Brevet FR2269398A1 — publié le 19751128

'invention concerne les procédés de fabrication de pièces en tôle de diverses configurations par oxycoupage, ainsi que les dispositifs pour l'orientation du chalumeau de machines d'oxycoupage à la commande par photocopiage ou par programme réalisant ces procédés. On connaît un procédé de fabrication de pièces en tôle par oxycoupage, dans lequel le jet d'oxygène est orienté perpendiculairement au plan de la tôle et le chalumeau de coupe est déplacé suivant la ligne de découpe. Dans ce procédé, il reste sur les arêtes infdrieures des pièces découpées une quantité importante de particules de métal non blalé et d'oxydes du métal qui constitue ce que l'on appelle des bavures. Pour diminuer le volume des bavures on emploie de l'oxygène de pureté accrue (jusqu'à 99,9fui), qui assure une oxydation plus complète du métal pendant la coupe. Toutefois, la production d'un oxygène de pureté accrue est liée à une importante diminution du rendement des stations d'oxygène ou implique l'installation d'équipements coû- teus. la réduction du volume des bavures sur les pièces est aussi obtenue en diminuant la puissance de la flamme chauffant le métal, ce qui se traduit par une diminution de la vitesse de coupe. Dans ce cas, le jet coupant d'oxygène agit plus longuement sur la portion chauffée du métal et assure son oxydation plus complète. On connus aussi un procédé de fabrication de pièces en tôle par oxycoupage, consistant en ce que le chalumeau est placé au-dessus de la tôle dans une position telle que le jet coupant d'oxygène soit orienté sous un angle de 30 à 50Q par rapport à la verticale dans le sens de la coupe, avec en méme temps, une inclinaison vers la pièce de 15 à 20Q par rapport à la verticale, le chalumeau étant déplacé le long de la ligne de coupe et maintenu dans une position telle que l'inclinaison du jet d'oxygène par rapport à la ligne de coupe soit constante, indépendamment des changements de direction de la ligne de coupe. Pendant la coupe avec un jet d'oxygène incliné à 30 à 50Q par rapport à la verticale dans le sens de la coupe et à 15 à 200 par rapport à la verticale vers la pièce à découper, il faut maintenir rigoureusement constante la distance entre le nez du chalumeau et la surface de la tôle à couper. Une variation de cette distance, même d'une petite valeur, fausse les dimensions de la pièce par suite du déplacement du point d'intersection de l'axe du jet coupant d'oxygène avec la surface de la tôle. En outre, quand la tôle est coupée avec de tels angles d'inclinaison du jet coupant d'oxygène par rapport à la verticale, les bords des pièces découpées ont une grande inclinaison. On connatt des machines d'oxycoupage pour la fabrication de pièces en tôle. De telles machines possèdent sur un chariot porte-chalumeau un dispositif d'orientation du chalumeau, c'est-à-dire un dispositif qui permet de mettre le chalumeau dans une position telle que le jet d'oxygène soit orienté suivant un angle voulu par rapport au plan de la tôle, et de maintenir en permanence le chalumeau de façon que l'angle d'inclinaison du jet d'oxygène par rapport à la ligne de coupe soit constant, indépendamment des changements de direction de la ligne de coupe. les dispositifs connus pour l'orientation du chalumeau de machines d'oxycoupage comprennent un support sur lequel est fixé le chalumeau, des conduites amenant l'oxygène et le gaz combustible au chalumeau et un mécanisme d'orientation du support avec le chalumeau, fixé au chariot de la machine. Dans ces dispositifs, les conduites peuvent titre réalisées de deux manières : au moyen de flexibles raccordant le chalumeau directement aux sources de gaz, ou bien au moyen de flexibles raccordant le chalumeau aux sources de gaz par l'intermédiaire de collecteurs de distribution. Le dispositif selon le premier mode de réalisation présente un angle limité de rotation du chalumeau (3 Ir. à 4 ir maximum) par suite de la torsion des flexibles que provoque la rotation du chalumeau autour de son axe. les dispositifs selon le second mode de réalisation sont de conception complexe et leur fiabilité est basse, car les collecteurs de distribution n'assurent pas l'étanchéité nécessaire. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients indi quel. Il s'agit de créer un procédé de fabrication de pièces en tôle par oxycoupage dans lequel le chalumeau de coupe aurait par rapport au plan de la tôle une inclinaison qui assurerait une haute qualité des pièces découpées grâce à l'observation précise de leurs dimensions et à la faible inclinaison de leurs bords, ainsi que de créer un dispositif pour l'orientation du chalumeau de coupe d'une machine d'oxycoupage au cours du découpage des pièces, dont la conception assurerait la rotation du chalumeau sans torsion des flexibles amenant les gaz et supprimerait les fuites de gaz dans la zone de travail, ce qui lui conférerait une haute fiabilité. Elle a donc pour objet un procédé de fabrication de pièces en tôle par oxycoupage, consistant à mettre le chalumeau dans une position telle que le jet d'oxygène soit orienté sous un certain angle par rapport au plan de la tôle, puis à déplacer le chalumeau de façon que l'angle d'inclinaison du jet d'oxygène par rapport à la ligne de coupe soit constant, indépendamment des changements de direction de la ligne de coupe, caractérisé en ce que la position du chalumeau est choisie telle que l'axe du jet d'oxygène fasse un angle de 4 à 50 avec la verticale dans le sens de la coupe et soit en me- me temps incliné d'un même angle vers la pièce à découper. le dispositif pour l'orientation du chalumeau d'une madhine d'oxycoupage pour la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus est caractérisé en ce qu'il comprend deux cylindres coaxiaux, le cylindre extérieur étant réalisé tournant par rapport au cylindre intérieur qui est fixe, solidaire du chariot de la machine et accouplé par une liaison flexible au chalumeau, lequel est monté dans un palier dont la douille extérieure est liée au cylindre tournant extérieur avec une possibilité de décalage angulaire dans le plan vertical; les flexibles d'amenée des gaz aboutissant au chalumeau sont placés dans le cylindre intérieur. L'essentiel de l'invention consiste en ce qui suit. On sait que l'inclinaison du jet d'oxygène par rapport à la verticale dans le sens de la coupe, conditionnant également l'inclinaison de la flamme de chauffe, permet d'exécuter la coupe du métal à grande vitesse (Jusqu'à 900 mm/mn, selon l'épaisseur du métal à couper) grâce à la chauffe des couches supérieures du métal situées devant par la flamme de chauffe inclinée. En même temps, quand le jet d'oxygène est dans une telle position, la bavure se formant sur le bord inférieur de la saignée en est chassée vers l'avant dans la direction de la ligne de coupe et ne coule pas sur la portion déjà coupée du métal. Ceci diminue fortement le volume des bavures aux bords des pièces découpées.Quand le jet d'oxygène est incliné vers la pièce à découper, la bavure est accumulée par le jet sur le bord de chute, son volume sur les bords des pièces découpées étant fortement diminué. l'inclinaison combinée du jet d'oxygène (par rapport à la verticale dans le sens de la coupe et vers la pièce à découper) permet d'obtenir des pièces découpées aux bords nets (sans bavures). L'analyse de ce procédé montre que, dans l'oxycoupage à la machine, la précision dimensionnelle des pièces découpées et l'incli nais on. de leurs bords sont tributaires de l'inclinaison du jet d'oxygène. Plus l'inclinaison du jet d'oxygène est grande, plus les erreurs dimensionnelles et l'inclinaison des bords sont grandes sur les pièces découpées. les écarts dimensionnels apparaissent d'ordinaire à la moindre variation de la distance entre le nez du chalumeau et la surface du métal à couper; de telles variations sont observées lors de la coupe par suite des déformatione thermiques de la tôLe coupée. Pour améliorer la qualité des pièces découpées par accroissement de leur précision dimensionnelle et diminution de l'inclinaison de leurs bords, les auteurs ont trouvé les angles minimaux d'inclinaison du jet d'oxygène par rapport à la verticale. Ainsi, l'angle minimal d'inclinaison du jet d'oxygène par rapport à la verticale dans le sens de la coupe est de 4 à 50, et l'angle minimal d'inclinaison du jet d'oxygène vers la pièce à découper est lui aussi de 4 à 50. Quand le chalumeau est orienté de telle façon que l'axe d-u jet d'oxygène fait un angle de 4 à 50 avec la verticale, la chauffe du métal s'avère suffisante pour la conduite du processus à grande vitesse. L'augmentation de cet angle au-delà de la valeur indiquée ne donne pas d'accroissement du rendement. L'inclinaison du jet d'oxygène vers la pièce à découper à 4 à 5 assure l'accumulation de la bavure sur le bord du déchet. L'augmentation de cet angle au-delà de la valeur indiquée n'améliore pas la qualité de la pièce découpée. En conséquence, l'inclinaison du jet d'oxygène à 4 à 50 par rapport à la verticale dans le sens de la coupe et de la même valeur vers la pièce à couper est optimale pour la coupe du métal à grande vitesse et sans bavure. De tels angles permettent d'obtenir une précision dimensionnelle suffisamment élevée sur les pièces découpées pour les variations de la distance du nez du chalumeau à la surface du métal admissibles dans la pratique. Dans l'oxycoupage à la machine de pièces de configuration compliquée, avec un jet d'oxygène incliné sous un certain angle par rapport au plan de la tôle à découper, il est nécessaire d'avoir des dispositifs pour 11 orientation du chalumeau de la machine. Pour maintenir à une valeur constante l'inclinaison du jet d'ozygène par rapport à la ligne de coupe, indépendamment des changements de direction de cette ligne, on propose un nouveau dispositif dtorientation du chalumeau. L'avantage de ce dispositif, comparativement à ceux connus, consiste en ce que, lors de son orientation, le chalumeau ne tourne pas autour de son axe, de sorte que les flexibles d'amenée des gaz ne sont pas tordus. Ceci permet d'inviter l'emploi de collecteurs de distribution. le chalumeau ne tourne pas autour de son axe grâce à une liaison flexible l'accouplant à un cylindre intérieur fize et à son montage dans un palier dont la douille extérieure est fixée à un cylindre extérieur tournant. La possibilité de décalage angulaire du chalumeau dans le plan vertical permet d'incliner le chalumeau de l'angle voulu par rapport à la verticale. la disposition des flexibles d'amenée des gaz à l'intérieur du cylindre fixe permet d'accoupler la douille extérieure du palier au cylindre tournant extérieur par une liaison rigide sans croisement avec les flexibles d'amenée des gaz quel que soit l'angle dont est tourné le cylindre extérieur. Le raccordement du chalumeau aux sources de gaz directement par les flexibles supprime les fuites de gaz dans la zone de travail. Pour une meilleure compréhension de l'invention, on a adjoint à la description des dessins expliquant le procédé proposé pour la fabrication de pièces en tôle, ainsi que le dispositif pour l'ori- entation du chalumeau d'une machine d'oxycoupage réalisant ce procé dé. Aux dessins annexés - la Fig. 1 montre la position relative du chalumeau et de la tôle à couper pendant l'oxycoupage; - la Fig. 2 représente le schéma de fabrication d'une pièce; - la Fig. 3 représente le dispositif pour l'orientation du chalumeau d'une machine d'oxycoupage, vue de face avec arrachements; - la Fig. 4 représente le schéma électrique de commande du dispositif orientant le chalumeau. On considère un exemple concret de réalisation du procédé proposé. Soit à découper une pièce de forme complexe dans une tôle d'acier au carbone de 5mm d'épaisseur. Pour cela, on place un chalumeau de coupe 1 (Fig. l) au-dessus du plan de la t8le 2 dans une position telle que l'axe 3 du jet d'o xygène soit incliné d'un angle kt= 4 à 5Q par rapport à la verticale 4 dans la direction de la ligne de coupe 5, et, en même temps d'un angle oCM= 4 à 5Q vers la pièce à découper 6 (Fig 2). Après perçage du métal au point A, on commence le déplacement du chalumeau suivant la ligne de coupe 5 à une vitesse constante V. Pendant la coupe, la position du chalumeau est maintenue telle que les angles d'inclinaison du jet oCtet oC,#restant constants, indépen- damment des changements de direction de la ligne de coupe. Ceci correspond à une valeur constante de la projection Q du segment 7 de l'axe du jet d'oxygène dans le métal à couper et à une valeur constante de 1'angle/3 entre cette projection et la tangente 8 à la ligne de coupe en n'importe quel point B de celle-ci. le processus est conduit jusqu'à ce que le chalumeau revienne au point d'origine A où a été fait le perçage. La pièce découpée a une inclinaison des bords ne dépassant pas go et les écarts de ses cotes par rapport à celles prescrites ne dépassent pas + l mm. le dispositif représenté à la Fig. 5 comprend un chalumeau 1 fixé à un support 9, deux cylindres coaxiaux 10 et ll. le cylindre extérieur 10 est réalisé tournant par rapport au cylindre intérieur Il qui est fixe et solidaire d'un chariot 12 de la machine. A l'intérieur du cylindre fixe ll sont placés des flexibles 13 d'amenée des gaz, aboutissant au chalumeau 1, et un arbre flexible 14, accouplant le cylindre fixe ll au chalumeau l. Le chalumeau 1 est monté dans un palier 15, dont la bague extérieure 16 est liée au cylindre tournant 10 par le support 9. Le cylindre tournant 10 est doté d'une couronne dentée 17, servant à l'accoupler à un réducteur 18. le réducteur 18 est fixé au chariot 12. Une des entrées du réducteur 18 est accouplée à un servomoteur 19, et sa seconde entrée est accouplée à un émetteur 20 de réaction. la sortie de l'émetteur 20 est connectée à l'entrée d'un élément de comparaison 21 (Fig. 4), dont la seconde entrée est reliée à un système 22 de commande par photocopiage. La sortie de l'élément de comparaison 21 est connectée au servomoteur 19 par l'intermédiaire d'un amplificateur 23. Pour la mise du chalumeau l à l'angle l'axe du palier fasse avec la verticale un angleg 6 g Après branchement du dispositif#d'orientation du chalumeau, on règle le chalumeau à l'angle d'inelinaison 4vers la pièce à découper 6. A cet effet, on fait tourner de l'angle voulu le support 9 autour de l'axe des cylindres coaxiaux lO et ll, puis on le bloque sur le cylindre extérieur à l'aide de n'importe quel dispositif de blocage élémentaire. Quand la direction de la ligne de coupe change, il apparat à la sortie de l'élément de comparaison 21 une tension U1 de désaccord entre la tension U2 issue du système de commande par photoco piage 22 de la machine d'oxycoupage et la tension U3 issue de l'émetteur 20 de réaction. La tension U1 de désaccord est amplifiée par l'amplificateur 23 et commande le servomoteur l9, qui, par l'intermédiaire du réducteur 18, fait tourner le cylindre extérieur 10 et le détecteur 20 de réaction jusqu'à la position à laquelle le désaccord apparu se trouve supprimé, ce qui assure le maintien des an glesc ;à des valeurs constantes. Comme le montre la description, le procédé proposé améliore la qualité des pièces découpées grace à l'augmentation de leur précision dimensionnelle et à la diminution de l'inclinaison de leurs bords, et le dispositif d'orientation du chalumeau assure l'orientation du chalumeau sans torsion des flexibles lui amenant les gaz et la suppression des fuites de gaz dans la zone de travail. ~RETENDICA2IONS~ 1 - Procédé de fabrication de pièces en tôle par oxycoupage au chalumeau, consistant à mettre le chalumeau dans une position telle que le jet d'oxygène soit orienté sous un certain angle par rapport au plan de la tale, puis à déplacer le chalumeau le long de la ligne de coupe et à maintenir en méme temps le chalumeau de façon que l'angle d'inclinaison du jet d'oxygène par rapport à la ligne de coupe soit constant, indépendamment des changements de direction de la ligne de coupe, caractérisé en ce que la position du chalumeau est choisie telle que l'axe du jet d'oxygène fasse un angle (it) de 4 à 5Q avec la verticale dans le sens de la coupe et soit en même temps incliné d'un même angle ( ; vers la pièce à découper. 2 - Dispositif pour l'orientation du chalumeau d'une machine d'oxycoupage pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, comprenant un chariot portant le chalumeau de coupe, ca caractérisé en ce qu'il comporte deux cylindres coaxiaux, le cylindre extérieur étant réalisé tournant par rapport au cylindre intérieur qui est fixe, solidaire du chariot de la machine et accouplé par une liaison flexible au chalumeau, lequel est monté dans un palier dont la bague extérieure est liée au cylindre tournant extérieur avec une possibilité de décalcage angulaire dans le plan vertical, les flexibles d'amenée des gaz, aboutissant au chalumeau étant placés dans le cylindre intérieur.