Brevet FR2190545A1 — publié le 19740201

La présente invention concerne l'usinage des materiaux par déformation, notamment les machines à grande vitesse d'action pour l'usinage de matériaux par déformation, utilisant l'énergie d'un gaz à haute pression pour propulser l'outil de formage jusqu'à des vitesses élevées, et travaillant suivant un cycle thermodynamique fermé, c'est-à-dire sans échappement du gaz à l'atmosphère. L'invention peut être appliquée avec un maximum d'efficacité au iachines à grande vitesse d'action utilisées pour pPoduire des ébauches forgées précises avec des métaux et des alliages ordinaires et difficilement déformables, ainsi que pour tronçonner des tubes et des profils laminés. Ces diverses opérations peuvent être exécutées grâce au fait que la construction de la machine permet le changement de l'outil de formage. On connaît des machines à grande vitesse d'action comprenant un bâti sur lequel est monté, sur amortisseurs, un socle au-dessus duquel est disposé un réservoir de gaz comprimé fixé sur des colonnes verticales. Dans ce réservoir, peut se déplacer verticalement un piston dont la tige déplace l'outil de formage. Le piston est rappelé en position haute (initiale) par des vérins raccordés à un groupe motopompe. Dans de telles machines, les pistons des vérins sont situés à la partie inférieure dela machine, pas plus haut que son socle, et exécutant, au rappel de l'outil de formage en position initiale, un mouvement ascendant. L'outil de formage est remis en position initiale, puis les pistons des vérins descendent de nouveau avec leur tige en dégageant l'accès à l'outil de formage. Le principal inconvénient de ces machines consiste en ce que le rappel de l'outil de formage entraîne obligatoirement le recul ultérieur des tiges, ce qui réduit la cadence dimanche de la machine, car-les opérations auxiliaires d'entretien de l'outil, d'enlèvement de l'ébauche formée et de présentation du lopin suivant ne peuvent être exécutées qu'après le retour de l'outil de formage et des pistons des vérins en position initiale. Cet inconvénient prend une acuité particulière quand les machines à grande vitesse d'action sont emploéespoiw tronçonner les tubes et les profils laminés dans les lignes de laminoirs, ou la zone de travail doit être rapidement libérée de la présence de l'outil. Dans les machines à grande vitesse d'action de conception moderne, la réduction de la durée du retour de l'outil de formage jusqu'à sa position initiale implique une augmentation de la puissance du groupe motopompe. En outre, lors du tronçonnage de tubes et de profils laminés de différantes dimensions, par conséquent nécessitant des valeurs d'énergie différentes pour être tranchés, des excès d'énergie peuvent apparaître qui seront dépensés pour la déformation élastique de l'outil. L'amortissement des excès d'énergie ne s'avère pas toujours possible, ce qui entraîne fréquemment des ruptures d'outils. On s'est proposé de créer une machine à grande vitesse d'action pour l'usinage de matériaux par déformation, dans laquelle les vérins seraient disposés de telle façon que leur escamotage pour dégager la zone d'action de l'outil de formage n'exigerait pas une dépense de temps supplémentaire. La solution consiste en une machine à grande vitesse d'action, comprenant un bâti, un socle monté sur ce bâti à l'aide d'amortisseurs, un réservoir de gaz comprimé, fixé au-dessus du socle sur des colonnes, et dans lequel peut se déplacer verticalement un piston dont la tige déplace l'outil de formage, ledit piston étant rappelé en position initiale par des vérins reliés à un groupe motopompe. D'après l'invention, les vérins sont disposés dans l'enceinte du réservoir, et les chambres de ces vérins situées au-dessus des pistons sont reliées au groupe motopompe, tandis que les chambres situées au-dessous des pistons sont en communication avec l'enceinte du réservoir. Une telle conception de la machine permet de réduire la durée du retour de l'outil de formage en position initiale et par conséquent d'augmenter la cadence opératoire dejia machine. Il est avantageux de ménager dans la partie inférieure du réservoir une cavité d'amortissement servant à amortir les excès d'énergie lors du formage de ltébanchbW La machine à grande vitesse d'action réalisée d'après l'invention est d'encombrement relativement faible et de conception simple. Sa cadence opératoire élevée. Plus bas, est donnée la description d'un exemple concret mais non limitatif de réalisation de l'invention, avec renvois au dessin unique annexé qui représente une machine à grande vitesse d'action pour l'usinage de matériaux par déformation, en coupe longitudinale. Sur le dessin, à gauche de l'axe de symétrie, la machine est représentée au moment où ses organes sont prêts à exécuter leur course utile. La machine à grande vitesse d'action comprend un bâti 1 sur lequel est monté, sur des amortisseurs 2, un socle 3. Au-dessus du socle est disposé un réservoir 5 fixé sur des colonnes 4. Le socle 3, les colonnes 4 et le réservoir 5 sont rigidement solidarisés entre eux et forment un cadre qui encaisse les sollicitations lors de la marche de la machine Les amortisseurs 2 servent à étouffer les oscillations du cadre lors de ses déplacements par rapport au bâti 1. Sur le socle 3 est fixée la partie inférieure 6 do l'outil de formage, par exemple une matrice, sur laquelle est placé un lopin 7 devant être mis en forme par choc. La partie supérieure 8 d l'outil de formage est fixée à une traverse 9, qui est assemblée à une tige 10 et un piston 11. Le réservoir 5 comporte une enceinte cylindrique 12 remplie de gaz comprimé. En l'occurence, le gaz utilisé est l'azote sous une pression de 150 atmosphères. Le piston 11 est placé dans la partie centrale de l'enceinte 12 du réservoir 5. énergie du gaz sous haute pression est transformée en énergie cinétique de l'outil 8, tette énergie étant ensuite utilisée pour déformer le lopin 7. Au centre de la partie inférieure du réservoir 5, est ménagée une cavité d'amortissement 13, servant à amortir les excès d'énergie de l'outil 8 par freinage du piston 11. Dans la partie supérieure du réservoir 5 est ménagée une cavité cylindrique 14 avec un trou central débouchant. Symétriquement audit trou, dans la partie supérieure du réservoir 5, sont percés en outre deux trous débouchants. Ces trous sont reliés entre eux, à l'extérieur du réservoir 5, par l'1ntermédiaire d'une conduite 15, comportant un étrangleur 16 et un clapet de non retour 17. Quand l'outil 8 est ramené en position initiale, lekiston 11 s'engage dans la cavité 14 dot le gaz est chassé vers l'enceinte 12 par l'intrmédiaire du clapet de non retour 17. Les surfaces latérales de la cavité 14 et du piston 11 sont usinées avec un degré de précision et d'état de surface relativement élevé.Cela permet de réduire au minimum le passage du gaz de l'enceinte 12 à la cavité 14 à travers le jeuW De la sorte, le piston Il est retenu en position initiale pendant le temps nécessaire permettant au gaz de l'enceinte 12 de passer dans la cavité i4 à travers l'étrangleur 16, et pour que les pressions dans l'enceinte 12 et la cavité 14 deviennent égales. La durée de l'égalisation des pesions et réglée à l'aide de l'étrangleiu 16 et dépend de la durée des opérations précédant la course utile. Dans l'enceinte 12 du réservoir 5, en des endroits diamétralement opposés, sont SiLés deux vérins 18, dont les pistons 19 munis de tiges 20 assurent le rappel de l'outil de formage 8 en position initiale La traverse 9 possède deux alésages débouchants dans lesquels peuvent librement coulisser les tiges 20. La traverse 9 est retenue sur les tiges 20 a l'aide de pieds d'arrêt 21. Les chambres des vérins 18 situées au-dessus des pistons sont reliées, dans le cas considéré, à un groups motopompe et à une bâche pour le retour du liquide (non représenté. Les chambres situées au-dessous des pistons sont en communication avec l'enceinte 12 du réservoir 5. Le déplacement des pistons 19 vers le bas s'effectue sous l'action d'un liquide sous pression envoyé par le groups motopompe dans les chambres situées au-dessus des pistons, et leur déplacement vers le haut est assuré par l'action du gaz à naute pression se trouvant dans l'enceinte 12 et agissant sur la surface inférieure des pistons 19; lors de la montée des pistons 19 le liquide est chassé des chambres situées au-dessus des pistons et va à une bâche de retour. La somite des surfaces inférieures des pistons 19 est plus grande que la surface inférieure du piston 11, afin d'assurer la remontée de la traverse 9 avec l'outil 8. Pour amitorer le fonctionnement des surfaces frottantes et des joints des tiges 10 et 20, le bas de l'enceinte -12 du réservoir est garni de liquide lubrifiant, par exemple d'huile minérale. La machine fonctionne de la façon suivante. En position initiale, le piston 11 se trouve dans la cavité 14, et les chambres des vérins 18 situées au-dessus des pistons sont en communication avec la bâche de retour du liquide. Pour l'exécution de la course utile de l'outil 8, on met les chambres des vérins 18 situées au-dessus des pistons en comounication avec le groupe motopompe. Le liquide à haute pression qui entre alors dans ces chambres fait descendre les pistons 19 avec les tiges 20 et libère la traverse 9 portant l'outil 8. En descendant, les pistons 19 compriment additionnellement le gaz dans l'enceinte 12 du réservoir 5. En même temps, le gaz de l'enceinte 12 passe par la conduite 15, à travers l'étrangleur 16, st arrive dans la cavité 14 où il agit sur le piston 11. Celui-ci descend.Dès que le piston 11 sort de la cavité 14, il subit l'acon de tout le volume de gaz se trouvant dans ltenceinte 12 du réservoir 5. L'outil formant 8 est propulsé. Sur l'effet des forces de réaction, le cadre de la machine se déplace en montée. L'énergie du gaz à haute pression est transformée en énergie cinétique de la traverse 9 portant la partie supérieure 8 d l'outil de formage, et du cadre portant la partie inférieure 6 de l'outil de formage. L'énergie cinétique accumulée au cours de la descente est utilisée pour déformer le lopin 7. Après achèvement de la déformation, le cadre redescend sur les smisseurs 2 et se ramet en position initiale. Toutes les pièces de la machine occupent alors la position montrée sur le dessin à droite de l'axe de symétrie. Pour le rappel en position initiale de la traverse 9 portant l'outil de formage 8, on met les chambres des cylindres 18 situées au-dessus des pistons en communication avec la bâche de retour du liquide. Sous l'action de la pression du gaz régnant dans l'enceinte 12 du réservoir 5, les pistons 19 remontent en entraînant dans leur mouvemrnt la traverse 9 avec l'outil 8. La durée du retour est déterminée par la section de passage des conduites reliant les chambras des vérins 18, situées au-dessus des pistons, à la bâche de retour du liquide. Au moment où le piston 11 entre dans la cavité 14, le gaz est chassé de cette cavité à travers la conduite 15, l'étrangleur 16 et le clapet de non retour 17, et va à l'enceinte 12 du réservoir 5. Après le retour des pistons 11 et 19tm position initiale, on enlève le lopin déformé 7 de la moitié inférieure 6 de l'outil et on place dans cet outil un nouveau lopin. Pour porter le coup suivant, il suffit deffiettre les chambres des vérins 18, situées au-dessus des pistons, en communication avec la conduite detpression du groupe motopompe. Les pistons 19 descendent en libérant la traverse 9portant l'outil de formage 8. En même temps, le gaz à haute pression de l'enceinte 12 du réservoir 5 va à la cavité 14 en passant à travers l'étrangleur 16 et amène le piston 11 en position initiale pour l'exécution du coup suivant. La machine à grande vitesse d'action réalisée d'après la présente invention est de conception simple; elle sanctionne à une cadence élevée et n'exige pas de système de commande compliqué. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon ltesprit de l'invention et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. -REVENDICATIONS 1.- Une machine à grande vitesse d'action pour l'usinage de matériaux par déformation, du type comprenant un bâti, un socle monté sur ce bâti par l'intermédiaire d'amortisseurs, un réservoir de gaz comprimé, fixé au-dessus du socle sur des colonnes et dans lequel peut se déplacer verticalement un piston avec une tige déplaçant l'outil de formage, ledit piston étant rappelé en position initiale par des vérins reliés à un groupe motopompe, caractériséeen ce que 1rs vérins reliés au groupe motopompe sont disposés dans ltenceinte du réservoir à gaz comprimé, et en ce que les chambres desdits vérins situées au-dessus de leurs pistons respectifs sont reliées au groupe motopompe,tandis que les chambres situées au-dessous de ces pistons communiquent avec l'enceinte du réservoir à gaz comprime. 2.- Une machine suivant la revendication 1, caractérisée en ce que dans la partie inférieure du réservoir à gaz est ménagée une cavité d'amortissement servant à amortir les excès d'énergie du choc lors de la course utile du piston solidaire de l'outil de formage.