Brevet FR2012139A1 — publié le 19700313

' 2Î"21" La présente invention concerne un système qui.,, dans, une presse hydrostatique de filage, procure un réglage du' processus de filage tel que l'on évite me éjection totale de la billette au travers de la filière, cela tout en assurant un bon rende-5 ment en matière, autrement dit en garantissant que la quantité de matière qui subsiste dans la matrice au moment de l'interruption du filage, est peu importante., ; . ... . Dans l'opération de filage hydrostatique, une billette est enfermée dans une chambre de mise sous pression qui est munie Xo d'une filière dont l'orifice présente la section voulue, ladite billette étant alors soumise de toutes parts à une pression hydrostatique suffisamment élevée pour que la matière soit refoulée au travers de l'orifice. L'équipement comprend en général un cylindre à haute pression qui est fretté par enroulement d'un fil ou d'un feuillard et qui est monté dans une présse hydraulique. Le . cylindre est fermé à l'une de ses extrémités par une filière -dont l'orifice a une section qui correspond au .'profil souhaité. La pression est engendrée par un poinçon qui est lui-même repoussé à l'intérieur de la chambre à haute pression par un piston 20 hydraulique de manoeuvre. En général, on travaille avec des pressions comprises entre 5 et 25 kbar. A ces pressions élevées la compressibilité du liquide devient appréciable4 Elle est souvent supérieure à 15 % et il en résulte que la quantité d*énergie emmagasinée dans le liquide comprimé est importante. Dans les cas 25 où la billette est totalement éjectée au travers de la filière., le liquide se détend très brutalement à l'instant .précis où l'arrière de la billette se dégage de la filière en accélérant violemment la tige filée, ce qui peut déformer celle-ci ét être une cause de dégât pour l'installation de filage et le voisinage. Le liquide est lui-même chassé de. façon explosive, ' ce qui peut entraîner également des dégâts sérieux,- soit directement, soit indirectement. Il est donc nécessaire d'interrompre l'opération de filage avant que la billette soit totalement filée, et la quantité de matériau qui reste alors en arrière de la filière doit être mise au rebut. Il est donc important de pouvoir piloter la presse de telle sorte que l'on soit absolument garanti contre l'éjection totale de la billette, tout en réduisant.au minimum le déchet. Avec les pressions très élevées que l'on utilise actuellement, il n'est en général absolument pas possible de réaliser des organes de traversée pour la transmission d'un jsi- 30 55 69 21068 2 2012139 ^ gnal au travers fe la paroi du cylindre à haute-pression. Il n'est donc pas possible d'utiliser un dispositif.: indicateur qui serait monte dans'"le cylindre et dont.le rôle serait d'indiquer l'ins-■" tant correct d'interruption du processus-de pressage, par exem-5 pie en mesurant le moment où la face frontale de la billette passe en un point donné. La grande masse métallique du cylindre rend également impossible la détermination de la fraction de billette restante, donc ste la position de la billette dans le cylindre, par des procédés inductlfs" avec la précision qui serait XO nécessaire. Par conséquent, l'indispensable détermination du moment le plus favorable pour l'interruption du processus de pressage doit avoir lieu de façon:indirecte en mesurant et en interprétant des grandeurs directement accessibles. La presse est munie d'un indicateur ou cap teur de po- ' 15 sition qui définit la position du poinçon de mise sous pression et d'un capteur de pression qui permet de connaître la. pression régnant dans le cylindre de manoeuvre qui commande le poinçon. Selort l'invention, la presse est équipée d'un calculateur, avec au moins un organe de mémoire et au moins un organe de calcul, 20 ledit calculateur recevant les signaux de sortie des capteurs, afin de déterminer d'abord le début du processus de pressage, et ensuite de déterminer, selon un programme qui est choisi de façon adéquate et qui est emmagasiné dans le calculateur, et en fonction de la dimension de la billette, la distance que doit par-25 courir le poinçon générateur de pression pour refouler le volume voulu de matière, grâce à quoi on peut interrompre le processus de pressage lorsque ce volume de matière a été- refoulé. La pression dans le cylindre de pressage est ainsi mesurée indirectement, étant' donné que la haute pression n'autorise pas la mise en place jjO d'une canalisation débouchant à l'intérieur de la chambre sous pression, en traversant soit la paroi du cylindre, soit le poinçon. Afin de permettre une exploitation correcte, on peut étalonner l'ensemble de l'équipement de pressage de telle sorte que les signaux de sortie du capteur soient enregistrés pour un volu-55 me connu de la billette à l'intérieur de la chambre sous pression et soient emmagasinés dans l'organe de mémoire du calculateur. Pendant l'étalonnage, il est rationnel de remplir le cylindre à haute pression avec de.l'huile, autrement dit de rendre le volume de la billette égal à zéro et de munir la filière d'un 40 bouchon empêchant le fluide hydraulique de s'échapper par l'ou 69 21068 5 2012139 verture de ladite filière. On peut aussi plac'er dans la chambre sous pression une billette de grosseur identique à celle qui -devra ê**re effectivement filée.' Avec un tel système d'étalonnage, on définit une relation entre la pression dans le cylindre et le 5 déplacement du poinçon. Cette relation dépend de l'élasticité propre du bâti de la presse, de l'accroissement du volume du cylindre sous l'action de la pression à l'intérieur de celui-ci, du volume et de la compr-essibilité du liquide qui est enfermé dans le cylindre, et du volume et de la compressibilité de la 10 billette qui est placée dans le cylindre et dont la grandeur est connue, etc... Il n'est pas nécessaire de connaître le volume des billettes qui seront effectivement filées. Etant donné qu'au moment du filage les signaux de sortie des capteurs sont introduits dans le calculateur et sont comparés'avec les.valeurs 15. desdits signaux de sortie qui sont emmagasinées dans l'organe de mémoire dudit calculateur et qui ont été obtenus au moment de l'étalonnage pour un volume connu de la billette, le calculateur détermine le volume effectif de ïa billette selon le programme qui lui a été assigné et en fonction de la différence entre 20 les valeurs de mesure. Le démarrage du filage est signalé par un capteur au moins, lequel relève le début du filage et dont le signal de sortie est également fourni au calculateur. Il est avantageux que les capteurs précédemment cités soient également utilisés pour indiquer le début du filage. C'est ainsi que le 25 calculateur peut analyser la relation entre la position du poinçon et la pression, afin de définir un certain point qui correspond au début du filage et pour lequel la dérivée de ,1a fonction décroît rapidement et s'annule. Le calculateur est programmé de façon à déterminer de quelle longueur le poinçon doit encore être 50 introduit (compte tenu du volume de la billette qui est calculé) après que 1'.indication du début du filage a été reçue5 cela afin que l'on fasse cesser l'avancement du poinçon ou même que l'on en inverse le mouvement une fois que ledit poinçon a été effectivement introduit de la longueur calculée. 55 On peut utiliser des calculateurs numériques ou analo giques. Un seul calculateur peut fort bien piloter deux ou plus de deux presses. L'invention permet d'obtenir un bien meilleur rendement des matières premières que ce qui était possible jusqu'à présent. 40 La reoroductibilité des mesures est très favorable et il est \ * BAD ORIGINE * 201*2139 69 21068 - *ul1 possible de déterminer avec une grande précision le volume de 11. billette effectivement filée. La position du-poinçon pour laquelle le filage doit être interrompu peut donc être déterminée avec une grande sécurité. Lorsque le'volume de la billette est grand 5 par rapport au volume du cylindre de mise sous pression, les erreurs de calcul peuvent être égales ou inférieures à 5 Même en respectant la condition qui impose un coefficient élevé de sécurité contre une éjection totale accidentelle, il est possible d'avoir un rendement en.matière première qui atteint et 10 dépasser 90 %. ' ' L'invention sera décrite ci-après en se référant au . dessin ci-annexé, lequel est fourni à titre purement illustratif et non limitatif et dans lequel : La figure 1 montre la relation entre la pression, dans 15 le cylindre de mise sous pression, et le déplacement du poinçon qui est engagé dans ce cylindre, ainsi que la relation entre le déplacement de ce poinçon et la pression dans le cylindre de manoeuvre, cela pendant le filage d'une billette placée dans le cylindre de mise sous pression. 20 La figure 2 représente schématiquement les éléments qui sont essentiels, au sens de l'invention, dans une presse pour' le filage hydrostatique, avec les organes auxiliaires assurant le pilotage de cette presse. Dans le graphique de la figure 1, on a représenté les 25 déplacements du poinçon en abcisse et les pressions en ordonnée. La courbe A donne la variation de pression dans le cylindre de mise sous pression en fonction de la course du poinçon, alors que la courbe B indique la variation de la pression dans-le cylindre de manoeuvre qui pousse le poinçon, également en fonc-30 ti.on de la course de ce poinçon. Avant que le poinçon ne soit par venu dans la position SQ, pour laquelle l'étanchéité est réalisée entre le poinçon et la garniture d'étanchéité- du cylindre de mise sous pression, l'élévation de pression reste nulle. Lorsque 1 ' on continue d ' enfoncer le poinçon de Sq à. , la pression à 35 l'intérieur du cylindre augmente de façon essentiellement linéaire. La pente de cette courbe ascendante est alors fonction de l'élasticité propre du bâti de la presse, de l'augmentation de volume du cylindre de mise sous pression correspondant à l'élasticité propre de sa paroi, de la compression du poinçon, de 40 la filière et de la billette, ainsi enfin que du volume et de la gj^D ORIGINAL 69 21068 5 2012139 compressibilité du fluide qui est enfermé dans-.le eylindre de mise sous pression. Le vo-lume du fluide hydraulique- est à son tour fonction du volume de la billette, toutes,autres conditions étant égales par ailleurs. Lorsque le poinçon occupe la position 5 S-^- la pente de la courbe commence, à varier de façon appréciable et l'on parvient à un maximum en..S2. Sur le tronçon de courbe compris entre et S2, la dérivée passé donc d1 line valeurs constante à une valeur nulle. S'il en est ainsi, c'est. parce que pour la pression obtenue en une déformation appréciable. 10 commence à se produire dans la tête de'-la billette qui est engagée dans la filière. Lorsque le poinçon parvient" dans la position S2, la pression atteinte est suffisamment élevée pour que l'écoulement de la matière puisse commencer au travers de l'orifice de la filière. Une fois que 15 l'écoulement de la matière a commencé, la résistance qui est opposée à cet écoulement s'abaisse, ainsi que la pression correspondante, et à partir de la position du poinçon, on parvient à un régime stationnaire. Désormais, pendant, toute la course du poinçon, la pression se.maintient constante jusqu'à 20 ce que l'on parvienne à une position pour laquelle seule subsis-, te dans la filière une partie conique de la billette. Si l'on poursuit le filage, la surface de friction diminue et la pression nécessaire pour propulser la billette s'abaisse. Le débit de matière au travers de la filière augmente alors et la près-25 sion s'abaisse, à vitesse inchangée du poinçon. Enfin, lorsque le poinçon parvient dans la position Sg, le reste de la billette se dégage de la filière et le fluide hydraulique est projeté violemment au travers de ladite filière.. Du fait de .1-'expansion du fluide, la dernière fraction de matière filée se trouve 30 accélérée très fortement. Cela peut entraîner une déformation du produit filé ou bien des dégâts à 11 équipement* à l',environnement et aussi à la presse elle-même, du fait de l'action de recul. Même le fluide hydraulique, lorsqu'il est chassé explosi-vement sous une pression de 10 à 20 kbar peut, endommager les 35 organes qui sont directement frappés par le jet. Pour éviter une telle éjection complète de la_ billette, on interrompt le -mouvement du poinçon lorsque celui-ci parvient à la position S^. Lorsque le poinçon est seulement arrêté, l'expulsion de la matière se continue sous une pression décroissante pour ne s'arrê-40 ter qu'ultérieurement lorsque la pression s'est abaissée à une 69 21068 6 2012139 certaine "valeur. Au contraire, si l'on inverse le mouvement du poinçon lorsque celui-ci se trouve dans la position. S^,. le boudinàge s'arrête presque instantanément, bu fait de ce mouvement de retour du poinçon, la pression s'abaisse dans le cylin-5 dre> de telle sorte qu'elle se trouve égale à zéro lorsque le poinçon occupe la position S^. La courbe B montre, en fonction de la course, la variation de la pression dans le cylindre de manoeuvre qui pousse le poinçon. Cette pression est proportionnel.-le à la pression dans le cylindre, et il est donc possible de s'en 10 servir pour en déduire la pression qui règne dans le cylindre ' de filage. Dans la figure 2, on peut voir une table de presse \ 1, un cylindre de manoeuvre 2, ces deux organes appartenant à une presse dont les" autres organes ne sont pas montrés ici. Dans la 15 presse est monté un cylindre à haute pression 3 qui est constitué par un cylindre d'acier 4, un frettage 5 qui est réalisé en feuillard à section rectangulaire en métal à haute résistance mécanique, enroulé avec une forte tension initiale sur le cylindre 4, et des plaques frontales 6 et 7. A l'intérieur du cylindre 20 4 se trouve encore une garniture 8, une filière 9 et des bagues d'étanchéité 10 et 11, qui assurent l'étanchéité entre le cylindre 4 et la matrice 9* d'une part, et un poinçon, générateur de pression 12, d'autre part. La plaque frontale 7 est munie d'un organe d'étanchéité 13 qui assure l'étanchéité entre cette 25 plaque et le poinçon 12 au cours de la période pendant laquelle est réalisé le remplissage du cylindre avec du fluide hydraulique, ce dernier étant introduit dans la chambre 14 du cylindre par un canal 15 qui est pratiqué dans la plaque frontalé 7 avant que le poinçon 12 ne soit lui-même enfoncé en vue de produire la > 30 pression voulue de filage. La presse est du type à cylindre de manoeuvre horizontal. Une billette l6 et une nouvelle matrice sont introduites à partir de la table de presse dans la chambre 18, ladite billette 16 et la filière 9 étant maintenues dans leur position correcte par uii piston mobile 17 qui peut coulisser 35 librement dans le manchon de garniture 8 et qui applique la billette et la filière sur la table de presse 1 lorsque le cylindre 3 est ramené en arrière. Pour obtenir la force de pressage, on crée dans la chambre 14 une pression hydraulique qui agit sur le piston 17 et qui est déterminée par une soupape à maximum de pression,laquelle est rappelée par ressort et se trou- I f BAO ORIGINAL I 69 21068 7 2012139 ve à l'intérieur du piston 17. Le poinçon 12 est relié au piston 19 qui est repoussé ën direction de là table de presse 1 par la pression 'créée dans la chambre 20 du cylindre de presse. Le mouvement en sens inverse du poinçon est assuré par des cylin-5 dres de manoeuvre qui ne sont pas autrement montrés ici. La chambre 20 est mise en communication, par l'intermédiaire de la canalisation 27 et d'une soupape 21,qui est actionnée par un électro-aimant 22, soit avec une pompe 23 et un accumulateur de pression 24, soit avec un réservoir de retour 25. Lorsque 10 l'on utilise une pompe à fonctionnement permanent, le fluide hydraulique peut faire retour directement au réservoir de retour 25 par la même soupape. Un capteur de pression 28 est relié par un tube 29 à la canalisation 27 et il relève par conséquent directement la pression dans la chambre 20, et indi-rectement la pression dans le cylindre 3. La presse est équipée par exemple d'un indicateur de position à résistance 30 avec une partie 31 qui est immobile par rapport au bâti de la presse et une partie 32 portant un curseur de contact 33, laquelle partie 32 est solidaire du piston 19 et suit par conséquent 20 dans son mouvement ledit piston 19 et le poinçon 12. Le capteur de pression 28 et l'indicateur de position 30 sont connectés à un calculateur qui est relié à un panneau de commande 35, à un organe inscripteur 36 et à l'organe de manoeuvre 22 de la soupape 21, ainsi qu'à d'autres organes de manoeuvre, non montrés 25 ici, qui permettent de commander le fonctionnement de la presse. Le dispositif selon l'invention fonctionne de la façon suivante. Avant de commencer le filage, on procède à un étalonnage. On détermine la constante élastique globale de l'énsemble, en relevant la relation entre le déplacement du poinçon et la 30 pression dans le cylindre de mise sous pression 3, cela pour un volume connu de la billette 16. On peut remplir intégralement le cylindrè dë mise sous pression avec le fluide hydraulique du type utilisé pour le filage, ce qui revient à dire que la billette à un volume nul. On peut aussi mettre en place une 35 billette de tout volume connu. Il est rationnel d'utiliser une billette ayant à peu près le volume des billettes qui seront utilisées effectivement pendant le filage. La pression dans le cylindre 3 est mesurée indirectement par le capteur 28 qui mesure la pression dans la chambre 20, laquelle pression actionne le piston de manoeuvre 19 repoussant le poinçon générateur de 69 21068 8 2012139 pression 12 dans le cylindre 3. Le déplacement du poinçon 12 est mesuré par l'indicateur de position à résistance 30» Les signaux de sortie des deux indicateurs sont envoyés au calculateur 34 et introduits dans son organe de mémoire. Au moment 5 du filage proprement dit, on place une billette 16 dans le cylindre de mise sous pression. Cette billette peut avoir une grosseur quelconque entre certaines limites. La presse démarre. Les valeurs de mesure fournies par le capteur de pression 28 et par l'indicateur de position 30 sont envoyés au calculateur 34, 10 et la relation entre la pression et le mouvement du poinçon est comparée avec les valeurs correspondantes d'étalonnage qui ont été conservées dans 1*organe de mémoire. Etant donné que la compressibilité du fluide hydraulique est plus important que celle du métal constituant la billette, (à peu près 15 % pour 15 le fluide, contre 2 % environ pour la billette, à une pression de 10 kbar), le fait que le volume de la billette et le volume du. fluide hydraulique soient différents de ce qu'ils étaient au moment de l'étalonnage, se traduit par le fait que le tronçon de courbe compris entre la position SQ et du poinçon 20 a une pente qui diffère de celle du tronçon correspondant de la courbe relevée au moment de l'étalonnage. La différence entre les pentes des courbes, autrement dit entre les dérivées de ces courbes, constitue une mesure de la différence entre les volumes des billettes. Lorsque l'équipement a été étalonné 25 avec une billette de volume nul, autrement dit avec un cylindre entièrement rempli de fluide hydraulique, la différence devient importante, alors qu'au contraire si l'étalonnage a été effectué avec une billette de la même grosseur que celle qui est 'utilisée pour le filage, la différence est faible ou négligeable. En 30 se- fondant sur le programme qu'il a reçu, le calculateur calcule le volume de la billette, ou la différence entre le volume de la billette d'étalonnage et celui de la billette qui se trouve effectivement dans le cylindre. Lorsque le poinçon parvient dans la position S^, la déformation commence. Cela 35 signifie que désormais un déplacement supplémentaire déterminé du poinçon entraînera une augmentation de pression qui sera plus faible que précédemment. Par conséquent, les courbes A et B commencent à s'incurver jusqu'à ce que l'on parvienne à une valeur maximale en S^. C'est à peu près pour cette position 40 Sg que le filage proprement dit. commence . Pour la plupart des 69 21068 9 2012139 matériaux, on obtient donc une pointe appréciable- sur la courbe, précisément à l'instant du démarrage du filage, ce après quoi la pression retombe à une valeur légèrement inférieure. Lorsque le poinçon parvient dans la position S^, la-pression.est retombée 5 _à une valeur désormais constante, cela en dépit du fait que la vitesse de progression du poinçon est constante. La variation de la dérivée de la courbe peut être utilisée pour déterminer la position qu'occupe le poinçon au moment du début du filage. Lors du filage de matières pour lesquelles le maximum de pression 10 correspondant au début du filage est bien net; il est possible de programmer le calculateur de telle sorte qu'il détermine (au moment où la dérivée de la courbe passe par zéro), sur la base du volume de la billette qu'il a antérieurement calculé, la distance S^-S^ sur laquelle il faut encore introduire le 15 poinçon dans le cylindre, afin que .le résidu de matières subsistant dans le cylindre soit aussi petit que possible, tout en ayant la sécurité voulue à 1'encontre du risque d'éjection totale de la billette hors du cylindre. Il est possible de programmer un calculateur 3^ de telle sorte qu'il envoie un signal de 20 commande à une soupape' qui interrompt l'arrivée du fluide sous pression dans la chambre 20, grâce à quoi la pression reste maintenue et le filage se poursuit jusqu'à ce que l'écoulement de la matière se soit interrompu de lui-même pour une certaine pression plus faible. Il est aussi possible d'envoyer le signal -25 de commande à l'organe de manoeuvre 22 de la soupape 21 (selon la figure 2) qui décharge immédiatement le cylindre 2 en le mettant en communication avec le réservoir de retour 25 du -fluide hydraulique. Pendant la première partie de la course de retour du piston 19 et du poinçon 12, faisant passer ce dernier de la 30 position à la position S^, la pression s'abaisse, à la valeur' P = 0. Le calculateur 3^ est muni d'une table de commande avec des organes de manoeuvre pour actionner la presse, par • exemple pour le démarrage, l'arrêt, l'arrêt d'urgence, -le choix 35 des programme, la correction du programme etc.. ainsi que d'appareils indicateurs pour signaler les défauts, émettre des signaux d'alarme, etc... Le calculateur peut également être relié à un organe d'impression pour sortir la statistique de production fournie par le calculateur. 2jn II va de soi que l'invention n'est pas limitée au 69 21068 10 2012139 mode particulier de réalisation qui a été décrit ci-dessus, et que l'on peut envisager de nombreuses variantes dans le cadre défini par les revendications ci-après. 69 21068 11 2012139 REVENDICATIONS 1° Dispositif pour la commande du processus de pressage, lors du filage hydrostatique au moyen d'une presse qui comprend un bâti de presse, ion cylindre de manoeuvre monté dans ce bâti de presse et muni d'un piston de manoeuvre, une chambre 5 de mise sous pression installée dans ledit bâti de presse, une filière de filage placée dans ladite chambre de mise sous pression, un poinçon générateur de pression qui est relié audit piston de manoeuvre en vue de porter à la pression voulue un fluide hydraulique qui est enfermé dans ladite chambre de mise 10 sous pression, lequel fluide hydraulique agit isostatiquement sur une billette placée dans ladite chambre de mise sous pression, et un indicateur ou capteur de position qui indique la position du poinçon, ainsi qu'un capteur de pression qui indique la pression dans le cylindre de manoeuvre, caractérisé en ce 15 qu'il comprend en outre un calculateur ayant au moins un organe de mémoire et au moins un organe de calcul, ledit calculateur recevant les signaux de sortie des capteurs précités et déterminant à partir de ces signaux le début du processus de filage, puis interrompant, en fonction du volume de la billette, le 20 processus de filage lorsque le volume voulu de matière a été éjecté au travers de la filière. 2° Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les signaux de sortie des capteurs sont envoyés au calculateur, dans le cas où l'on connaît le volume de la billet-25 te, et sont conservés dans l'organe de mémoire dudit calculateur 3° Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le-signal de sortie du capteur, obtenu lorsque le volume de la billette est égal à zéro, autrement dit lorsque la chambre de mise sous pression ne contient que du fluide 30 hydraulique, est envoyé au calculateur pour être emmagasiné dans son organe de mémoire. 4° Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que, lors du filage de billettes dont le volume est inconnu, les signaux de sortie des capteurs sont envoyés au 35 calculateur et comparés avec les valeurs préalablement emmagasinées de ces signaux de sortie, à volume connu de la billette, grâce à quoi le calculateur détermine la différence des volumes 69 21068 12 2012139 puis le volume- r'e la billette, * ... Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un capteur qui détermine le début du processus de filage et dont le signal de sortie est envoyé 5 au calculateur. 6° Dispositif selon la revendication 5.» caractérisé en ce que le capteur en question n'est autre que ledit capteur de pression. 7° Dispositif selon la revendication 6, caractérisé 10 en ce que le signal de sortie est constitué par la variation de la pente de la courbe montrant la relation entre la position du poinçon et la pression. 8° Dispositif selon les revendications 5, 6 et 7, caractérisé en ce que le calculateur détermine, selon un program-15 me qui lui a été fourni, la distance dont doit être engagée le poinçon générateur de pression dans la chambre de mise sous pression, et fournit un signal de sortie qui provoque l'arrêt de l'introduction du poinçon, lorsque ledit poinçon a parcouru la distance ainsi calculée. 20 9° Dispositif selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que le Calculateur est du type numérique. 10° Dispositif selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que le calculateur est du type analogique.