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"PROCEDE ET APPAREIL DE CONFORMATION DES TUBES METALLIQUES"
La présente invention est relative à un procédé et à un appareil de conformation d'un tube métallique pour obtenir n'importe quelle forme particulière désirée. La section du tube peut être de forme circulaire, carrée, poly- gonale ou autre.
Dans le brevet français n 787.575 du 20 mars 193;?, on a décrit un procédé permettant de faire des raccords en T,
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et des croisements pour tubes à partir d'un tuoe brut, en remplissant ce tube d'une matière plastique, en le plaçant dans une matrice de refoulement et en appliquant ensuite une pression sur les extrémités du tube et de sa charge de manière à leur faire épouser la forme de la matrice. Le pro- cédé décrit dans ce brevet a donné des résultats intéressants et avantageux au point de vue industriel, mais il présente des inconvénients du fait que le tube et son remplissage avancent ensemble, à la même vitesse, ce qui oblige à expul- ser une partie de la charge hors du tube lorsqu'on les compri- me à la forme désirée.
Conformément à la présente invention, on a constaté que lorsqu'on reforme un tube métallique pour lui donner une forme désirée en le remplissant d'une matière plastique et en appliquant ensuite une pression sur l'extrémité du tube plein pour en provoquer une modification de forme, il est très avantageux que la pression appliquée sur l'extrémité de la matière de remplissage fasse avancer cette matière dans le tube à une vitesse différente de celle à laquelle' le tube avance dans la matrice de conformation.
On a constaté que la quantité de matière de remplissage prescrite, nécessai- re pour obtenir une forme désirée et la quantité de métal né- cessaire pour constituer la surface de cette forme, et qui, l'une et l'autre sont obtenues par/raccourcissement du tube métallique et de son remplissage, ne doivent pas arriver exac- tement à la même vitesse et que, par suite, il est fortement à désirer de faire arriver la matière de remplissage et le tube dans la matrice de refoulement à des vitesses différentes. la présente invention se propose de perfectionner le procédé du brevet précité en le simplifiant et en lui per-
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mettant d'être adapté facilement au façonnage d'un tronçon de tube pour lui donner la forme désirée.
L'invention concerne un procédé et un appareil pour modifier la forme d'un tube métallique en le remplissant de matière plastique et en appliquant des pressions sur les extrémités du tube plein pour en modifier la forme, la vites- se d'avance de la matière de remplissage dans le tube et celle d'avance du tube sous l'action de ces pressions étant coordonnées de manière à faire intervenir la quantité correc- te de matière de remplissage pour produire le changement de forme et la quantité de matière de tube requise pour for- mer la surface nécessaire permettant ce changement de forme.
,Sur les dessins annexés :
La figure 1 représente un appareil servant à l'application du procédé, à la formation d'une protubérance sphérique sur un tube. Cette figure représente la position de la presse, du tube et du remplissage au commencement de la compression.
La figure 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1.
La figure 3 est une coupe analogue à celle de la figure 1, nais représentant la position de la presse, du remplissage et du tube à la fin de la compression.
La figure 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 3.
La figure 5 est une vue en perspective de l'article fini consistant en un tube avec épanouissement sphérique.
La figure b représente un tube fermé à un bout et rempli de matière, placé dans une matrice, avant la com- pression qui doit produire l'épanouissement sphérique à l'extrémité du tube.
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La figure 7 est une coupe suivant la ligne 7-7 de la figure 6.
La figure 8 est une vue analogue à la figure 6, mais représentant le tube et son remplissage à la fin de la com- pression.
La figure représente l'article terminé, à savoir un tube avec épanouissement sphérique.
La figure 10 représente l'appareil servant à la mise en oeuvre du procédé et dans lequel un tronçon de tube à extrémité fermée est mis en forme de T, le tube et le rem- plissage avançant à des vitesses différentes pendant la compression.
La figure 11 est une co@pe suivant la ligne 11-11 de la figure 10.
La figure 12 est une vue analogue à celle de la figure 10 représentant les positions respectives du tube et du remplissage à la fin de la compression.
La figure 13 est uhe coupe représentant, en traits pleins, un tronçon de tube rempli de matière, placé dans une matrice, avant la compression pendant laquelle le remplissage et le tube avancent à des vitesses différentes à partir des deux extrémités, de manière à former un T.
La figure 14 est une vue analogue à celle de la figure 13 représentant les positions relatives du tube, du remplissage et des organes de la presse, à la fin de l'opéra- tion de compression.
Sur la figure 1, est montre/un tube 1 de tout métal alliage approprié doué des propriétés physiques lui permet- tant d'être étiré ou pressé, et tel, par exemple, que le cuivre, l'aluminium, le nickel, le magnésium, et les alliages
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de ces métaux, l'acier, le laiton, le métal Monel et les aciers spécieux inoxydables au chrome et au nickel. !.- titre d'exemple, le procédé est applicable aux tubes forgés sans soudure et également aux tubes soudés.
Le tube 1 est rempli d'une matière appropriée 2 qui peut êtr préalablement coulée et insérée dans le tube 1 ou être coulée sur place dans ce dernier. De préférence, la matière de remplissage 2 est une matière plastique solide à la température ambiante et qui peut être fondue pour la faire sortir du tube après compression, à une température ne provoquant pas de modification chimique ou physique dange- reuse dans le cuivre ou autre métal dont le tube est fait.
En pratique, on a trouvé que le métal woods (alliages de bismuth, de plomb, d'étain et parfois de cadmium) donne toute satisfaction, comme il est dit dans le brevet français n 787.575 précité. Le plomb seul ou un alliage de plomb (55%) et de bismuth (45) constitue également des remplissages satisfaisants.
Un place ensuite le tube 1 avec son remplissage dans la matrice 3. Etant donné qu'on désire former une pro- tubérance de forme sphérique sur le tube cylindrique 1, la matrice présente une cavité sphérique 4, communiquant avec des cavités cylindriques 5 et 6 de diamètre égal au dia- mètre extérieur du tube 1. Des plongeurs ou piston 2 et 8 viennent toucher les extrémités du tube 1, des plongeurs cy- lindriques et 10 télescopant dans les plongeurs 2 et 8 -respectivement et venant en contact avec les extrémités du remplissage 2.
A titre d'exemple, le remplissage 2 remplit complètement le tube 1, mais, si on le désire, au début de l'opération, les plongeurs 1 et 10 peuvent/pénétrer dans le tube 1, le remplissage ne remplissant que l'espace du tube
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compris entre ces plongeurs.
On n'a représenté qu'une moitié de la matrice 3, mais l'autre est exactement semblable et elle est boulonnée, agrafée ou autrement fixée sur la moitié représentée après que le tube rempli a été mis en place, et avant la compressi- on.
On peut actionner hydrauliquement les plongeurs 7, 8,9 et 10 ou de toute autre façon bien connue dans la technique. Les plongeurs 2 et 8 se rapprochent l'un de l'autre à des vitesses égales en appliquant ainsi une pression sur les extrémités du tube 1 et, en même temps, les plongeurs 9 et 10 se rapprochent l'un de l'autre à la même vitesse. La figure 1 représente la position initiale des plongeurs 2 à 10 et la figure 3 leur position finale.
On remarquera que les plongeurs 9 et 10 se sont déplacés plus que les plongeurs et 8. Etant donné que la partie de la paroi du tube 1 qui se trouve dans la cavité sphérique 4 n'est pas maintenue, le remplissage 2 et cette partie de la paroi, soumis à la pression des plongeurs 7,8 et9,10, respectivement, suivent le trajet de moindre résistance et se déplacent vers l'exté- rieur à partir/du centre de la cavité 4 de la matrice, pour prendre une forme sphérique 11.
Pour montrer l'application du procédé et de l'appa- reil à un travail particulier, on supposera que l'épanouisse- ment sphérique 11 a un diamètre de 38 mm et que le diamètre du tube 1¯ est de 19 mm. Si l'on calcule le volume du remplis- sage 2 dans un cronçon de 25mm de ce tube cylindrique et la surface de ce tronçon et si l'on calcule le volume et la surface de l'épanouissement sphérique de 38mm, on constate u'il est nécessaire de faire avancer le remplissage de 63mm
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dans le tube 1 de 19 mm, pour fournir la matière de remplis- sage servant à faire la sphère 11, tandis qu'il suffit de faire avancer le tube 1 lui-même de 28 mm seulement de manière à former la surface nécessaire pour couvrir la sphère.
Evidemment, cette surface n'est pas la totalité de la sphère 11 car la partielle sphère qui se trouve dans le cylindre primitif n'a pas à être fournie. Ainsi, dans le cas supposé, il est nécessaire de faire avancer chaque plongeur 2 et 8 d'environ 14mm et de faire avancer chaque plongeur 9. et 10 d'environ 32 mm. L'avance des plongeurs 7,8 et Si 10 s e fait de préférence à vitesse' uniforme mais la coursé de chacun d'eux peut être une course unique, continue, à vitesse unifor- me, ou une succession de courses plus petites.
De préférence, les plongeurs 7,8,9 et 10 commencent et finissent leurs cour- ses en même temps ce qui oblige, en ce cas, à déplacer/Les plongeurs et 10 à plus grande vitesse que les plongeurs 7 et 8, car les courses des plongeurs et 10 sont plus gran- des..
Une fois que les plongeurs 7,8,9 et 10 sont, arrivés à la fin de leur course (fig.3), on les fait reculer, on en- lève le dessus de la matrice et on fait fondre le remplissage de toute manière appropriée, par exemple en plaçant le tube et son remplissage dans de l'eau ou de l'huile chaude à une température supérieure au point de fusion du métal Woods ou autre remplissage.
Dans les figures 6 à 9, on a représenté le procédé et l'appareil appliqués à la formation d'une boule sphérique 13 à l'extrémité fermée 15 d'un tube 14. Dans ce cas, le tube 14 contient un remplissage 16, remplissant complètement la partie de ce tube qui se trouve à droite du plongeur 17. On
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remarquera que, au début de l'opération (figure 6), le plongeur 17 pénètre dans l'extrémité du tube 14 tandis que le plongeur 18 vient: toucner l'extrémité ouverte de ce tube. Le tube 14 et son remplissage 16 sont alors placés dans une ma- trice 68 présentant une cavité sphérique 19 et une partie cylindrique 20, après quoi, on fait avancer les plongeurs 17 et 18 vers/la droite jusqu'à la position finale représentée sur la figure-8.
Dans ce cas, le remplissage 16 doit avancer plus que le tube 14. Si le diamètre de la boule sphérique est de 50 mm. et celui du tube 14 de 19 mm, le remplissage 16 doit avancer de 90 mm, c'est-à-dire que la course du plon- geur 17 est de 90 mm. depuis le début jusqu'à la fin, et/le plongeur 18 doit avancer de 47 mm. On voit donc que le rem- plissage 16 doit avancer beaucoup plus que le tube.
Sur les figures 10, 11 et 12, on a représenté le procédé appliqué à la fabrication d'un T 20 à partir d'un tube 21 à extrémité 22 fermée et complètement rempli de matière plastique 23, jusqu'à l'extrémité du plongeur 24. Ce plongeur télescope dans un plongeur cylindrique 25 en contact avec l'extrémité du tube 21. Ce dernier est monté dans une matrice 125 présentant une ouverture 26 en T, de section circulaire .
On note également , dans ce cas, que l'extrémité du plongeur 24 pénètre dans le tube 21 au commencement de la compression (figure 10). un a représenté un mécanisme hydraulique de commande pour chacun des plongeurs 24 et 25. Ce mécanisme est consti- tué par un cylindre 30 et l'extrémité extérieure du plongeur 25, est en forme d'un piston 31, qui peut se déplacer dans les deux sens dans ce cylindre. Un ressort de compression 32, est monté entre la paroi de droite du cylindre 30 et le pis-
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ton 31. Le plongeur 24 se prolonge à travers le cylindre 30 jusque dans le cylinare 33 où il est lixé à un piston 34 mobile dans les deux sens dons le cylindre 33.
Un ressort de compression #5 est monté entre'le piston 4 et le fond de droite du cylindre 33. On admet de l'huile sous pression dans le cylindre 30 par la conduite 6 et dans le cylindre par la conduite 37. L'huile sort du cylindre 30 par la conduite 38 et du cylindre 33 par la conduite 39. Les conduises 36 à 39 sont munies chacune d'un robinet permettant de régler la vitesse de passage etde couper l'écoulement de l'huile.
La figure 10 représente l'appareil au début de la compression..¯ ce moment, on place les robinets des condui tes 36 et 37 de manière à faire avancer le plongeur 25 de la position de la figure 10 à celle de la figure 12 et, en même temps, à faire avancer le plongeur 24 de la position de la figure 10 à celle de la figure 12.
Evidemment, les robinets des conduites 38 et 39 sont fermes lorsque les plon- geurs 24 et 25 avancent. Apres que les plongeurs sont arrivés à l'extrémité de leur course (figure 12) en formant un T 20, on ferme les robinets des conduites 36 et 37 et on ouvre les robinets des conduites 38 et 39 pour laisser échapper l'huile des cylindres 30 et , de sorte que les ressorts 32 et 35 ramènent les plongeurs 25 et 24 à leur position initiale de la figure 10..ainsi, dans le fonctionnement de cet appareil, les pistons 31 et 34 avancent de manière à faire avancer simultanément les remplissages 23 et le tube 21 à des vites- ses égales ou différentes suivant le changement de volume entre l'état initial du tube et son état de conformation finale,
et la partie de la surface tubulaire qui doit être
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déplacée pour provoquer cette modification de volume. Evi- de aiment, à la place des ressorts 32 et , on peut employer une pression d'huile ou d'eau.
Sur les figures 13 et 14, on a représenté l'appli- cation du procédé et de l'appareil à la fabrication d'un raccord 40 en T, à partir d'un seul tronçon de tube 41,rempli d'une matière plastique 42, de la façon ci-dessus décrite.
Les extrémités du tube sont pressées par des plongeurs cy- lindriques 43 se déplaçant l'un vers l'autre, de préférence à la même vitesse, et le remplissage est pressé entre les plongeurs 44, télescopant, dans les plongeurs 43 et qui, de même, se déplacent l'un vers l'autre à la même vitesse. On remarquera que l'extrémité 45 de chacun des plongeurs 43, pénètre dans le tube 41 et qu'elle est pourvue d'un épaule- ment circonférenciel 46 qui s'appuie sur l'extrémité du tube 41. Dans cette forme de mise en oeuvre de l'invention, le plongeur 44 est représenté comme ayant un diamètre sensible- ment moindre que le diamètre intérieur du tube 41.
Chacun des plongeurs 43 doit avoir une course en principe égale à la longueur de la branche 48 du raccord en T 40, tandis que la quantité de matière de remplissage servant à remplir la branche 48 est sensiblement moindre que celle qui serait nécessaire si le remplissage 42 avançait à partir de chacune des extrémités, d'une distance égale à la longueur de la branche 48. En conséquence, la course de chaque plongeur 44 estfinférieure à l'avance de chaque plongeur 43 et on voit, sur la figure 1-+ , la position finale des plongeurs 43 et 44.
La matrice 50 dans laquelle le raccord 40 en T est refoulé, présente évidemment, une cavité 51 en forme de T. On remar- quera que les plongeurs s'étendent au-delà des extrémités
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de la matière de remplissage 42 et qu'ils appliquent une pression sur les extrémités de cette matière , lorsqu'ils se rapprochent l'un de l'autre.
D'après ce qui précède, il est évident qu'on a décrit un procédé et un appareil pour presser un tube mé- tallique pour lui donner une forme différente en utilisant un remplissage plastique et des plongeurs opérant séparément sur une ou sur les deux extrémités du tube et-du remplissage, l'avance pendant l'opération de pressage se faisant à des vitesses différentes dans la proportion de l'augmentation de volume de la partie conformée du tube par rapport à la surface du tube qui doit être obtenue pour permettre cette modification de volume.
Dans la conformation des tubes comme il est repré- senté ci-dessus, on voit que la partie du tube et du remplis- sage se trouvant initalement dans la cavité d'épanouissement. subissent une modification dans la surface et dans le volume.
Cette augmentation du volume de la matière de remplissage et de la surface du tube est fournie par la partie du remplis- sage et du tube se trouvant dans la partie cylindrique de la matrice dans laquelle les plongeurs opèrent. La course du ou des plongeurs fournissant le remplissage supplémentai- re et celle du ou des plongeurs fournissant cette augmenta- tion de surface du tube sont calculées de façon que chacune fasse passer de la partie d'alimentation de la cavité de la matrice à la partie dilatée de la cavité de cette matrice, la quantité voulue de matière de remplissage et de surface de tube avec le synchronisme voulu et dans un rapport appro- prié, de façon que l'épaisseur de paroi du tube dans la cavi- té de dilatation reste sensiblement la même que celle du tu- be dans la partie d'alimentation de l'ouverture de la matrice.
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Dans certains cas, les plongeurs fournissent la matière de remplissage ont une course plus longue que celle des plon- beurs fournissant les surfaces de tube (figs. 1 à 12) et, dans d'autres cas, les plongeurs fournissant les surfaces de tube à la cavité de dilatation ont une plus longue course que celle des plongeurs fournissant le remplissage (figs.
13 et 14). Dans chaque cas, le volume du remplissage dans le tube doit toujours être au moins égal et, de préférence un peu supérieur, au volume de la partie conformée du tube se trouvant dans la cavité de dilatation.