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Corps creux métallique résistant à la pression et procédé et dispositif servant à le fabriquer.
L'invention a pour objet des corps creux métalliques, résistant à la pression, dont le métal à.une structure nouvelle et qui possèdent des propriétés nouvelles, ainsi que le procédé et un dispositif servant à les fabriquer.
Les nouveaux corps creux sont destinés en particulier à recevoir des gaz comprimés à haute pression. Cn les fabrique, tout en faisant usage en même temps de moyens connus, par élar-
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gissement de corps creux métalliques plus étroits, par exemple, de tuyaux,et ils forment un ou plusieurs corps creux, comportant des courbures dirigées dans plusieurs sens, par exemple un corps creux sphérique, auquel se raccordent des éléments tubulaires qui, dans le cas où il existe plusieurs de ces corps creux, les réunissent entre eux.
En raison de ce procédé de fabrication, l'épaisseur des parois du corps creux à élargir, par exemple d'un tuyau, n'est pas réduite par l'élargissement, ou ne l'est que dans une mesure déterminée au préalable et la résistance à la pression du nouveau corps creux ainsi formé, qui est uniforme ne subit aucun changement.
Suivant l'invention, on chauffe le corps creux à élargir, par exemple un tuyau cylindrique, à une température à laquelle le métal possède la plasticité la¯ plus avantageuse pour l'opération d'élargissement, en faisant agir en même temps un effort mécanique de poussée dirigé suivant l'axe du tuyau et la pression d'un gaz agissant élastiquement de dedans en dehors sur la paroi du tuyau qui est ainsi simultanément refoulé et élargi.
Le métal de la paroi du tuyau est. forcé de s'appliquer contre les parois des moules qui entourent le tuyau. Les particules du métal rendu plastique par chauffage peuvent venir,se superposer et cette superposition peut être réglée par l'échelonnement de la poussée axiale et de la pression élastique d'élargissement, de façon que le corps creux nouvellement formé possède la même épaisseur de paroi et la même résistance à la pression que le tuyau avant d'être élargi, ou une épaisseur de paroi plus faible déterminée au préalable.
Dans tous les procédés de déformation à chaud connus jusqu'à présent, la pièce devait être chauffée dans un four ; de ce four, on la faisait passer dans la matrice d'où résultait une perte de chaleur considérable, obligeant souvent à réchauffer la
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pièce à plusieurs reprises, en particulier lorsqu'il s'agissait de récipients à parois minces. Cette opération donnaitlieu à un grand nombre de rebuts-et augmentait le prix du traitement tout entier.
Suivant l'invention, le corps creux métallique consti- tue la résistance d'un circuit de chauffage électrique. Par ce moyen., son chauffage est rapide et uniforme-, et la plasticité ce nécessaire¯du métal peut être maintenue jusqu'à/que la défor- mation soit complètement terminée.
Le chauffage; par résistance constitue un progrès tech- nique important, non seulement en raison de la simplicité du chauffage-et du -maintien de la pièce à l'état chaud, mais en- core. de la possibilité de lui faire subir un traitement ther- mique supplémentaire, dans le cas où ce traitement-serait né- cessaire. Par exemple, s'il est nécessaire de faire subir à un corps creux en acier un traitement thermique pour lui faire acquérir sa qualité, optimum, ce traitement peut lui être donné aussitôt après l'opération de déformation , par exemple en élé- vant ou abaissant la température ou les deux dans l'ordre de succession nécessaire. La normalisation du corps creux en acier peut également être effectuée dans la matrice même, aussitôt après la. déformation.
Par conséquent, s'il s'agit par exemple de former un corps sphérique en partant d'un tuyau cylindrique, l'augmenta- tion de volume est obtenue, suivant l'invention, la surface extérieure restant en principe sans changement, non au prix d'un allongement du métal, mais sous l'effet d'une poussée su- bie par la paroi du tuyau et- qui- est proportionnelle à la for- mation d'une paroi sphérique. Par exemple, un tuyau cylindrique de 50 mm. de diamètre et de zoo mm. de longueur fournit un corps creux sphérique de 100 mm. de diamètre. La surface reste en principe sans changement, mais le volume de la sphère devient
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égal à 523 cm3 environ au lieu de 392 cm3 environ, volume du cylindre.
Comme l'étendue des surfaces reste à peu près égale, il doit en être de même pour les épaisseurs de paroi ; la paroi ne subit donc pratiquement ni diminution, ni augmentation d'épaisseur, mais il se produit en réalité un changement de position partiel des particules de métal sous l'action de la poussée axiale et de la poussée interne ou intermédiaire du métal plastique déplacé dans les portions à rendre courbes du tuyau original, qui s'élargissent.
La longueur du tuyau suivant son axe ne doit pas être réduite jusqu'à la longueur exacte que doit avoir le corps creux final. Dans ce cas, le métal s'allonge sous l'effet de la pression intérieure, mais cet allongement peut être limité à volonté enraccourcissant le corps creux original.
Le dessin ci-annexé représente à titre d'exemple plusieurs formes de réalisation de l'invention.
La figure 1 représente un tuyau cylindrique 1 en acier et en pointillé le corps creux sphérique 2 que l'on obtient en refoulant le tuyau en acier 1 chauffé à haute température, par une pression s'exerçant dans le sens de son axe sur ses deux extrémités et en le faisant gonfler simultanément sous l'action d'un gaz sous pression arrivant dans le tuyau. On voit de quelle manière les extrémités du tuyau se rapprochent L'une de l'autre sous l'effet. du refoulement et comment la presque totalité de la longueur du tuyau qui se trouve entre ses extrémités a pris la forme sphérique. L'épaisseur des parois est.restée la même en principe.
Un tuyau cylindrique peut être transformé d'une manière similaire en un corps creux consistant en plusieurs éléments sphériques réunis par de courtes portions tubulaires (fig. 2).
Chaque élément sphérique 3 est obtenu ici par chauffage, refoule-
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ment et gonflement d'une portion du tuyau 4. Le refoulement et l'élargissement peuvent s'effectuer séparément pour chaque por- tion de tuyau ou simultanément pour plusieurs portions, ainsi qu'il sera décrit ci-après.
La figure 3 représente un corps creux ellipsoïdal 5 ob- tenu de la même manière en partant d'un tuyau 6.
La figure 4 représente un corps creux 7 en forme de roue avec deux éléments tubulaires 8 se raccordant sur lui.
La figure 5 représente la fabrication d'un corps creux 9, en forme de poire avec deux portions tubulaires 10 se rac- cordant sur lui et obtenu en introduisant un gaz sous pression d ans le tuyau chauffé à haute température et fermé à une de ses extrémités par une conduite sous pression 11 et en rappro- chant simultanément l'une de l'autre les deux moitiés 12 et 13 d'une matrice, dans lesquelles sont serrées les extrémités du tuyau.
La figure 6 représente un corps creux métallique formé de trois sphères creusets 14, 15, 16 de diamètres différents qui sont réunies par des portions 17 du tuyau initial et com- portent des tubulures de raccordement 18. Pour que les trois corps creux sphériques possèdent la même résistance à la pres- sion, il faut que l'épaiss.eur de la paroi de chacun d'eux soit proportionnelle à son diamètre. Il faut donc par exemple que le corps creux du plus grand diamètre ait une épaisseur de paroi égale à celle du tuyau primitif. Le corps creux intermédiaire devra être formé par une portion de tuyau dont la longueur sera réduite, de façon que sa paroi s'allonge en conséquence au mo- ment de l'élargissement et devienne plus mince.
De même, le corps creux du plus petit diamètre sera formé par un élément de tuyau encore plus court.
La figure 7 représente schématiquement la fabrication d'un tuyau comportant deux corps creux sphériques contigus. Le tuyau 19 dont les deux extrémités sont fermées est entouré par
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trois éléments de matrice 21, 22 et 23, qui le maintiennent solidement et est chauffé de la manière décrite ci-dessous. En même temps, on fait arriver un gaz sous forte pression, par la conduite sous pression 24 dans le tuyau et on fait agir une pression axiale sur les moitiés de matrice 21 et 23, de façon à les rapprocher de l'élément de matrice 22.
Le tuyau, qui s'est gonflé sous forme de'deux corps creux, trouve ainsi un appui dans les matrices 21, 22 et 23,22, qui se sont fermées, contre lequel s'appliquent ses portions chauffées et élargies, de sorte qu'on obtient une pièce se composant de deux corps creux sphériques, dont les parois ont la même épaisseur que celle du tuyau 19 et qui sont réunis l'un à l'autre par un court bout de tuyau et comportent chacun une tubulure de raccordement.
Mais on peut aussi faire agir la poussée axiale sur le tuyau à déformer d'un côté ou des deux dans une matrice fermée entourant le tuyau. Dans ce cas, la matrice de la figure 4, par exemple, peut être fermée dès le début et le tuyau introduit sans serrage dans la matrice peut y être refoulé d'un côté au des deux par une poussée dirigée suivant l'axe.
La figure 8 représente à titre d'exemple une forme de réalisation pratique d'un dispositif fonctionnant avec chauffage électrique du tuyau.
Sur un bâti de machine 30, est fixée une moitié 31 d'une matrice sphérique résistant à la pression. L'autre demi matrice 32 peut être déplacée dans des glissières de guidage 33 par la tige 34 d'un piston, poussé en avant par la pression de l'huile agissant dans le cylindre de refoulement 35 et qui y est refoulée en sortant d'un réservoir d'huile 37 par une pompe foulante 36. Les demi-matrices comportent des trous laissant passer le tuyau en acier 36 à déformer,'qui est fermé à l'une de ses extrémités , tandis que par l'autre on fait arriver du gaz sous pression dans le tuyau par la conduite 39.
Derrière les demi-
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matrices et séparées d'elles par des isolants 40, se trouvent les électrodes 41,42, qui, comme chaque demi-matrice, se composent d'une portion supérieure et d'une portion inférieure entourant le tuyau et pouvant être fixées sur lui par des mâchoires excentriques.43. Les électrodes reçoivent le courant provenant du circuit secondaire d'un transformateur 44 par des conducteurs 45, suivant la position d'un commutateur à plots 46.
Une fois le tuyau serré dans les électrodes et les demimatrices, on fait arriver le courant. Le tuyau qui constitue une, résistance s'échauffe sous l'action du courant et lorsque le métal a atteint la température lui conférant la plasticité nécessaire, on met la pompe à huile 36 en marche, de sorte que le piston, poussé en avant dans le cylindre de refoulement, fait avancer la demi-matrice 32 vers la demi-matrice 31 en refoulant la paftie plastique de la paroi du tuyau à déformer qui se trouve entre les deux demièmatrices.
En même temps, on fait arriver le gaz sous pression dans le tuyau par la conduite 39, ce qui a pour effet de faire gonfler le tuyau, de sorte que, lorsque les deux demi-matrices sont arrivées l'une contre l'autre, la sphère creuse s'est déjà formée. Après avoir coupé le courant, cette coupure pouvant se faire automatiquement, fait échpper le gaz sous pression et arrêté la pompe à huile, on peut soulever les portions supérieures des matrices et les électrodes du tuyau et retirer ce tuyau des portions inférieures des matrices.
Dans l'exemple de la figure 1, la portion chauffée du tuyau a été élargie sous forme de sphère creuse.
Les figures 9, 10 et 11 représentent des dispositifs servant à assurer un avancement uniforme des éléments de matrices au cours de la fabrication d'un corps creux ayant la forme de la figure 12 et qui consiste en trois corps creux sphériques réunis par trois bouts de tuyaux. La matrice complète fermant les trois sphères se compose de quatre demi-matrices inférieures 47, 48,
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49 et 50 et de quatre demi-matrices supérieures 51, 52, 53 et 54. Les demi-matrices inférieures sont accouplées l'une à l'autre par des éléments mobiles 55, 56 ayant la forme de ciseaux articulés, qui peuvent se rapprocher ou s'éloigner l'un de l'autre simultanément et uniformément . Les demi-matrices supérieures sont réunies par un guidage 57, qui y pénètre.
Le tuyau 58 est serré dans les éléments extrêmes 47, 51 et 50, 54 de la matrice par des vis 59. La description qui précède permet de se rendre compte de la manière dont le tuyau se déforme pour prendre la forme de corps creux de la figure 12.
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A pressure-resistant metal hollow body and a method and apparatus for manufacturing it.
The invention relates to hollow metal bodies, resistant to pressure, the metal of which has a new structure and which have new properties, as well as the method and a device for manufacturing them.
The new hollow bodies are intended in particular to receive compressed gases at high pressure. Cn manufactures them, while at the same time making use of known means,
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sliding of narrower metallic hollow bodies, for example pipes, and they form one or more hollow bodies, having curvatures directed in several directions, for example a spherical hollow body, to which tubular elements are connected which, in the case of there are several of these hollow bodies, bring them together.
Due to this manufacturing process, the thickness of the walls of the hollow body to be widened, for example of a pipe, is not reduced by the widening, or is only reduced to a predetermined extent and the pressure resistance of the new hollow body thus formed, which is uniform does not undergo any change.
According to the invention, the hollow body to be widened, for example a cylindrical pipe, is heated to a temperature at which the metal has the most advantageous plasticity for the widening operation, at the same time causing a mechanical force to act. thrust directed along the axis of the pipe and the pressure of a gas acting elastically from inside out on the wall of the pipe which is thus simultaneously pushed back and widened.
The metal of the pipe wall is. forced to rest against the walls of the molds surrounding the pipe. The particles of the metal made plastic by heating can come and overlap and this superposition can be regulated by the phasing of the axial thrust and the elastic expansion pressure, so that the newly formed hollow body has the same wall thickness. and the same pressure resistance as the pipe before being widened, or a lower wall thickness determined beforehand.
In all the hot deformation processes known until now, the part had to be heated in an oven; from this furnace, it was passed through the matrix from which a considerable loss of heat resulted, often forcing the
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repeatedly, especially when dealing with thin-walled containers. This operation created a large number of rejects - and increased the cost of the entire treatment.
According to the invention, the metallic hollow body constitutes the resistance of an electric heating circuit. By this means, its heating is rapid and uniform, and the necessary plasticity of the metal can be maintained until the deformation is completely terminated.
Heating; resistance is an important technical advance, not only because of the simplicity of heating-and -maintaining the part in a hot state, but also. the possibility of subjecting him to additional thermal treatment, if this treatment is necessary. For example, if it is necessary to subject a hollow steel body to a heat treatment to make it acquire its optimum quality, this treatment can be given to it immediately after the deformation operation, for example by raising or lowering. lowering the temperature or both in the necessary sequence. The standardization of the steel hollow body can also be carried out in the die itself, immediately after the. deformation.
Consequently, if it is a question, for example, of forming a spherical body starting from a cylindrical pipe, the increase in volume is obtained according to the invention, the outer surface remaining in principle unchanged, not at the same time. price of an elongation of the metal, but under the effect of a thrust exerted by the wall of the pipe and - which - is proportional to the formation of a spherical wall. For example, a 50 mm cylindrical pipe. diameter and zoo mm. of length provides a spherical hollow body of 100 mm. of diameter. The surface remains in principle unchanged, but the volume of the sphere becomes
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equal to approximately 523 cm3 instead of approximately 392 cm3, cylinder volume.
As the extent of the surfaces remains roughly equal, so should the wall thicknesses; the wall therefore undergoes practically no reduction or increase in thickness, but there actually occurs a partial change in position of the metal particles under the action of the axial thrust and the internal or intermediate thrust of the plastic metal displaced in the portions to be made curved from the original pipe, which widen.
The length of the pipe along its axis must not be reduced to the exact length that the final hollow body must have. In this case, the metal elongates under the effect of the internal pressure, but this elongation can be limited at will by shortening the original hollow body.
The accompanying drawing shows by way of example several embodiments of the invention.
Figure 1 shows a cylindrical steel pipe 1 and dotted the spherical hollow body 2 which is obtained by pushing the steel pipe 1 heated to high temperature, by a pressure exerted in the direction of its axis on its two ends and simultaneously inflating it under the action of a pressurized gas entering the pipe. We see how the ends of the pipe come closer to each other under the effect. discharge and how almost the entire length of the pipe between its ends has assumed the spherical shape. In principle, the wall thickness is the same.
A cylindrical pipe can be transformed in a similar way into a hollow body consisting of several spherical elements joined by short tubular portions (fig. 2).
Each spherical element 3 is obtained here by heating, pushing
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and swelling of a portion of the pipe 4. The delivery and expansion can be carried out separately for each portion of the pipe or simultaneously for several portions, as will be described below.
FIG. 3 shows an ellipsoidal hollow body 5 obtained in the same way starting from a pipe 6.
FIG. 4 shows a hollow body 7 in the form of a wheel with two tubular elements 8 connecting to it.
FIG. 5 shows the manufacture of a hollow body 9, pear-shaped with two tubular portions 10 connecting to it and obtained by introducing a pressurized gas into the pipe heated to high temperature and closed at one of its sides. ends by a pressure pipe 11 and simultaneously bringing together the two halves 12 and 13 of a die, in which the ends of the pipe are clamped.
FIG. 6 represents a metallic hollow body formed of three crucible spheres 14, 15, 16 of different diameters which are joined by portions 17 of the initial pipe and comprise connecting pipes 18. So that the three spherical hollow bodies have the same resistance to pressure, the thickness of the wall of each of them must be proportional to its diameter. Therefore, for example, the hollow body of the largest diameter must have a wall thickness equal to that of the primary pipe. The intermediate hollow body will have to be formed by a portion of pipe the length of which will be reduced, so that its wall lengthens accordingly at the time of widening and becomes thinner.
Likewise, the hollow body of the smaller diameter will be formed by an even shorter pipe element.
FIG. 7 schematically represents the manufacture of a pipe comprising two contiguous spherical hollow bodies. The pipe 19, the two ends of which are closed, is surrounded by
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three die elements 21, 22 and 23, which hold it securely and is heated in the manner described below. At the same time, a high pressure gas is introduced through the pressure line 24 into the pipe and axial pressure is applied to the die halves 21 and 23, so as to bring them closer to the die element 22 .
The pipe, which is inflated in the form of two hollow bodies, thus finds support in the dies 21, 22 and 23, 22, which have closed, against which its heated and enlarged portions are applied, so that 'a part is obtained consisting of two spherical hollow bodies, the walls of which have the same thickness as that of the pipe 19 and which are joined to each other by a short end of pipe and each have a connecting pipe.
But it is also possible to make the axial thrust act on the pipe to be deformed on one or both sides in a closed matrix surrounding the pipe. In this case, the die of FIG. 4, for example, can be closed from the start and the pipe introduced without clamping into the die can be pushed back there on one side or both by a thrust directed along the axis.
Figure 8 shows by way of example a practical embodiment of a device operating with electric heating of the pipe.
On a machine frame 30 is fixed a half 31 of a pressure-resistant spherical die. The other half-die 32 can be moved in guide slides 33 by the rod 34 of a piston, pushed forward by the pressure of the oil acting in the delivery cylinder 35 and which is discharged there on leaving it. an oil reservoir 37 by a pressing pump 36. The half-dies have holes allowing the steel pipe 36 to be deformed to pass through, 'which is closed at one of its ends, while the other is made to arrive pressurized gas in the pipe through line 39.
Behind the half
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matrices and separated from them by insulators 40, are the electrodes 41,42, which, like each half-matrix, consist of an upper portion and a lower portion surrounding the pipe and can be attached to it by eccentric jaws. 43. The electrodes receive the current coming from the secondary circuit of a transformer 44 through conductors 45, depending on the position of a pad switch 46.
Once the pipe is clamped in the electrodes and the demimators, the current is made to arrive. The pipe which constitutes a resistance heats up under the action of the current and when the metal has reached the temperature giving it the necessary plasticity, the oil pump 36 is started up, so that the piston, pushed forward in the delivery cylinder, advances the half-die 32 towards the half-die 31 by pushing the plastic part of the wall of the pipe to be deformed which is located between the two demi-matrices.
At the same time, the pressurized gas is made to flow into the pipe through line 39, which has the effect of inflating the pipe, so that, when the two half-dies have arrived against each other, the hollow sphere has already formed. After having cut the current, this cut being able to be done automatically, releases the pressurized gas and stops the oil pump, one can lift the upper portions of the dies and the electrodes of the pipe and withdraw this pipe from the lower portions of the dies.
In the example of Figure 1, the heated portion of the pipe has been enlarged in the form of a hollow sphere.
Figures 9, 10 and 11 show devices for ensuring uniform advancement of the die elements during the manufacture of a hollow body having the shape of Figure 12 and which consists of three spherical hollow bodies joined by three ends of pipes. The complete matrix closing the three spheres consists of four lower half-matrices 47, 48,
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49 and 50 and four upper half-dies 51, 52, 53 and 54. The lower half-dies are coupled to each other by movable elements 55, 56 in the form of articulated scissors, which can approach each other. or move away from each other simultaneously and evenly. The upper half-dies are joined by a guide 57, which penetrates therein.
The pipe 58 is clamped in the end elements 47, 51 and 50, 54 of the die by screws 59. The above description makes it possible to see how the pipe deforms to take the form of a hollow body of the figure 12.