Procédé et appareil pour façonner un tube métallique Le présent brevet comprend un procédé pour façonner un tube métallique et un appa reil pour la mise en oeuvre de ce procédé. Le tube dont on part peut être un cylindre de sec tion circulaire, carrée, polygonale ou de toute autre forme.
On connaît déjà un procédé de fabrica tion de raccords de tuyaux en forme de T à partir d'un tube, qui consiste à remplir le tube d'une matière susceptible d'être amenée à l'état plastique, à placer le tube et son remplissage dans une matrice de filage sous pression et à exercer une pression sur les extrémités du tube et de son remplissage de manière à effectuer le filage du tube et de son remplissage dans la matrice.
Ce procédé s'est avéré utile et commer cialement satisfaisant, mais il présente des limi tations en ce sens que le tube et la matière de remplissage sont entrainés conjointement et à la même vitesse, ce qui oblige à refouler une partie de la matière de remplissage hors du tube pendant que celui-ci et son remplissage sont pressés et transformés à la forme désirée.
On a trouvé que dans l'opération consis tant à modifier la forme d'un tube métallique pour lui donner une autre forme .désirée en remplissant le tube d'une matière susceptible d'être amenée à l'état plastique par échauffe ment et en exerçant une pression sur l'extrémité du tube et de son remplissage de manière à contraindre le tube à changer de forme,
il est extrêmement désirable que la pression exercée sur l'extrémité de la matière de remplissage fasse avancer cette matière à l'intérieur du tube à une vitesse qui diffère de celle à laquelle le tube de métal avance lui-même dans la matrice. On a découvert que la quantité de matière de remplissage nécessaire pour produire une forme donnée et la quantité de métal nécessaire pour produire la surface de cette forme, toutes deux résultant d'un raccourcissement du tube de métal et de son remplissage, ne sont pas requi ses exactement dans la même mesure et que,
par conséquent, il est extrêmement désirable de faire avancer la matière de remplissage et le tube à des vitesses différentes à l'intérieur de la matrice de filage sous pression.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'on exerce sur une portion extrême du noyau une poussée pour déplacer ladite por= tion suivant l'axe du tube en vue de déplacer une autre portion du noyau, de la première portion de la cavité de la matrice à la seconde portion de cette cavité, pendant que le noyau est emprisonné à l'intérieur du tube, de manière à modifier la forme du tube,
et en ce qu'on applique simultanément sur une des extrémités du tube une poussée séparée pour déplacer ladite extrémité du tube suivant l'axe de la pre mière portion de la cavité de la matrice et dans la même direction, mais à une vitesse différente de celle de ladite portion extrême du noyau, en vue de déplacer la matière du tube de l'une à l'autre des susdites portions de la cavité de la matrice,
lesdites poussées et les vitesses de mouvement qui en résultent de l'extrémité dudit tube et de la portion extrême dudit noyau étant réglées de telle sorte que le changement apporté à la surface de la portion du tube contenue dans la seconde portion de la cavité de la ma trice correspond à la vitesse de déplacement et de pénétration du noyau dans la seconde por tion de la cavité de la matrice. Le dessin représente, à titre d'exemple, plu sieurs formes d'exécution de l'appareil pour la mise en aeuvre du procédé objet d'une des inventions.
La fig. 1 est une coupe de la première forme d'exécution et montre les positions -de la presse, du tube et du noyau au commence ment du pressage.
La fig. 2 est une coupe par la ligne 2-2 de la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe semblable à la fig. 1, mais représentant les positions qu'occu pent la presse, le noyau et le tube à la fin de l'opération de pressage.
La fi,. 4 est une coupe par la ligne 4-4 de la fi-. 3.
La fig. 5 est une vue en perspective, en partie arrachée, représentant l'objet fini.
La fig. 6 est une coupe de la deuxième foi-me d'exécution et représente un tube qui est fermé à l'une de ses extrémités et qui contient le noyau, le tout étant disposé à l'intérieur d'une matrice et représenté avant l'opération de pres sage destiné à former un élargissement sphé rique à l'extrémité du tube.
La fig. 7 est une coupe parla ligne 7-7 de la fig. 6.
La fig. 8 est une coupe semblable à celle de la fi-. 6, mais représentant le tube et le noyau à la fin du pressage. La fig. 9 représente l'objet fini. La fi-. 10 est une coupe de la troisième forme d'exécution permettant d'appliquer le présent procédé au façonnage d'un tronçon de tube à une extrémité fermée en vue de le trans former en un raccord en T le tube et le noyau étant entraînés à des taux différents pendant le pressage. La fig. 11 est une coupe par la ligne 11-11 de la fig. 10.
La fig. 12 est une coupe semblable à celle de la fig. 10, mais représentant les positions relatives du tube et de son noyau à la fin du pressage. La fig. 13 est une coupe de la quatrième forme d'exécution et montre un tronçon de tube et son noyau disposés à l'intérieur d'une matrice, avant le pressage, le noyau et le tube avançant à des vitesses différentes à partir des deux extrémités de manière à former un rac cord en T.
La fig. 14 est une coupe semblable à celle de la fig. 13, mais représentant les positions relatives du tube, de son noyau et des organes de la presse à la fin de l'opération de pressage. Dans la première forme d'exécution repré sentée (fig. 1 à 5), l'appareil est destiné à façonner un tube 1 en métal ou alliage qui possède les propriétés physiques le rendant propre à être étiré ou pressé, ce métal ou alliage pouvant, par exemple, être l'un des sui vants : cuivre, aluminium, nickel, magnésium, alliages de ces métaux, acier, métal Monel et aciers inoxydables au chrome et au nickel.
A titre d'exemple, le présent procédé est appli cable à un tube forgé sans soudure, de même qu'à un, tube soudé.
On remplit le tube 1 d'un noyau 2, qui peut être soit coulé d'avance et inséré dans le tube 1, soit coulé en place dans le tube 1. Le noyau 2 est fait d'une substance qui est solide à la température ordinaire et qui peut être fondue et ainsi retirée du tube après le pressage, à une température qui ne modifie pas chimiquement ou physiquement le métal dont est fait le tube. Dans la pratique, on a obtenu de très bons résultats avec le métal Woods (alliage de bismuth, de plomb, d'étain et quel quefois de cadmium). Le plomb seul, ou un alliage de plomb (55 %) et de bismuth (45 %), constituent aussi des matières satisfaisantes pour former le noyau.
On place d'abord le tube 1 et son noyau 2 dans une matrice 3. Comme on désire former une protubérance sphérique dans le tube cylin drique 1, la matrice 3 présente une cavité sphé rique 4 qui communique avec des cavités cylin driques 5 et 6 ayant le même diamètre que le diamètre extérieur du tube 1. Des poussoirs tubulaires 7 et 8 sont placés au contact des extrémités du tube 1, et des poussoirs cylin driques 9 et 10 coulissent à l'intérieur des poussoirs 7 et 8, respectivement, et sont dis posés au contact des extrémités du noyau 2. Dans le dessin, le noyau 2 remplit complète ment le tube 1 mais, si on le désire, les pous soirs 9 et 10 pourraient pénétrer à l'intérieur du tube 1 dès le début de l'opération, la charge remplissant alors l'espace existant dans le tube entre ces poussoirs.
On n'a représenté que la moitié de la ma trice 3, mais l'autre moitié est identique à la première et est fixée, à l'aide de boulons par exemple, à celle représentée, après que le tube rempli a été mis en place et avant le pressage.
Les poussoirs 7, 8, 9, 10 peuvent être actionnés hydrauliquement ou de toute autre manière connue. Les poussoirs 7 et 8 se meu vent l'un vers l'autre à des vitesses égales et exercent ainsi une pression sur les extrémités du tube 1 ; en même temps, les poussoirs 9 et 10 se meuvent l'un vers l'autre à la même vitesse, vitesse qui est différente de celle des poussoirs 7 et 8. La position initiale des divers poussoirs a été représentée à la fig. 1 ; leur position finale est représentée à la fig. 3. On notera que les poussoirs 9 et 10 ont parcouru une distance plus grande que les poussoirs 7 et 8.
Comme la portion de la paroi du tube 1 qui est située dans la cavité sphérique 4 est libre à l'intérieur de cette dernière, le noyau 2 et cette portion, soumis à la poussée des poussoirs 7, 8, 9 et 10 décrivent respectivement le chemin de moindre résistance et se meuvent vers l'extérieur, à partir du centre de la matrice, de manière à remplir la cavité 4 et y former une portion sphérique 11.
Pour illuster l'application du présent pro cédé et du présent appareil à un travail parti culier, on supposera que l'élargissement cylin drique 11' possède un diamètre de 38,1 mm et que le diamètre du tube est de 19 mm.
Si l'on calcule le volume qu'occupe le noyau 2 sur 25,4 mm de longueur du tube cylindrique et la surface d'une portion de ce tube de 25,4 mm de longueur et qu'on calcule aussi le volume et la surface du renflement sphérique 11 de 38,1 mm, on trouve qu'il est nécessaire de faire avancer la matière de remplissage de 63,5 mm dans le tube 1 pour fournir la matière de rem plissage nécessaire pour produire le renflement 11, alors qu'en ce qui concerne 1è tube 1, il suffit de faire avancer ce tube de 28 mm pour obtenir la surface nécessaire pour couvrir la sphère.
Bien entendu, cette surface n'est pas. la surface :totale de la sphère 11, attendu qu'il n'est pas nécessaire d'accroître la surface de la partie de cette sphère qui se trouve dans le cylindre initial. Ainsi, dans le cas supposé, il faudra faire avancer chacun des poussoirs 7 et 8 d'environ 14 mm et chacun des poussoirs 9 et 10 d'environ 31,7 mm. L'avancement des poussoirs 7, 8, 9 et 10 est de préférence effec tué à une vitesse constante, mais la course de chacun de ces organes peut être soit une course unique continue à vitesse constante, soit une succession de courses plus petites.
De préfé rence, les poussoirs 7, 8, 9, 10 commencent et finissent leurs courses simultanément, auquel cas il est nécessaire de faire mouvoir les pous soirs 9, 10 à une vitesse plus grande que les poussoirs 7, 8, puisque les courses des pous soirs 9, 10 sont plus longues.
Lorsque les poussoirs 7, 8, 9, 10 ont atteint l'extrémité de leur course vers l'avant (fig. 3), on les ramène à leur point de départ, on enlève le couvercle de la matrice et l'on fond et enlève le noyau, par exemple en plaçant le tube et son noyau dans de l'eau ou de l'huile chaude à une température plus élevée que le point de fusion du noyau. L'appareil représenté aux fig. 6 à 9 per met l'application du présent procédé à la for mation d'un renflement sphérique 13 à l'extré mité d'un tube 14 qui est pourvu d'une extré mité fermée 15.
Dans ce cas, le tube 14 est chargé d'un noyau 16 qui remplit complète ment la portion du tube 14 située à droite du poussoir 17. On notera qu'au début de l'opé ration (fig. 6), le poussoir 17 fait saillie à l'in térieur du tube 14, alors que le poussoir 18 est en contact avec l'extrémité ouverte de ce tube. On place maintenant le tube 14 et son noyau 16 dans une matrice 68 présentant une cavité sphérique 19 et une portion cylindrique 20, et l'on fait avancer les poussoirs 17 et 18 vers la droite jusqu'à la position finale,
repré sentée à la fig. 8. Dans ce cas, il faut que le noyau 16 avance sur une distance plus grande que le tube 14. Si le diamètre du renflement sphérique est de 50,8 mm et si le diamètre du tube 14 est de 19 mm, il faudra que le noyau 16 soit entraîné sur une longueur de 90 mm, c'est-à-dire que la course du poussoir 17 sera de 90 mm, du point de .départ au point final, alors que le poussoir 18 effectuera un mouve ment d'avance de 47,5 mm du point de départ au point final. On voit qu'il est nécessaire de faire avancer le noyau 16 dans une mesure beaucoup plus grande que le tube.
L'appareil représenté aux fig. 10, 11 et 12 permet l'application du présent procédé à la fabrication d'un raccord en T 20'à partir d'un tube 21 qui est pourvu d'une extrémité fermée 22 et est rempli d'un noyau 23 jusqu'à l'extré mité d'un poussoir 24. Le poussoir 24 cou lisse à l'intérieur d'un poussoir creux 25, qui bute contre l'extrémité du tube 21. Ce dernier est monté dans une matrice 125 qui présente intérieurement une cavité 26 en forme de T, de section transversale circulaire.
Dans ce cas encore, on notera que l'extrémité du poussoir 24 pénètre à l'intérieur du tube 21 au com mencement de l'opération de pressage (fig. 10).
On a représenté un mécanisme de com mande hydraulique pour chacun des poussoirs 24, 25. Ce mécanisme affecte la forme d'un cylindre 30 dans lequel coulisse l'extrémité extérieure du poussoir 25, qui possède la forme d'un piston 31. Un ressort de compression 32 prend appui par ses extrémités contre la paroi extrême de droite du cylindre 30, d'une part, et contre le piston 31, d'autre part. Le poussoir 24 traverse le cylindre 30 et pénètre à l'inté rieur d'un cylindre 33 à l'intérieur duquel il est relié au piston 34 monté pour coulisser dans ce cylindre 33.
Un ressort de compression 35 prend appui par ses extrémités sur le piston 34 d'une part, et sur la paroi extrême de droite du cylindre 33 d'autre part. De l'huile sous pression est admise au cylindre 30 par un tuyau 36 et au cylindre 33 par un tuyau 37-. L'huile d'échappement quitte le cylindre 30 par un tuyau 38 et le cylindre 33 par un tuyau 39. Chacun des tuyaux 36 à 39 est muni d'un robinet ou autre organe propre à régler le débit et à interrompre la circulation d'huile dans ces tuyaux.
A la fig. 10, l'appareil est représenté au début de l'opération de pressage. A ce moment, on man#uvre les robinets des tuyaux 36 et 37 de manière à faire avancer le poussoir 25 de la position représentée à la fig. 10 à celle repré sentée à la fig. 12, et à faire en même temps avancer le poussoir 24 de la position qu'il occupe à la fig. 10 à celle qu'il occupe à la fig. 12. Bien entendu, les robinets des tuyaux 38 et 39 seront fermés pendant que s'effectue l'avancement des poussoirs 24 et 25.
Lorsque les poussoirs ont atteint l'extrémité de leur course vers l'avant (fig. 12) et qu'un raccord en T 20 a été formé, on ferme les robinets des tuyaux 36 et 37 et on ouvre les robinets des tuyaux 38 et 39 pour permettre à l'huile de s'échapper des cylindres 30 et 33, les ressorts 32 et 35 rappelant alors les poussoirs 25 et 24 à leurs positions initiales respectives (fig. 10).
Ainsi, pendant le fonctionnement de cet appa reil, les pistons 31 et 34 avancent de manière à faire avancer simultanément le noyau 23 et le tube 21 à des vitesses qui peuvent être différentes ou les mêmes, selon la variation de volume qui s'effectue à l'intérieur du tube entre sa position de départ et sa position de façonnage finale et selon l'étendue de surface tubulaire qui doit être déplacée pour effectuer cette variation de volume. Bien entendu, une pression hydraulique peut être substituée à l'action des ressorts 32 et 35.
L'appareil représenté aux fig. 13 et 14 permet l'application du présent procédé à la fabrication d'un raccord en T 40 à partir d'un seul tronçon de tube 41 pourvu d'un noyau 42 de la manière précédemment décrite. Les extré mités du tube sont pressées par des poussoirs cylindriques 43 qui se meuvent l'un vers l'autre de préférence à la même vitesse, et la matière du noyau est comprimée entre des poussoirs 44 qui coulissent à l'intérieur des poussoirs 43 et qui se meuvent également l'un vers l'autre à la même vitesse.
On notera que l'extrémité 45 de chacun des poussoirs 43 pénètre à l'intérieur du tube 41 et est pourvue d'un épaulement cir- conférentiel 46 prenant appui contre une des extrémités dudit tube. Dans cet appareil, on a représenté le poussoir 44 dont le diamètre est nettement inférieur au diamètre intérieur du tube 41.
La course de chacun des poussoirs 43 doit être sensiblement égale à la longueur de la branche 48 du raccord en T 40, alors que la quantité de matière du noyau nécessaire poux remplir cette branche 48 est nettement infé rieure à celle qui serait nécessaire si le noyau 42 avançait à partir de chacune des extrémités d'une distance égale à la longueur de ladite branche 48. Le parcours ou mouvement d'avan cement de chacun. des poussoirs 44 sera, par conséquent, moindre que celui de chacun des poussoirs 43, la position finale des poussoirs 43 et 44 étant représentée à la fig. 14.
Bien entendu, la matrice 50 dans laquelle s'effectue le pressage du raccord en T 40 doit présenter une cavité 51 qui possède la forme d'un T. On notera que les poussoirs 43 sont prolongés au-delà des extrémités du noyau 42 et qu'ils exercent une pression sur les extrémités dudit noyau pendant qu'ils se meuvent l'un vers l'autre.
Il ressort de ce qui précède que le présent procédé et le présent appareil permettent de façonner un tube métallique par pressage de manière à modifier sa forme, à l'aide d'un noyau en une matière susceptible d'être amenée à l'état plastique par échauffement et de pous soirs qui travaillent séparément sur une ou cha- cune des extrémités du tube et dudit noyau,
ledit procédé et ledit appareil étant tels que les poussoirs qui agissent sur le noyau et sur le tube avancent pendant l'opération de pressage à des vitesses qui diffèrent dans un rapport correspondant à la relation entre l'accroisse ment de volume de la portion façonnée du tube et l'étendue de surface du tube qui doit être fournie pour permettre ce changement de volume.
Dans le façonnage de .tube de la manière expliquée précédemment, on voit que les por tions du tube et du noyau qui sont situées ini tialement à l'intérieur de la cavité dans laquelle s'effectue l'élargissement, subissent respective ment un changement .de surface et un change ment de volume. Cet accroissement de volume du noyau et cet accroissement de surface du tube sont dérivés de portions de ladite matière et dudit tube qui se trouvent dans la partie cylindrique de la matrice dans laquelle cou lissent les poussoirs.
On calcule la course du ou des poussoirs qui fournissent cette matière de remplissage supplémentaire et la course du ou des poussoirs qui fournissent la surface de tube supplémentaire de façon que les divers pous soirs transfèrent de la portion formant :
réservoir de la cavité de matrice à la portion en cours d'élargissement de cette cavité les quantités requises de matière constituant le noyau et de surface de tube, dans un rapport convenable ment réglé dans le temps ou coordonné de façon que l'épaisseur de la paroi du tube contenu dans la cavité où s'effectue l'élargisse ment soit maintenue sensiblement la même que celle de la paroi du tube contenu dans la por tion formant réservoir de ladite cavité.
Dans certains cas, les poussoirs fournissant la matière de remplissage ont une course plus longue que les poussoirs fournissant les surfaces de tube (fig. 1 à 12), dans d'autres cas, les poussoirs fournissant les surfaces de tube à la cavité où s'effectue l'élargissement ont une course plus longue que les poussoirs fournissant la matière de remplissage (fig. 13 et 14): Dans chaque cas, il importe que le volume de matière de remplissage contenu à l'intérieur du tube soit au moins égal, et de préférence un peu supé- rieur, au volume de la portion façonnée du tube contenu dans la cavité dans laquelle s'effectue l'élargissement.
On remarquera que, dans chacune des formes d'exécution représentées, des poussées ou pressions sont exercées sur les extrémités du noyau et du tube à l'aide de poussoirs. Ces poussoirs se meuvent à des vitesses relatives telles que le taux de déplacement du noyau correspond au changement apporté à la surface de la matière du tube. L'appareil décrit permet d'éviter la nécessité d'établir des dispositifs d'étanchéité résistant à des pressions élevées, du genre de ceux qui sont nécessaires lorsqu'une pression hydraulique est utilisée pour faire mouvoir le noyau ou la matière du tube. De plus, :la force nécessaire peut être exercée sur des poussoirs d'une façon relativement simple.
Par exemple, il est facile d'exercer une charge de 30 tonnes et plus sur les poussoirs 9 et 10 représentés à la fia. 1 à l'aide des presses hydrauliques ou mécaniques couramment uti lisées, alors qu'il serait très difficile d'exercer à l'aide d'un liquide une force de cet ordre sur les extrémités du noyau. De plus, l'emploi d'un liquide sous des pressions élevées de cet ordre est extrêmement dangereux.