant le
forgeage.
Avant son introduction dans la matrice 6, le lopin de matière 11 a
préalablement
été réchauffé dans un four de traitement à une température de 730 C. Cette
température
a été maintenue pendant environ 6 heures, de manière à obtenir la même
température
entre la peau et le coeur du lopin de matière 11. Ce traitement thermique a
pour but de
permettre une déformation à chaud de la matière du lopin 11 lors des étapes de
filage (
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étapes de filage à chaud ). La déformation à froid d'une pièce en Ti 10-2-3
serait difficile,
ou endommagerait prématurément l'outillage de filage.
Sur les figures 2 et 3, le premier poinçon de filage 4 est pré-engagé dans
l'empreinte 12 de la matrice 6. La partie supérieure 21 de l'empreinte 12 a
une forme
cylindrique de révolution qui correspond au diamètre extérieur du fût 2 de la
tige 1 de train
d'atterrissage après filage. La partie inférieure 22 de l'empreinte 12 a une
forme complexe
comprenant des excroissances, c'est à dire des saillies axiales et radiales.
La forme
complexe est le négatif de celle de la chape 3 de la tige de train. La partie
supérieure 21
de l'empreinte 12 est alésée pour que le diamètre extérieur du premier poinçon
4 s'ajuste,
.. au jeu de fonctionnement près, à cet alésage 21.
La figure 4 représente la fin de l'étape de filage direct du lopin de matière
11 par
déplacement et coulissement du premier poinçon 4 dans l'alésage 21 de
l'empreinte 12.
Cette étape de filage direct permet d'obtenir à l'extrémité du lopin 11 une
forme complexe
qui correspond à celle de la chape 3 de la tige 1 de train.
Le fait de réaliser la forme complexe de la chape 3 par filage direct
nécessite
une presse moins puissante pour la commande du premier poinçon 4 que si cette
même
forme était réalisée en filage inverse, puisque la matière s'écoule dans le
sens de
déplacement du premier poinçon 4 sans devoir remonter le long de celui-ci.
Par ailleurs, le fait de réaliser la forme complexe de la chape 3 de la tige 1
de
train par filage direct avant de réaliser la partie tubulaire 2 de cette même
tige 1 par filage
inverse permet au premier poinçon 4 d'exercer un effort qui est réparti sur
toute la surface
supérieure du lopin de matière 11, et pas seulement sur une extrémité
annulaire qui
correspondrait à l'extrémité ouverte de la partie tubulaire 2 de la tige 1 de
train.
Pour un effort de presse identique, une extrémité annulaire encaisserait à sa
surface une pression plus importante que sur l'extrémité d'un lopin de matière
plein.
Par conséquent, le fait d'exercer, selon l'invention, un effort de filage
directement
sur le lopin de matière 11 permet de transmettre un effort plus intense que
s'il était
transmis à une partie tubulaire, qui, de surcroît, serait plus fragile.
Pour maximiser, à puissance de presse égale voire inférieure, les efforts de
filage lors de la réalisation de la forme complexe de la chape 3, il est donc
préférable de
réaliser la forme complexe par filage direct avant que la partie tubulaire 2
ne soit elle-
même formée par filage inverse, et c'est l'un des principes sur lesquels
repose
préférentiellement l'invention.
Lors du filage direct de la pièce permettant de réaliser la forme complexe de
la
chape 3, la vitesse d'avancement du poinçon peut être, en début de filage,
d'environ 15
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mm/s. Comme on l'a dit, en fin de filage cette vitesse peut être réduite
progressivement
pour assurer un meilleur remplissage de la forme complexe 22 de la matrice 12.
Sur la figure 4, l'étape de filage direct est, à ce stade, achevée, et une
pièce mi-
ouvrée 15 a été obtenue. La forme complexe de la chape 3 est réalisée, et le
premier
poinçon 4 a été ôté. Sur la figure 5, le poinçon 4 a été remplacé par le
deuxième poinçon
5. On peut constater que le deuxième poinçon 5, de diamètre plus petit que le
premier 4,
est déjà pré-engagé dans la partie supérieure 21 de l'empreinte 12 de la
matrice 6. Des
moyens de centrage du poinçon 5 (non représentés) assurent que son axe
longitudinal
est bien confondu avec l'axe longitudinal de l'empreinte 12, comme l'était
l'axe
longitudinal du premier poinçon 4.
Entre les étapes représentées aux figures 4 et 5, la pièce mi-ouvrée 15
réalisée
à partir du lopin 11 n'a pas été déplacée, seuls les deux poinçons 4, 5 ont
été échangés.
La figure 6 correspond à l'étape de filage inverse assurant la mise en forme
de
la partie tubulaire 2 de la tige 1 de train. Grâce à l'effort exercé par le
deuxième poinçon
.. 5 sur la pièce mi-ouvrée 15, la matière remonte le long et autour du
deuxième poinçon 5
pour former la partie tubulaire 2 (le fût) de la tige 1 de train. On obtient
ainsi la pièce finale
1, à laquelle il n'y a plus qu'à apporter des usinages de finition pour
supprimer des
surépaisseurs et pour l'obtention des surfaces fonctionnelles, ainsi que des
traitements
thermiques d'usage pour notamment atteindre les propriétés mécaniques requises
.
Lors du filage inverse pour former la partie tubulaire 2, la vitesse
d'avancement
du deuxième poinçon 5 est en début de filage d'environ 20 mm/s. De préférence,
elle peut
être progressivement réduite en fin de filage.
Lors de cette étape de filage inverse, la pièce mi-ouvrée 15 est toujours
travaillée à chaud. La température de la pièce 15 a pu être maintenue pour
plusieurs
raisons.
La première raison est que la pièce mi-ouvrée 15 n'a pas eu besoin d'être
déplacée d'un outillage à un autre puisque la même matrice 6 est utilisée pour
les deux
étapes de filage. Ainsi, les différentes étapes peuvent s'enchaîner rapidement
sans que la
pièce mi-ouvrée 15 n'ait le temps de se refroidir.
Une deuxième raison est qu'à chaque étape de filage, le poinçon 4 ou 5
transmet
de l'énergie au lopin 11 ou à la pièce mi-ouvrée 15, énergie qui se transforme
en chaleur
et contribue au maintien des températures du métal à travailler et de la
matrice 6.
Une autre raison vient de la massivité de la matrice 6 de l'outillage dans
laquelle
le lopin 11 à filer puis la pièce mi-ouvrée 15 pénètrent complètement. En
effet une telle
massivité de l'outillage donne une inertie thermique importante, ce qui
ralentit le
refroidissement du métal travaillé.
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Dans une variante avantageuse de réalisation de l'outillage, l'outillage peut
également être réchauffé et maintenu en température avant, voire aussi pendant
le filage,
par exemple en utilisant un système de chauffage par induction.
Dans une dernière étape non représentée, la pièce finale 1 est évacuée de
l'outillage. Dans ce but la matrice 6 de l'outillage est assemblée en deux
parties 16, 17. Le
plan de joint 18 des deux parties 16, 17 est sensiblement perpendiculaire à
l'axe
longitudinal de la matrice 6 et situé au niveau des deux extensions radiales
9, 10
(excroissances radiales) pour pouvoir dégager la pièce finale 1 après avoir
remonté le
deuxième poinçon 5 et démonté les deux parties 16, 17 de la matrice 6. Comme
il est
possible de le constater sur la figure 2, le plan de joint 18, dans l'exemple
représenté,
n'est pas régulier et passe par les points de la périphérie de la forme
complexe 3 qui sont
les plus éloignés de l'axe longitudinal du tube 2, ceci afin de pouvoir sortir
facilement la
pièce finale 1 de l'outillage.
On comprendra aisément qu'en fonction de la complexité de la pièce finale 1 à
réaliser et de la massivité de l'outillage, le nombre de parties assemblées
pour former la
matrice 6 peut être supérieur à deux.
Dans une deuxième variante de réalisation, représentée sur les figures 7 à 11,
le
deuxième poinçon 5 est muni d'un manchon cylindrique extérieur 19 concentrique
au
poinçon 5. Le manchon cylindrique 19 est fixé autour du deuxième poinçon 5, et
forme
donc, avec la partie centrale de celui-ci, un évidement annulaire 20 dans
lequel la pièce
mi-ouvrée 15 s'écoule lors du filage inverse pour former la partie tubulaire 2
de la tige 1
de train. En modifiant le diamètre intérieur du manchon 19 et le diamètre de
la partie
centrale du deuxième poinçon 5 il est possible de former différents diamètres
pour le tube
2, et ainsi de fabriquer différentes tiges 1 de train en ne modifiant que le
deuxième
poinçon 5. Par ailleurs un autre avantage du manchon cylindrique 19 est de
pouvoir
guider plus efficacement le deuxième poinçon 5 lorsqu'il se déplace à
l'intérieur de la
matrice 6, puisque le diamètre extérieur de ce manchon est comme pour le
premier
poinçon 4, ajusté à l'alésage intérieur 1 2 de la matrice 6.
Dans l'exemple représenté sur les figures 7 à 11, la tige 1 a une forme
différente de celle de l'exemple des figures 1 à 6, ce qui explique que sur
les figures 7 à
11, le plan de joint 18 soit régulier.
Avantageusement pour éviter que la pièce mi-ouvrée 15 ne se refroidisse entre
les différentes opérations de filage, la matrice 6 de l'outillage est chauffée
avant la mise
en place du lopin 11, et/ou peut être maintenue chaude lors de la mise en
forme, par
exemple par un système de chauffage par induction, extérieur à l'outillage ou
intégré à
l'outillage.
