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BREVET D'IMPORTATION BASE SUR LE BREVET AUTRICHIEN Procédé pour la fabrication de tubes métalliques sans soudure.
La présente invention concerne un procédé pour étirer des tubes sans soudure en métaux durs, en particulier le fer, à partir de la loupe de tube jusqu'à l'épaisseur usuelle de paroisdes tubes à gaz, en une seule opération par le fait que la pièce chauffée portée par un mandrin est refoulée à travers un grand nombre de calibres d'éti- rage formés de cylindres non commandés et placés à la sui- te l'un de l'autre.
uomme alors la force nécessaire pour l'étirage est transmise uniquement à la pièce traitée par le mandrin agissant sur le fond de la loupe du tube, dans
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le cas pu la diminution de section transversale totale à effectuer en une opération est tellement grande que la force nécessaire ainsi que celle pour surmonter la résis- tance de frottement du calibre d'étirage produirait dans la plus petite section de la pièce traitée une sollicitai tion dépassant la limite de déchirement, il devait se produire un déchirement de la pièce dans la section dan- gereuse.
La sollicitation de la section dangereuse ne peut pas pratiquement être diminuée à volonté par le fait qu'on augmente les distances dans lesquelles les calibres d'éti- rage se succèdent au point que du grand nombre de calibres nécessaire pour la réalisation de la section de la diminn- tion poursuivie de section transversale totale, un seul chaque fois ou de peu nombreux calibres agissent simulta- nément sur la pièce. Le banc d'étirage devrait avoir alors une longueur telle au'il en résulterait des difficultés de réalisation pour le banc d'étirage.
En outre, parce que la vitesse de la pièce ne peut pas 'être augmentée à volonté, pendant le temps nécessaire pour le passage à travers toute la rangée de calibres, la pièce se refroidi- rait, avant l'achèvement du traitement, en-dessous de la température nécessaire pour ce traitement.-Le moyen consistant à surmonter la résistance opposée par les ca- libres d'étirage au passage de la pièce par le fait que les calibres sont formés de rouleaux aussi petits que pos- sible ne suffit pas à lui tout seul pour décharger la sec- tion transversale dangereuse d'une manière telle que l'on pourrait renoncer complètement à la commande extérieure des rouleaux ou d'une partie de ceux-ci.
Pour éviter complètement les rouleaux actionnés, il a déjà été proposé de prévoir derrière ou entre les ca- libres d'étirage dont les rouleauxpossèdent au maximum le diamètre double decelui du calibre correspondant, des
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calibres qui p ro duis-ent un frottement élevé par le fait que le diamètre de leur rouleau est plus grand que celui des autres rouleaux et vaut de 1,5 à 4 fois le diamètre du calibre.
On a constaté que toutes les dispositions de ca- libres ne répondent pas au but lorsque les diamètres des rouleaux se trouvent en-dessous des valeurs limites ci- dessus d'au moins 2d au plus grand calibre et, pour cer- tains calibres,dits calibres de frottement, se trouvent entre 1, 5 et 4d et qu'il n'est pas indifférent que les rouleaux de différents diamètres se succèdent dans un certain ordre.-
Les difficultés qui se produisent par la solli- citation à la traction de la pièce traitée, et la né- cessité de prendre des mesures particulières pour diminuer cette sollicitation sont à envisager seulement lorsqu'il N'agit de produire en une seule opération une diminution de section de la matière aussi poussée que possible, à au moins 1/5 - 1/15 et plus encore,
la valeur réciproque de la diminution de section étant appelée facteur d'allonge- ment. Les conditions les plus favorables aussi bien au point de vue de la longueur de construction du banc de poussée que concernant la demande de force motrice s'ob- tiennent lorsqu'on essaie de réaliser l'allongement à pro- duire avec le plus petit nombrepossible de calibres, c' est à dire qu'on produit par calibre un allongement d'environ 20%, même jusque 25% par rapport à la section d'entrée de la pièce dans chaque cas.
Pour un allongement total à 1/5 de la section transversale de la matière, il faut au moins 6, pour un allongement à 1/10 au moins 12 et pour un allongement à 1/15 au moins 15 calibres de rouleaux successifs, c'est . à dire au moins un nombre de calibres égal au facteur d'allongement.
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Suivant la présente invention, il importe que le diamètre des rouleaux (toujours mesuré à l'endroit le plus profond de la cuvette des rouleaux, c'est à dire le plus petit diamètre) dans le plus grand calibre vale au moins 0,3 fois et dans le plus petit calibre au plus 2,5 fois le diamètre libre correspondant du calibre et que le rapport entre le diamètre des rouleaux et le diamètre de calibre croisse progressivement' du plus Grand calibre vers le plus petit calibre.
Dans la fabrication de tubes inférieurs à envi- ron 100 mm de diamètre, avec 1'épaisseur de paroi usuelle des tubes à gaz (environ 2-3 mm),il faut suivant la pré- sente invention que le diamètre des rouleaux qui dans les limites ci-dessus est plus petit pour le plus grand cali- bre que le diamètre libre du calibre, croisse vers le plus petit calibre progressivement jusqu'à une grandeur située au-dessus de l'ouverture libre de ce calibre.
La grandeur effective des rouleaux du plus petit calibre de- vient avantageusement aussi petite que possible à l'inté- rieur de la valeur d > (où D est le diamètre libre du ca- libre et d le diamètre des rouleaux de ce calibre.), mais est pris suffisamnent grand pour que le rapport d puisse
D être diminué, par gradations qui doivent répondre à des conditions expliquées ci-après, vers le plus grand cali- bre d'étirage, c'est à dire le premier, sans qu'il attei- gne la valeur limite pratiquement non dépassable pour la- quelle d vaut seulement 0,3 de Dr.
Lors de l'allongement d'une loupe de tube de 102 um de diamètre avec un mandrin de 49 mm de diamètre à 55 mm de diamètre extérieur, on obtient de bons résultats avec par exemple 15 calibres successifs danslesquels pour le calibre le plus petit, et est à dire le quinzième calibre, d15 = 1,36 et dans le premier calibre, c'est à dire le D15
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plus grand,d1 = 0,72.
D1
Pour le choix de la grandeur du diamètre des rouleaux des différents calibres ou des gradations de la diminution du diamètre des rouleaux, on peut se reporter aux considétations exposées à l'aide des dessins.
La fig. 1 représente une coupe longitudinale schématique à travers les calibres d'un banc de poussée.
La fig. 2 est une coupe transversale dans un des calibres à plus grande échelle. La fige 3 est une vue de face par- tielle d'un calibre, à une échelle encore plus grande.
Le mandrin b qui porte la loupe de tube a fermée à une extrémité o (fig.l), est refoulé à la vitesse V dans le sens de la flèche à travers les calibres K1 - Kn pla- cés à la suite l'un de l' autre. De ce fait, la section transversale initiale de la pièce traitée Q@ = Do 2#/4 - do 2#/4 (Doest le diamètre extérieur de l'ébauche et dle dia- mètre du mandrin de poussée) doit être allongée à la sec- tion Qn Dn 2#/4 - do 2#/4 On n'a représenté au dessin que le premier et les trois derniers calibres, mais le nombre de ceux-ci vaut, suivant l'allongement, 6-16 et au-delà.
Les calibres K1-Kn sont composés de rouleaux tour- Rait: librement, c'est à dire non actionnés, qui enferment avec leur cuvette la pièce aussi complètement que possi- ble (fig.2). Les cuvettes des rouleaux épousent seulement, comme le montre la f ig. 3, suivant un arc d'environ 30 des deux cotésdu plan médian des rouleaux, la périphérie cir- culaire de la section transversale de la pièce traitée et s'écartent de cette dernière, un peu vers l'extérieur, vers le bord du rouleau. Confie diamètre du rouleau d, il faut prendre celui mesuré au fond de la cuvette, c'est à dire le plus petit diamètre du rouleau.
La section Wo de la piè- ce, qui s'étend depuis la section n-n passant par les axes
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des rouleaux du dernier calibe K n jusqu'à llextrémité fermée .± de la loupe de tube, se meut avec la vitesse V du mandrin dans le sens de l'avancement, de sorte que dans la section n-n il n'y a pas de différence de vitesse entre le mandrin et la pièce traitée, Comme par une aug- mentation du diamètre des rouleaux (pour un même rapport d'allongement, de la section Qn-1 avec laquelle la pièce pénètre dans le calibre Kn, à 1a section de la pièce Qn avec laquelle elle sort 'de ce calibre) la pression per- pendiculaire à la pièce et par conséquent la pression d'application de la pièce sur le mandrin peut 'être augmen- tée,
on peut ainsi augmenter le frottement entre la pièce traitée et le mandrin au point que le fond de la pièce traitée est déchargé de la pression du mandrin de poussée et qu'une partie de la sollicitation par traction de la matière est transmise du fond de celle-ci à la section transversale n-n. Par suite de l'allongement produit par le calibre n la matière s'écoule avec la vitesse an en sens inverse du sens d'avancement du mandrin, vers l'ar- rière , de sorte que la matière entre le dernier calibre Kn et l'avant dernier dalibre Kn-1 se déplacera dans le sens de l'avancement avec la vitesse V - an.
Tandis qu'a- lors la pression, produite par .les rouleaux du dernier calibre, de la matière traitée sur le mandrin peut *être aussi grande qu'on le désire, de telle façon que la matiè- re est complètement reliée au mandrin, ceci est inadmissi- ble dans l'avant-dernier calibre Kn-1' de sorte que dans celui-ci les rouleaux doivent recevoir, en rapport avec le diamètre de calibre Dn-l, un plus petit diamètre que dans le dernier calibre, c' est à dire que ¯¯¯¯¯ / Dn
Dn-1 dn De ce fait, par conséquent, le diamètre des rouleaux de l'avant-dernier calibre serait limité vers le haut.
La
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limitation vers le bas est déterminée par le calibre pré- cédent Kn-2 @ K1.D' une part par le fait que pour les rouleaux de tous les calibres précédents, il existe la condition que le rapport d doit être plus petit, dans cha-
D que calibre précédent, que pour le calibre suivant dans d le sens de l'avancement, mais que ce rapport 1 jusqu'au premier calibre K1 ne peut pas descendre en- D1 dessous de 0,5 du dans le cas extrême en-dessous de 0,3.
D'autre part, le diamètre des rouleaux est limité vers le bas également par le fait que la force defrottement entre la matière et le mandrin ne doit pas avoir une grandeur telle qu'elle empêche un reflux avec la vitesse smais doit toutefois, n en-dessous de cette limite, être aussi grand que possible pour provoquer une décharge partielle de la pièce traitée de la sollicitation par traction produite par le mandrin de poussée.
Dans la section W2 entre les calibres Kn-1 et Kn-2' la matière est refoulée vers l'arrière avec la vi- tesse sn-1 par suite de l'allongement provoqué par le calibre Kn-1' de sorte que la matière se meut sous les rouleaux du calibre Kn-2 dans le sens de l'avancement, avec une vitesse qui est plus petite de sn + sn-1 que la vitesse d'avancement V du mandrin. Le diamètre dn-2 des n-2 roulàaux du calibre Kn-2 doit par conséquent être suffisam- ment petit pour que le frottement provenant de la pression . d'application de la matière sur le mandrin n'empêche pas le reflux de la matière et que les rouleaux du calibre puis- sent tourner avec la vitesse V - (sn+ sn-1)/.
Les rouleaux doivent toutefois, pour tenir compte du calibre plus grand suivant vers l'arrière, c' est à dire en sens opposé au sens d'avancement, être aussi plus grand que possible pour provoquer le déchargement partiel, produit par le frotte- ment d'application sur le mandrin, de la matière au point
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de vue de la sollicitation par traction et pour permettre une diminution nouvelle du rapport d vers les plus grands
D calibres se suivant vers l'arrière jusqu'au premier cali- bre K, sans passer en-dessous de la limite inférieure.
Malgré la diminution progressive du rapport d de dn > 1 (au maximum 2,5) à d1/D1 < 1 (pas inférieur à 0,3)D, la Dn @ grandeur absolue du diamètre des rouleaux ne subit pas une diminution trop poussée vu que la valeur D crott progres- sivement du plus petit calibre Kn vers le plus grand cali- bre Kl.
Une autre circonstance qui permet de ne pas devoir diminuer le diamètre des rouleaux trop fortement par rap- port aux rouleaux du calibre voisin plus petit,consiste en ce que la pression radiale admissible dans le calibre pour une plus grande épaisseur de la couche de matière peut être plus grande que pour une couche de matière plus mince sans freiner trop fortement le reflux de la matière sous les rouleaux au point q'il se produise une accumulation dans la section de matière amenée au calibre plus petit voisin. L'augmentation de la pression d'application avec l'augmentation d'épaisseur de la couche de la matière est toutefois nécessaire également pour produire à travers une plus grande épaisseur de paroi de la matière, le frot- tement désiré entre la matière et le mandrin de poussée.
Par le fait que pour le plus petit calibre K , le diamètre des rouleaux ne doit pas être pris tellement grand que par la pression des rouleaux la matière est re- foulée dans l'intervalle entre les rouleaux et que le rap- port entre le diamètre des rouleaux et le diamètre du ca- libre est diminué graduellement vers les plus grands cali- bres, il ne se produira dans aucun calibre une pression tel- lement élevée que la matière refoulée dans la fente entre les rouleaux forme de fortes nervures, au point qu'elles ne peuvent pas être supprimées dans le calibre suivant sans
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laminage, mais d'autre part la pression d'application entre la matière et le mandrin de poussée est suffisante pour que celle-ci répartisse la sollicitation par traction de la matière,
-qui est produit par la force qui est nécessai- re pour provoquer l'allongement de la section initiale
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.1f (Do - do2) à la section finale f (Dn2 - dn 29 sur tous les calibres et intervienne pour que dans aucune section de la pièce il ne puisse se produire une sollicitation dé- passant la limite de déchirement de la matière. Pour la grandeur absolue du diamètre des rouleaux d'un calibre, ily a toutefois une tolérance qui correspond à la force qui est nécessaire pour l'accumulation de la matière dans la section qui est comprise entre le calibre considéré et le calibre plus petit suivant.
A l'intérieur de cette to- lérance on peut, dans le cas d'un nombre suffisamment grand de calibres, s'écarter dans certains calibres de la valeur la plus favorable du rapport d pour qu 'on puisse, pour
D des considérations de construction, dans deux ou plusieurs calibres juxtaposés, employer des rouleaux de même diamètre.
Il est encore à remarquer que par le premier et le dernier calibres mentionnés ci-dessus, il faut toujours comprendre uniquement les calibres d'étirage, o'eat à dire des calibres qui produisent un étirage réel et ne servent pas à d'autres buts, par exemple éventuellement à lisser ou à détacher.