Brevet FR2267169A1 — publié le 19751107

La présente invention concerne l'usinage de métaux par déformation, notamment les dispositifs pour le formage par gaz explosif. L'invention peut être appliquée avec une efficacité maximale dans l'industrie aéronautique, les constructions navales, pour la fabrication de pièces compliquées à partir de tales Le dispositif pour le formage par gaz explosif conforme à l'invention peut aussi être appliqué dans la construction des machines pour l'industrie chimique et l'industrie du pétrole, ainsi que dans la grosse chaudronnerie. On connatt des dispositifs pour le formage par gaz explosif comprenant une matrice montée sur une première plaque et une chambre d'explosion a'- laquelle est juxtaposé un tube de détonation, montée sur une seconde plaque solidaire de la première. Dans le tube de détonation est monté l'allumeur du mélange gazeux. La matrice, la chambre d'efiplosios et le tube de détonation sont alignés sur un axe vertical. La surface intérieure de la chambre d'explosion a la forme d'un tronc de cane, dont la grande base est du côté de la matrice, et la petite base du cSté du tube de détonation. La chambre d'explosion est mise en communication avec une source de mélange gazeux, et elle est dotée de moyens pour assurer l'échappement des produits de combustion du mélange gazeux (voir, par exemple, le certificat d'auteur dtineention ne 14870, délivré en URSS). On sait que, pour une propagation stable de l'onde de détonation dans un mélange gazeux de composition concrète, l'angle de conicité de la chambre d'explosion doit avoir une valeur déterminée. Si cet angle est plus grand qu'une certaine valeur critique, l'onde de détonation se disloquera dans la chambre. Par exemple, pour le mélange stoechiométrique de méthane et d'oxygène, l'angle critique est égal à 250. C'est pourquoi le formage de pièces de grandes dimensions requiert une chambre d'explosion conique de longueur relativement grande, ce qui implique une consommation accrue de mélange gazeux pour le formage. En outre, de tels dispositifs requièrent de grandes quantités de métal pour leur réalisation, et sont donc de fabrication coûteuse. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients indiqués. On s'est proposé de créer un dispositif pour le formage par gaz explosif, dans lequel la chambre d'explosion serait de conception telle qu'elle permettrait, tout en conservant des paramètres de formage identiques à ceux des dispositifs connus, de diminuer son encombrement et, par conséquent, la quantité de métal nécessaire à sa réalisation, ainsi que de réduire la consommation de mélange gazeux pour le formage. La solution consiste en ce que, dans un dispositif pour le formage par gaz explosif, comprenant une matrice recevant le flan, placée sur une première plaque, une chambre d'explosion juxtaposée par un de ses côtés à la matrice et mise en communication avec une source de mélange gazeux, cette chambre d'explosion étant montée sur une seconde plaque disposée parallè- lement et solidarisée avec la première, et un tube de détonation connecté à la chambre d'explosion au côté opposé à la matrice et portant l'allumeur du mélange gazeux, selon l'invention, dans la chambre d'explosion est montée une pièce en forme de corps de révolution, dont la surface extérieure constitue avec la surface latérale intérieure de la chambre d'explosion une enceinte annulaire qui est remplie par le mélange gazeux, la dimension de cette enceinte, dans la section transversale de la chambre d'explosion, étant variable dans la direction de propagation du front de l'onde de détonation, de façon à conserver le régime de combustion détonante du mélange gazeux dans la chambre d'explosion. Il est avantageux de monter ladite pièce dans la chambre d'explosion, de façon qu'elle puisse être déplacée axialement pour le réglage. Cela permet de régler l'écartement entre la surface frontale de la pièce et la surface frontale intérieure de la chambre, ce qui, à son tour, permet d'obtenir des conditions optimales du régime de combustion détonante pour divers types de mélange gazeux. Il est également aussi avantageux que la pièce soit un corps coniforme, dont la base est du côté de la tranche du tube de détonation, et que la surface latérale intérieure de la chambre de combustion ait la forme d'un tronc de cône dont la grande base est du côté de la matrice. De De telles formes et une telle disposition relative de. la pièce et de la chambre permettent de réaliser le dispositif dans un encombrement minimal. Il est utile que la pièce ale une cavité adaptée pour son remplissage partiel par un liquide, grâce auquel la pièce est refroidie pendant le formage. La réalisation de la pièce creuse permet de mettre moins de métal en oeuvre et, en outre, elle accrott la stabilité opératoire et le rendement du dispositif, grâce au refroidissement forcé de la pièce. Il est utile aussi que~la pièce soit réalisée creuse, en forme de tonneau, avec une paroi latérale en matériau élastique, et qu'elle soit adaptée pour son remplissage par un liquide sous une pression dont la valeur est choisie selon la composition et la pression initiale du mélange gazeux. Une telle réalisation de la pièce permet de changer sa forme et ses dimensions quand la composition et la concentration du mélange gazeux admis à la chambre d'explosion changent, et, par conséquent, de conserver un effort de formage constant. On peut également réaliser la pièce de façon que sa surface latérale soit équidistante de la surface intérieure de la chambre d'explosion, et qu'elle ait dans sa masse des canaux àébouchantsi orientés dans la direction de propagation du front de l'onde de détonation et obturés sélectivement pour obtenir des déformations locales du flan. Un effet favorable est aussi obtenu en donnant à la pièce la forme d'un bulbe, de façon qu'elle constitue avec la surface latérale intérieure de la chambre d'explosion une enceinte annulaire du type tuyère convergente-divergente. Dans une telle enceinte, les produits de la combustion détonante du mélange gazeux se déplacent en augmentant leur vitesse dans la partie divergente de la tuyère et, par consé- quent, avec aUgmentation de la pression exercée sur le flan à déformer. Le dispositif pour le formage par gaz explosif réalisé conformément à la présente invention, comparativement aux dispositifs connus, requiert des investissements beaucoup moindres pour sa fabrication. En outre, la consommation de mélange gazeux pour le formage est réduite de 1,5 à 4 fois et mtme plus, comparativement aux dispositifs connus, les paramètres du formage (valeur de la pression et caractère de sa distribution sur la surface du flan) restant identiques. Ci-dessous, on donne la description d'un exemple concret de réalisation de l'invention, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 représente un dispositif pour le formage par gaz explosif conforme à l'invention, vue d'ensemble avec arrachement la figure 2 représente le schéma de commande de principe d'un dispositif pour le formage par gaz explosif la figure 3 représente une chambre conforme à l'invention, coupe longitudinale selon une première variante de réalisation avec pièce conique la figure 4 idem, selon une seconde variante de réalisation avec une pièce conique ayant une cavité remplie de liquide la figure 5 idem, selon une troisième variante de réalisation avec pièce en forme de tonneau la figure 6 idem, selon une quatrième variante de réalisation avec pièce ayant des canaux axiaux la figure 7 idem, selon une cinquième variante de réalisation avec pièce en forme de bulbe. Le dispositif pour le formage par gaz explosif comprend un socle 1 (figure 1) fixé à laide de boulons 2 à un matelas de béton 3. Sur le socle 1 est montée une plaque inférieure 4, soli darisée avec une plaque supérieure 5 par des colonnes 6 et des écrous 7. Entre la plaque inférieure 4 et la plaque supérieure 5, sur les colonnes 6 est montée une plaque intermédiaire 8, ayant la possibilité de se déplacer verticalement. Le déplacement vertical de la plaque 8 s'effectue à l'aide d'un système à coins constitué par un coin 9 fixé à la plaque 8 à son côté inférieur, et par un coin mobile 10, monté de façon qu'il puisse se déplacer sur la plaque 4. Le coin 10 est accouplé à la tige d'un vérin pneumatique 11, monté sur le socle 1. Sur la partie 12 du socle 1, faissant saillie au-dessus de ce socle, et sur la plaque intermédiaire 8 sont fixés respectivement des rails 13 et 14, sur lesquels roule un chariot 15 portant une matrice 16. La matrice 16 est fixée au chariot 15 par des éléments de repérage 17. Sur le chariot 15 est fixé un bras 18, qui est accouplé par une coulisse 19 à un vérin pneumatique 20 assurant le déplacement du chariot 15 sur les rails 13 et 14. La chambre d'explosion 21 est fixée à la plaque 5. Par l'intermédiaire d'un diaphragme de caoutchouc 22 et d'un serreflan 23, le côté inférieur de la chambre d'explosion 21 est appliqué contre le flan naw, lequel est posé sur la matrice 16. Au côté opposé de la chambre d'explosion 21 est connecté un tube de détonation 24, avec un allumeur 25 du mélange gazeux, qui peut etre une bougie à étincelle. Le diamètre intérieur du tu- be de détonation 24 est plus petit que le plus petit diamètre de la chambre d'explosion 21. La chambre d'explosion 21 est raccordée par un système 26 (figure 2) d'alimentation en gaz aux sources 27 et 28 des constituants gazeux, de méthane et d'oxygène respectivement. Dans la chambre d'explosion 21 est montée une pièce 29 (figure 3) en forme de corps de révolution, dont la surface extérieure constitue, avec la surface latérale intérieure de la chambre d'explosion, une enceinte annulaire remplie de mélange gazeux. La largeur de cette enceinte dans la section transversale de la chambre 21 varie dans la direction de propagation du front de l'onde de détonation, de façon à conserver le régime de combustion détonante du mélange gazeux dans la chambre d'explosion 21. La pièce 29 est un corps coniforme, dont la base est du côté de la tranche du tube de détonation (24 (fig. 1). La surface latérale intérieure de la chambre d'explosion 21 a la forme d'un tronc de cône dont la grande base est du côté de la matrice 16. Une telle disposition relative de la pièce 29 et de la chambre 21 assure un encombrement minimal du dispositif. Pour conserver le régime de combustion détonante, il faut que la chambre d'explosion ait un angle déterminé pour chaque composition concrète du mélange gazeux. Si cet angle est plus grand qu'une certaine valeur critique ntf kns l'onde de détonation issue du tube de petite section se disloque dans la chambre d'explosion. La disposition de la pièce 29 dans une chambre d'explosion 21 ayant un angle q o plus grand que l'angle Xk permet d'obtenir un angle ## entre la surface extérieure de la pièce 29 et la surface intérieure de la chambre d'explosion 21 de valeur plus petite que l'angle critique Aks c'est-à-dire que t k Ceci, à son tour, permet de réduire la longueur de la chambre d'explosion 21 et, par conséquent, de diminuer la quantité de métal nécessaire à sa réalisation et la consommation de mélange gazeux pour le formage. La pièce 29 est fixée dans la chambre 21 par des goujons 30. Sur chaque goujon, entre la surface frontale intérieure de la chambre 21 et la pièce 29 sont placées des rondelles de réglage 31, à l'aide desquelles on obtient le déplacement axial de réglage de la pièce 29 par rapport à la chambre 21, pour changer la valeur de l'écartement entre eux quand la composition du mélange gazeux change. Pour abaisser la quantité de métal en oeuvre, la pièce 32 (fig. 4) est réalisée creuse et fermée par un couvercle 33 ayant, pour le remplissage de la cavité par un liquide, un trou qu'obture un bouchon 34. La présence de liquide dans la cavité de la pièce 32 et l'évaporation de ce liquide au cours de la détonation permettent d'baisser l'échauffement de la pièce 32 et, par conséquent, l'échauffement de la chambre 21, ce qui accrott la stabilité du formage et le rendement, grtce à la quantité pondérale constante de mélange gazeux admise à la chambre 21. Dans la variante suivante, la pièce 3S (fig. 5) est réalisée creuse, en forme de tonneau, en matériau élastique qui peut être un caoutchouc. Pour son remplissage avec un liquide, la pièce 35, qui sera appelée plus loin enveloppe, est fixée en haut et en bas à l'aide de colliers 36, respectivement sur des plaques 37 et 38. La plaque 38 est pleine. Elle est soudée par sa partie centrale à un tube 39 à travers lequel on admet dans la cavité de lten veloppe 35 (dans le sens des flèches A) un liquide sous pression. La plaque 37 est soudée à un tube extérieur 40, à l'intérieur duquel passe coaxialement le tube 39. Le tube 40 sert au retour du liquide de la cavité de l'enveloppe 35, dans le sens des flèches B. L'emploi d'une enveloppe élastique permet de modifier la forme de la pièce 35 quand la composition du mélange gazeux ou la concentration-de ses constituants changent, en assurant ainsi le maintien des conditions optimales pour le formage du flan 'a" (figure 1). Pour abaisser encore plus la consommation de mélange gazeux et rendre possible la déformation locale du flan na" suivant un contour prédéterminé, la pièce 41 (fig. 6) est réalisée avec une surface latérale équidistante de la surface laterale intérieure de la chambre d'explosion 42, laquelle, dans l'exemple décrit, est réalisée coniforme, base du côte' du flan à déformer na". La pièce 41 est fixée dans la chambre 42 par des nervures 43. Dans la masse de la pièce 41, dans la direction de propagation du front de l'onde de détonation sont pratiqués des canaux 44. Ces canaux 44 sont obturés sélectivement à l'aide de tampons 45, conformément au contour de la pièce à obtenir (non représentée). Pour accroitre la pression unitaire agissant sur le flan Pan (figure 7) au cours de sa déformation, la pièce 46 est réalisée, dans la variante décrite, en forme de bulbe. Elle constitue, avec la surface latérale intérieure de la chambre d'explosion 47, une enceinte annulaire du type tuyère convergente-divergente 48. La pièce 46 est maintenue, par rapport aux parois de la chambre 47, par des nervures 43a. L'écoulement des produits de la combustion détonante à travers la tuyère 48 est accompagné dans sa partie divergente par un accroissement de la vitesse de la veine de gaz et, par conséquent, par un accroissement de la pression exercée sur le flan "a". Le dispositif pour le formage par gaz explosif fonctionne de la façon suivante. A la position initiale, la plaque intermédiaire 8 se trouve à sa position basse ; les rails 13 et 14 sont raboutés et le coin mobile 10 est tiré à sa position extrême gauche (sur le dessin). Le chariot 15, avec la matrice 16, se trouve sur les rails 14 portés par la partie 12 du socle 1. Ltopéra- teur pose le flan *an sur la matrice 16. Ensuite, il met en action le vérin 12 qui, par l'intermédiaire de la coulisse 19, fait rouler le chariot 15 sur les rails 13 et 14 jusqu'à la position au-dessous de la chambre d'explosion 21. A laide du vérin 11, on fait passer le coin mobile 10 à sa position extrême droite (sur le dessin), au-dessous du coin 9. Ceci provoque le soulèvement de la plaque 8 et un fort serrage de la matrice 16 avec le flan "a" posé dessus contre la chambre d'explosion 21. Ensuite, pour que la composition du mélange gazeux admis à la chambre d'explosion reste stable, on vide cette chambre en la branchant sur une pompe à vide 52 via un organe de coupure 49, un manomètre 50 et un robinet 51. Après vidage de la chambre 21, on la débranche de la pompe à vide 52 et on branche le système 26 d'alimentation en gaz. L'oxygène de la source d'oxygène 28 passe alors à travers le manomètre 53, le robinet à commande électrique 54 et le clapet de non retour 55 pour arriver dans le mélangeur de gaz 56, où le méthane arrive simultanément de la source de méthane 27 en passant à travers le manomètre 57, le robinet 58 et le clapet de non retour 59. Le mélange gazeux homogène, qui s'est formé dans le mélangeur 56, passe à travers le robinet 60, le clapet de non retour 61 et l'organe de coupure 62 pour arriver dans le tube de détonation 24 et dans la chambre d'explosion 21. Simultané- ment avec le remplissage de la chambre d'explosion 21 par le mélange gazeux, à l'aide de l'organe de coupure 63 et des robinets 64 et 65, on branche les manomètres 66 et 67 enregistrant la montée de la pression dans la chambre. Une fois la pression requise atteinte, on débranche le système d'alimentation en gaz 26 (comprenant le mélangeur 56, le robinet 60, le clapet de non retour 61 et l'organe de coupure 62) et les manomètres 66 et 67 ; le dispositif est prtt à l'exé- cution du formage du flan "a". L'opérateur branche l'allumeur 25, lequel met à feu le mélange gazeux remplissant le tube de détonation 24 et la chambre d'explosion 21. Ceci provoque l'apparition, dans le tube de détonation 24, d'un front de flamme s'y déplaçant suivant sa longueur. Le front de flamme se propage à une vitesse croissant continuellement dans le tube 24, et il s'ensuit l'apparition d'une onde de détonation qui débouche dans la chambre d'explo- sion 21, où se trouve placée la pièce 29. La pièce 29 est profilée de telle façon qu'elle assure une diminution du volume de gaz admis dans la chambre 21. Dans l'enceinte annulaire constituée par la surface extérieure de la pièce 29 et les parois intérieures d'une chambre 21, l'onde de détonation se propage de façon stable, sans se disloquer. L'onde de détonation agit sur le flan "a" par l'intermédiaire du diaphragme en caoutchouc 22, au-dessus duquel il y a une petite couche d'eau, et façonne le flan "a" qui épouse la forme de la matrice 16. Pour évacuer les produits de détonation après formage, on met la chambre 21 en communication avec l'atmosphère via un organe de coupure 68 et, simultanément, pour un mettoyage plus complet de la chambre 21, ainsi que pour son refroidissement partiel, on la balaye avec de l'air comprimé fourni par une source 69, que l'on branche à la chambre 21 par l'intermédiaire d'un robinet 70, d'un clapet de non retour 71, d'un té 72, du clapet de non retour 61 et de l'organe de coupure 62. Après élimination des produits de détonation de la chambre 21, on coupe l'admission de l'air comprimé, puis, après baisse de la pression dans la chambre 21 jusqu'à la valeur de la pression atmosphérique, on ferme l'organe de coupure 68 reliant la chambre d'explosion 21 avec l'atmosphère. Ensuite, à laide du vérin 11, on ramène le coin 10 à sa position extrême gauche en faisant descendre la plaque 8, puis, à l'aide du vérin 12, on fait reculer le chariot 15 avec la matrice jusqu'à la position initiale. On extrait la pièce formée, on met en place un nouveau flan et on répète le cycle de formage. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagés elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour le formage par gaz explosif, dans lequel la matrice recevant le flan est placée sur une première plaque, tandis que sur une seconde plaque parallèle et solidarisée avec la première est montée une chambre d'explosion juxtaposée d'un côté avec la matrice et mise en communication avec une source de mélange gazeux, un tube de détonation doté d'un allumeur du mélange gazeux étant connecté à ladite chambre de l'autre côté, caractérisé en ce que dans la chambre d'explosion est montée une pièce en forme de corps de révolution, dont la surface extérieure constitue avec la surface latérale intérieure de la chambre d'explosion une enceinte annulaire, qui est remplie par le mélange gazeux, la dimension de cette enceinte dans la section transversale de la chambre d'explosion étant variable dans la direction de propagation du front de l'onde de détonation, de façon à conserver le régime de combustion détonante du mélange gazeux dans la chambre d'explosion. 2. Dispositif pour le formage par gaz explosif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pièce est montée dans la chambre d'explosion de façon qu'elle puisse être déplacée axialement pour le réglage. 3. Dispositif pour le formage par gaz explosif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pièce est un corps coniforme dont la base est du côté de la tranche du tube de détonation, et que la surface latérale intérieure de la chambre de combustion a la forme d'un tronc de cône dont la grande base est du côté de la matrice. 4. Dispositif pour le formage par gaz explosif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite pièce a une cavité adaptée pour son remplissage partiel par un liquide, grâce auquel la pièce est refroidie pendant le formage. 5. Dispositif pour le formage par gaz explosif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pièce est réalisée creuse, en forme de tonneau, en matériau élastique, et qu'elle est adaptée pour son remplissage par un liquide sous une pression dont la valeur est choisie selon la composition et la pression initiale du mélange gazeux. 6. Dispositif pour le formage par gaz explosif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pièce a une surface latérale équidistante de la surface intérieure de la chambre d'explosion, et qu'elle a dans sa masse des canaux débouchants, orientés dans la direction de sélectivement pour obtenir des déformations locales du flan. 7. Dispositif pour le formage par ga# explosif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pièce a la forme d'un bulbe et constitue, avec la surface latérale intérieure de la chambre dtexplosion, une enceinte annulaire du type tuyère convergente-divergente.