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Perfectionnements aux procédés et aux appareils pour la fabri- cation par extrusion, de tubes, gaines, tiges ou autres objets en métal.
La présente invention est relative à un procédé et à un appareil plus particulièrement destinés à la fabrication par extrusion, de tubes métalliques ou de gaines de câbles électriques tels que ceux habituellement fabriqués en plomb ou en alliages de plomb, ou de tiges ou autres sections pleines continues en métal.
L'appareil utilisé est du type comprenant un organe intérieur et un organe extérieur coaxiaux, s'étendant longitudinalement et pouvant tourner l'un par rapport à l'autre,
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l'un de ces organes constituant la chambre de travail dans laquelle le métal est amené à l'état fondu à une extrémité et à travers laquelle ce métal avance sous l'action de l'autre organe, pour être finalement refoulé à travers une ou plusieurs matrices appropriées, à l'autre extrémité de la dite chambre, sous forme d'une barre, d'un tube ou d'une gaine de câble.
Dans les appareils connus de ce type, l'un des organes pou- vant tourner l'un par rapport à l'autre, auxquels on s'est référé plus haut, était muni d'un filetage de façon à consti- tuer un dispositif de poussée ou de propulsion, tandis que la surface de l'autre organe entourant ledit filetage compor- tait des cannelures ou rainures longitudinales parallèles à l'axe de rotation,ou des filetages hélicoïdaux, cannelures ou rainures,à pas ou inclinaison opposée à ceux formés sur l'organe de poussée ou de propulsion.
L'objet de ces dispo- sitifs était d'empêcher la rotation de l'hélice de métal for- mée dans les espaces compris entre les spires de l'organe de poussée ou de propulsion, tout en permettant à la dite hélice de métal, et au métal se trouvant dans les rainures, de glisser vers la chambre de matriçage, et, dans ce but, on a jugé nécessaire d'imposer un effort de cisaillement aussi faible que possible aux languettes de métal qui résultent de la configuration de la surface de l'organe complémentaire à l'organe de poussée ou de propulsion auquel on s'est référé plus haut, de sorte que ces languettes font pratiquement corps avec le métal situé entre les spires dudit organe de poussée.
Au contraire, dans le procédé suivant la présente invention, le métal se trouvant dans les rainures ou évide- ments formés dans l'organe complémentaire à l'organe de pous- sée ou de propulsion précité, au lieu de pouvoir avancer vers
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la chambre de matriçage, reste pratiquement immobile, étant retenu dans lesdites rainures ou évidements et, par frottement, s'oppose à la rotation du métal contenu dans les spires de l'organe de propulsion. En d'autres termes, l'effort de cisail- lement auquel les languettes de métal sont soumises, au lieu d'être réduit comme dans les procédés antérieurs, est augmenté jusqu'au point où se produit le cisaillement, par suite de l'action de poussée ou de propulsion du filetage du fait que le métal se trouvant dans les évidements ou rainures ne peut pas avancer.
Comparativement aux procédés antérieurs, qui ne permettent d'obtenir qu'un débit relativement faible, même en se plaçant dans les conditions les plus favorables, l'appa- reil fonctionnant d'après le principe ci-dessus défini permet d'augmenter considérablement le rendement.
Dans ce but, suivant la présente invention, on uti- lise, pour réaliser l'extrusion continue de tubes métalliques ou de gaines de câbles électriques, ou d'objets pleins, un appareil du type comprenant un organe intérieur et un or- gane extérieur concentriques, s'étendant longitudinalement et pouvant tourner l'un par rapport à l'autre, l'un de ces organes formant la chambre de travail et l'autre étant muni d'un filetage de façon à former un organe de propulsion à vis.
Dans un mode de réalisation préféré, l'organe extérieur consti- tue la chambre de travail et est fixe, et sa surface inté- rieure est munie de rainures, de saillies ou d'évidements de dimensions et de forme telles qu'ils permettent l'extrusion du métal par le nouveau procédé ci-dessus décrit. L'organe interne est fileté sur sa surface extérieure et tourne; sa rotation provoque la séparation complète par cisaillement, entre le métal, tel que du plomb, qui remplit les gorges ou
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espace entre les saillies ou évidements de la chambre de tra- vail et l'hélice de métal formée entre les spires de l'organe de poussée ou de propulsion.
Le métal remplissant lesdites gorges, espaces ou évidements s'y trouve solidement retenu et possède la résistance mécanique requise pour s'opposer par frottement,à la rotation de l'hélice ci-dessus mentionnée.
Indifféremment, la surface interne de la chambre de travail fixe peut être munie d'un filetage et la surface extérieure de l'organe interne rotatif peut comporter des gorges, des saillies ou des évidements.
Le métal garnissant les rainures ou évidements n'est pas nécessairement le même que celui formant l'hélice de métal. Par exemple après avoir fonctionné pendant un cer- tain temps avec du plomb, l'appareil peut être utilisé pour l'extrusion d'un alliage de plomb, mais les gorges ou évide- ments resteront remplis de plomb, bien qu'il puisse être très graduellement remplacé par le métal en cours d'extrusion.
Eventuellement., les gorges ou évidements peuvent être remplis, en permanence, d'une matière qui assurera le frottement nécessaire avec le métal soumis à l'extrusion.
Le débit ou rendement de l'appareil est approxi- mativement proportionnel à la vitesse de rotation de l'or- gane de propulsion jusqu'à un certain débit limite, dépendant dans une grande mesure des considérations thermiques, impli- quant la nécessité de laisser le temps suffisant pendant le passage à travers l'appareil du plomb ou autre métal en cours d'extrusion, pour qu'il passe de l'état fondu à son arrivée à la chambre de travail, à l'état plastique aussitôt après son entrée dans cette chambre, et à l'état solide jusqu'à sa sortie.
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Les gorges, saillies ou évidements peuvent affec- ter toute forme convenable, par exemple ils peuvent être car- rés ou de profondeur ou épaisseur appropriée, et ils peuvent être formés sur la surface de l'organe fixe suivant une dis- position de damier, de sorte que la moitié de la surface ori- ginale soit en contact avec le filetage de l'organe rotatif, servant de palier, tandis que les évidements se trouvant sur l'autre moitié sont remplis de plomb qui y est maintenu et offre une résistance, par frottement, au plomb contenu dans le filetage hélicoidal.
Indifféremment l'organe complémen- taire à l'organe de poussée ou de propulsion peut être muni de rainures longitudinales parallèles à l'axe de rotation ou de nervures ou de filetages hélicoïdaux qui sont inclinés dans le même sens que ceux du filetage rotatif, de façon à obtenir l'effet maximum de cisaillement précédemment mentionné; les rainures, cannelures ou filetages peuvent être continus ou intermittents et peuvent ne pas s'étendre sur toute la lon- gueur de la chambre de travail, mais ils devront avoir une profondeur et une forme telles que le métal qu'ils contiennent se trouve solidement maintenu en place et empêché de se dé- placer longitudinalement ou tangentiellement, avec le métal contenu dans les spires de l'hélice.
Lorsque l'appareil est utilisé pour gainer des câbles,l'organe fileté rotatif est creux et le câble à gaî- ner avance à travers ledit organe creux depuis l'arrière de l'appareil, dans le tube en formation, de la même manière que dans les presses à plomb, de type connu.
L'appareil suivant la présente invention peut égale- ment comporter un certain nombre d'organes rotatifs filetés ou vis sans fin (deux par exemple) dans la chambre de travail, @
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à travers laquelle est alimenté le métal fondu. Ces organes peuvent être espacés par rapport à un conduit ou tube central muni d'une filière ou matrice de forme appropriée, lorsque la machine est utilisée pour fabriquer des tubes, pour gainer des câbles ou effectuer des opérations analogues. Dans ce cas, les organes rotatifs susvisés amènent le plomb ou autre métal dans la chambre entourant la filière d'où il sort à la forme et aux dimensions désirées.
Dans une machine du type décrit, en vue de réduire les risques d'adhérence ou collage dûs à l'absence de lubri- fiant, on a trouvé avantageux d'établir l'organe de poussée et l'organe complémentaire en métaux différents. Par exemple, l'organe fileté peut être en acier connu sous la marque "VIBRAC" ou en acier dur à haute tension analogue, tandis que la cham- bre peut être en fonte ou en acier avec garniture en fonte, dans laquelle sont formés les rainures ou évidements nécessai- res. La fonte peut. être renforcée en l'entourant d'un manchon en acier qui reçoit les efforts, et sert également à porter la ou les chemises de refroidissement, lorsque ces dernières sont nécessaires.
Le jeu entre l'organe propulseur et son organe complémentaire peut varier le long du filetage pour se prêter aux différences de températures en différents points de la machine. Ceci permet de n'avoir qu'un jeu minimum et réduit les chocs de l'organe rotatif fileté ou vis lors du fonctionne- ment.
Les surfaces de l'organe rotatif et de l'organe complémentaire, autres que la surface des rainures ou évide- ments peuvent être polies en vue de réduire le frottement entre les métaux se déplaçant l'un en travers de l'autre, frottement portant préjudice au rendement de la machine.
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La vis peut être cylindrique et de pas uniforme et comporter un, deux ou un plus grand nombre de filets, d'autre part, elle peut être entièrement ou partiellement conique ou en pointe, avec comme génératrice une ligne cour- be, la chambre de travail étant conformée de façon à recevoir la dite vis.
L'action ci-dessus décrite de l'appareil est faci- litée en réglant les températures des différentes parties à l'aide de dispositifs de refroidissement ou de chauffage, le degré voulu de frottement entre le plomb contenu dans les évidements et le plomb se trouvant dans les spires de l'hé- lice étant ainsi assez rapidement obtenu. Par exemple, un dis- positif de refroidissement est nécessaire pour refroidir le plomb contenu dans les évidements de telle sorte qu'il soit suffisamment solidifié pour opposer la résistance de frotte- ment voulue au mouvement relatif entre ce plomb lui-même et celui contenu dans l'hélice.
En outre, lorsqu'on désire ob- tenir un grand débit, une grande quantité de chaleur doit être absorbée, de sorte que le métal puisse subit les chan- gements d'état nécessaires pendant son trajet dans la machine et, pour cette raison, il peut être nécessaire de refroidir l'organe de poussée ou de propulsion.
Les gradients de température tout le long de la machine peuvent être convenablement disposés pour chaque métal ou alliage soumis à l'extrusion et, par suite, des moyens de chauffage et de refroidissement doivent être prévus aux endroits appropriés. Les dispositifs de chauffage sont principalement nécessaires dans trois zones, à savoir: a) au point d'admission du métal à soumettre à l'extrusion,en vue de le maintenir fondu à une température déterminée et constante; b) au centre de la machine en vue, en conjonction @
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avec les chemises de refroidissement ou autre dispositif de refroidissement, de commander la température du métal de sorte que le degré élevé de plasticité pour chaque métal ou alliage puisse être maintenu dans cette partie de la machine;
et c) à l'extrémité de sortie de la machine en vue, lors de l'extrusion, de régler la température du métal, la- quelle varie suivant la production et la nature du métal ou alliage à soumettre à l'extrusion.
Avant de mettre la machine en marche, ces zones sont chauffées de manière à obtenir des températures prédé- terminées dans les diverses parties de la machine, suivant le genre de métal ou d'alliage utilisé. Le dispositif de chauffage peut fonctionner au gaz, à l'huile ou tout autre combustible,ou il peut consister en un dispositif électrique à résistances ou à induction. Il est préférable d'utiliser un dispositif de chauffage électrique, étant donné qu'il peut être facilement réglé et contrôlé et la méthode par induction est plus avantageuse parce que la chaleur est générée dans le corps de la machine elle-même. La quantité de chaleur appli- quée peut être automatiquement réglée par thermostat ou tout autre procédé connu.
Des dispositifs de refroidissement sont nécessaires dans la partie médiane de la machine et à son extrémité de sortie, et ils peuvent consister en des chemisesfixées aux points voulus. Comme dispositif de refroidissement, on peut utiliser de l'eau, de la vapeur, de l'huile ou de l'air ou, éventuellement,on peut pulvériser de l'eau au-dessus de la surface extérieure de la machine en des points convenables et ces opérations de refroidissement peuvent être rendues automa- tiques au moyen de dispositifs thermostatiques connus ou au- très en vue de commander la température de la machine et,
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tout en la maintenant constante pendant le fonctionnement de la machine dans des conditions données, permettre de faire varier la température suivant les différents alliages utili- sés.
Le refroidissement peut être également prévu à l'inté- rieur de l'organe de poussée ou de propulsion si cela est né- cessaire, et dans le cas de gainage de câbles, ce refroidisse- ment empêchera la détérioration des câbles par échauffement excessif.
Lorsque le dispositif de refroidissement a été réglé pour donner un débit satisfaisant, on a constaté que la charge sur le moteur de commande atteint une valeur caractéristique pour le type de métal utilisé et que aussi longtemps que les conditions de température de la machine restent les mêmes, dans le cas d'une commande électrique, le courant consommé par le moteur est pratiquement constant. Il est possible, et en réalité très intéressant, de déterminer les conditions de fonctionnement en observant le régime du moteur qui traduit les changements de température avec plus de rapidité que les thermomètres associés avec la machine. Une augmentation de la charge du moteur indique que la température de la machine a baissé et qu'il est nécessaire de réduire le refroidissement jusqu'à ce que la charge redevienne normale, et vice-versa.
Une autre façon de commander la température suivant la charge du moteur consiste à laisser constant le dispositif de refroidis- sement et à modifier la vitesse de la machine, de façon à aug- menter ou à réduire la quantité de métal qui passe à travers, faisant ainsi varier la quantité de chaleur consommée par la machine. Par exemple une augmentation de charge du moteur peut être éventuellement arrêtée en augmentant légèrement la vi- ^ esse de la machine et vice-versa. LTne commande automatique
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peut rapidement être appliquée.
Si pendant le fonctionnement de la machine, il est nécessaire de l'arrêter rapidement, pour une raison quelconque, le métal contenu dans l'organe de propulsion ou de poussée se solidifie et fait corps avec la masse se trouvant dans l'or- gane coopérant, et on remarque que le démarrage de la machine se fait très difficilement tant que la température du corps de la machine n'a pas atteint environ 300 C., c'est-à-dire juste la température qui était nécessaire lors du démarrage initial.
n vue d'éviter cet inconvénient la machine peut être munie d'une commande à réducteur de vitesse ("slow-running") de sorte qu'au lieu de l'arrêter complètement, on peut la faire fonctionner très lentement,lorsque cela est nécessaire, par exemple pour réparer des ruptures de papier dans le cas d'un câble en papier que l'on est en train de gainer dans la machine.
Le mécanisme permettant d'obtenir une vitesse réduite peut être de tout type bien connu approprié. Par exemple, si la machine est actionnée par un moteur électrique, toute commande appro- priée peut lui être appliquée. .éventuellement, on peut utiliser des dispositifs mécaniques tels que changement de vitesse ou dispositif à vitesse variable, ce dernier convenant particulière- ment, étant donné qu'il ne transmet la puissance que jusqu'à une certaine limite, au-dessus de laquelle il devient inopérant soustrayant ainsi la machine à des efforts susceptibles de la détériorer.
Si, toutefois, il est essentiel d'arrêter la machine pendant une courte durée, il est possible en fermant la valve du tuyau d'alimentation entre la machine et le creuset de fusion du plomb, de supprimer l'alimentation en plomb et de permettre à l'organe fileté rotatif de se vider partiellement lui-même; la difficulté de redémarrage se trouve alors réduite.
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Ainsi qu'on l'a dit plus haut, il est important que le métal à soumettre à l'extrusion entre dans la machine à l'état parfaitement fondu et, dans ce but, outre le dis- positif de chauffage permanent sur le corps adjacent au point de raccordement avec le conduit d'alimentation, on a intérêt à prévoir un dispositif pour le chauffage du conduit d'alimenta- tion et la soupape de commande, de sorte que le métal ne se refroidisse pas à son passage du creuset de fusion à la machi- ne d'extrusion. Il est également intéressant de prévoir la dilatation thermique du conduit d'alimentation, de façon à éviter les risques d'efforts suffisants pour endommager les joints du conduit. Ceci peut être réalisé de toute manière appropriée, par exemple, en montant le creuset de fusion sur des galets ou en utilisant un conduit d'alimentation flexible.
Lorsque la machine est utilisée pour l'extrusion de tubes, si l'on désire que le tube soit parfaitement circulaire, c'est-à- dire pour empêcher sa déformation partielle lorsqu'il quitte l'a machine, il convient de refroidir les filières et ceci peut être réalisé extérieurement en projetant un jet d'eau le long du tube vers le point d'extrusion, ou en utilisant une chambre de refroidissement dans la tête de la machine près de la fi- lière principale.
Une autre cause de défaut d'uniformité dans un tube obtenu par extrusion, peut consister dans le fait que les par- ties de la machine étant à des températures différentes, la di- latation du métal constituant le corps de ladite machine ne se fait pas uniformément et sous certaines conditions, il peut se produire une déformation de ce corps. Il en résulte un déplace- ment de la filière principale de sa position normale concentri- que à la contre-filière conique et en conséquence, après ex- trusion, le tube n'a pas une paroi d'épaisseur uniforme.
Pour @
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obvier à cet inconvénient, on peut utiliser un dispositif permettant de régler la position de la filière, comprenant un certain nombre de tenons en acier passant radialement à travers la tête et prenant appui sur la circonférence exté- rieure de la filière, pour régler sa position concentrique- ment à la contre-filière conique. La filière peut consister en une plaque carrée ou peut être maintenue dans un support carré de sorte que le réglage dans deux directions à angle droit peut être effectué indépendamment ou simultanément à volonté.
L'invention est représentée, à titre d'exemple, sur les dessins annexés, dans lesquels:
La figure 1 est une vue en coupe longitudinale des organes les plus importants d'un appareil d'extrusion destiné au gainage de câbles.
La figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une partie de l'organe extérieur de l'appareil d'extrusion le propulseur à vis étant supposé enlevé.
La figure 3 est une vue en bout de l'organe extérieur représenté sur la figure 2.
Les figures 4 et 5 sont respectivement des vues en coupe longitudinale et en coupe transversale d'un appareil d'extrusion destiné au gainage d'un câble, dans lequel on utilise trois organes propulseurs à vis.
En se référant aux figures 1 à 3 on voit que l'organe extérieur 1 constituant la chambre de travail a intérieurement une forme cylindrique et reçoit un organe de poussée ou de propulsion 2 entraîné en rotation de toute manière appropriée et muni, sur sa surface extérieure, d'une série de rainures hélicoidales 3. Dans l'appareil représenté, les évidements
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complémentaires 4 pratiqués dans l'organe extérieur 1 sont disposés en damier, les évidements étant de forme carrée et alternant avec des parties en relief ou saillies 5, comme on le voit clairement sur les figures 2 et 3. L'organe propulseur 2 ne remplit pas complètement l'intérieur de la chambre 1, un espace vide 6 constituant la chambre de matriçage étant laissé à l'extrémité droite, comme indiqué sur la figure 1.
A l'in- térieur de cet espace vide est disposé une contre-filière coni- que 7 vissée dans et tournant avec le propulseur 2. La base de cette contre-filière comporte une ouverture carrée 8, de sorte qu'elle peut être vissée ou dévissée au moyen d'une clé introduite à 1-'arrière de l'appareil, à travers un organe tubulaire 9. Avec la contre-filière conique 7 coopère une filière qui, de préférence, comme représenté est du type décrit dans la demande de brevet anglais en instance N 22.407 de 1933. Cette filière comprend un corps principal 10 fixé par un écrou 11 et à l'intérieur de laquelle filière est logée une filière auxiliaire 12, dont la position dans le sens axial est réglée au moyen d'un écrou évidé 13.
Le câble qu'il s'agit de gainer avance à travers l'organe tubulaire 9 et, en sortant de l'appareil à travers l'écrou évidé 13, il se trouve recouvert d'une gaine de plomb, d'alliage de plomb ou autre matière ap- propriée, amenée dans la chambre 6 au moyen de l'organe de poussée 2, l'épaisseur de la gaine étant déterminée par le ré- glage de la filière auxiliaire 12.
Le métal, fondu dans un creuset (non représenté) arrive par un conduit 14 prévu dans l'organe extérieur 1. Ce métal fondu pénètre directement dans les gorges hélicoïdales 3, les remplit et passe dans les évidements 4 de l'organe exté- rieur. Dans ces évidements, le métal se solidifie et se sépare
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du métal contenu dans les rainures hélicoïdales 3 de sorte que, comme décrit plus haut, les évidements 4 se trouvent plus ou moins remplis d'une façon permanente, de métal à l'état solide ou semi-solide ; cemétal exerce un frottement suffisant sur celui contenu dans les rainures hélicoïdales 3,pour s'op- poser à sa rotation, le pousser dans la chambre de matriçage 6 et finalement le refouler entre la contre-filière 7 et la filière 12.
En vue de maintenir le métal à l'état fondu, plasti- que ou solide dans diverses parties de l'appareil, on a prévu des dispositifs de chauffage et de refroidissement. Dans l'exem- ple représenté, le dispositif de chauffage est constitué par une série de brûleurs à gaz annulaires 15 entourant l'appareil et établis de façon à diriger leur flamme sur lui. Ainsi qu'on l'a mentionné ci-dessus, il est nécessaire de chauffer la par- tie avoisinant le canal d'entrée 14, la chambre 6, ainsi que la partie centrale de la chambre de travail formée par l'or- gane extérieur 1. Par suite, comme représenté, les brûleurs à gaz 15 sont disposés de façon à exercer leur effet de chauffage dans ces zones.
Le dispositif refroidisseur est constitué par des chemises de circulation 16 formées dans l'organe extérieur 1, des moyens étant prévus pour faire circuler un fluide de re- froidissement approprié dans ces chemises. En réglant le chauf- fage et le refroidissement assurés respectivement par les brû- leurs 15 et les chemises de circulation 16, on peut obtenir une grande gamme de température, ce qui permet d'utiliser l'ap- pareil pour l'extrusion de métaux ayant des caractéristiques très différentes. Un peut aussi avoir intérêt à refroidir l'or- gane de poussée ou de propulsion 2 et, dans ce but, cet organe
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est évidé axialement comme représenté et des conduits 17 sont prévus pour la circulation d'un fluide de refroidissement.
Ce refroidissement a aussi pour effet d'éviter une élévation de température indésirable du câble à gainer. En outre, dans le gainage d'un câble imprégné d'huile, le refroidissement peut être effectué en faisant circuler l'huile entre le câble lui-même et l'organe tubulaire 9.
Bien que dans l'exemple représenté sur les figures 1, 2 et 5, les évidements 4 soient disposés en forme de damier, il est évident que toute autre forme appropriée d'évidements peut être adoptée, pourvu que cette forme permette de remplir les conditions imposées par le procédé constituant la caracté- ristique essentielle de l'invention, à savoir que les évide- ments doivent, en permanence, être plus ou moins remplis de métal, lequel métal est séparé par cisaillement du métal occu- pant les spires de l'organe de poussée ou propulseur, la ro- tation de ce métal étant empêchée par son frottement avec le métal contenu dans les évidements. Par exemple, les évidements 4 peuvent consister en une série de rainures hélicoidales con- tinues ou intermittentes, de même pas que les gorges 3 for- mées autour de l'organe de poussée 2.
Dans l'appareil représenté sur les figures 4 et 5 l'organe extérieur 1, constituant la chambre de travail compor- te trois organes de propulsion 2, qui alimentent une chambre commune 6 d'où le métal est refoulé comme dans l'appareil pré- cédemment décrit, entre une contre-filière conique 7 et une filière 12. Dans ce cas, les évidements 4 affectent la forme de rainures hélicoïdales,parallèles aux axes des dits propul- seurs 2 et dont la forme et les dimensions sont telles que le métal solidifié dans ces rainures y reste pratiquement immobile
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au lieu de passer dans la chambre 6.
Bien que dans les figures 4 et 5 on ait représenté les rainures 4 débouchant à l'inté- rieur de la chambre 6, cette disposition n'est pas absolument nécessaire, car le métal contenu dans les dites rainures ne passant pas dans la chambre 6, ou n'y passant qu'à une très faible vitesse, les rainures peuvent aboutir en des points tels qu'elles ne communiquent pas avec la dite chambre.