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Procédé et dispositif pour la fabrication de corps creux en @ métal, souvent les corps creux, et notamment les tubes à grand diamètre et à paroi mince, se façonnent en employant des tubes ayant un diamètre plus petit et une paroi plus f orte ; l' on élargit ceux-ci, lors de quoi la paroi s'amincit au fur et à mesure qu' augmente le diamètre, cet élargissement s'opère, d'après les procédés connus, par le fait qu'on force une pièce conique d'un diamètre approprié à travers le tube,
ou bien l'élargissement s'effectue au moyen de têtes qui comportent des cylindres opérant le dit élargissement d'une façon analogue à celle des pièces coniques précitées. ues procédés connus présentent toutefois l'inconvénient se rieux que la longueur de la pièce à travailler diminue considérablement lors de l'élargissement, de telle sorte qu'il n'est pas possible d'obtenir, en ce qui concerne la pièce finie, la même longueur que celle que l'on pouvait donner à la pièce à travailler dans la phase précédente.
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Il est connu, en outre, de travailler les blocs creux au moyen d'une pression, sous forme d'air comprimé, qui agit sur l'intérieur de manière à aplanir des épaisseurs de matière qui s' étendent dans une direction déterminée à l'intérieur du bloc creux, ce procédé vise à améliorer les propriétés de la matière du tube, Mais pour l'appliquer, il est nécessaire que les extrémités du bloc creux soient hermétiquement fermées, soit au moyen de fonds solidement assemblés au corps creux, ou bien par des pièces formant corps avec celui-ci, Dans les deux cas, le changement de forme du bloc creux que l'on soumet à l'action de l'air comprimé, est rendu fort difficile aux deux extrémités, Il n'est pas possible de fagonner un tube ayant une forme cylindrique uniforme.
C'est pour cette raison ci que, pour l'application du dit procédé, on prévoit des pièces, à formes déterminées, contre lesquelles les blocs creux sont pressés par l'air comprimé. un autre procédé a été décrit, suivant lequel on fabrique, au moyen d'une coulée centrifuge, les blocs bruts destinés à la fabrication de tubes sans soudure, c'est-à-dire que le métal en fusion forme, sous l'action de la force centrifuge, un bloc creux. Il est généralement admis que les dits procédés basés sur l'action de la force centrifuge présentent de multiples difficultés.
Vu que le métal en fusion se refroidit d'abord à la surface extérieure, le métal subit, de ce fait, un rétrécissement ; or, cette première couche assez mince n'est pas à même de résister à la pression exercée par le métal et encore moins à la pression due à la force centrifuge, et c'est ainsi que se produisent des fissures dans le sens longitudinal. En outre, le métal est tourbillonné et entremêlé de telle sorte que la couche extérieure ayant subi l'oxydation pénètre dans la partie intérieure du métal. Ce sont ces couches oxydées qui, souvent, rendent-la pièce finie inutilisable.
En vue d'apporter remède à ces inconvénients, on préconise, d'après la présente invention, d'élargir la pièce à travailler par
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le fait de lui imprimer un mouvement de rotation à vitesse élevée. C'est cette force centrifuge due à la dite vitesse de rotation qui opère, dans la paroi de la pièce à travailler, le changement de forme désiré.
Lorsqu'on applique ce procédé de façonnement à des blocs creux en métal et notamment aux alliages de métaux durs, comme par exemple les aciers, il est souvent indispensable d'utiliser des vitesses de rotation fort élevées pour que la matière de la paroi de la pièce à travailler soit soumise à une action telle que le changement de forme voulu s'opère par le fait d'un élargissement du diamètre en même temps que s'amincit la paroi. Cependant ce sont cesgrandes vitesses de rotation qui ne permettent pas, dans les installations des ateliers en général, de réaliser pratiquement, au moyen d'un mouvement de rotation, l'élargissement de la pièce à travailler.
La nécessité d'utiliser de grandes vitesses de rotation se heurte à des difficultés d'autant plus grandes que la matière à travailler est plus dure, et il peut se produire des accidents tout à fait imprévus et contre lesquels on est impuissant, car une telle pièce de travail peut, après tout, avoir un défaut de matière quelconque, défaut qu'aucune fabrication ne saurait éviter, cette défectuosité peut produire, par suite de la trop grande vitesse de rotation, la rupture de la pièce de travail.
La rupture du bloc creux lors d'une vitesse de rotation si élevée est de nature à provoquer la détérioration de la machine centrifuge. Le dit danger diminue au fur et à mesure que l'on réduit la vitesse rotative. Si celle-ci est très faible, on pourra, lorsqu'il se présente des défautsde matière et que la pièce à tra vailler éclate, prendre des mesures de protection, aussi bien en ce qui concerne les ouvriers que la machine elle-méme.
En vue de re,médier à ces difficultés et pour diminuer la vitesse de rotation nécessaire au changement de forme à opérer à la paroi de la pièce à travailler, on préconise, d'après la pré sente invention, de soumettre la surface intérieure de la pièce à
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travailler à l'action d'une matière alourdissante.
Pour ce faire, l'invention part du principe suivant : Ce qui importe dans le changement de forme que l'on peut réaliser dans un bloc creux au moyen d'une grande vitesse de rotation de celui-ci, c'est l'effort qu'exerce, sur les parois, la force centrifuge, effort qui est déterminé par la formule suivante : #= @/g##2, # étant la tension par unité de surface, @ étant le poids unitaire de la pièce à travailler mise en rotation, # la vitesse de rotation par seconde, et g l'accélération par gravité. Plus grand est @, plus grande sera, à vitesse de rotation # déterminée, la tension # déterminant l'opération de changement de forme.
Ou bien lorsqu'on choisit # tel qu'il est le plus avantageux pour le procédé de changement de forme, le carré de la vitesse de rotation 7,1 nécessaire sera d'autant plus petit que / augmente. pour tirer profit de cette corrélation, on procède, d'après la nouvelle méthode, de telle sorte que la surface intérieure de la paroi de la pièce à travailler que l'on désire élargir se trouve sous l'action uniforme d'une pression réalisée au moyen d'une matière alourdissante ; ne devra cependant pas être de nature à opérer elle-même une diminution de tension sur la paroi de la pièce à travailler.
Grâce à ce procédé, on pourra réduire la vitesse de rotation nécessaire à l'exécution du changement de forme désiré, vu que la charge agissant sur la surface intérieure de la paroi du bloc mis en rotation pourra être considérée comme un accroissement du poids unitaire de la matière de la pièce à travailler.
Cette augmentation de poids du bloc en rotation, dont l'effort porte sur la surface intérieure de la paroi, est, suivant le principe de la présente invention, mise en pratique par le fait que l'on remplit, avant que commence le mouvement de rotation, le corps creux d'une matière alourdissante, soit tout à fai-t, soit partiellement, lors de quoi il importe de choisir cette matière telle qu' elle puisse, sous l'action du mouvement
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de rotation, se placer tout autour de la surface intérieure de la paroi du bloc creux de façon à couvrir celle-ci uniformément, La matière la plus appropriée dans cet ordre d'idées est celle dont la constitution se rapproche le plus possible de l'état pulvérisé ou qui, tout au moins, se compose de menues particules.
Si l'on désire par exemple élargir,, suivant le principe de la présente invention, un cylindre d'acier, ce par le mouvement de rotation, on devra se servir, pour l'accroissement de poids de la paroi, d'une limaille d'acier ou de fer, chaque grain devant être leplus petit et le plus rond possible ; mais on pourrait également utiliser de très petits copeaux d'acier ou de fer provenant du travail au tour, du fraisage ou du rabotage, de même qu'il est possible d'employer de petitesbilles d'acier. Le changement de forme de la pièce à travailler, c' e st-à-dire l'élargissement du diamètre intérieur, devra ensuite s'opérer à la température qui, en ce qui concerne la matière à travailler, convienne le mieux à l'exécution du dit changement de forme.
Lorsque, en vue de réaliser le changement de forme, on doit donner à la pièce à travailler une température déterminée, il est utile d'introduire dans le tube, avant qu'on le chauffe, la matière choisie destinée à agir sur la surface intérieure de la paroi du bloc creux, ce pour éviter des pertes de chaleur qui résulteraient nécessairement d'un remplissage ultérieur, En outre, on utilise la dite matière, chauffée en même temps que la pièce à travailler, comme accumulateur de chaleur pendant l'opération de changement de forme proprement dite.
Dans la transformation de blocs creux à grand diamètre et à paroi mince, changement de forme réalisé suivant le nouveau procédé, aucune modification effective ne se produit dans la structure des surfaces intérieure et extérieure de la pièce à travailler. seule, la surface comme telle augmente d'étendue.
Ainsi donc, lorsqu'on prend, comme pièce à travailler, des blocs fabriqués par le procédé du laminage radial ou un autre laminage
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quel conque qui produit, à l'intérieur comme à l'extérieur, de s surfaces lisses, la pièce de travail soumise au nouveau procédé d'élargissement, présentera également des surfaces lisses aussi bien à l'intérieur qu'à l'extérieur, de telle sorte que la pièce travaillée, sans exiger aucun autre traitement supplémentaire, puisse dans la plupart des cas être utilisée directement dans la construction de chaudières, ou dans l'installation de tuyaute - ries ou dans d'autres applications.
Le nouveau procédé offre encore un autre avantage important si l'on emploie, comme pièce à travailler, des blocs creux étirés ou forgés. Ia surface de telles piècesà travailler forgées ou étirées n'est pas lisse ; c'est pourquoi ces blocs creux étirés ou forgés doivent, en général, être rendus utilisables à telle et telle fin, en les faisant passer par une machine spéciale qui arrondit lestubes finiset qui en enlève, par rabotage, les aspérités de la surface, or, la réalisation du nouveau procédé est de nature à rendre inutile l'arrondissement et le rabotage ultérieurs, vu que ce travail est déjà effectué à la pièce à travailler même, de telle sorte qu'on réalise de considérables économies de matière, s'il s'agit par exemple de façonner un tu - be qui, d'une longueur de 8000 mm. , doit avoir un diamètre de 1200 mm.
mesuré à la fibre neutre de l'épaisseur de la, paroi, cette épaisseur étant de 40 mm., et que l'on emploie une pièce à travailler forgée ou étirée qui, par l'application du nouveau pro- cédé, doit avoir, à une longueur de 8000 mm., un diamètre de 800 mm. mesuré à la fibre neutre de l'épaisseur de la paroi, cette épaisseur étant de 60 mm., l'on procède, avant de passer à l'élar- gissement par rotation, à l'aplanissement des surfaces intérieure et extérieure de la pièce à travailler forgée ou étirée, pour ce faire, il faut enlever, à l' intérieur comme à l'extérieur, envi - ron 30 mm. d'épaisseur. Il s'en suit que, si la matière à travail-- ler est de l'acier, on doit compter sur une perte de matière qui . est de l'ordre de 9,7 t.
Mais si, au lieu du nouveau procédé, l'on
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finit le bloc creux en que stion par l'étirage ou à la forge avec aplanissement ultérieur des aspérités, il sera également nécessaire d'enlever à l'extérieur et à l'intérieur quelque 30 mm. de la surface du tube forgé ou étiré. Dans ce cas-ci, la perte de matière est d'environ 14, 6 t.
Comme le montre l'exemple ci-dessus, l'application du nou veau procédé permet donc, en ce qui concerne la perte de matière, de réaliser une réduction sensible, savoir de 14,6 t à 9,7 t., économie que l'on ne saurait obtenir au moyen de l'ancienne méthode de forger ou étirer et ensuite parachever les tubes.
A titre d'exemple, les dessins annexés représentent quelques formes de réalisation du principe de la présente invention : Fig.l montre une vue avec coupe transversale partielle.
Fig,2 montre la coupe longitudinale correspondant à la fig.l.
Fig.7, 4 et 5 montrent quelques pièces modifiées.
A désigne la pièce à travailler cylindrique ; les figures 1 et 2 montrent la pièce à travailler avant son élargissement (voir lignes pleines), tandis que la figure 1 montre également, par le pointillé droit, la forme qu'aura, après l'élargissement, le bloc creux fini. B désigne une couche de matière qui, à l'intérieur, s'utilise pour opérer l'accroissement de poids de la pièce à travailler, cette couche de matière étant dans tous les exemples représentée dans la position qu'elle prendra pendant la rotation de la pièce à travailler. C désigne dans toutes les figures les disques de fermeture qui ont pour but d'éviter que, pendant la rotation du bloc creux, la matière B servant à alourdir inté- rieurement la pièce à travailler, ne puisse sortir de celle-ci.
D désigne un arbre qui maintient les disques 0 aux extrémités de la pièce à travailler A, Ces disques C devront être disposés à la pièce à travailler A de telle manière que les extrémités de la dite pièce A puissent s'élargir sous l'action de la force centrifuge, sans que les disques C constituent obstacle à cet élargissement, Si la nécessité s'en faisait sentir, on pourrait disposer, entre l'arbre D et les disques C, des pièces intermédiaires à res-
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sort destinées à assurer le bon fonctionnement de ces parties.
E désigne des corps centrifuges disposés sur l'arbre D ; avant la mise en rotation, ces corps centrifuges comportant des dispositifs à écartement F fixés également sur l'arbre D, sont écartés jusqu'à ce qu'ilsviennent se placer contre la surface intérieure de la pièce à travailler, assurant de la sorte que l'arbre D se trouve exactement au centre par rapport à la pièce à travailler A. Suivant les dimensions de celle-ci, on dispose chaque fois deux, quatre ou plus de ces corps centrifuges E, de sorte qu'ils soient à même d'assurer, en toutescirconstances, la position concentrique de l'arbre D avec ses disques C, ce par rapport à la pièce à travailler A.
Dès que, sous l'action de la force centrifuge,'le diamètre de la pièce à travailler A augmente, les dits corps centrifuges suivent le mouvement d'élargissement de la paroi du tube A et maintiennent ainsi, pendant tout le travail, la position concentrique de la pièce à travailler.
La lettre G désigne des rouleaux d'appui qui portent la pièce A à transformer. Les roues dentées H et J entraînent ceuxci dans un mouvement de rotation et conséquemment aussi la pièce à travailler elle-même, et avec celle-ci les disques C. La lettre K désigne les appuis des rouleaux G. En vue d'éviter, pendant l'élargissement, un déplacement de la pièce à travailler avec ses disques C, on a prévu des rouleaux L, de forme conique.
Les pa- liers des rouleaux L ne sont pas représentés dans le dessin, vu que l'aménagement de ces paliers ne présente aucune importance pour l'application de la présente invention, Mais on devra veiller à ce que l'on puisse produire, au moyen des rouleaux L, une pression agissant sur les disques C, et ce dans le sens de la flèche indiquée dans le dessin 2, pour éviter que la pièce à travailler ne puisse se déplacer dans le sens de son axe.
En outre, on a prévu lesrouleaux m qui sont destinésà limiter l'élargissement. Dès que la pièce à travailler a atteint, sous l'action de la force centrifuge, le diamètre désiré, les rou-
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leaux M empêchent que la pièce à travailler ne s'élargisse davantage. Les rouleaux . peuvent être profilés, comportant, parallè- lement à leur axe longitudinal, par exemple des ondulations. vu que cesrouleaux limitent l'élargissement du bloc creux, ilspeu- vent en même temps servir de cylindres façonneurs et donner à la pièce à travailler la forme désirée.
VU que l'effort sur la paroi de la pièce à travailler A aug - ' mente au fur età mesure qu'agrandit le diamètre, il est utile de diminuer,, pendant l'élargissement, la vitesse de rotation, et ce suivant l'accroissement de tension se produisant sur la paroi de la pièce à travailler, ou bien, on pourrait également disposer les rouleaux M de telle manière que ceux-ci, soit tous à la fois, ou seulement un certain nombre d'eux, se placent, déjà au commen- cement de la rotation du corps creux, sur celui-ci et qu'ilsse retirent au fur et à mesure qu'augmente le diamètre de la pièce à travailler.
Cette disposition permet d'éviter des surcharges dans la paroi du bloc creux, Lesrouleaux d'appui G, de même que les rouleaux M, sont représentés, dans l'exemple de réalisation mon- tré par le dessin, comme étant subdivisés longitudinalement, Mais ces rouleaux peuvent, bien entendu, avoir également une forme telle qu'ilssoient, sur toute la longueur, en contact avec la pièce à travailler, Suivant le dessin annexé, les rouleaux M sont disposés dans un bâti N, en deux parties. Dans la fig.l, les flè- ches indiquent que les différentes parties du bâti peuvent être déplacées, soit rapprochées soit éloignées de la pièce à travail- ler, ce en vue de faciliter l'introduction et l'enlèvement de celle-ci. Il va de soi que le bâti N portant les rouleaux pourra être d'une seule pièce.
La figure 3 représente'une autre forme de réalisation de fer- meture, au moyen desdisques C, de la pièce à travailler A. Déjà avant l'opération d'élargissement, par rotation, de toute la piè- ce à travailler, on élargit, au moyen de mandrins ou autres procé- dés, les extrémités du dit bloc creux, de telle sorte que celui-ci entre dans les évidements correspondants du disque C. Le diamètre
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de ces évidements correspond alors à celui qu'aura, après élargissement, la pièce à travailler finie.
En ce qui concerne le dit dispositif de fermeture, par les disques C, aux extrémités de la pièce à travailler A, il n'est plus nécessaire d'aménager un dispositif spécial assurant la position concentrique, comme représenté dans les fig.l et 2. Toutefois il se présente l'inconvénient que, si l'on.emploie une matière alourdissante à menues particules, les extrémités déjà élargies de la pièce à travailler subissent intérieurement, dès que commence le mouvement de rotation, une charge plus forte que les autres parties du bloc creux A.
Il s'y ajoute encore que, à cause du diamètre déjà agrandi aux extrémités de la pièce à travailler, celles-ci doivent, dès que commence la rotation, résister à une plus forte tension que les autres endroits de la pièce à travailler. or, en vue d'éviter ce surplus de tension que produirait, aux dites extrémités de la pièce à travailler, la matière alour dissante à particules menues, on préconise d'employer (voir fig.4 et 5), pour l'application du procédé suivant fig.3, non pas une Entière à particules menues pour charger l'intérieur, mais on introduit, dans le bloc creux, des barreaux o, de préférence à section ronde, comme cela est représenté dans les fig.4 et 5.
Dans ce cas-ci, au début du mouvement de rotation, les extrémités élargies de la pièce à travailler ne sont plus exposées à une charge trop prononcée, et l'on n'introduira la matière alourdissante B que lorsque la partie principale de la pièce à travailler A aura déjà subi un élargissement assez fort. En ce qui concerne le procédé représenté par les fig.l et 2, on pourra également employer les dits barreaux à section ronde pour obtenir la pression à l'inté- rieur de la pièce à travailler.
REVENDICATIONS.
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