Brevet FR2126435A1 — publié le 19721006

-1- 2126435 La présente invention se rapporte à un procédé dè fabrication de tube à minces parois en métal ductile. Selon le procédé usuel appliqué pour la fabrication de tube à parois minces, on refoule d'abord une billette de tube 5 à parois épaisses, puis on 1*étire progressivement sur un banc d'étirage pour en augmenter la longueur et en réduire l'épaisseur de parois. La traction appliquée au métal, toutefois, limite le degré de réduction d'épaisseur de parois qui peut être obtenu au cours d'une passe quelconque. Il est donc babituel-10 lement nécessaire de recuire le tube ion certain nombre de fois au cours de ce procédé. Ce problème a été étudié, et de nombreuses tentatives ont été faites pour" produire du tube par un procédé moins onéreux. Par suite, selon une proposition, qui toutefois n'a pas eu une 15 • application commerciale étendue, le tube à parois épaisses est d'abord aplati, puis laminé pour constituer un élément plat à parois latérales contlguës, lequel élément plat est ensuite étiré sur un mandrin pour lui redonner la forme tubulaire désirée. Ce procédé convient pour les tubes de très courte lon-20 gueur, mais non pour ceux de grande longueur, iin outre, la traction appliquée à la pièce au cours de son étirage sur tin mandrin limite le degré possible de réduction de l'épaisseur de parois. Ainsi qu'indiqué dans les brevets américains n° 2 998 639 25 et n° 3 034 204-, on a proposé pour former des, conduits" la déformation de tôles de métal par l'application de fluide sous pression, mais non la formation d'une certaine longueur de tube à parois minces à partir d'un élément unitaire à parois latérales contiguës. 30 Ayant pour objet un procédé peu onéreux de fabrication d'un tube à parois minces en métal ductile, la présente invention brièvement décrite, comprend les opérations d'aplatissement d'une pièce tubulaire, de laminage de l'élément aplati afin d'en augmenter la longueur et en réduire l'épaisseur de parois, 35 et d'introduction dans cet élément d'un fluide sous line pression suffisante pour déformer ses parois contiguës en les éloignant 1 ' une de 1 ' autre . Plus particulièrement, selon l'une de ses formes de mise en oeuvre, l'invention consiste en un procédé de fabrication de 72 06540 -2- 2126435 tube à parois minces, comprenant les opérations suivantes : (a) aplatissement d'une pièce tubulaire de métal ductile pour former un élément à parois latérales contiguës, (b) avancement de l'élément aplati dans le sens de son 5 axe longitudinal entre des cylindres disposés de manière à la fois à augmenter la longueur de l'élément et à en réduire l'épaisseur de parois, et (c) obturation des extrémités de l'élément aplati et introduction, dans l'espace compris entre ses parois contiguës, 10 de fluide sous une pression suffisante pour déformer ces dernières en les éloignant l'une de l'autre, afin de former un tube de plus grande longueur et de moindre épaisseur de parois que la pièce de départ. Il existe fréquemment des demandes d'article tubulaire de 15 forme effilée ou conique. Les lampadaires, les mâts de bateaux, les mâts d'antennes radio, et de nombreux autres articles présentent cette configuration. Toutefois, les techniques appliquées antérieurement pour la fabrication de ces articles impliquaient un prix de revient 20 très élevé, l'un des avantages de la présente invention est de simplifier la fabrication de ces articles. Selon une autre de ses formes de mise en oeuvre, l'invention peut comprendre en outre l'opération consistant à donner à la pièce tubulaire une forme conique avant son aplatissement. 25 La mise à la forme conique d'une pièce tubulaire relativement courte constitue une opération relativement simple et peut être réalisée par l'une quelconque d'un certain nombre de techniques connues et peu onéreuses. L'invention évite la nécessité de la mise à la forme conique d'un élément allongé, qui exige des 30 techniques coûteuses. L'invention peut prendre de nombreuses formes, et deux exemples sont décrits ci-dessous de manière assez détaillée en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique montrant 35 le refoulement de métal ductile pour former une pièce tubulaire ; - la figure 2 est une représentation schématique du stade d'aplatissement de la pièce tubulaire pour former un élément à 72 06540 -3- 2126435 parois latérales contiguës, - la figure 3 est une représentation schématique du stade de l'avancement de l'élément aplati, dans le sens de son axe longitudinal, afin d'augmenter sa longueur et d'en réduire l'é- 5 paisseur de parois ; - la figure 4 est une représentation schématique d'une autre étape au cours de laquelle l'élément aplati est recouvert d'un alliage d'étain ; - la figure 3 illustre schématiquement la formation d'une 10 ouverture conique à une extrémité du tube ; - la figure 6 est une vue en plan d'un outil de formage ayant une cavité constituée de manière à recevoir une certaine longueur de 1'élément aplati ; - la figure 7 est une coupe suivant la ligne 7-7 15 gure 6 ; - la figure 8 est une coupe fragmentaire agrandie illustrant la manière dont l'outil de formage retient l'élément aplati lorsque ses parois contiguës sont déformées pour les éloigner l'une de l'autre, afin de constituer un tube à parois minces ; 20 - la figure 9 illustre schématiquement l'introduction d'un élément creux d'obturation dans l'ouverture conique en vue de l'injection de fluide sous pression dans l'élément aplati ; - la figure 10 illustre le premier stade d'un second exemple, montrant une courte pièce tubulaire de métal ductile ; 25 - la figure 11 montre le second stade du second exemple, au cours duquel la pièce de métal ductile de la figure 10 est mise à la forme conique ; - la figure 12 montre un autre stade du second exemple au cours duquel l'élément conique de la figure 11 est aplati entre 30 les cylindres ; - la figure 13 illustre l'élément aplati après son laminage pour réduire son épaisseur de parois et augmenter sa longueur , et - la figure 14 illustre encore un autre stade au cours 35 duquel la pièce aplatie est placée à l'intérieur d'un outil de fixation et évasée de :'orme conique qui peut recevoir un élément creux d'obturation en vue de l'injection de fluide sous pression. 72 06540 2126435 Dans le premier exemple illustré aux figures 1 à 9» le produit final est un échangeur de chaleur présentant une paire de parois pratiquement parallèles et, sur les autres parois des nervures épaissies qui ont pour fonction premièrement 5 d'assurer l'écoulement aérodynamique du fluide échangeur de chaleur, et deuxièmement de renforcer le tube à parois minces» La forme de coupe transversale du tube du produit final est représentée à la figure 8. Une pièce tubulaire 20 est refoulée ou extrudée ainsi 10 qu'illustré à la figure 1, en laiton 70-30 (70 % de cuivre, 30 % de zinc), en lui donnant un diamètre extérieur de l'ordre de 19 mm, et une épaisseur de parois de l'ordre de 1,22 mm (calibre 18 des normes anglaises). La pièce est ensuite recuite à une température de 650°C de manière à permettre son aplà-15 tissement avec peu ou pas de risques de développement de crevasses. Ainsi que le montre la figure 2, la pièce est aplatie par passage entre les cylindres 21 de façon à former l'élément aplati 22. On fait à nouveau passer cet élément entre les cy-20 lindres dans le sens de son axe longitudinal, les cylindres étant réglés plus serrés, afin d'en augmenter la longueur et d'en réduire l'épaisseur de parois. Avec le laiton 70-30, l'épaisseur de parois est réduite de 1,22 mm à environ 0,25 mm en trois opérations de laminage (après le premier stade d'a-25 platissement) et entre deux de ces trois opérations, l'élément aplati 22 est recuit par passage au-dessus d'une rampe à gaz 24 qui le chauffe à nouveau à une température de 650°Ç. L'élément 22 augmente seulement légèrement de largeur, mais considérablement en longueur, et cette augmentation de longueur 30 se produit par déformation du métal, qui n'est pas soumis au même degré élevé de contrainte communiqué par ailleurs en cas d'application des procédés de déformation classiques. Pour cette raison, le recuit requis se trouve appréciablement réduit. L'élément aplati 22, après laminage, consiste en un ru-35 ban flexible et est emmagasiné sur une bobine réceptrice, 25. Puisque le produit final doit être un échangeur de chaleur, il est désirable d'étamer la surface extérieure du métal et la figure 4 représente l'élément 22, en forme de ruban, 72 06540 -5- 2126435 placé entre deux bobines réceptrices 25, et passant dans une cuve contenant un alliage 26 composé de 60 % de plomb et 40 % d'étain pour l'étamage de la surface extérieure„ le bain est chauffé par une rampe à gaz 27 qui conserve l'alliage sous la 5 forme liquide. On coupe ensuite du rouleau de la bobine 25 une longueur d'élément aplati 22, dont on évase une extrémité pour former une ouverture conique 29, au moyen d'un poinçon conique 30<> L'autre extrémité est gaufrée, ou obturée d'autre manière étan-10 che afin d'empêcher 1 ' échappement du fluide sous pression injecté. Les figures,6, 7 et 8 illustrent un outil de fixation 32, * cet outil 32 comportant une base 33 à la surface supérieure de laquelle est fixée une série de blocs 34 séparés par des espa-15 ces 35. Ainsi que représenté à la figure 6, les espaces 35 constituent une unique cavité présentant une série de parties parallèlement espacées reliées à leurs extrémités-par .des parties courbes et représentant' la forme du produit final requis. Le tube plat en forme de ruban découpé de la bobine est 20 alors placé à l'intérieur .de la cavité, avec ses extrémités dépassant de celles-ci, et l'on pose une partie supérieure 37 sur l'outil de fixation 32, cette partie .supérieure -37 présentant des rebords descendants 38 qui s'engagent sur les parois latérales de l'outil 32 afin de réduire son mouvement vers 25 l'extérieur au moment de l'application du fluide sous pression au tube aplati contenu dans la cavité. Ainsi que représenté à la figure 9, une pièce creuse d'obturation 40, pourvue d'un joint torique 4-1 en élastomère, est introduit dans l'ouverture conique 29 de manière à.s'engager 30 de façon étanche sur les parois internes de celle-ci, puis on envoie de l'huile au moyen d'une pompe 42 dans l'élément tubulaire aplati, par la pièce creuse 40 sous une pression d'envi-o ron 350 kg/cm . Ceci déforme les parois contiguës en les éloignant l'une de l'autre afin de transformer ainsi 1'élément 35 aplati en un élément tubulaire dont les parois latérales 43 sont retenues par les faces verticales des blocs 34 pour en assurer pratiquement le parallélisme. On a constaté qu'un échangeur de chaleur formé selon la 72 06540 -6- 2126435 présente invention n'exige pas d'adjonction d'ailettes pour avoir un haut rendement (bien que l'on puisse utiliser des ailettes afin.d'améliorer encore ce rendement, si on le désire). 5 On a également constaté que ce procédé permet de former un échangeur de chaleur de manière beaucoup moins onéreuse que par les procédés d'application courante, selon lesquels des tubes parallèles sont réunis à leurs extrémités par des éléments tubulaires en tJ, ou sont brasés dans des tubes collecteurs. 10 L'échangeur de chaleur décrit convient particulièrement à l'usage d'échangeur de chaleur condenseur pour un conditionneur d'air. Toutefois, l'invention est applicable à d'autres échan-geurs de chaleur par exemple aux radiateurs de véhicules. Le second exemple, illustré aux figures 10 à 14 des des-15 sins, décrit un procédé pour la formation d'un mât de bateau. . Une longueur de tube refoulé ou extrudé. en alliage d'.aluminium, 50, à parois relativement épaisses, constitue la pièce à usiner, laquelle est d'abord transformée en un élément 51 de forme conique, ainsi que le montre la figure 11, au moyen d'un 20 mandrin 52 animé d'un mouvement de va-et-vient dans une série de segments 53 cireonférentiellement agencés. On fait ensuite passer l'élément conique 51 entre des cylindres 55 d'aplatissement (après recuit si nécessaire), puis l'élément aplati ainsi formé est recuit et laminé à nouveau en-25 tre les cylindres 55 (plus rapprochés l'un de l'autre) afin de former un élément aplati allongé 56, dont la longueur augmente encore appréciable ment et la largeur seulement à un faible degré, au cours de l'opération de laminage. On obture alors une extrémité de l'élément aplati 56, par soudure électrique, agra-JO fâge, ou moyen analogue, et l'on évase l'autre extrémité pour former une ouverture conique 29, ainsi que dans la première forme de réalisation. On place l'élément aplati dans un outil de fixation 59 d.e coupe en U, recouvert d'une partie supérieure 60o La pièce creuse d'obturation 40, de forme similaire à celle 35 décrite en référence au premier exemple, est introduite dans l'ouverture conique 29 de l'élément aplati, dans lequel on envoie à nouveau, au moyen d'une pompe, le fluide sous pression afin de déformer les parois contiguës en les éloignant l'une de l'autre. 72 06540 -7- 2126435 Dans les deux exemples que l'on vient de décrire, la pièce à usiner a été considérée comme étant une pièce refoulée» Toutefois, il est bien connu que des éléments tubulaires peuvent être obtenus par des procédés autres que le refoulement, 5 et on constatera que l'invention est applicable aux tubes fabriqués par certains de ces autres procédés. En particulier, elle est applicable aux tubes obtenus par les procédés à "double enveloppe". Dans les deux exemples que l'on vient de décrire, la di-10 latation de l'élément aplati a lieu à l'intérieur d'un outil de fixation. Cependant, l'outil de fixation est essentiel seulement dans certains cas, et dans de nombreux autres, on a constaté que l'on peut obtenir un produit satisfaisant lorsque la dilatation a lieu sans l'usage d'un outil de fixation. 15 Bien que dans les deux exemples ci-dassus, l'opération d'aplatissement ait été décrite sous la forme d'une opération de laminage, cet aplatissement peut être réalisé par une simple opération de compression. D'autres équivalents des divers stades des exemples décrits ci-dessus seront évidents par les 20 spécialistes, et en particulier, ceux-ci se rendront clairement compte du recuit (s'il y a lieu) requis entre les opérations de laminage et quel métal utiliser» Par exemple, l'acier à faible teneur en carbone (emboutissage profond) peut être réduit en épaisseur de nombreuses fois sans avoir besoin d'au-25 cun recuit. 72 06540 -8- 2126435 BEVEHDICÀTIOHS 1.- Procédé pour la fabrication de tube à parois minces, caractérisé par les opérations suivantes : (a) aplatissement d'une pièce tubulaire de métal ductile pour 5 former un élément à paroi latérales contiguës, (b) avancement de l'élément aplati, dans le sens de son axe longitudinal, entre des cylindres disposés de manière à la fois à augmenter la longueur de cet élément et à en réduire l'épaisseur des parois, et 10 (c) obturation des extrémités de l'élément aplati et introduction dans l'espace compris entre ses parois contiguës d'un fluide sous une pression suffisante pour déformer ces dernières en les éloignant l'une de l'autre afin de former ainsi un tube de plus grande longueur et d'épaisseur plus mince de parois que 15 la pièce de départ, 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la pièce tubulaire est formée par refoulement. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en outre par l'opération consistant à donner à la pièce tubulaire 20 une forme conique avant son aplatissement • 4-o- Procédé selon l'une quelconque des précédentes revendications, également caractérisé par le fait que la pièce est aplatie par son avancement, dans le sens de son axe longitudinal, entre deux cylindres. 25 5»- Procédé selon l'une quelconque des précédentes reven dications, caractérisé par le fait que le laminage de.l'élément aplati comprend une série de stades, entre deux desquels l'élément aplati est recuit au moins une fois. 6.- Procédé selon l'une quelconque des précédentes reven-30 dications, caractérisé également par l'opération qui consiste à disposer l'élément aplati dans une cavité d'un outil de fixation avant l'introduction du fluide dans l'espace compris entre ses parois contiguës, les parois formant cette cavité limitant la déformation vers l'extérieur qui éloigne l'une de 35 l'autre ces parois tubulaires. 7o- Procédé selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en outre par l'opération consistant à former une ouverture conique dans -une extrémité de l'élément 72 06540 -9- 2126435 aplati, à obturer cette ouverture conique par une pièce creuse d'obturation, et à introduire ce fluide sous pression dans l'espace compris entre les parois contiguës, par l'intermédiaire de cette pièce creuse d'obturation. 8.- Tube caractérisé en ce qu'il formé par l'un quelconque des procédés des revendications 1 à