Brevet FR2111775A1 — publié le 19720609

La présente invention concerne,une tête dite tête d'expansion et plus particulièrement un ensemble de bague d'expansion qui peut être utilisé pour former des rainures ou des cavités annulaires sur la surface intérieure ^ de tuyaux ou objets analogues, en particulier sur des tuyaux plastiques, éventuellement conjointement avec le formage simultané d'un évasement sur le tuyau. L'invention sera décrite dans ce qui va suivre, en liaison avec le formage de rainures sur l'intérieur 10 de tuyaux plastiques ou d'objets analogues, mais il est bien évident que l'invention peut être utilisée pour d'autres objets et pour d'autres genres de matières,par exemple dans la technique du moulage d'objets en forme de tubes, en matière plastique ou en métal. 15 Afin que l'on puisse raccorder des tuyaux plastiques, il est souhaitable que l'une des parties de tuyau soit munie d'une rainure intérieure destinée à recevoir une bague d'étanchéité• La rainure est habituellement prévue sur l'intérieur d'un évasement formé sur l'une des extrémités de 20 tuyaux ou sur un manchon particulier de transition ayant deux rainures)vissé sur les extrémités qui se rencontrent de deux éléments complémentaires de tuyaux plastiques, et reliant les dites extrémités, ce qui est un moyen simple d'obtenir un joint étanche. 25 Conformément à la présente invention, on utilise une tête d'expansion pour réaliser une rainure intérieure de forme annulaire à la partie d'extrémité de l'élément de tuyau A. Une telle tête d'expansion comprend un corps de forme cylindrique qui est calibré intérieurement à la dimension 30 diamétrale intérieure de l'élément d'évasement du joint, qui est pressé dans l'extrémité du tuyau après avoir été chauffé- A un certain plan de section droite la tête d'expansion est munie d'un organe annulaire pouvant subir une expansion, qui est utilisé pour former la rainure annulaire désirée sur la surface 35 intérieure du tuyau ou de 1'évasement,habituellement en coopération avec tin organe de poussée complémentaire, placé extérieurement, qui se présente sous la forme de mâchoires de serrage ou de moyens analogues. La présente invention .concerne plus particu-40 lièrement le type de tête d'expansion dans lequel l'organe 71 38102 2 2111775 annulaire placé sur cette tête est constitué par un certain nombre de segments disposés circonférentiellement,qui forment une partie d'un mécanisme logé dans la tête cylindrique d'expansion et qui peuvent être déplacés radialement vers l'extérieur 5 à travers une ouverture périphérique ménagée dans la surface cylindrique afin de former une saillie de forme annulaire qui pendant l'expansion forme la rainure en déformant la matière de la paroi du tuyau. Quand la rainure ou la cavité a été formée sur le tuyau, on enlève l'organe extérieur de poussée, les 10 segments déployés sont ramenés dans le corps cylindrique et ensuite le tuyau, qui est maintenant muni de la nervure désirée, peut être retiré de la tête et refroidi, si cela est nécessaire. Dans les têtes d'expansion connues de ce type, les segments sont habituellement supportés d'une manière telle que 15 peuvent leur être communiquésles mouvements nécessaires, dirigés radialement, sont du fait que les segments sont supportés dans des guides coulissants ou analogues, soit du fait que les segments sont supportés en tant que bras de levier pivotants. Les segments forment par ailleurs des parties dans un mécanisme 20 synchronisé commandé par une force motrice, ce mécanisme étant fréquemment un mécanisme hydraulique. Un inconvénient sérieux que présentent les têtes d'expansion connues de ce type réside en ce que la bague, ayant subi l'expansion, formée par les segments, quand ces derniers 25 sont déplacés vers leur position radiale la plus extérieure, ne conètitue pas une bague d'un seul tenant avec une surface régulière, mais présente des espacements plus ou moins grands, des gradins, etc entre eux ou par rapport aux parties adjacentes du corps de la tête cylindrique. 30 Ce fait entraîne plusieurs inconvénients. Tout d'abord, la rainure formée dans la matière du tuyau n'est ni lisse, ni uniforme. En outre, pendant l'opération de formage des fragments de la matière, du tuyau font saillie entre les éléments séparés et par suite dans l'espace intérieur de la tête 35 d'expansion. C'est là un fait qui entraîne plusieurs inconvénients. Tout d'abord, les différentes parties de la tête d'expansion se trouvent obstruées au bout d'un temps plus ou moins long5 et par conséquent elles ne conviennent plus pour être utilisées dans un cycle de production répété( étant donné que la tête ko d'expansion et les segments doivent être nettoyés d'une manière 71 38102 3 2111775 répétée ce qui nécessite fréquemment le désassemblage des différentes parties constituant la tête d'expansion. Ainsi qu'on l'a indiqué, la rainure formée dans le tuyau présente nécessairement une surface plus ou 5 moins lisse. Il faut donc que la rainure soit soumise à un usinage ultérieur à un meulage,etc. afin qu'elle présente une surface suffisamment lisse. Toutefois la surface est fréquemment inégale à un degré tel qu'il est difficile d'assurer un joint étanche aux liquides à l'aide d'une bague de garniture 10 et cela même bien que la rainure soit soumise à un traitement spécial de finissage. En outre, les têtes d'expansion connues n'ont pas de mécanismes satisfaisants, de sorte que sont communiqués aux segments des mouvements plus ou moins inégaux ayant pour 15 résultat des défauts de précision correspondants lorsque la tête d'expansion est soumise à une usure mécanique importante. La présente invention a pour but de fournir une tête d'expansion perfectionnée de ce type qui, lorsqu'elle est déployée, présente une surface contigue uniforme suivant 20 toute sa circonférence. La structure annulaire de bague d'expansion suivant la présente invention, qui comprend un certain nombre de segments disposés circonférentiellement destinés à être soumis à des mouvements radiaux par rapport à leur axe central, 25 est caractérisée en ce que ces segments sont disposés en deux jeux complémentaires, chaque segment d'un jeu étant intercalé avec un contact de surface entre deux segments de l'autre jeu. Suivant un mode de réalisation, un segment est suspendu pour pouvoir être déplacé d'une manière synchro-30 nisée le long d'un axe rectiligne se trouvant dans l'un de deux cônes identiques ayant un axe commun et des cercles de base coïncidents, ce cercle constituant le plan central de la structure de la bague, un autre segment ayant deux faces planes de glissement opposées, l'angle moyen compris entre les faces 35 latérales opposées de chaque segment considéré dans un plan normal à l'axe central étant de 300° : E, expression dans laquelle E désigne le nombre total des segments qui agissent pour maintenir un segment (et chacun des segments) en contact mutuel de surface dans toutes les positions du mouvement. 40 La description qui suit se rapporte à un 71 38102 k 2111775 exemple de réalisation de 1 ' invention,description fait e en regard des dessins annexés, dans lesquels : - La figure 1 montre une coupe centrale longitudinale faite le long de la ligne I-I de la figure 2 5 et comprenant la tête d'expansion entière dont toutes les parties ont été assemblées. - La figure 2 montre une coupe transversale faite suivant le plan II-II de la figure 1, les segments dans la bague d'expansion étant dans leur position déployée. 10 - La figure 3 montre une coupe détaillée analogue à celle qui est représentée sur la figure 1 et illustrant les segments en position de retrait. - Les figures 4 15 vue en bout d'un segment tel qu'il est utilisé dans la réalisation représentée de l'invention. - La figure 5 illustre l'ensemble entier de la tête d'expansion, cet ensemble étant monté dans une mâchoire de serrage et un tuyau plastique étant en position 20 pour être travaillé par la tête d'expansion. Sur la figure 1, les repères 2 et 4 désignent deux cylindres ou manchons, espacés axialement le long de l'axe S, qui sont supportés sur une tige de piston 6, placée centralement au moyen de portées 8 et 10 qui sont prévues 25 dans les extrémités respectives de la tige et fixées au moyen de vis 12, 13, l4. Le manchon 2 de gauche comporte une partie 15, ayant un diamètre réduit qui correspond au diamètre intérieur normal du tuyau en matière plastique en question, de sorte que ce dernier, quand il est dans l'état chauffé, est pressé 30 sur la tête d'expansion à partir de la gauche et se dilate le long de la zone 15.a en pente et formée avec une pièce calibrée correspondant au diamètre du manchon à partir du fond désigné par le repère 17. Dans les manchons sont montés deux pistons 35 déplaçables 16 et 18 manoeuvrés par un fluide, qui sont représentés comme entourant la tige de piston 6. Cette tige présente un étanchement, contre les pistons et contre la surface intérieure 19 du manchon, qui est assuré au moyen de bagues de garniture 22. La tige de piston est munie en outre de 40 deux passages 21 et 24 qui s'étendent axialement. L'un des 71 38102 5 2111775 passages a des orifices 24 et 26 qui débouchent dans les chambres cylindriques 28 et 30, respectivement, tandis que l'autre passage a des orifices 32 et 3k qui débouchent dans les espaces intérieurs 36 et 38, respectivement, la tige de piston à ej l'intérieur de chacun des pistons étant munie de collets cylindriques 40 et 42, respectivement, qui sont sollicités contre des alésages complémentaires 44 et 46 prévus dans les pistons. Les passages 21 et 23 ont des orifices d'entrée (de sortie) 43 et 50 dans la portée de droite 10 afin de pouvoir 10 être reliés à une source de fluide sous pression (non représentée). Il est évident que les pistons peuvent être déplacés l'un vers l'autre quand du fluide sous pression (un liquide ou un gaz) est fourni par 1'intermédiaire du passage 21 dans les chambres cylindriques 28 et 30 et qu'ils peuvent être déplacés en s'éloignant l'un de l'autre quand du fluide sous pression est fourni dans les espaces 36, 38 par l'intermédiaire du passage 23. L'énergie nécessaire pour ce déplacement est naturellement, dans ce dernier cas, relativement petite en raison du faible alésage du cylindre dans les espaces 36, 38, mais ce mouvement 20 représente seulement le mouvement de reiraix ou dé retour et ne nécessite qu'une faible force. Les faces qui se font vis-à-vis des pistons l6 et 18, respectivement, sont destinées à supporter et à guider un certain nombre de segments E qui forment ensemble la structure 25 de la bague d'expansion 20 et qui forment, de la manière représentée, géométriquement parlant deux corps opposés ûe forme d'ensemble conique. Dans la réalisation représentée, la tête d'expansion est conçue pour comprendre exactement seize segments, c'est-à-dire huit segments dans chaque jeu , chaque jeu est 30 commandé par chacun des pistons respectifs et l'on a choisi comme angle au sommei. du cône un angle de 90°! de sorte que les surfaces coniques se coupent suivant un angle de 90° et sont inclinées de 45°par rapport à l'axe S. Dans le plan médian transversal, la tige de piston est munie d'un épaulement à 35 gradin 54 en forme d'anneau sur lequel est monté un collet de guidage 56 comportant des surfaces de guidage 58 et 60, coniques dans l'ensemble, qui supportent et guident chacun des segments. Chacune des surfaces coniques complémentaires sur les pistons est munie de huit sièges de guidage qui sont désignés respecti-40 vement par les repères 62 et 64 et qui sont destinés à recevoir 71 38102 6 2111775 les seize segments exactement, utilisés dans les réalisations représentées. Du fait que les pistons portent seize segments exactement, c'est-à-dire huit segments sur chaque piston, l'angle entre chaque guide et chaque segment sur chacune des 5 surfaces de guidage a une valeur de 45°, de sorte que l'angle entre deux segments voisins sera de 22,5° t.3Ô0 : l6 = 22,5°). En d'autres termes, les guides sur les pistons opposés sont déplacés alternativement et mutuellement de 22,5°. Entre les deux manchons cylindriques 2,4, est 10 prévue une ouverture circonférentielle ayant des arêtes 66 et 67 qui déterminent l'extrémité des surfaces de guidage 65 et 66 à biseau conique usinées dans la matière et présentant des angles identiques, mais opposés,qui correspondent à l'angle des faces de guidage 58, 60 sur le collet de guidage, c1 est-à-dire 15 à un angle de 45° dans la réalisation représentée. Les segments dans chaque jeu sont par conséquent supportés de manière à pouvoir être déplacés entre les faces de guidage 58, 65 et 60, 68 respectivement. Tous les segments sont identiques et ils 20 présentent la configuration générale d'un prisme régulier, ainsi que le montrent les figures 4a, 4b, 4c qui illustrent un segment séparé au moyen d'une vue en plan, d'une vue en élévation latérale et d'une vue en coupe transversale. Ainsi que le montre la figure 4a, le segment a une forme de base rectangulaire 25 ou plus correctement une surface supérieure 70 (voir aussi la figure 1) et il a en outre, vu dans la coupe que représente la figure 4c, la forme d'un trapèze équilatéral ayant des faces latérales 71 et 73. Sur une face d'extrémité 75 du segment, est prévu un guide coulissant en forme de queue d'aronde 7^ en T 30 conçu pour être guidé dans le guide complémentaire en forme de queue d'aronde,par exemple dans le guide 64 prévu dans la surface conique 19 du piston l8 représenté sur la figure 1. Il y a lieu de remarquer qu'à tous les segments E représentés sur la figure 1 est donnée la forme finale 79 cle 35 profil extérieur désiré . ce profil est représenté en traits mixtes 79 sur la figure 4b. Ce profil détermine la courbure de la rainure formée dans le tuyau plastique. L'angle entre les faces latérales planes du segment est déterminé géométriquement par l'angle au sommet du cône choisi, c'est-à-dire par 40 l'angle de l'axe du mouvement .rectiligne de chaque segment,et 71 38102 7 2111775 il est défini en outre par le nombre choisi de segments. Dans la réalisation représentée, dans laquelle il est fait usage d'un angle au sommet du cône de 90° et de seize segments, l'angle ©( n'est pas égal à l!angle de pas de 22,5°, mais 5 il est un peu plus grand et, pour être tout à fait exact, il est égal à 31° 27' 4l". Plus les axes de mouvement des segments sont à pente raide par rapport à l'axe principal S, plus est grand l'angle o( • Du fait que tous les segments en position assemblée ont un contact mutuel de surface, la surface de 10 contact varie en fonction de la position radiale sur le plan de section droite tracé à travers les segments, du plan médian II-II (figure 2) , il se dégage une ligne de contact unique L entre des segments adjacents et ces lignes L sont toujours dirigées vers l'axe S ; dans la réalisation représentée, l'angle 15 entre ces lignes est constant et il a une valeur de 22,5°• D'après l'explication qui précède, on peut comprendre facilement le mode de fonctionnement de la bague d'expansion suivant l'invention. Dans la position représentée sur la figure 1, tous les segments E sont déplacés vers l'ex-20 rieur, c'est-à-dire vers leur position le plus à l'extérieur , du fait qu ' est fourni du fluide sous pression dans les chambres cylindriques 28, 30 par l'intermédiaire du passage 21, et les segments forment une surface annulaire unifiée, contigue)en forme de couronne ainsi que le montrent les figures 25 2 et 5• La position en retrait des segments est illustrée dans la vue de détail représentée sur la figure 3* Du fluide sous pression est alors fourni dans les espaces 36, 38 et les pistons 16 et 18 sont déplacés dans des sens les éloignant l'un de l'autre,en même temps que les segments, à cause des 30 guides de glissement, sont déplacés radialement vers l'intérieur le long des surfaces de piston coniques, en même temps que chacun des jeux de segments a été retiré vers l'intérieur d'une manière rectiligne entre les faces de guidage 58, 60 et 65, 68, respectivement. Dans la position de retrait, il n'y a que la 35 zone très petite 80 hachurée de chacune des faces latérales des segments qui soit une zone dans laquelle il y ait encore contact mutuel entre les segments. La figure 5 illustre la manière dont une tête d'expansion suivant la présente invention peut être utilisée 40 d'une manière connue en soi dans une machine pour former un 71 38102 8 2111775 évasement muni d'une rainure ou cavité annulaire sur sa surface intérieure. La tête d'expansion 78 suivant l'invention est ancrée horizontalement dans un bâti de machine 80 qui est 5 muni en outre d'une paire de mâchoires de serrage opposées 82, 84. Avant que le tuyau plastique 86 soit enfilé sur la tête d'expansion de la manière représentée, il est de préférence chauffé et on le munit de deux moules circulaires lourds 88, 89 de 1'évasement qui comportent un renflement 90 dont la forme inté-10 rieure correspond partiellement ou entièrement à la forme du profil extérieur de la bague d'expansion (le profil du segment) dans sa position le plus à l'extérieur. On enfile alors le tube plastique sur la tête d'expansion de manière à lui faire faire face au moyen d'arrêt 91, tandis que la bague d'expansion est 15 en position de retrait. C'est de cette façon que 1'évasement 92 est formé sur la partie d'extrémité du tuyau. Ensuite on produit le déploiement de la bague d'expansion et l'on forme ainsi la rainure intérieure 92 dans la partie formant évasement du tuyau, en même temps qui est formé sur l'extérieur du tuyau 20 un renflement, comme le montre la figure 5* C'est d'ailleurs précisément ce stade du procédé qui est illustré sur la figure 5* La pièce de moule pour le formage de 1'évasement donne l'assurance que les matières de la douille ne seront pas déformées axialement à l'extérieur de la zone 25 limitée par la bague d'expansion. Ensuite, on retire de nouveau les éléments de la bague d'expansion, on enlève les mâchoires en même temps que les pièces de moule ayant servi au moulage de 1'évasement et l'on peut alors retirer le tuyau de la tête d'expansion, la machine étant ainsi immédiatement prête pour 30 le traitement d'un nouveau tuyau auquel il faut donner la forme qui vient d'être décrite. Il est évident qu'une tête d'expansion et une bague d'expansion suivant la présente invention peuvent faire l'objet de nombreuses réalisations et qu'au profil extérieur 35 de la bague d'expansion peuvent être données des configurations différentes. Par exemple, rien n'empêche de donner aux segments un profil extérieur ayant la forme d'une collerette annulaire à angle droit. Il y a lieu d'ajouter que,dans la 40 réalisation représentée, la collerette de guidage ne présente pas 71 38102 9 2111775 de faces de guidage à fleur ou même coniques, mais qu'elle est de préférence munie de sièges de glissement redtilignes, afin de recevoir les segments séparés, d'une manière telle que puissent leur être communiqués des mouvements soutenus 5 et précis sans jeu ou sans perte de travail. D'une manière analogue, les faces de guidage 65, 68 peuvent comporter, aux bords d'ouverture des tuyaux cylindriques:des faces ou cavités, destinées à former un guidage correspondant des segments séparés. Indépendamment des mouvements soutenus qui sont ainsi 10 assurés et qui ne produisent qu'une faible usure, la bague d'expansion en position déployée reçoit une surface absolument contigué" sans cavités ou interstices le long de l'une quelconque des pièces qui se rencontrent et qui forment la surface extérieure . 15 II y a lieu de remarquer que rien ne s'oppose, au point de vue géométrique ou mécanique, à ce qu'on fabrique des segments ayant des dimensions variables, c'est-à-dire ayant des largeurs angulaires variables, et à ce qu'on ait, par exemple, des segments alternativement étroits et larges,mais de telles 20 réalisations ne présentent qu'une faible valeur pratique. Bien que 1 'invention ait été décrite dans ce qui précède pour la formation de renflements ou de cavités dans des tuyaux plastiques par déformation de la matière de ces derniers, il est bien évident qu'une bague d'expansion 25 suivant la présente invention peut être utilisée avec des avantages correspondants dans d'autres buts, par exemple en liaison avec le moulage d'éléments en forme de tuyau, la bague d'expansion étant alors utilisée en tant que noyau de moulage. Bien entendu, la présente invention n'est pas 30 limitée à l'exemple de réalisation décrit ci-dessus et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans qu'on s'écarte pour autant du champ de l'invention. 71 38102 10 2111775 REVENDICATIONS 1°) Bague à expansion, pour le fraisage de rainures dans des tubes du type comprenant un certain nombre de segments disposés circonférentiellement, destinés à être 5 soumis à des mouvements radiaux par rapport à l'axe central de la bague, bague caractérisée en ce que ces segments sont disposés en deux jeux complémentaires, chacun des segments d'un jeu étant intercalé avec un contact de surface entre deux segments de l'autre jeu, d'une manière alternative. 10 2°) Bague suivant la revendication 1, caractérisée en ce que chacun des segments est suspendu de manière à pouvoir être déplacé d'une manière synchrone le long d'un axe rectiligne se trouvant dans l'un de deux cônes identiques ayant un axe commun et des cercles de base coïncidents 15 ce cercle constituant le plan central de la structure de la bague 3°) Bague suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que chacun des segments présente deux faces planes de glissement opposées, l'angle moyen compris entre les faces latérales opposées de chaque 20 segment considéré dans un plan normal à l'axe central étant de 360° : E, expression dans laquelle E désigne le nombre des segments qui agissent pour maintenir un segment (et chacun des segments) en contact mutuel de surface dans toutes les positions du mouvement. 25 4°) Bague à expansion suivant la reven dication 1, caractérisée en ce que les segments sont identiques et ont entre leurs faces de glissement opposées un angle qui, dans un plan normal à l'axe central) est égal à 360° : E, expression dans laquelle E désigne le nombre total de segments. 30 5°) Bague à expansion suivant la reven dication 1, caractériséeen ce que les segments en position déployée remplissent une ouverture circulaire essentiellement annulaire formée dans le corps cylindrique. 6°) Bague à expansion suivant la reven-35 dication 3, caractérisée en ce que le corps cylindrique contient une tige de piston qui le traverse centralement, deux manchons cylindriques ancrés à la tige, aux extrémités de cette dernière, par l'intermédiaire de portées d'extrémité, ces manchons constituant la partie extérieure du corps cylindriques «c 40 limitant entre eux l'ouverture annulaire prévue dans le corps, 71 38102 a 2111775 et deux pistons disposés dans le cylindre autour de la tige de pisxon et pouvant être déplacés axialement, pistons qui, manoeuvres par un fluide sous pression, constituent un support pour chacun des segments et pour tout les segments dans chacun 5 des jeux respectifs, les pistons agissant pour communiquer à chacun des segments une course rectiligne à partir d'une position de retrait jusqu'à une position déployée, dans laquelle la partie extérieure des segments constitue une surface annulaire contiguë profilée conformément aux exigences. 10 7°) Bague à expansion suivant la revendication 3, caractérisée en ce que le piston, à l'intérieur de l'ouverture de forme annulaire dans le corps cylindrique, est muni d'un collet de guidage présentant une symétrie axiale, ayant des faces de guidage destinées à guider les segments respectifs pendant 15 leurs mouvements. caractérisée en ce que les pistons adjacents aux segments sont munis de faces coniques complémentaires des cônes qui déterminent les axes de mouvement pour les segments, ces faces coniques 20 étant munies de guides de glissement qui attaquent les segments. 8°) Bague à expansion suivant la revendication l4, 9°) Bague à expansion suivant la revendication 6, caractérisée en ce que l'angle au sommet des deux cônes qui déterminent les axes de mouvements pour les segments est de 90°. 25 10°) Bague à expansion suivant la revendication 2, caractérisée en ce que chacun des segments considéré dans des plans de coupe transversale présente dans son ensemble la forme d'un prisme régulier. 11°) Bague à expansion suivant la revendica- 30 tion 8, caractérisée en ce que les deux jeux de segments comprennent en tout seize segments identiques.