Brevet FR2264606A1 — publié le 19751017

La présente invention concerne l'usinage des métaux par explosion, notamment les dispositifs pour l'usinage des métaux par explosion, et peut être appliquée, par exemple, au domaine de l'usinage des métaux par explosion au moyen de puissantes charges d'explosif dans les conditions industrielles. On connatt des dispositifs pour l'usinage des métaux par explosion, se présentant sous la forme d'un récipient à paroi mince mono ou multicouche avec un couvercle et un fond. La capacité de la chambre dtexplosion, déterminée par la quantité admissible d'explosif #pour une explosion, dépend de son volume utile dans lequel les produits de l'explosion peuvent se détendre, et de la résistance du corps. C'est#pourquoi, un moyen d'accroitre la capacité des chambres d'explosion réside dans 11 augmentation de leur volume utile, c'està-dire de leur encombrement, ainsi que de la résistance du corps et des autres éléments de la chambre.Quand on augmente l'encombrement de la chambre, pour conserver sa capacité de chargez il s'avère nécessaire d'augmenter l'épaisseur et la rigidité des parois du corps (par exemple par nervurage), d'accroftre la résistance des éléments de fixation des fonds, des couvercles, etc..., ce qui complique et rend plus chère la fabrication et l'utilisation des chives d'explosion connues de puissance accrue. la nécessité d'utiliser des tôles fortes pour le corps et les autres éléments constitutifs des grandes chambres d'explosion fait surgir des difficultés de principe dans la fabrication de la chambre, et notamment dans le formage et le soudage ultérieur des éléments du corps de la chambre. I1 est à noter aussi que les soudures assemblant les tales fortes ont une résistance bien plus basse que le métal de base, surtout vis-à-vis des charges dynamiques.Un problème sèrieux est posé par le prix levé des tôles fortes, par leurs nombreux#défauts-qui peuvent être la cause de dégradations locales de la chambre par l'explo ion. D'une façon générale, l'élimination de dégradations de n'importe quelle nature, par exemple de perforations produites par des éclats ou d'autres endommagements similaires, dans les chambres de conception connue, réalisées par exemple par soudage, ne permet pas de rétablir complètement leur capacité de charge. #i-dessus, on n'a exposé que les inconvénients principaux des conceptions connues, freinant la création de chambres d'explosion de grande capacité. Pour cette raison, il n'existe actuellement aucune chambre d'explosion métallique de grande capacité et, pour 1'exécution de grosses explosions en vue du formage de métaux on utilise dans l'industrie des abris du type tunnel, galerie de mine etc. qui, primo, sont très chers et, secundo, sont situés en règle générale loin des établissements de constructions mécaniques exécutant des travaux à l'explosif, ce qui entrave l'application à grande échelle dans l'industrie de l'énergie des charges explosives. le but de l'invention est de supprimer les inconvénients énumérés ci-dessus. Il s'agit donc de créer un dispositif pour l'usinage des métaux par explosion, qui se prête bien à la fabrication, présente un volume utile et une capacité plus grande que ceux des chambres connues, dont le corps et les éléments constructifs sont plus fiables, ce qui, à son tour, permet d'accrotre notablement la puissance des explosions qui y sont produites. La solution consiste en un dispositif pour l'usinage des métaux par explosion, comprenant une chambre dans laquelle on place les pièces à usiner et l'explosif, dispositif dans lequel, d'après 1 'inven- tion, la chambre d'explosion est formée par les tranches Juxtaposées latéralement d'une multitude de tubes droits placés principalement suivant des directions normales à la surface fictive de la chambre, les intervalles entre les tranches desdits tubes étant obturés her métiquement et la longueur des tubes étant au moins égale à la moitié de la plus petite dimension linéaire de la chambre. Une telle solution constructive permet d'exécuter dans une mdme chambre des explosions de puissance moyenne et grande en vue de l'usinage des métaux par explosion, ainsi que d'améliorer la facilité de réalisation de la chambre et sa fiabilité. La chambre ainsi con çue peut être réalisée en profilés (tubes) minces, ayant de hautes caractéristiques mécaniques et des défauts très faibles. La réalisation de la chambre se trouve simplifiée, notamment en ce qui concerne le soudage des éléments minces du corps. La chambre permet d'utiliser plus complètement les ressources énergétiques des tubes grâce au fait que-, dans une telle conception, leur déformation est exploitée successivement dans des directions radiales et dans la di rection axiale.Les risques de mise hors d'usage de la chambre par suite de dégradations locales sont réduits étant donné la possibilité de remplacer sans entraves certains des tubes, ceci n'ayant aucune influence sur la fiabilité ultérieure de la chambre. En outre, le dispositif proposé permet de dissiper l'énergie des courants de gaz dans chaque tube, cette dissipation éta#nt favorisée par leur longueur importante comparativement à l'encombrement de la chambre et la surface développée des éléments du corps (tubes) conditionnant un échange thermique intense dans le sens courant de gaz-tube-milieu ambiant, ce qui prévient un échauffement excessif des parois des tubes quand la chambre est utilisée, par exemple, dans la fabrication en série. Les tubes voisins, d'après l'invention, peuvent être rigidement liés entre eux par des entretoises, et l'espace libre entre les tubes peut être rempli avec un matériau pulvérulent. Cela permet d'augmenter encore la capacité de charge de la chambre grâce à l'augmentation de la masse de produit qui, en remplissant l'espace mentionné, encaisse la charge et amortit les oscillations des éléments du corps de la chambre engendrées par l'explosion. Les bouts extérieurs des tubes peuvent être bouchés hermétiquement, ce qui permet de faire le vide dans la Chambre avant l'explosion ainsi que de prévenir la dispersion des produits de ltexplosion dans l'atmosphère. Plus bas on donne un exemple concret de réalisation de l'invention et décrit ci-après, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels - la Fig. 1 représente un dispositif conforme à l'invention pour l'usinage des métaux par explosion, vu en élévation avec coupe par#tielle; - la Fig. 2 est une vue de dessus, avec couvercle enlevé, du dispositif de la Fig. 1. Le dispositif pour l'usinage des métaux par explosion comprend plusieurs rangées superposées de tubes droits 1 (Fig.1) à section ronde placée horizontalement. Dans chaque rangée les tubes 1 sont disposés en étoile à des distances égales, de telle façon que leurs tranches 2 Xuxtaposées forment une chambre cylindrique3. Les bords desdites faces 2 des tubes I successifs se touchent et les axes des tubes 1 sont disposés suivant des directions normales à la chambre cylindrique 3. Dans le cas considéré, les tubes 1 sont disposés radialement et la longueur de chaque tube 1 est prise égale au diamètre de la chambre cylindrique 3. Les bouts extérieurs des tubes 1 peuvent être obturés par des fonds 4 (Fig. 2). Les tubes 1 sont rigidement liés entre eux en plusieurs endroits suivant leur longueur par des entretoises 5, lesquelles sont à leur tour solidarisées par des barres verticales 6. les intervalles entre les bouts intérieurs des tubes 1 sont obturés par des tampons 7 de forme métalliques, soudés aux tubes 1, suivant le périmètre, par un cordon étanche. L'espace libre entre les tubes 1 est rempli de matériau pulvérulent 8, par exemple du sable, de la terre, de la grenaille, etc.. la chambre 3 est dotée d'un couvercle 10 métallique. Dans les cavités des tubes 1 sont placées des plaquettes 11, solidement fixées à la paroi des tubes 1 de telle façon qu'entre leur bord et la paroi du tube 1 il reste un écartement suffisant pour le passage du courant de gaz, la hauteur de ces plaquettes, augmentant au fur et à mesure que l'on se rapproche du fond 4 des tubes 1. Les plaquettes peuvent être de forme diverses et être inclinées sur l'ase des tubes 1. Elles peuvent aussi titre liées non pas à la paroi des tubes 1, mais aux fonds 4, à l'aide de tiges montées dans l'axe des tubes 1. Dans l'exemple considéré à la Fig.l; les plaquettes sont montées perpendiculairement par rapport à la direction d'écou- lement des gaz. Dans le dispositif proposé pour l'usinage des métaux par explosion, la chambre 3 peut avoir des formes diverses et, par exemple, elle peut être parallélépipédique, cylindrique, sphérique, hémisphérique etc... Dans certains types de réalisation la chambre 3 permet de se passer de certains éléments traditionnels dans les chambres d'explosion connues, par exemple du couvercle et du fond. Notamment, l'un des tubes 1 peut dtre utilisé en tant que tunnel pour l'accès à la chambre 3, et le r81e du soubassement peut être joué par le sol auquel on ancre la chambre à l'aide de pieux. Si les tubes 1 sont dotés de fonds 4, on fait le vide dans la chambre avant l'explosion. Le dispositif fonctionne de la façon suivante De même que dans les chambres d'explosion de conception connue, dans le dispositif proposé, les pièces à usiner et la charge dfeI- plosif sont placées dans la partie centrale de la chambre 3. Lorsque la charge explose, les produits de l'explosion se détendent en engendrant dans l'air (dans le cas d'une chambre d'explosion non vidée) une onde de choc à peu près sphérique emplissant la chambre 3,.L'on- de de choc atteint les bouts ouverts des tubes 1 et continue à progresser après avoir été fractionnée en veines de gaz séparées dans les tubes 1.Au fur# et à mesure que les veines de gaz parcourent des tubes 1, ces tubes se déforment latéralement sous l'action de# la surpression derrière le front de l'onde. Gr%ceà cette déformation et à l'échange thermique intense avec la surface intérieure dévélop pée des tubes 1, au fur et à mesure de leur avancement, les paramètres des veines (température et pression) diminuent Â la rencontre des fonds 4, les veines sont freinées et les tubes 1 commencent à se déformer dans la direction axiale, la dissipation de l'énergie des veines et l'abaissement de leurs paramètres se poursuivant.L'interaction des veines avec les tubes 1 liée à des phénomes dtinterfé- rence conditionne l'amortissement des vibrations élastiques des tubes 1 et la dissipation progressive de lténergie; grâce à l'étouffe- ment des vibrations et à l'échange thermique intense On obtient une augmentation supplémentaire de la capacité de charge de la chambre 5 en remplissant l'espace entre les tubes 1 avec un matériau pulvérulent 8, qui, en participant à la dissipation de l'énergie, augmente la masse d'inertie de la chambre 3 et intensifie l'amortissement des vibrations des tubes 1. Les plaquettes 11 placées dans la cavité des tubes I incurvent la trajectoire des veines de gaz, les mettent en turbulence et les dirigent sur la paroi des tubes 1, ce qui contribue à une dissipation plus complète de l'énergie; de plus, grâce à la diminution de la section de passage des tubes 1 au fur et à mesure que l'on se rapproche des fonds 4, le freinage--des veines s'intensifie au fur e i mesure de leur progression dans les tubes 1, ce qui se traduit par une mise en charge des tubes suivant leur longueur plus uniforme. les dimensions, notamment la longueur des tubes 1 constituant la chambre 3 prévue au moins égale à la moitié-de la plus petite dimension linéaire de la chambre 3, sont choisies en posant comme con ditions que la quantité de métal mise en oeuvre soit optimale et que la rigidité de la chambre 3 soit élevée, ainsi que de façon à assurer la dissipation nécessaire de l'énergie des veines de gaz dans les tubes 1. Toutes ces conditions sont d'autant mieux satisfaites que la longueur des tubes 1 est grande. Les dimensions et le nombre des entretoises 5 et 6 sont choisies de façon à assurer l'équirésistance des tubes 1 et de la chambre 3 vis-à-vis de la charge impulsionnelle et de la charge statique (pression résiduelle des produits de l'explosion). L'introduction des pièces à usiner et des charges d'explosif et leur extraction s'effectue soit à la main, soit à l'aide d'appareils de manutention à travers l'ouverture supérieure de la chambre 3 (dotée d'un couvercle 10), ou bien à travers l'un des tubes 1 horizontaux, faisant dans ce cas office de tunnel. Après l'explosion on ventile la cavité de la chambre 3 et des tubes 1 pour en évacuer les produits gazeux de l'explosion. De la sorte, grâce au fait que l'élément essentiel du dispositif - sa chambre 3 - est constitué par des tubes minces 1, pour des quan~t9téa de métal mis en oeuvre comparables, la capacité de charge de la chambre objet de l'invention est bien plus élevée que celle des chambres connues, ce qui permet d'y exécuter des explosions plus puissantes. De plus, sa facilité de réalisation et sa fiabili tS en version de grande dimension permettent de réaliser le dispositif pour la fabrication en série de pièces métalliques nécessitant l'explosion de charges d'explosifs de très grande puissance, de l'or- dre de quelques centaines de kilogrammes. - RSEEGDICATIONS I - Dispositif pour l'usinage de métaux par explosion, comprenant une chambre dans laquelle on place les pièces à usiner et l'ex- plosif, caractérisé en ce que la chambre d'explosion est formée par des tranches juxtaposées latéralement d'une multitude de tubes droits placés principalement suivant des directions normales à la surface fictive de la chambre, les intervalles entre les tranches desdits tubes étant obturés hermétiquement et la longueur des tubes étant au moins égale à la moitié de la plus petite dimension linéaire de la chambre. 2 -Dispositif selon la revendication I, caractérisé en ce que les tubes voisins sont rigidement liés entre eux par des entretoises, l'espace libre entre les tubes étant rempli avec un matériau pulvérulent. 3 - Dispositif selon l'une quelconque des-revendications l~et 2, caractérisé en ce-que les bouts extérieurs des tubes sont bouchés hermétiquement.