Brevet FR2170920A1 — publié le 19730921

La présente invention concerne le travail des métaux par déformation et plus particulièrement les commandes des outils de travail des machines à vitesse de fonctionnement élevée, destinées au travail des métaux par déformation et faisant appel à l'énergie d'un gaz sous haute pression pour la propulsion de l'outil de travail à de grandes vitesses et opérant suivant un cycle thermodynamique fermé, c'est-àdire sans échappement du gaz vers l'atmosphère. La commande réalisée conformément à la présente invention permet notamment la propulsion à des vitesses élevées de l'outil de travail des machines utilisées pour l'obtention de pièces forgées de précision constituées de métaux ou alliages ordinaires ou difficilement déformables, et comportant des nervures minces et hautes, avec de faibles dépouilles de formage ou sans dépouilles (par exemple les ébauches des roues à ailettes des pompes centrifuges, etc...). On connaît des commandes de l'outil de travail de telles machines faisant appui à l'énergie d'un gaz comprimé sous haute pression, pour la propulsion de l'outil de travail à des vitesses considérables, cette énergie étant utilisée pour la formation de l'ébauche. Sur le bâti de machine est monté mobile un châssis sur lequel se trouve un réservoir de gaz sous haute pression. Le châssis portant le réservoir est monté sur le bâti de la machine par l'intermédiaire d'amortisseurs atténuant les oscillations au cours de son déplacement par rapport au bâti. Le réservoir est rigidement assemblé à un cylindre comportant une tige dont l'extrémité pénétrant dans le réservoir porte un piston recevant la pression du gaz comprimé pour la réalisation de la course de travail, tandis que l'autre extrémité de la tige, située hors du cylindre, porte outil de travail. Approximativement au milieu de la tige est prévu un épaulement par lequel la tige bute contre le cprps du réservoir. Dans le cylindre, sur ladite tige,est disposé un piston flottant destiné à ramener la tige à sa position initiale après sa course utile. A cet effet, l'enceinte du cylindre situiie entre le piston flottant et le fond ducylindre est mise en communication avec une source de fluide sous haute pression. En venant buter contre l'épaulement de la tige, le piston flottant ramène cette dernière à sa position initiale pour la réalisation de la course de travail suivante. L'enceinte du cylindre située entre l'épaulement et le piston flottant est remplie de gaz comprimé à basse pression pour le retour du piston flottant à sa position initiale lorsque l'enceinte entre le piston flottant et le fond du cylindre est en communication avec l'évacuation.Pour le maintien du piston et de la tige en position initiale et pour l'amorcage de la course utile, l'enceinte fermée du réservoir formée entre le corps du réservoir et le fond du piston en position initiale, est mise en communication, par l'intermédiaire d'éléments de commande, avec 1 1enceinte du réservoir dans lequel se trouve le gaz sous haute pression. Lesdits éléments de commande sont constitués par des robinets manoeuvrés par un système de commande autonome. Dans la commande décrite plus haut, la tige passe à travers le réservoir et le cylindre. La longueur de la tige est approximativement égale au double de la longueur de la course de l'outil de travail, par conséquent l'encombrement de la commande dans son ensemble est lui aussi égal à environ le double de la longueur de la course de l'outil de travail car le réservoir dans lequel se trouvent le piston et une partie de la tige est situé au-dessus du cylindre, ce qui détermine la longueur de la commande. En outre, le gaz à basse pression est fourni dans l'enceinte du cylindre entre le piston flottant et 11 épaulement à partir d'une source de gaz comprimé autonome. Pour assurer le fonctionnement normal de la commande, il faut utiliser des joints- d'étanchéité prévenant la pénétration dans cette enceinte du gaz sous haute pression se trouvant dans le réservoir. Il est également nécessaire d'installer un appareillage réglant la pression du gaz dans cette enceinte, car lorsque la pression augmente par suite des fuites possibles de l'enceinte du réservoir, l'énergie de choc développée par la commande se modifie, ce qui peut provoquer la mise hors service de la commande. La manoeuvre des éléments de commande à partir d'un système de commande autonome occupe une partie de la durée d'un cycle de fonctionnement de la commande compris entre deux courses utiles consécutives, car entre le moment ou l'ordre de manoeuvre est transmis aux éléments de commande et le moment de leur manoeuvre effective, il s'écoule un certaiatemps, ce qui réduit la productivité de la machine. Le but de la présente invention est de supprimer les inconvénients mentionnés. A cet effet, l'invention vise une commande pour l'outil de travail d'une machine à grande vitesse de fonctionnement pour le travail des métaux par déformation, dans laquelle la disposition du cylindre par rapport au réservoir serait telle, qu'elle permettrait de réduire l'encombrement de la commande, qui serait déterminé seulement par la course utile de l'outil. Cet objectif est atteint du fait que dans une commande de l'outil de travail d'une machine à grande vitesse de fonctionnement pour le travail des métaux par déformation, du type comprenant un réservoir comportant une enceinte remplie de gaz comprimé à haute pression, et un cylindre dans lequel se trouvent, d'une part, une tige munie d'un piston et portant l'outil de travail, ledit piston exécutant sa course utile sous l'action du gaz comprimé, contenu dans le réservoir et agissant sur le fond du piston, et, d'autre part un piston flottant monté sur ladite tige et destiné à ramener celle-ci à sa position initiale, l'enceinte du cylindre située entre le fond du cylindre et le piston flottant communiquant, à cet effet, avec une source de fluide sous haute pression, tandis que l'enceinte située de l'autre coté du piston flottant est remplie de gaz comprimé à basse pression pour le retour du piston flottant à sa position initiale, l'enceinte ferme du réservoir formée entre le fond du piston de la tige en position initiale et le corps du réservoir et destinée à maintenir la tige en position initiale étant mise en communication, par l'intermédiaire d'éléments de commande, avec l'enceinte du réservoir dans lequel se trouve le gaz sous haute pression J Selon l'invention, le cylindre est disposé au moins en partie dans l'enceinte du réservoir et est rigidement fixé à ce dernier, ladite partie du cylindre comportant des ouvertures qui sont masquées par le piston de la tige en position initiale qui, quand elles sont démasquées par le piston, mettent en communication l'enceinte du réservoir avec l'enceinte du cylindre située au-dessus dudit piston, pour faire exécuter à ce dernier sa course utile, tandis que l'enceinte du cylindre remplie de gaz à basse pression est mise en communication avec l'enceinte du réservoir par l'intermédiaire d'un orifice ménagé dans la paroi du cylindre et dont la section de passage est réglée par un étrangleur disposé dans cet orifice. Il est préférable que les éléments de commande précités, mettant en communication le réservoir avec ladite enceinte fermée, soient constitués par un étrangleur et un clapet de retenue montés dans des canalisations ménagées dans la paroi du réservoir. Une telle disposition des éléments de commande permet de ne pas utiliser un système autonome de commande de ces derniers, ce qui améliore la productivité des machines grâce à l'économie de temps réalisée au cours du cycle de fonctionnement de la commande. L'invention permet de réduire l'encombrement, le poids et le cout de la commande, de simplifier sa conception, à assurer un rendement élevé des machines dotées d'une telle commande. L'invention est décrite ci-dessous à l'aide d'un exemple de réalisation concret mais non limitatif de la présente invention, illustré par le dessin unique annexé représentant une vue schématique en coupe songitudinale de la oommandepoposéeds l'outil de travail d'une machine à grande vitesse de fonctionnement pour le travail des métaux par déformation. na commande de l'outil de travail de la machine à grande vitesse de fonctionnement pour le travail des métaux par déformation comporte un réservoir 1 monté sur un châssis 2, qui, par l'intermédiaire d'amortisseurs 3, repose sur le bâti 4 de la machine. tes amortisseurs 3 sont prévus pour atténuer les oscillations du châssis 2, au cours de ses déplacements par rapport au bâti 4, sous l'action des forces de réaction engendrées lors du choc. L'enceinte 5 du réservoir 1 est remplie d'un gaz sous haute wession. Dans cette enceinte se trouve unkylindre 6 comportant des ouvertures 7 mettant en communication l'enceinte 5 du réservoir avec l'enceinte du cylindre 6. te cylindre 6 est rigidement fixé au réservoir 1. Dans le cylindre 6 se trouve une tige 8 susceptible d'être animéed'un mouvement rectiligne alternatif et à un bout de laquelle est monté un piston 9 qui masque les ouvertures 7 du cylindre 6 quand il est en position initiale, c'est-à-dire avant d'effectuer sa course utile. A l'autre bout de la tige 8 disposé à l'extérieur du cylindre 6 est fixé un marteau 10 portant l'outil de travail 11. Dans le cylindre 6 est monté sur la tige 8, un piston flottant 12 prévu pour le rappel de la tige 8 à sa position initiale après l'exécution de sa course utile. Aket effet, l'enceinte du cylindre 6 située entre le piston flottant 12 et le fond du cylindre 6 est mise en communication, par l'intermédiaire d'une tuyauterie 13 et d'une valve 14, soit avec une source(non représentée) de liquide sous haute pression, soit avec une conduite d'évacuation. Pour le retour du piston flottant 12 à sa position initiale, l'enceinte du cylindre 6 située entre le piston flottant 12 et le piston 9, est mise en communication par l'intermédiaire d'un orifice 15 ménagé dans la paroi du cylindre 6, avec l'enceinte 5 du réservoir 1. Dans l'orifice 15 est monté un étrangleur 16 réglant l'aire de section de passage de cet orifice, ce qui permet de remplir l'enceinte entre le piston flottant 12 et le piston 9 avec du gaz à basse pression, grâce à l'effet de détente du gaz sous haute pression exercé par l'étrangleur 16. La gaz à basse pression ramène le piston flottant 12 en position initiale quand l'enceinte entre le piston 12 et le fond du cylindre 6 est mise en communication avec l'évacuation comme représenté sur le dessin par la flèche A. Dans le réservoir 1, du côté du piston 9, est ménagée une canalisation 17 qui, par des canalisations 18 et 19, fait communiquer avec l'enceinte 5 du réservoir l'enceinte fermée formée entre le fond du piston 9 en position initiale et le corps du réservoir 1. Ladite enceinte fermée est destinée à maintenir le piston 9 en position initiale. Pour transmettre à celui-ci un mouvement initial, c'est-à-dire un mouvement précédant le démasquage des ouvertures 7 du cylindre 6, il est prévu des éléments de commande, montés dans les canalisations 18 et 19 et constitués par un étrangleur 20 et un clapet de retenue 21. Une telle disposition des éléments de commande 20 et 21 permet de mettre en accord, de la façon la plus simple et la plus fiable, le déplacement du piston flottant 12 et celui de la tige 8 solidaire du piston 9. Sur le châssis 2 est monté un autre outil de travail 22. La déformation de l'ébauche 23, posée sur l'outil de travail 11, s'opère entre celui-ci et l'outil de travail 22 sous l'effet de la propulsion de la tige 8 (portant l'outil de travail 11) par l'énergie de la haute pression transformée en énergie cinétique de mouvement de translation des outils de travail 11 et 22. La commande de l'outil de travail de la machine à vitesse de fonctionnement élevée pour le travail des métaux par déformation fonctionne de la façon suivante. Pour améliorer le travail des surfaces de frottement de la commande, on verse dans l'enceinte 5 du réservoir un liquide lubrifiant, par exemple de l'huile minérale. La position de commande représentée sur le dessin est celle à laquelle elle est prête pour la course de travail, c'est-à-dire la course de frappe de l'ébauche 29 placée sur l'outil de travail 11. te piston 9 se trouve en position initiale, les ouvertures 7 sont masquées et le gaz sous haute pression ne débouche pas dans l'enceinte du cylindre. Sous l'action de la pression du gaz passant par l'orifice 15 et l'étrangleur 16, le piston flottant 12 refoule le liquide de l'enceinte située entre lui et le fond du cylindre 6, par l'intermédiaire de la tuyauterie 13 et de la valve 14, vers l'évacuation(suivant la flèche A). Les étrangleurs 16 et 20 sont réglés de telle façon que la tige 8 solidaire du piston 9 ne commence à se déplacer que quand le piston flottant 12 a occupé sa position initiale. Sous l'effet de la pression du gaz passant de l'enceinte 5 du réservoir 1 par la canalisation 18, l'étrangleur 20, la conduite 17, vers l'enceinte fermée du réservoir 1, la tige 8 portant le piston 9 se déplace vers le haut. Dès que le piston 9 démasque les ouvertures 7 du cylindre 6, le gaz sous haute pression agit sur le fond du piston 9 et propulse la tige 8 portant le marteau 10 et l'outil de travail 11. Sous l'action des forces de réaction le châssis 2 se déplace vers le bas. L'énergie du gaz sous haute pression se transforme en énergie cinétique de mouvements de translation mutuellement opposés du marteau 10 portant l'outil de travail 11 et l'ébauche 23, et du châssis 2 portant le deuxième outil de travail.22, cette énergie cinétique étant utilisée pour la déformation de l'ébauche 23. Après la déformation, le châssis 2 revient occuper sa position initiale sous l'action des amortisseurs 3. Pour le rappel en position initiale de la tige 8 solidaire du piston 9 et du marteau 10 portant l'outil de travail 11, il suffit, à l'aide de la valve 14, de faire communiquer la source de liquide sous haute pression, par l'intermédiaire de la tuyauterie 13 avec l'enceinte du cylindre 6 située entre le fond du cylindre 6 et le piston flottant 12. Sous l'action de la pression du liquide débité suivant la flèche B, le piston flottant 12 agit sur le piston 9 de lStige 8, et déplace ce der nier jusqu'à sa position initiale, c'est-à-dire sa position inférieure. Le liquide de l'enceinte fermée du réservoir 1, formée par le fond de piston 9 et le corps de réservoir 1, est refoulé vers l'enceinte 5 du réservoir 1 par l'intermédiaire des canalisations 17, 18, 19 en passant par l'étrangleur 20 et le clapet de retenue 21. te clapet de retenue 21 permet de réduire la résistance engendrée pendant le refoulement du liquide contenu dans l'enceinte fermée du réservoir 1. L'ébauche déformée 23 est déposée de l'outil de travail il pour être remplacée par une nouvelle ébauche. Pour appliquer le choc suivant, il suffit, à l'aide de la valve 14, de faire communiquer l'enceinte du cylindre 6 situé entre le fond du cylindre 6 e t le piston flottant 12 avec la conduite d'évacuation suivant la flèche A, à la suite de quoi le piston flottant 12, sous l'action de la pression du gaz passant de l'enceinte 5 dans l'enceinte située entre le piston flottant 12 et le piston 9, se déplace jusqu a sa position initiale et la course de travail s'effectue automatiquement. La commande réalisée conformément à la présente invention permet d'obtenir une machine de conception simple, à rendement élevé et ne nécessitant pas un système compiqué de commande générale. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisationdecrit et représentée 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 l'esprit de l'invention et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1.- Commande de l'outil de travail d'une machine à grande vitesse de fonctionnement pour le travail des métaux par déformation, du type comprenant un réservoir comportant une enceinte remplie de gaz comprimé sous haute pression, et un cylindre dans lequel sont logées d'une part, une tige manie d'un piston et portant l'outil de travail, ledit piston exécutant sa course utile sous l'effet de l'action exercée sur son fond par le gaz comprimé contenu dans le réservoir, et, d'autre part, un piston flottant monté sur ladite tige et destiné à ramener cette dernière à sa position intiale, l'enceinte du cylindre située entre le piston flottant et le fond du cylindre étant à cet effet mise en communication avec une source de fluide sous haute pression, tandis que l'enceinte dg cylindre située de l'autre côté du piston flottant se remplit de gaz comprimé à basse pression pour le rappel du piston flottant à sa position initiale, l'enceinte fermée du mservoir formée entre le fond du piston de la tige en position iritiale et le corps du réservoir et destinée à maintenir la tige en position initiale étant mise en communication, par l'intermédiaire d'éléments de commande, avec l'enceinte du réservoir, dans laquelle se trouve le gaz sous haute pression, caractérisée en ce que le cylindre précité est logé au moins en partie dans l'enceinte dudit réservoir, est rigidement fixé à ce dernier et comporte dans ladite partir des ouvertures qui sont masquées parle piston de la tige quand ceDe-ci est en position initiale, et qui lorsqu'elles sont démasquées par le piston, mettent en communication l'enceinte du réservoir avec l'enceinte du cylindre située au-dessus dudit piston, pour faire exécuter à ce dernier sa course utile , tandis que l'enceinte du cylindre remplie de gaz à basse pression est mise en communication avec l'enceinte du réservoir par l'intermédiaire d'un orifice ménagé dans la paroi du cylindre et dont la section de passage est réglée par un étrangleur disposé dans cet orifice. 2.- Commande suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments de commande précités mettant en communication l'enceinte du réservoir avec ladite enceinte fermée sont constitués par un étrangleur et un clapet de retenue montés dans des canalisations ménagées dans la paroi du réservoir.