Brevet FR2169906A1 — publié le 19730914

La présente invention concerne un dispositif de commar.de automatique pour le formage par étirage avec mise en oeuvre d' énergie vibratoire et plus particulièrement un dispositif amélioré capable d'effectuer un formage par étirage sans engendrer d'échauffement local dû au frottement. Au cours des années récentes, un procédé d'étirage de tubes mettant en oeuvre une énergie vibratoire par ondes ultrasoniques a été signalé comme procédé amélioré pour accroitre la vitesse d' étirage et le taux de réduction et pour simplifier le procédé de lubrification. De tels procédés ont été proposés par exemple dans les brevets Américains NO 3.209.573, 3.209.574, 3.212.312, 3.212.313 et autres et ils ont été mis en pratique. On utilise habituellement un procédé dans lequel l'énergie vibratoire est appliquée par une masse vibrante en contact qui agit par une force de traction sur le tampon du mandrin ou par une force de compression sur la filière. En fonction de l'action de cette masse vibrante en contact,un système de vibration pour l'étirage du tube est engendré avec une amplitude vibratoire prédéterminée. Dans un tel cas, on n'évite pas l'apparition des phénomènes de grippage et similaire qui résultent d'une température localement plus élevée dudit tube due a l'accroissement de la chaleur dégagée par le frottement, parce que la vitesse d'étirage est sensiblement égale a zéro au stade de démarrage de l'étirage du tube tandis que ladite énergie vibratoire est a pleine puissance.D'autre part, lorsque 1' on doit réduire la vitesse d'etirage, l'opérateur de la machine d' étirage est obligé de modifier la valeur de cette énergie vibratoire. I1 est bien connu que cette opération ne s'effectue pas toujours de façon aisée et provoque un accroissement de la chaleur de frottement. I1 est inutile de dire que cet accroissement provos que une rupture du film d'huile et un grippage. En conséquence, actuellement, on utilise une machine pour l'étirage des tubes ayant une vitesse variable en continu. Toutefois, même si la modification de la vitesse d'étirage devient facile, il reste encore que les conditions d'étirage ne sont pas toujours constantes en raison de la non-uniformité du film d'huile ou de la modification de la température de l'outil et il faut fixer a chaque instant la vitesse réelle. En conséquence, l'éléva- tion locale de la température résultant de l'accroissement de la chaleur de frottement est inévitable. De tels phénomènes résultent des difficultés pour régler à la valeur optimale l'amplitude de la vib;:alon, ccst---;-iire la vitesse vibratoire par rapport à la vitesse d'étirage du tube.Lorsqu'un tube a étirer de diamètre relativement grand ou lorsqu'un tube, par exemple en acier inoxydable, dont la conductibilité thermique est faible, est soumis à un étirage, les difficultés ci-dessus seront encore plus importantes. La présente invention a été mise au point pour résoudre les difficultés ci-dessus. Les caractéristiques de la présente invention résident en ce que l'amplitude et/ou la frequence sont réglées automatiquement de manière à assurer la valeur optimale au rapport entre la vitesse vibratoire et la vitesse instantanée d'étirage. Ce rapport des valeurs doit être choisi dans la gamme de 1,6 à 11, En d'autres mots, il est nécessaire et suffisant, pour remédier aux difficultés ci-dessus, que le rapport entre la valeur de la vitesse vibratoire, c'est-à-dire la vitesse angulaire (X)x l'amplitude (n), et la vitesse d'étirage, soit compris entre 1,6 à 11,0 Un but de la présente invention est de fournir un dispositif mettant en oeuvre une énergie vibratoire, capable de régler automatiquement le rapport entre la valeur de la vitesse vibratoire et la vitesse d'étirage, dans la gamme qui convient le mieux. Un autre but de la présente invention est de fournir un dispositif mettant en oeuvre une énergie vibratoire avec lequel on peut éviter facilement une rupture du film d'huile ou un grippage résultant de l'élévation de la température par accroissement de la chaleur de frottement. D'autres buts et avantages apparaftront à la lecture de la description faite ci-apres avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels Fig. 1 est un exemple d'application du dispositif conforme a l'invention a une machine d'étirage de tubes usuelle mettant oeuvre une énergie vibratoire; Fig. 2 est un schéma d'ensemble du dispositif de figure 1; Fig. 3 est un graphique explicatif sur l'évolution au démarrage de la vitesse vibratoire dans un procédé et avec un dispositif conformes à l'invention. Se référant maintenant a la figure 1, celle-ci illustre 1' ensemble d'une machine d'étirage de tubes comportant le dispositif conforme a l'invention. Un tube mère 1 est étiré entre une filière 2 et un tampon de mandrin 3 au moyen d'un dispositif de traction 42 a la fois le diamètre externe et l'épaisseur dudit tube se trouvant réduits simultanément. Dans un tel cas, le dispositif de traction 4 est entraîné par un moteur d'entraînement 12 qui est commandé depuis un pupitre 11. Un générateur rotatif par exemple un tachymètre 13 est accouplé a ce moteur 12 et utilisé pour mesurer et contrôler la vitesse d'étirage. Dans une machine d'étirage de tubes, un mécanisme de transfert d'énergie est de plus ajouté à la machine ci-dessus.Habituellement, un tel mécanisme de transfert d'énergie comprend un mandrin 8, un générateur 6 de puissance à haute fréquence, un transducteur électro-acoustique 7 et un cône pour accroître l'amplitude, c'est-à-dire un coupleur 8 d'énergie vibratoire. Dans un tel mécanisme, la puissance à haute fréquence provenant du générateur 6 est transformée en vibrations ultrasoniques et amenée à une amplitude convenable par le cône 8. Ensuite ladite énergie vibratoire accrue est transférée dans le mandrin 5 sous la forme d'une vibration de résonance et fait vibrer le tampon 3 fixé a l'extrémité du mandrin 5. Dans le dispositif de l'invention, un ensemble 10 de commande de la vitesse de vibration est en plus ajouté au mécanisme vibratoire ultra-sonique ci-dessus. Le débit du tachymètre 13 et le débit d'un capteur 9 qui est placé en un point convenable du mécanisme vibratoire ci-dessus et comprend des éléments a électrostriction, sont introduits dans le dispositif 10 et le générateur à haute fréquence 6 est ensuite commandé par le débit du dispositif 10. La constitution du dispositif 10 est représentée sous forme schématique dans la figure 2. A savoir cet ensemble est constitué par un générateur de fonction 14, un limiteur d'amplitude 15 et un filtre passe-bande 16.Dans un tel mécanisme, le débit du capteur 9, c'est-à-dire l'importance instantanée de la vitesse vibratoire, est introduit dans le limiteur d'amplitude 15 et le débit du tachymètre 13, c'est-à-dire.lavitesse d'étirage, est introduit dans le générateur de fonction 14. Tout d'abord le débit du tachymètre 13, c'est-à-dire "Ev" est transformé en par le générateur de fonction 14. Le taux de conversion, c'est- - dire f(Ev):Ev est choisi dans la gamme de 1,6 à 11,0. Un tel taux est choisi et utilisé pour étirer un tube mère sans aucune des difficultés, telles que, par exemple, une rupture du film d'huile, un grippage ou similaire. Ensuite le débit "f(Ev)" est introduit dans le limiteur d'amplitude 15. En même temps le débit du capteur 9 correspondant à l'amplitude instantanée de la vitesse vibratoire, c'est-à-dire WVi", est également alimenté au limiteur 15 comme mentionné ci-dessus. En ce point le dit "Vi" est reréglé pour être égal a "f(Ev)" par le circuit de conformation, un circuit comparateur et un circuit redresseur qui sont inclus dans le limiteur 15 mais non représentés. Dans un tel cas, il est évident que ledit "Vi" correspond à une modification de la fréquence de résonance qui est due à une modification de la charge ou à une élévation de la température dudit système vibratoire.En conséquence, le débit "Ec" est maintenu pour être égal à la fréquence de résonance régulière et pour conserver le taux de conversion ci-dessus mentionné parce que ces modifications sont toujours réglées par le limiteur 15 cidessus. Ultérieurement, ce débit "Vc" est introduit dans le filtre passe-bande 16. En ce point ledit "Vc" est filtré pour se trouver dans une gamme constante et stabilisé,ce qui permet d'éviter par conséquent toute oscillation anormale.Ainsi le débit filtré est amplifié par le générateur de puissance à haute fréquence 6 et appliqué au transducteur 7 comme débit normal et stable "Eo". I1 est évident qu'un tel "Eo" est nécessaire et suffisant pour assurer que le rapport des valeurs entre la vitesse vibratoire et la vitesse d'étirage se trouve dans la gamme de 1,6 à 11,0, c'est-à-dire le rapport de transformation du générateur de fonction 14, comme mentionné ci-dessus. Dans le dispositif ci-dessus mentionné, un facteur important est qu'un circuit d'alimentation en retour positif est constitué et formé par le transducteur 7, le capteur 9, le limiteur d'amplitude 15, le filtre passe-bande 13 et le générateur de puissance à haute fréquence 6. Avec un tel circuit d'alimentation en retour positif, les modifications de la fréquence de la résonance résultant d'une modification de la charge ou d'une modification de la température sont facilement évitées et il est possible de maintenir toujours stable la fréquence de résonance régulière. De plus, dans le générateur de fonction ci-dessus mentionné, la transformation de "Ev" qui est le débit du générateur rotatif 13, par exemple d'un tachymètre 13, peut être réglée de différentes manières. La figure 3 représente des exemples correspondant à l'accroissement de la vitesse d'étirage. La courbe 1 correspond à un mode d'action proportionnel, 2 et 3 sont d'autres exemples d' actions à commande pas à pas. Tous ces processus peuvent être utilisés dans le dispositif de l'invention. Des exemples réels basés sur le dispositif de l'invention seront exposés ci-après EXEMPLE 1 Taux de Dimensions avant étirage Dimensions après étirage réduction Diamètre x Epaisseur x Longueur Diamètre x Epaisseur externe externe 23,0 x 1,80 x 6,5 + 19,0 x 1,50 .31,ou 30,0 x 3,00 x 5 + 25,4 x 2,20 37 X Type de l'acier : AISI - 304 Lubrifiant : film d'acide oxalique + savon métallique Fréquence vibratoire : 20 kHz Puissance d'entrée : 5 à 8 kw Lorsque le tube mère ci-dessus a été étiré avec les condi tions suivantes Aplitude environ 8 p Rapport de la valeur de la vitesse vibratoire à la vitesse d'étirage (C) : 12,0. des grippages notables ont été constatés à la fois sur les diamè tres externe et interne dudit tube. Par contre lorsque ladite valeur C a été abaissée dans la gamme de 1,6 à 2,0, aucun grippage n'est apparu. Ladite vitesse d'étirage a pu être accrue dans la gamme de 30 à 40 m/min. EXEMPLE 2 Taux de Dimensions avant étirage Dimensions après étirage réduction Diamètre x Epaisseur x Longueur Diamètre x Epaisseur externe externe 34,0 x 2,75 x 5 + 25,4 x 2,20 40,6Z Vitesse d'étirage : 11 mJmin. Type de l'acier: ASTMsA-161 Lubrifiant : liquide à base de résine Fréqeenoe vibratoire : 20 kHz Puissance d'entrée : 5 à 10 kw. Lorsque le tube mère ci-dessus a été tout d'abord étiré sans appliquer d'énergie vibratoire,des broutages sévères ont été constatés et un étirage régulier a été pratiquement impossible. Par contre, lorsqu'il a été étiré avec un rapport d'environ 3,0, aucun broutage n'est apparu et l'étirage a pu être effectué sans aucune difficulté. SEMPLE 3 Taux de Dimensions avant étirage Dimensions apyres étirage réduction Diamètre x Epaisseur Diamètre x Epaisseur externe externe 34,0 x 3,00 - > 25,4 x 2,20 45% Type de l'acier : AISI -- 304 Lubrifiant : film d'acide oxalique + savon métallique Vitesse d'étirage : 34 m/min. Puissance d'entrée : environ 10 kw. Lorsque le tube mère ci-dessus a été étiré avec une amplitude de 8 p et un rapport C de 17 à 18, il est apparu un grippage notable sur la surface du tube. Sur la base des résultats des exemples ci-dessus mentionnés il s'est avéré qu'il fallait mettre en oeuvre les conditions suivantes 10/ Rapport C ci-dessus mentionné inférieur à 1. La mise en oeuvre d'énergie vibratoire n'a aucune influence parce qu'il apparait des broutages. 20/ Rapport C compris entre 1 et 1,5. I1 apparait un effet lorsqu'on met en oeuvre de l'énergie vibratoire mais les conditions d'étirage sont instables. 30/ Rapport C compris entre 1,6 et 11,0. Amélioration remarquable de la vitesse d'étirage et du taux de réduction, sans aucune difficulté. 40/ Rapport C supérieur à 11. La chaleur de frottement est accrue et, en conséquence, une rupture du film d'huile et un grippage tendent à -apparaître. Ainsi le rapport des valeurs de la vitesse vibratoire à la vitesse d'étirage. doit être réglé dans la gamme de 1,6 à 11,0. Avec le dispositif ci-dessus mentionné un tel rapport peut être réa lisé automatiquement et de façon stable sans aucune difficulté. REVEND I CAT ION S 1.- Un dispositif d'étirage de tube utilisant une énergie vibratoire caractérisé en ce que le rapport de valeur de la vitesse vibratoire à la vitesse d'étirage est réglé dans la gamme de 1,6 à 11,0. 2.- Un dispositif amélioré selon la revendication 1 caractérisé en ce que le réglage du rapport est établi par des moyens de détection de la vitesse d'étirage réelle, des moyens pour transformer le débit de ce moyen de détection en une valeur prédéterminée, des moyens pour rendre égal le débit capté résultant de la valeur réelle de la vitesse vibratoire au débit du moyen de conversion ci-dessus, des moyens assurant un filtrage passe-bande du débit des moyens d'égalisation ci-dessus, et ensuite des moyens pour appliquer le débit du générateur de puissance à haute fréquence pour ledit débit du filtre passe-bande à un transducteur électro-acoustique. 3.- Un dispositif amélioré selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'un circuit d'alimentation en retour positif est foe- mé par les moyens assurant l'égalisation, le filtre passe-bande, le générateur de puissance à haute fréquence, le transducteur électro-acoustique et le capteur pour prélever la valeur réelle.