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PROCEDE ET'APPAREIL 'POURRA. PRODUCTION .DE RACCORDS !FORGES.
La présente invention est relative a un procédé et un appareil pour produire par extrudage des raccords forgés. Elle a pour buts ; de produire des coudas et des raccords forgés de forme similaire caractérisés par leur faible rayon de courbure; de réaliser des économies dans la production de raccords forgés du type décrit grâce à la réduction de la quantité de matière première requi- se; de fournir des raccords forgés de dimensions réduites de centre à extrémités, faisant ainsi gagner de la place dans les installations; de réduire l'étirage de la matière à l'extérieur des courbes des coudes ou raccords analogues forgés, augmentant ainsi la résistance du pro- duit fini grâce à la densité de structure du grain;
d'augmenter la résistance des raccords forgés du type décrit par la réduction de l'étirage et le remplacement de celui-ci par un procédé de travail qui a tendance à augmenter la densité de structure du grain; de fournir un procédé pour la production de raccords forgés qui réduise l'amincissement de la matière dans la courbure extérieure, permettant ainsi l'emploi¯ au départ d'une matière plus mince; de fournir un procédé de fabrication de raccords forgés du type décrit caractérisé par l'économie résultant d'un contrôle plus positif de l'opération et une réduction substantielle du temps nécessaire-pour produire les raccords;
de fournir un procédé pour la production de raccords forgés du type décrit qui simultanément réduit l'amincissement de la courbure extérieu-
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re et augmente l'épaisseur de la paroi de rayon intérieur, fournissant ainsi un coude ou raccord analogue plus solide et qui élimine les concentrations de tensions une fois installé;
plus spécifiquement, de fournir des raccords tubulaires forgés tels que coudes ou pièces en forme de U, par un procédé qui comprend le re- foulage d'une capsule dont une extrémité est ouverte et l'autre fermée, dans une matrice de section circulaire comprenant des parties droites reliées par une partie courbe, la force nécessaire pour refouler la capsule dans le pas- sage étant constituée en partie par une pression fluide interne propre à re- tenir les parois de la capsule contre le passage et aussi à appliquer la pression d'extrudage sur l'extrémité fermée de la capsule et, en partie par une pression mécanique directe sur l'extrémité ouverte de la capsuler de fournir un procédé pour la production de raccords du type dé- crit dans le précédent paragraphe,
caractérisé en ce que la force initiale requise pour démarrer le mouvement de la capsule dans la matrice est cons- tituée de manière prépondérante par une pression interne dans la capsule ; de fournir un procédé tel que décrit dans le précédent paragra- phe, caractérisé en ce que pendant le déplacement de la capsule dans le pas- sage de la matricela pression mécanique appliquée sur l'extrémité ouverte de la capsule augmente et que la pression fluide à l'intérieur de la capsule tout en étant maintenue à une valeur suffisante pour augmenter la capacité volumétrique de la capsule diminue néanmoins;
de fournir un procédé tel que décrit dans le paragraphe précé- dent,caractérisé en ce que la pression interne de fluide est appliquée par une pièce élastique compressible telle que du caoutchouc qui est initialement comprimée à un degré tel que l'augmentation de la capacité volumétrique de la capsule pendant l'extrusion maintienne la matière sous une compression substantielle qui lui permette de continuer à exercer une pression expansive pendant toute l'opération.
D'autres buts et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans le cours de la description donnée ci-après avec référence aux dessins annexés,dans lesquels la Fig. 1 est une élévation de côté d'un disque circulaire de métal ductile qui servira à la production d'un raccord forgé; les Figs. 2, 3, 4, 5 et 6 sont des coupes axiales de la pièce montrant les stades de la transformation initiale du disque en capsule; la Fig. 7 est une élévation de côté d'un ensemble de plongeur utilisé dans la présente invention ; la Fig. 8 est une coupe verticale de la matrice, montrant la coopération de celle-ci avec l'ensemble de plongeur pour extruder une càp- sule tubulaire formée antérieurement; la Fig. 9 est une vue en plan du dessus de la matrice représen- tée sur la Fig. 8;
la fig. 10 est une vue semblable à celle de la fig. 8 montrant la capsule en cours de transformation en coude; la Fig. 11 est une vue du raccord forgé retiré de la matrice et dont 1'extrémité fermée a été enlevée; la Fig. 12 est une vue du raccord forgé après l'expansion de ses extrémités;. la Fig. 13 est une coupe verticale d'une matrice montrant l' application du procédé à la production de pièces en U; la Fig. 14 est une vue du raccord forgé produit par l'appareil représenté sur la Fig. 13 et dont les extrémités ont été enlevées et la Fig. 15 est une vue du raccord forgé représenté sur la Fig.
14, après l'expansion des extrémités,
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Dans le passé, on a utilisé plusieurs procédés différents pour produire des raccords forgés tels que coudes, U et pièces analogues. Cepen- dant, on a trouvé qu'il était jusqu'à présent impossible de produire des raccords forgés tels que coudes ou pièces analogues caractérisés par des courbes de rayons extrêmement courts. En conséquence, là où des U courts étaient nécessaires, on avait toujours plus tendance à employer des raccords coulés, en dépit des multiples avantages que présentent les raccords forgés sur les autres.
Le présent procédé permet la production de raccords forgés tels que coudes, U et autres, caractérisés par des rayons de courbure extrêmement petits. Il en résulte une grande économie de matière pour le raccord lui- même et aussi un gain de place considérable dans les installations, ce qui rend possible pour la première fois l'utilisation de raccords forgés du type décrit dans des installations où jusqu'à présent des considérations d'encom- brement l'avaient proscrit.
Suivant la présente invention, le raccord forgé est avantageuse- ment produit à partir d'un disque circulaire de métal ductile. -La Fig. 1 représente une élévation de côté d'un disque circulaire 10 de métal. Le mé- tal employé dans le procédé peut être le cuivre, 1-'acier étiré, l'aluminium, l'acier inoxydable ou divers alliages. Le disque est étiré successivement aux formes représentées en 12 sur la figure 2, en 14 sur la figure 3 et en 16 sur la figure 4, pour atteindre la forme finale 18 représentée sur la fi- gure 5, à ce moment, l'extrémité inférieure 20 de la capsule est arrondie.
Ensuite, comme le montre la figure 6, l'extrémité supérieure 22 de la capsu- le est séparée pour laisser une capsule 24 de longueur et d'épaisseur de paroi définies prédéterminées et qui conserve l'extrémité arrondie 20 préci- tée.
Afin de transformer la capsule 24 en raccord forgé ayant des parties droites reliées par une partie intermédiaire courbe, on utilise la matrice représentée en 30 sur les figures 8 et 9. Cette matrice est de pré- férence constituée par deux blocs correspondants 32 et 34 séparés le long d'une ligne intermédiaire 36. Chacun des blocs 32 et 34 comprend un passage semi-cylindrique 38, les deux parties ensemble formant un passage dans la matrice de section circulaire uniforme sur toute la longueur qui comprend une première partie droite 40, une seconde partie droite 42 et une partie intermédiaire courbe 44.
Un ensemble de plongeur comprenant dans sa réalisation préférée un poussoir rigide en métal 50 ayant une partie pilote cylindrique réduite 52 et un épaulement 54 à la partie supérieure de la partie 52, est associé à la matrice 30. Une pièce d'extrusion 56 qui est en caoutchouc, comme le montre la figure, prolonge le plongeur vers le bas et lui est fixé de maniè- re permanente, Comme la figure 8 le montre le mieux, la pièce d'extrusion 56 a un col de section réduite 52 appliqué dans une rainure 60 dans le pilote 52 et calé en place par une tige 62 vissée à son extrémité supérieure 64 dans la partie creuse 66 du plongeur 50.
La matière qui forme la pièce d'extrusion 56 doit répondre à certaines conditions physiques définies qui sont toutes satisfaisantes de manière excellente par le caoutchouc. En pratique, on a produit de grandes quantités de raccords du type décrit en employant une pièce d'extrusion faite en un composé de caoutchouc relativement dense de haute qualité dont la den- sité est d'environ 1,3 (80 livres par pied-3). Il est essentiel d'utiliser un caoutchouc de bonne qualité car la pièce d'extrusion subit des flexions répé- tées et, comme il apparaîtra plus tard, elle est étirée sous tension autour d'un coude relativement court dans le raccord partiellement terminé.
Comme il apparaîtra ultérieurement, la pièce d'extrusion doit être fortement compressible et elle a initialement un diamètre quelque peu plus petit que le diamètre interne de la. capsule 24. La longueur de la pièce d'extrusion 56 avant la compression est nécessairement sensiblement plus grande que la dimension intérieure du fond de la capsule jusqu'à l'extrémité du pilote 52. Le col réduit 58 de la pièce d'extrusion n'intervient pas dans
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cet exposé puisque la compression dans cette partie est considérée comme né- gligeable. L'ensemble de plongeur représenté sur la Fige 7 descend et pénètre dans l'extrémité supérieure ouverte de la partie droite 40 du passage de la matrice et la pièce d'extrusion 56 entre librement dans la capsule 24.
La matière de la pièce d'extrusion 56 subit une très forte compression avant de venir en contact avec l'épaulement 54 de l'extrémité supérieure de la capsule.
Ensuite, la capsule est forcée de s'engager en partie dans la partie courbe 44 du passage de la matrice dans la position représentée sur la figure 10.
A ce moment, l'ensemble de plongeur est tiré vers le haut, on ouvre la matri- ce et on retire la pièce.
Après avoir retiré le raccord extrudé 70 de la matrice, on peut en séparer l'extrémité arrondie 20 comme le montre la figure 11. Bien que le raccord puisse être utilisé dans cet état, il est souhaitable dans de nombreux cas d'épanouir les extrémités du raccord comme en 72 sur la figure 12.
Le problème de la production de raccords comme il vient d'être décrit a été posé à l'industrie pendant de très nombreuses années et aucune solution entièrement satisfaisante n'a été trouvée jusqu'à présent, Peut être la principale difficulté qui avait arrêté les chercheurs précédents était-elle la conception que l'extrusion d'une capsule dans le passage cour- be de la matrice comme il est décrit ici, devait nécessairement amener une réduction de la capacité volumétrique de la capsule. Dans le passé des sug- gestions ont été faites que cette extrusion pourrait être faite en remplis- sant la capsule de liquide et on pensait qu'il fallait prendre des disposi- tions spéciales pour laisser échapper du liquide pendant l'opération d'extru- sion afin de permettre une réduction de la capacité volumétrique de la cap- sule.
On a découvert maintenant que cette opération ne donne satisfac- tion que lorsqu'on l'effectue dans des conditions soigneusement contrôlées de manière que l'extrusion de la capsule provoque une augmentation définie de la capacité volumétrique de la capsule. Dans le cas présent, on y arrive en utilisant la pièce d'extrusion extensible et en contrôlant la dimension de cette pièce par rapport au volume interne de la capsule de manière que la capsule subisse une très grande pression interne causée par la force expan- sive du caoutchouc comprimé avant le mouvement initial de la capsule. La force expansive du caoutchouc est suffisante pour que la capsule soit extru- dée dans la partie courbe du passage de la matrice et en fait la capsule su- bit réellement une augmentation de capacité volumétrique.
Pour que le pré- sent procédé donne un bon résultat, la pièce d'extrusion doit avoir une ex- tersibilité suffisante pour maintenir une pression interne très considéra- ble durant toute l'augmentation de capacité volumétrique de la capsule.
Les dimensions réelles des pièces dépendent de tant de facteurs différents qu'il est impossible d'établir une simple règle empirique applica- ble dans tous les cas. Cependant, à titre d'exemple spécifique, on a formé un coude en cuivre à partir d'une capsule de diamètre extérieur de 18,4 mm (0,725"), un diamètre intérieur de 15,8 mm (0,625") et une épaisseur ini- tiale de paroi de 1,25 mm (0,050").
On fait descendre un ensemble de plongeur qui fait pénétrer la pièce d'extrusion en caoutchouc dans la capsule et la comprime à l'intérieur de celle-ci. La force nécessaire pour appuyer l'épaulement 54 de l'ensemble de plongeur contre le bord supérieur de la capsule est de 2.160 kg (4.760 lb). Comme cette force, avant l'application de l'épaulement sur le bord su- périeur de la capsule, est une force de compression appliquée au caoutchouc et comme la surface de la section transversale du caoutchouc sur laquelle on applique la force est d'environ 155 mm (0,24 pouce ), on remarquera que la pression initiale sur la pièce d'extrusion en caoutchouc 56 est très voisine de 14 kg/mm2 (20.000 Ib/pouce2) qui approche la valeur de la limite élastique du cuivre utilisé.
Après avoir appuyé l'épaulement 54 contre le bord supérieur de la capsule, on applique une force supplémentaire sur le plongeur. Quand la force totale appliquée sur le plongeur atteint 2.220 kg (4.900 lb), la capsule commence à bouger. Cela signifie que la force réelle mécaniquement appliquée contre l'extrémité ouverte de la capsule n'est que
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63,5 kg (140 lb).
La longueur de la course requise pour achever le coude est de 32 mm (1 1/4") et la force mécanique appliquée sur le plongeur aux différents stades du déplacement est donnée dans le tableau suivant g
EMI5.1
<tb> Déplacement <SEP> Force
<tb>
<tb>
<tb> 0 <SEP> 2.220 <SEP> kg <SEP> (4.900 <SEP> lb)
<tb>
<tb>
<tb> 695 <SEP> mm <SEP> (1/4") <SEP> 2.500 <SEP> 5.500)
<tb>
<tb>
<tb> 12,7 <SEP> (1/2) <SEP> 3.040 <SEP> (6.700)
<tb>
<tb>
<tb> 19 <SEP> (3/4) <SEP> 3.450 <SEP> (7a600)
<tb>
<tb>
<tb> 25,4 <SEP> (1) <SEP> 30810 <SEP> (80400)
<tb>
<tb>
<tb> 32 <SEP> (1 <SEP> 1/4) <SEP> 4.260 <SEP> (90400)
<tb>
Après avoir retiré le coude de la matrice, on constate que sa capacité volumétrique est passée de 11cc à 11,5cc, soit une augmentation de 0,5 ce ou environ 5%.
L'augmentation de la capacité volumétrique de la capsule est évidemment accompagnée d'une diminution de la force expansive exercée par le caoutchouc contre les surfaces intérieures de la capsuleo En conséquence, il apparaît à l'analyse que l'opération soumet l'intérieur de la capsule à une pression expansive de fluide relativement grande au début.
On applique sur le bout de la capsule, une pression mécanique supplémentai- re suffisante pour la mettre en mouvement dans le passage de la matrice. Le mouvement de la capsule dans le passage de la matrice dans la partie courbe intermédiaire est accompagné d'une augmentation de la pression mécanique longitudinale appliquée sur la capsule et par une diminution simultanée de la pression expansive fluide à l'intérieur de celle-ci. Le résultat de l'ap- plication de forces comme celles décrites ci-dessus produit une extrusion de la capsule dans la forme requise, accompagnée d'une augmentation de sa capacité volumétrique,
Cette opération est contraire aux conceptions exprimées anté- rieurement qui prétendaient que l'opération ne pouvait se réaliser que si elle était accompagnée d'une diminution de la capacité volumétrique de la capsule.
Il devient apparent que pour que l'opération réussisse, il faut un équilibre de forces qui sont la pression mécanique appliquée longitudinale- ment sur la capsule, la pression appliquée sur l'extrémité fermée de la capsule tendant à tirer la capsule dans le passage et la pression expansive de la pièce d'extrusion latéralement vers l'extérieur contre les parois de la capsule.
Quand on travaille suivant les principes énoncés ci-dessus, on obtient un raccord forgé qui ne présente aucun changement notable dans l'é- paisseur de la paroi. En outre, comme l'opération est très proche d'une ex- trusion, les propriétés physiques du métal sont améliorées et il en résulte un produit fini ayant des caractéristiques de résistance améliorées.
Grâce à la présente invention, il est possible d'extruder les capsules initialement droites pour en former des coudes ou des U avec des rayons de loin inférieurs à tout ce qui avait été considéré comme faisable antérieurement dans l'industrie, Il existe une règle empirique dans l'indus- trie établissant que le cintrage des tubes de cuivre, laiton, acier ou au- tres alliages doit être limité aux cas où le rayon de cintrage de l'axe du tube ne peut généralement être inférieur à 1 1/2 fois le diamètre du tube.
Donc, si un tube a 25 mm (le') de diamètre, la pratique généralement accep- tée est que ce tube ne peut être cintré suivant un rayon inférieur à 37 mm (1 1/2") suivant l'axe. L'application de la présente invention a permis d' extruder des tubes métalliques suivant des courbes dont le rayon est nette- ment inférieur au diamètre. Par exemple, un tube de 17,4 mm (0,686") a pû ê- tre extrudé avec une partie courbe intermédiaire entre deux parties droites dont le rayon de courbure de ,la ligne médiane est 11,9 mm (0,468").Ceci est simplement un exemple et on a pu produire des courbes de rayon relatif enco- re plus court.
L9invention est aussi applicable à la production de raccords forgés ayant des parties droites reliées par des parties intermédiaires cour-
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bes, les parties droites formant entre elles un angle différent de 90 . Les figures 13, 14 et 15 montrent l'application de la présente invention à la production de raccords en U dans lesquels les parties droites sont parallè- les et sont reliées par des parties courbes suivant un arc de 1800. Dans ce cas, le bloc de matrice indiqué d'une manière générale par 100 a un passage comprenant un col 102, un second col 104 parallèle et près du premier, les deux parties droites étant reliées par une partie courbée en U 106 suivant un arc de 180 .
Dans ce cas, l'ensemble de plongeur 50 peut être exactement le même que celui décrit antérieurement sauf évidemment que les dimensions de la pièce d'extrusion en caoutchouc doivent être choisies en rapport avec la capacité volumétrique de la capsule suivant les principes énoncés ci-dessus.
Quand on ouvre la matrice 100,on retire le raccord 110 et on coupe l'extrémité fermée 112 et l'extrémité ouverte 114 pour produire le raccord en U. Si on le désire, on peut épanouir les extrémités ouvertes du raccord 110 comme il est indiqué en 116.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes et détails d'exécution qui ont été décrits et représentés à titre d'exemple, et on ne sortirait pas de son cadre en y apportant des modifications,
REVENDICATIONS.
1.- Procédé de formation de raccords tubulaires métalliques for- gés caractérisé en ce qu'on forme dabord une capsule tubulaire en métal ductile fermée à une extrémité, on utilise une matrice ayant deux passages cylindriques droits faisant un certain angle entre eux et reliés par une partie courbe de section transversale circulaire, on place la capsule dans la matrice avec son extrémité fermée vers la partie courbe, on applique une pression fluide interne à l'intérieur de la capsule et une pression longitu- dinale contre l'extrémité ouverte de la capsule de grandeur combinée suffi- sante pour forcer la capsule dans la matrice,
la force agissant longitudina- lement sur la capsule développée par la pression interne initiale étant substantiellement plus grande que la force développée par la pression appli- quée au bout de la capsule, et on augmente la pression appliquée au bout en même temps que l'on diminue la pression interne pour maintenir la capsule en mouvement dans la partie courbe du passage de la matrice, la force finale développée par la pression sur le bout étant substantiellement plus grande que la force finale développée par la pression interne.
2.- Procédé de formation de raccords tubulaires métalliques for- gés caractérisé en ce qu'on forme d'abord une capsule tubulaire de métal ductile fermée à une extrémité, on utilise une matrice ayant deux passages cylindriques droits faisant un certain angle entre eux et reliés par une par- tie courbe de section transversale circulaire, on place la capsule dans la matrice avec son extrémité fermée vers la partie courbe, on applique une pression fluide initiale interne dans la capsule atteignant plusieurs milliers de kilos, on applique une pression relativement petite longitudinalement sur l'extrémité ouverte de la capsule, les deux pressions ensemble étant suffi- santes pour démarrer le mouvement de la capsule dans le passage de la matri- ce,
et on augmente la pression sur le bout et diminue la pression interne pendant le déplacement de la capsule partiellement dans la partie courbe du passage de la matrice.
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