Procédé pour transformer un tube métallique et appareil pour la mise en aeuvre de ce procédé La présente invention comprend un procédé pour transformer un tube métallique et un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé.
On connait un procédé pour faire des raccords de tubes en T et en croix en partant de tubes nor maux du commerce, en remplissant le tube avec une matière plastique, en plaçant le tube et son remplis sage dans une matrice d'extrusion, et en appliquant ensuite une pression aux extrémités du tube et du remplissage pour refouler le tube et le remplissage dans la matrice.
Le procédé s'est avéré très utile et a été appliqué avec succès, mais il comporte des limitations en ce que le tube et le remplissage avancent tous deux en semble et à la même vitesse. Cela a obligé à extru der un peu du remplissage hors du tube tandis qu'on presse le tube et le remplissage à la forme voulue.
Dans le brevet suisse No 327382, on décrit un procédé et un appareil pour produire des change ments de forme dans des tubes métalliques, en rem plissant le tube avec une matière plastique et en ap pliquant ensuite des pressions à l'extrémité du tube et de la matière de remplissage pour forcer le chan gement de forme du tube, et dans lequel le taux de l'avance de la matière de remplissage dans le tube et le taux d'avance du tube par ces pressions est coordonné afin de fournir la quantité correcte de matière de remplissage pour produire le changement de forme et la quantité voulue de tube pour fournir la surface nécessaire pour recouvrir la forme chan gée. Ce procédé présente également plusieurs limita tions.
Quand il est appliqué pour mettre le tube mé tallique dans des formes pour lesquelles le change- ment de forme est excessif ou irrégulier, on a cons- taté que la matière du tube peut être trop mince ou peut même se rompre pendant la mise en forme. Par exemple, dans la fabrication de pièces telles que les raccords Y à 45 , les T dont les branches sont lon gues, ou les Y symétriques, la matière du tube peut être trop mince ou peut se rompre.
La présente invention vise la réalisation d'un pro cédé et d'un appareil pour sa mise en oeuvre grâce auxquels on peut transformer un tube métallique en un raccord sans l'amincir excessivement ou sans le rompre.
A cet effet, le procédé suivant l'invention pour transformer un tube métallique en un raccord dont une branche forme avec une autre branche un angle inférieur à 90o est caractérisé en ce qu'on place un tube métallique à extrémités ouvertes contenant un noyau en matière plastique dans une cavité d'une matrice présentant une première partie correspon dant à la forme et aux dimensions du tube et une seconde partie faisant un angle inférieur à 900 avec la première partie et ayant
la forme et les dimensions qui doivent être données à une partie du tube, en ce qu'on applique une force indépendante à chaque ex trémité du tube à l'aide d'un plongeur tubulaire dans chaque extrémité de ladite première partie de la ca vité pour déplacer l'une vers l'autre les extrémités du tube, en ce qu'on applique une force indépendante à chaque extrémité dudit noyau à l'aide d'un plon geur cylindrique monté dans chaque plongeur tubu laire pour effectuer un mouvement télescopique relatif par rapport audit plongeur tubulaire,
en ce qu'on déplace le plongeur tubulaire, qui est opposé à ladite seconde partie de la cavité sur une plus grande distance que l'autre plongeur tubulaire, en ce qu'on déplace simultanément chaque plongeur cylindrique axialement d'une distance telle que de la matière du noyau est refoulée dans ladite seconde partie de la cavité à une vitesse proportionnelle à la vitesse à laquelle de la matière du tube est refoulée dans cette seconde partie de la cavité,
et en ce qu'on applique une résistance élastique à l'action de refoulement de ce tube dans la seconde partie de la cavité après le début de l'action de refoulement dans cette seconde partie.
L'appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé, que comprend l'invention, est caractérisé en ce qu'il comprend une matrice ayant une cavité comprenant une première partie tubulaire et une seconde partie tubulaire intersectant la première partie entre ses ex trémités, leurs axes formant un angle d'environ 450, des plongeurs tubulaires pour appliquer une force à un tube situé dans la première partie de la cavité, des moyens pour commander indépendamment la force et le mouvement de chacun desdits plongeurs tubulaires,
le plongeur tubulaire opposé à ladite se conde partie de la cavité, dans laquelle le tube est formé, étant susceptible d'être déplacé à une vitesse supérieure à celle à laquelle est déplacé l'autre plon geur tubulaire, des plongeurs cylindriques pour ap pliquer une force à chaque extrémité d'un noyau à l'intérieur dudit tube, ces plongeurs cylindriques étant disposés de façon télescopique dans chacun desdits plongeurs tubulaires, des moyens pour commander indépendamment la force et le mouvement de cha cun desdits plongeurs cylindriques,
et des moyens montés dans ladite seconde partie de la cavité et susceptibles d'appliquer une résistance élastique au dit tube tandis qu'il y est refoulé.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil que comprend l'invention La fig. 1 représente ladite forme d'exécution de l'appareil, le tube et la matière de remplissage étant représentés en coupe, au début de la mise en forme.
La fig. 2 est une vue analogue à celle de la fig. 1, montrant l'appareil avec le tube et la matière de remplissage partiellement mis en forme.
La fig. 3 est une vue analogue à celle de la fig. 1, montrant l'appareil avec le tube et la matière de remplissage dans l'état final de la mise en forme.
La fig. 4 est une coupe partielle du tube avant de lui donner une forme nouvelle.
La fig. 5 est une coupe partielle du tube après lui avoir donné une forme nouvelle.
La fig. 6 est une coupe du tube dans sa nou velle forme, après tronçonnage et alésage.
La fig. 7 est une coupe schématique d'un dispo sitif permettant d'appliquer les pressions, y com pris le circuit hydraulique. En se référant à la fig. 1, un tube 10 dont la forme doit être changée, est constitué par un métal ou un alliage approprié, ayant les propriétés physi ques telles que ductilité, malléabilité et plasticité qui le rendent propre à être étiré ou pressé. Par exemple, le tube peut être en cuivre, aluminium, nickel, ma gnésium et en alliages de ces métaux, en acier, en laiton, en métal Monel, et en alliages nickel-chrome et acier inoxydable.
Le procédé est également appli cable aux tubes sans soudure et aux tubes soudés.
Le terme tube ou tubulaire employé ici comprend des tubes de différentes formes en coupe, telles que circulaire, carrée et polygonale.
Une matière de remplissage appropriée 11 est fournie dans le tube 10. La matière de remplissage peut être fondue préalablement et coulée dans le tube 10, ou bien fondue en place dans le tube 10. La matière de remplissage doit être solide et doit pouvoir s'écouler sous pression. De plus, la matière de remplissage ne doit pas causer de changements physiques ou chimiques préjudiciables au métal avec lequel le tube est constitué. En pratique, le métal Woods (alliages de bismuth, plomb, étain et quelque fois cadmium) a été trouvé très convenable.
Le plomb seul ou un alliage de plomb (55 %) et de bismuth (45 'o/o) sont aussi des matières de remplis sage satisfaisantes. De plus, on a trouvé que le caout chouc du type dit communément gonflant donne des résultats satisfaisants.
Le tube 10 contenant la matière de remplissage 11 est placé dans une matrice 12. Dans la matrice représentée, on veut former un raccord en Y à 450, et la matrice a par conséquent des cavités cylindri ques coaxiales 13, 14, communiquant avec une bran che ou cavité 15. L'axe de la cavité 15 forme un angle de 450 avec l'axe des cavités 13, 14. Les dia mètres des cavités cylindriques 13, 14 et 15 sont sen s iblement égaux. Des plongeurs tubulaires 16 et 17 s'appuient sur les extrémités du tube 10. Des plon geurs cylindriques 18, 19 sont montés de façon té lescopique dans les plongeurs tubulaires 16, 17 res pectivement et s'appuient sur les extrémités de la matière de remplissage 11.
Comme on le voit dans la fig. 1, l'épaisseur de paroi des plongeurs tubu laires 16, 17 est de préférence plus grande que l'épaisseur de la paroi du tube 10, et les plongeurs tubulaires 16, 17 présentent un épaulement en 20, 21 pour engager la saillie dans l'extrémité du tube 10.
Un piston 22 est disposé dans la cavité cylin drique 15 et comporte une tige de piston 23 sortant à l'extérieur et traversant un support fixe 24. Le pis ton est maintenu élastiquement dans la cavité cy lindrique 15 par un ressort 25 placé entre le piston 22 et le support fixe 24. La position du piston et la compression préalable du ressort 25 peuvent être ré glés par un écrou 26 vissé sur l'extrémité de la tige 23.
Une moitié de la matrice 12 est représentée, mais l'autre moitié est exactement semblable, et est bou- lonnée, serrée, ou fixée autrement sur la moitié repré sentée, après que le tube 10 et la matière de remplis sage 11 ont été insérés en place.
Les plongeurs 16, 17, 18 et 19 peuvent être ac tionnés par tout mécanisme approprié, tel que les pistons hydrauliques qui sont décrits ici.
Les plongeurs tubulaires 16 et 17 avancent l'un vers l'autre, en appliquant ainsi une pression sur les extrémités du tube 10, et, simultanément, les plon geurs cylindriques 18, 19 avancent l'un vers l'autre.
Quand le tube est refoulé à force dans la cavité cylindrique 15, son extrémité dans la cavité touche le piston 22, qui résiste élastiquement à la continua tion du mouvement du tube, ce qui oblige le tube à s'étendre ou à refouler vers les côtés de la cavité tubulaire 15. Quand on continue à appliquer la pression, et que le tube se dilate davantage dans la cavité tubulaire, le ressort 25 est graduellement com primé par le mouvement du piston 22 vers l'ex térieur de la cavité cylindrique 15, et applique sur l'extrémité du tube contenue dans la cavité une force qui augmente graduellement.
Quand la matière du tube et la matière de rem plissage sont refoulées vers l'extérieur dans la cavité 15 de la branche, la matière du tube qui se dilate dans la cavité de la branche 15 tend à s'amincir ; et cette tendance est plus grande dans la région de l'extrémité fermée de la branche refoulée. Si on lais sait cette branche se dilater librement, l'extrémité arrondie se romprait. La résistance élastique du pis ton 22 sert à retarder le refoulement à la pointe ex trême de la partie refoulée pour permettre aux pa rois latérales de remplir la cavité 15 de la branche.
La tendance qu'a le tube à s'amincir excessivement est aussi diminuée en enfonçant le plongeur tubu laire 17 sur une plus grande longueur axiale que le plongeur tubulaire 16 (voir fig. 3), de sorte que la partie de la branche refoulée qui a la plus grande surface de paroi reçoit une matière de tube suffi sante de l'extrémité voisine du tube. Le tube mis en forme qui en résulte n'a pas de sections excessive ment minces qui puissent être facilement rompues.
Au commencement de l'opération de la mise en forme, l'extrémité du piston 22 est de préférence à une courte distance de l'ouverture de la cavité cy lindrique 15 en communication avec les cavités 13, 14, afin que son action résistante ne puisse se pro duire jusqu'à ce que le tube et le remplissage aient avancé d'une petite distance dans la cavité 15. La distance et la compression du ressort dépendent de la nature des métaux et des dimensions du tube mé tallique.
Dans le changement de forme du tube décrit ci- dessus, on voit que la partie du tube et le remplis- sage qui sont au début dans la cavité de dilatation subissent un changement de surface et un change ment de volume. Cette augmentation de volume de la matière de remplissage, et cette augmentation de surface du tube sont fournies par la partie de matière de remplissage et de tube qui se trouve dans la par tie cylindrique de la matrice dans laquelle fonction nent les plongeurs.
Le mouvement du plongeur ou des plongeurs qui fournit cette matière de remplis sage supplémentaire et le mouvement du plongeur ou des plongeurs qui fournit la surface supplémen taire du tube sont réglés de telle manière que cha cun transfère de la partie fournisseuse de la cavité de matrice à la partie d'expansion de la cavité de ma trice la quantité requise de matière de remplissage et de surface de tube en relation correctement réglée dans le temps, ou coordonnée.
Dans certains cas, les plongeurs fournissant la matière de remplissage au ront une course plus longue que les plongeurs four nissant les surfaces de tube, et dans d'autres cas, les plongeurs fournissant la surface de tube à la cavité d'expansion auront une course plus longue que les plongeurs fournissant la matière de remplissage. Cela dépendra de la forme du raccord qui est refoulé. Dans chaque cas, le volume de la matière de rem plissage dans le tube doit toujours être au moins égal, et de préférence un peu plus grand, que le vo lume de la partie du tube mise en forme dans la cavité d'expansion.
On observera que la pression est appliquée aux extrémités de la matière formant noyau, et aux ex trémités de la matière du tube au moyen de plon geurs. Les plongeurs se meuvent à des vitesses rela tives telles que le taux de déplacement de la matière de remplissage est proportionnel au taux de change ment de la surface de la matière du tube. L'emploi de plongeurs de cette manière est une particularité importante et possède de réels avantages sur l'em ploi de la pression hydraulique pour cet usage.
Il évite la nécessité de prévoir des fermetures étanches à la haute pression comme celles qui sont nécessaires quand on emploie la pression hydraulique pour faire mouvoir la matière du noyau ou du tube. De plus, c'est un problème relativement simple d'appliquer la force nécessaire à ces plongeurs. Par exemple, une charge de trente tonnes ou plus peut être facilement appliquée aux plongeurs au moyen de presses hy drauliques ou mécaniques classiques. Il. serait très difficile d'obtenir une force liquide d'environ trente tonnes sur les extrémités de la matière du noyau. De plus, l'emploi de liquide à ces hautes pressions est extrêmement risqué.
Le tube initial avant son changement de forme est représenté à la fig. 4. Après la mise en forme, le tube a l'aspect représenté à la fig. 5. On notera que les extrémités ouvertes du tube de la fig. 5 dont la forme a été changée ont une quantité suffisante de matière sur leurs surfaces intérieures, en 30 et 31, pour qu'il puisse être tronçonné et alésé pour former les surfaces 32, 33 respectivement représentées dans la fig. 6.
La branche 34 peut être tronçonnée en sup primant l'extrémité fermée pour lui donner la lon gueur voulue. On peut de même tronçonner la bran che 34. Comme on le voit dans les coupes des fig. 5 et 6, l'épaisseur de la paroi du tube dont la forme a été modifiée n'a aucun point ni aucune zone fai ble.
Un exemple des dimensions d'un raccord à 450 quia été produit avec succès par le procédé illustré est comme suit <I>Tube initial:</I> Longueur ........ 146 mm Diamètre extérieur . . 25,4 mm Epaisseur de la paroi 1,6 mm <I>Plongeur cylindrique</I> Diamètre extérieur . . 15,9 mm <I>Plongeur tubulaire</I> Diamètre intérieur . . 15,9 nun Diamètre extérieur . . 25,4 mm <I>Dimensions finales du tube</I> Longueur de la partie droite ..........
89 mm Chaque extrémité ou verte alésée au diamè tre de<B>............</B> 22,2 mm sur une profondeur de 20,6 mm Quoique l'appareil ait été spécifiquement décrit comme étant applicable à la fabrication de raccords à 450, il est clair que d'autres types de raccords, tels que les raccords Y symétriques, et les raccords qui ont des branches à différents autres angles peuvent être produits par le procédé que comprend l'inven tion.
La fig. 7 représente un circuit hydraulique des tiné à actionner l'appareil. Un mécanisme de com mande hydraulique est représenté pour chacun des plongeurs tubulaires 16, 17, et des plongeurs cylin driques 18, 19. La commande hydraulique du plon geur tubulaire 16 et du plongeur cylindrique 18 est identique à celle du plongeur tubulaire 17 et du plon geur cylindrique 19, et l'un des groupes seulement sera décrit ici.
Comme le montre la fig. 7 un cylindre 35 se trouve près d'un côté de l'appareil, et le plongeur tubulaire 16 a son extrémité extérieure 36 en forme de piston monté dans le cylindre où il peut recevoir un mouvement alternatif. Un ressort de compres sion 37 agit entre la paroi d'extrémité du cylindre et le piston et tend à maintenir le plongeur tubulaire 16 retiré vers l'extérieur.
Le plongeur cylindrique 18 se prolonge à l'extérieur à travers le cylindre 35 jus que dans un cylindre 38 et son extrémité a la forme d'un piston 39 monté pour recevoir un mouve ment alternatif dans le cylindre 38. Un ressort à compression 40 agit entre le piston 39 et la paroi d'extrémité du cylindre 38. De l'huile sous pression est admise dans le cylindre 35 par un conduit 41 et dans le cylindre 38 par un conduit 42, les conduits 41 et 42 étant reliés à la même source 43 d'huile sous pression. Des soupapes 44, 45 règlent le courant d'huile vers les cylindres 35, 38 respectivement. L'huile des cylindres est vidangée par les conduits 46, 47.
Des soupapes de décompression 48, 49 sont montées sur chacun des conduits 46, 47 respective ment, ce qui permet de régler la pression maximum appliquée aux plongeurs.
Il est évident que la résistance élastique qui est appliquée dans la cavité dans laquelle le tube est re formé ou dilaté peut être réalisée par un-autre moyen que par le dispositif à plongeur et ressort repré senté.
On peut par exemple utiliser un coussin de caout chouc, un coussin pneumatique ou hydraulique ou un autre moyen permettant d'appliquer une résis tance élastique.