Brevet FR2208734A1 — publié le 19740628

La présente invention concerne un procédé de façonnage de grandes viroles forgées, par bigornage à la presse sur un mandrin à partir d'une ébauche percée. Elle concerne également l'appareil- lage nécessaire à la mise en oeuvre du procédé. On connais le procédé de fabrication de viroles métalliques épaisses par bigornage d'une ébauche creuse sur un mandrin au moyen d'une presse de grande puissance. les presses de grande puissance, pouvant fournir des efforts de plusieurs milliers de tonnes, sont généralement des presses hydrauliques à colonnes. De telles presses, utilisées aussi par exemple pour le forgeage de gros rotors de turbines, comportent une tette de presse portant les outils de forgeage et coulissant verticalement le long de quatre colonnes de guidage. Si l'on fait abstraction de tous les équipements auxiliaires, pourtant très importants, l'espace occupé au sol par une telle presse est en forme de rectangle, les colonnes en occupant les quatre angles.L'axe de travail normal de la presse, ou axe longitudinal, dans le sens duquel les produits à forger sont ordinairement introduits ou enlevés, est l'axe parallèle au petit côté du rectangle. La presse a ainsi une ouverture frontale (largeur libre transversalement entre les colonnes avant ou arrière dans 1 axe longitudinal) supérieure à l'ouverture latérale (distance libre longitudinalement entre les colonnes). La presse comporte également un "tas" fixe de réaction, établi sur fondations et occupant ausol une surface sensiblement équivalente à celle de la tette de presse, c'est-à-dire enveloppant les bases des colonnes. les fondations susceptibles de supporter des charges importantes s'étendent aussi, dans l'axe longitudinal, de part et d'autre de la presse, pour supporter les "tas" mobiles utilisés pour amener les pièces sous la presse et les en évacuer. L'é- quipement de la presse est enfin complété par deux ponts roulants de manutention, circulant généralement sur les mimes chemins de roulement parallèles à I'axe longitudinal de la presse.Ces ponts sont munis d'un équipement "vireur", ctest-à-dire d'une channe sans fin qui, loraqutelle est mise en rotation, permet de faire tourner une pièce qui a été mise en appui sur sa boucle inférieure. Dans le procédé usuel de façonnage d'une virole forgée par bigornage, l'ébauche percée, de très forte épaisseur et de faible diamètre, est amenée sous la presse en présentant l'axe de la virole parallèlement à l'axe longitudinal de la presse. Un mandrin cylindrique est alors engagé dans l'ouverture de l'ébauche, et les extrémités du mandrin sont mises en appui sur deux 'chandelles" disposées dans l'axe longitudinal, légèrement en dehors de la presse, mais dans une zone de fondations résistantes. Après chaque coup de presse, on donne une légère rotation à la virole. Pour cela on utilise les deux ponts, disposés chacun de part et d'autre de la presse ; par chaque channe vireuse, on soulève légèrement de son appui chaque extrémité du mandrin, et on lui donne une légère rotation avant de la laisser reposer à nouveau pour supporter le coup de presse suivant. On comprend facilement qu'il existe des dimensions limites pour les viroles façonnées par ce procédé, limites dépendant des données constructives de la presse. Si par exemple le diamètre de la virole finie est supérieur à l'ouverture frontale de la presse, il devient impossible de faire normalement sortir la pièce finie dans l'axe longitudinal, mais si la hauteur de la virole ne dépasse pas l'ou- verture latérale, on pourrait encore évacuer la pièce finie latéralement. Une telle opération présente cependant des difficultés en raison des nombreux équipements auxiliaires qui sont souvent disposés à côté des presses de grande puissance. Par contre, on ne pourra plus façonner de viroles dont les dimensions finies de hauteur et de diamètre dépassent respectivement l'ouverture latérale et l'ouvertu- re frontale de la presse. Le développement des grandes cuves de réacteurs conduit maintenant à exiger la fabrication de viroles forgées pouvant atteindre 4 à 5 mètres de diamètre et 3 mètres de hauteur, qui dépassent les possibilités normales de très grosses presses de forgeage, atteignant pourtant jusqu'à 4 mètres d'ouverture frontale et 1,60 m environ d'ouverture latérale. le façonnage de telles viroles dépassant les capacités dimensionnelles des plus grosses presses, reste encore une opération exceptionnelle, si bien que sur le plan économique il est impossible d'envisager les investissements nécessaires à la mise en place d'une presse spéciale de plus grande ouverture. La présente invention apporte une solution à ce problème en permettant le façonnage de viroles de dimensions très supérieures à celles obtenues par le procédé usuel, et ceci sans modifier l'implantation de la presse dans l'atelier, ni celle des moyens de manutention auxiliaires Selon l'invention on dispose l'ébauche sous la presse de telle sorte que l'axe de l'ébauche soit parallèle à l'axe transversal de la presse, le mandrin étant disposé dans l'axe transversal sur deux chandelles disposées elles-memes chacune dans l'axe transversal de la presse, et la manoeuvre du mandrin, tant pour la mise en place sur les chandelles que pour sa rotation en vue de faire tourner la virole, est réalisée à l'aide d'un seul pont vireur,ltun des appuis du mandrin sur une chandelle étant rendu tournant, et l'évacuation hors de la presse de la virole finie s'effectue selon l'axe longitudinal de la presse. Selon l'invention également, l'appareillage pour la mise en oeuvre de ce procédé comporte - un mandrin de bigornage de forme extérieure cylindrique mais de masse dissymétriquement répartie de telle sorte que son centre de gravité soit à une distance d'une extrémité un peu supérieure à la largeur transversale de la presse, - une première chandelle comportant un appui de mandrin fixe à frot tement, - une deuxième chandelle comportant un appui de mandrin fixe à frot tement et à un appui mobile à rouleaux, l'appui à rouleaux étant déplaçable verticalement entre une position basse telle que le mandrin repose sur l'appui fixe à frottement, et une position haute où l'appui à rouleaux supporter complètement le mandrin qui est ain si libéré de l'appui fixe à frottement. l'invention va maintenant entre décrite avec plus de détails en se référant à un mode de réalisation particulier donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés. Les figures 1 et 2 illustrent de façon simplifiée le procédé usuel de façonnage d'une virole forgée par bigornage à la presse sur un mandrin. La figure 1 est une vue de face de la presse ; la figure 2 est une vue de dessus schématique. les figures 3 et 4 illustrent le procédé selon ltinvention. la figure e 3 est une vue de face de la presse en cours de forgeage la figure 4 est une coupe selon IV-IV de la figure 3. les figures 5 et 6 représentent la chandelle à appui mobile à rouleaux pour le mandrin. la figure 5 est une vue de face de la chandelle ; la figure 6 est une vue latérale partielle.la figure 7 est une coupe de la partie basse de la chandelle d'appui mobile à rouleaux, montrant le dispositif élastique oléopneumatique. la figure 8 est une coupe longitudinale du mandrin. les figures 9 et 10 illustrent la mise en place du mandrin sous la presse. la figure 9 est une vue frontale de la presse ; la figure 10 est une vue latérale, du côté du pont vireur. En se reférant tout d'abord aux figures 1 et 2, on rappellera que la presse de grande puissance utilisée pour le forgeage comporte particulièrement une tête de presse 5 portant les outils de forgeage et coulissant le long de quatre colonnes 6. La zone des fondations de la presse s'étend à la zone 7 entre les colonnes, mais se prolonge aussi en avant et en arrière dans les zones 8 qui supportent le "tas" mobile 9. Pour le forgeage, l'ébauche 10 est amenée sous la presse, puis le mandrin 11 est introduit à l'intérieur de l'ébauche, dans l'axe longitudinal de la presse, en utilisant pour le manoeuvrer les deux ponts roulants 12 et 13 représentés schématiquement en traits mixtes sur la vue en plan de la figure 2. Le mandrin 1 1 est mis en appui sur les deux "chandelles" 15.A chaque extrémité, le mandrin 11 est également engagé dans la channe vireuse 16 de chaque pont 12 ou 13. Après chaque coup de presse, chaque extrémité du mandrin 11 est légèrement soulevée de ses appuis 15 et le mandrin est mis en rotation par manoeuvre simultanée des deux channes vireuses 16, entrat- nant en même temps la rotation de ltébaucheO A la fin du forgeage, l'ébauche 10 est devenue la virole finie 18 dont le diamètre reste inférieur à l'ouverture frontale entre les colonnes de la presse la virole finie peut ainsi normalement être évacuée de la presse en la faisant reposer sur le "tas" mobile. On se référera maintenant aux figures 3 et 4 pour le façonnage selon l'invention, sur la mdme presse, d'une virole dont le diamètre fini doit être supérieur à l'ouverture frontale de la presse. L'ébauche 20 a été amenée sous la presse mais l'axe de la virole est perpendiculaire à l'axe longitudinal de la presse. L'ébauche repose sur le mandrin 21, qui repose lui-meme sur les deux chandelles 22 et 23 disposées entre les colonnes 6 sur les faces latérales de la presse. La chandelle 22 constitue un appui ordinaire, avec une échancrure supérieure sur laquelle repose le mandrin, le frottement l'immobilisant en rotation. la chandelle 23, qui sera décrite plus loin de fa çon plus complète, comporte au contraire une partie fixe 25 constituant un appui ordinaire, et un appui mobile à rouleaux 26.A l'une de ses extrémités seulement, le mandrin 21 est engagé dans la boucle de la chaste vireuse 16 d'un pont 12 ou 13. les deux ponts 12 et 13 étant en effet portés par les mêmes chemins de roulement, il n1 est pas possible de les amener tous les deux à la fois dans le plan médian transversal de la presse, et la manoeuvre de mise en rotation du mandrin entre deux coups de presse ne peut être réalisée qu'au moyen d'un seul pont. Pendant l'action de la presse, écrasant localement le métal de l'ébauche entre l'outil et le mandrin pour le refouler et augmenter le diamètre de la pièce, le mandrin repose à frottement sur la chandelle 22 et sur la partie fixe 25 de la chandelle 23.Après chaque coup de presse, pour faire tourner le mandrin et l'ébauche, on soulève d'abord l'appui mobile 26 qui soulève le mandrin légèrement au-dessus de l'appui 25 ; le mandrin repose alors sur l'appui à rouleaux 26. l'autre extrémité du mandrin est alors soulevée de l'appui 22 au moyen de la chaine 16. Puis on fait tourner la chaîne vireuse 16, et'les rouleaux de l'appui 26 permettent au mandrin sollicité par la channe de se mettre en rotation sur lui-m8me. On remarquera que les chandelles 22 et 23 supportant le mandrin pendant le forgeage sont disposées entre les colonnes 6 malgré les difficultés supplémentaires que cette disposition entrain pour leur mise en place. Cette disposition est nécessaire à la fois pour diminuer la portée entre les appuis du mandrin et surtout pour permettre de faire reposer les chandelles sur des zones pourvues de fondations capables de résister à l'effort de la presse. Après forgeage l'ébauche 20 est devenue la virole 28 et malgré son important diamètre il reste possible d'évacuer la virole finie dans l'axe longitudinslde la presse. On voit particulièrement sur cette figure que l'on peut ainsi réaliser des viroles forgées dont le diamètre n'est limité que par la hauteur libre entre la tte de presse et le tas, tandis que l'ouverture frontale de lapresse représente la hauteur maximum possible pour la virole ainsi façonnée. On se reportera maintenant aux figures 5 et 6 pour une description de la chandelle 23 munie d'un appui mobile à rouleaux. les rouleaux 30 sont supportés par une tête 31 fixée à l'extrémité de la tige 32 d'un vérin 33. La chambre du vérin 33 est mise en communication avec un accumulateur oléopneumatique 34 disposé dans la base 35 formant aussi le fond du vérin 33. La figure 7 donne plus de détails sur la liaison du vérin avec l'accumulateur. Le piston 37 du vérin y est représenté en position basse extrême. le fond du piston 37 est lié par la tige entretoise 38 à une cloche 39 coulissant dans un fourreau 40, lui-même engagé dans un alésage 41 de la base 35. La cloche 39 comporte des orifices d'équilibrage de pression 42 et un ressort intérieur.A son extrémité opposée au piston, l'alésage 41 est fermé par la plaque 43e Pour la simplification du dessin, on n'a représenté sur cette figure ni les boulons ou goujons d'assemblage de ces divers éléments, ni les joints d'étanchéité, car la détermination de leurs dimensions et emplacements est à la portée de n'importe quel techni chien. le fourreau 40 comporte une gorge annulaire intérieure 44 communiquant par une série d'orifices 45 avec une gorge annulaire 46 de la base 35. La gorge 46 communique elle-même par le conduit 47 avec la chambre 48 de l'accumulateur. De manière classique l'accumulateur 34 est constitué par une membrane 50 séparant la chambre 48 remplie d'huile, de la chambre 51 remplie de gaz.Bien entendu le dispositif comporte des orifices et des raccords de remplissage d'huile et de gaz, qui n'ont pas été représentés sur le dessin car leur emplacement peut être variable. Lorsque le mandrin 21 supportant 11 ébauche a été mis en place sous la presse et est venu en appui sur l'appui fixe 25 de la chandelle 23, le volume dthuile dans le vérin 33 et l'accumulateur 34 est réglé de telle sorte que l'effort vertical exercé par le vérin sur le mandrin 21 soit suffisant pour le soulever légèrement audessus de l'appui fixe 25, en supportant ainsi une partie du poids du mandrin et une partie du poids de ltébauche. L'ensemble du réglage est cependant déterminé de telle sorte que cet effort vertical exercé par le vérin sur le mandrin soit insuffisant pour supporter l'effort supplémentaire dû à l'action de la presse sur l'ébauche. Dans ces conditions à chaque coup de presse, les galets 30 et l'en- semble mobile 31-32 du vérin sont repoussés vers le bas, dégageant complétement la gorge 44 et refoulant l'huile dans la chambre 48 de l'accumulateur où la pression est ainsi augmentée. On voit donc, en se référant à nouveau aux figures 3 et 4 que lorsque la presse appuie sur ltébauche le mandrin vient reposer sur deux appuis fixes ; la chandelle 22 et la partie 25 de la chandelle 23. Dès que la tette de presse remonte,la surpression dans l'accumulateur engendre une force qui fait remonter le piston 37 avec le mandrin et l'ébauche. La cloche 39 remonte également et le mouvement de l'ensemble est d'abord rapide ; lorsque la cloche 39 atteint la position représentée en traits mixtes, elle crée un étranglement dans le circuit d'huile, ce qui freine le mouvement et l'arrête pratiquement lorsque la cloche vient remplir presque complètement la partie de l'alésage du fourreau située au-dessus de la gorge 44. De plus, la pression est maintenue équilibrée de part et d'autre de la cloche par les orifices 420 Cette disposition permet d'éviter toute oscillation ou rebondissement de l'ensemble mandrin-ébauche lors de son mouvement de remontée. Lors de la mise en rotation du mandrin 21 reposant sur les galets 30 l'ensemble de la tête constituant l'appui roulant est évidemment soumis à des réactions transversales importantes. Pour éviter de transmettre ces réactions au piston du vérin, la tige 32 du vérin est liée au piston 37 par une articulation à rotule. La stabilisation transversale de la tête 31 est assurée par deux bielles 53 et 54 articulées sur la t8te 31 et sur une manivelle 55,les deux manivelles 55 étant réunies par un arbre de torsion 56. l1ar- bre de torsion est porté par des paliers 57 fixés au vérin 33. L'une des difficultés rencontrées pour la mise en oeuvre de ce procédé de forgeage d'une virole ainsi disposée t'en traverse dans la presse, réside dans la mise en place du mandrin au moyen dtun seul des deux ponts habituellement utilisés pour cela. les figures 8, 9 et 10 illustrent la façon dont ce problème a été résolu.On utilise pour cela un mandrin 21 dissymétrique représenté en coupe par la figure 8. le mandrin 21 est constitué comme un tube de forte épaisseur capable de supporter les efforts de forgeage, mais une de ses extrémité est en outre lestée par une masse cylindrique intérieure60 le transformant dans cette zone en un tube pratiquement plein. À son autre extremité le mandrin proprement dit est prolongé par une partie cônique simplement réalisée en tôle. Les masses respectives des diverses parties de ce mandrin sont déterminées pour que le centre de gravité de I' ensem- ble se situe à une distance de l'extrémité portant la partie ctni- que supérieure à la largeur transversale de la presse.Dans ces conditions Si l'on soulève le mandrin par un ensemble de suspension 61 disposé dans la zone du centre de gravité, il devient possible de manipuler ltensemble du mandrin au moyen d'un seul pont, tout en lui conservant une position horizontale. La partie présentant le plus grand porte-a-faux étant supérieure à la largeur de la presse, il est possible d'engager le mandrin horizontalement en le présentant par le petit côté de la presse. La partie conique facilite son centrage dans l'échancrure de la chandelle 23. Cette opération est représentée par les figures 9 et 10, où lton voit également l'ébauche 10 qui a été préalablement amenée sous la presse au moyen du tas mobile 9, l'ébauche reposant sur un berceau 62 et diverses rehausses 63 jusqu'à ce que le-mandrin 21 soit mis définitivement en place.On utilise ensuite la tette de presse pour soulever l'ébauche au dessus de son berceau 62, ce qui permet de libérer le berceau et les rehausses; on laisse ensuite redescendre ltebaudhe 10 qui vient alors en appui sur le mandrin 21 et le forgeage propre- ment dit peut commencer0 Le procédé et les installations spéciales qui viennent autre écrites permettent donc de réaliser des viroles dont les dimensions dépassent largement les dimensions maximum généralement admises pour ces types de presse. On pourra noter que les nouvelles limites sont maintenant celles de l'ouverture frontale de la presse comme hauteur maximum de la virole, et la hauteur libre de la presse comme diamètre maximum de la virole.Cette dernière limite pour le diamètre de la virole peut pourtant encore être surmontée sans engager des dépenses d'investissements considérables. En effet il suffirait, pour pouvoir réaliser des viroles de plus grand diamètre encore, de rehausser la presse, ce q-ai peut-8tre assez facilement envisagé, car une telle opération peut se limiter à rehausser des colonnes sans rien avoir à modifier dans le dispositif moteur de la presse, ni dans son implantation, ni dans la disposition de tous les équipements auxiliaires. Bien entendu, l'invention ntest pas strictement limitée au seul mode de réalisation qui a été décrit, mais elle couvre également les modes de réalisation qui n'en différeraient que par des détails ou des variantes d'exécution. Par exemple l'appui mobile à rouleaux a été représenté associé à un dispositif élastique hydraulique, et on pourrait imaginer d'autres solutions purement mécaniques. On pourrait également imaginer, pour remplacer l'effa- cement automatique des galets sous lteffet de la mise en action de l'effort de forgeage, un dispositif entièrement commandé de montée et de descente de l'appui roulant, en synchronisme avec les mouvements de la tette de presse. REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication de viroles de grande hauteur et/ou de grand diamètre, par bigornage d'une ébauche percée, sur un man- drin supporté par deux chandelles, en utilisant une presse à colonnes de grande puissance comportant une tette de presse gui dée par quatre colonnes disposées en rectangle, dans laquelle on désignera - par ouverture frontale, la largeur libre entre les colonnes du grand caté du rectangle, - par ouverture latérale, la largeur libre entre les colonne s du petit côté du rectangle, - par axe longitudinal, l'axe de la presse parallèle au petit côté du rectangle, - par axe transversal, l'axe de la presse parallèle au grand coté du rectangle, l'équipement extérieur d'une telle presse étant par ailleurs complété par deux ponts vireurs se déplaçant sur des chemins de roulement parallèles à 1' axe longitudinal, et par un tas de réaction couvrant ltespace compris entre les colonnes et se prolongeant de part et d'autre dans 1' axe longitudinal, caractérisé par le fait qu'on dispose l'ébauche sous la presse de telle sorte que l'ase de l'ébauche soit parallèle à 1' axe transversal de la presse, le mandrin étant disposé dans 1' axe transversal sur deux chandelles disposées elles-memess chacune dans l'axe transversal de la presse, et par le fait, que la manoeuvre du mandrin, tant pour sa mise en place sur les chandelles que pour sa mise en rotation en vue de faire tourner la virole est réalisé à l'aide d'un seul pont vireur, l'un des appuis du mandrin sur une chandelle étant alors rendu tournant, l'évacuation hors de la presse de la virole finie s'effectuant selon l'axe longitudinal de la presse. 2 - Appareillage pour la mise en oeuvre du procédé selon revendi cation 1, caractérisé par le fait qu'il comporte : - un mandrin de bigornage de forme extérieure cyluldrique mais de masse dissymétriquement répartie de telle sorte que son centre de gravité soit à une distance d'une extrémité légère ment supérieure à la largeur transversale de la presse. - une première chandelle comportant un appui de mandrin fixe à frottement. - une deuxième chandelle comportant un appui de mandrin fixe à frottement et un appui mobile à ròuleautS l'appui à rou leaux étant déplaçable verticalement entre une position basse telle que le mandrin repose sur l'appui fixe et une position haute où l'appui à rouleaux supporte complètement le mandrin qui est ainsi libéré de l'appui à frottement. 3 - Appareillage selon revendication 2, caractérisé par le fait que chacune des deux chandelles est disposée entre deux colonnes limitant l'ouverture latérale. 4 - Appareillage selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que l'appui mobile à rouleaux est mon té sur un support élastique dont l'élasticité est déterminée de telle sorte que sous 1' effort de la charge du mandrin et de la virole il soit en position haute, légèrement au dessus de l'appui à frottement, l'effort supplémentaire de forgeage l'amenant à sa position basse. 5 - Appareillage selon revendication 4, caractérisé par le fait que le support élastique de l'appui mobile à rouleaux est constitué par un vérin hydraulique asso cié à un accumulateur oléopneumatique. 6 - Appareillage selon revendication 5, caractérisé par le fait que la liaison entre ltaccumulateur oléopneumatique comporte un limiteur de débit tendant à freiner et amortir le mouvement dé l'appui mobile entre sa position basse et sa position haute.