Brevet FR2311607A1 — publié le 19761217

LA présente invention vise l'obtention d'enveloppes cylindriques de grands diamètres présentant une géométrie précise et un rapport résistance mécanique sur masse particulièrement élevé. Elle vise plus particulièrement la réalisation d'enveloppes cylindriques destinées à être utilisées comme tubes-conteneurs pour des objets de grandes dimensions. Les buts visés par l'invention sont d'obtenir - soit une enveloppe cylindrique de grand diamètre, de géométrie précise et de rapport résistance mécanique sur masse particulièrement élevé, - soit une enveloppe cylindrique de grand diamètre et de géométrie précise, - soit une enveloppe cylindrique de grand diamètre et de rapport résistance mécanique sur masse particulièrement élevé. Le procédé de l'invention se caractérise par les étapes suivantes 1 - utilisation d'un matériau à traitement thermique et à hautes carac téristiques mécaniques après traitement; 2 - envirolage des tôles de ce matériau pour fournir grossièrement l'enveloppe cylindrique, en une épaisseur déterminée; 3 - soudage longitudinal des viroles réalisées; 4 - le cas échéant, préusinage soit à l'intérieur, soit à ltextérieur, soit sur les deux faces de la virole obtenue; 5 - traitement thermique de la virole avec outillage approprié pour maintien en forme simultané et 6 - usinage intérieur et extérieur sur machine-outil. Selon une variante de cette invention, on part directement de viroles, réalisées par toute méthode classique voulue, en un matériau à traitement thermique et présentant de hautes caractéristiques mécaniques après traitement thermique, auxquelles on fait subir les autres étapes du procédé: préusinage avec surépaisseurs voulues; traitement thermique avec outillage approprié et usinage intérieur et extérieur. La première étape du procédé de l'invention consiste, en général, à partir d'un matériau à traitement thermique et à hautes caractéristiques mécaniques après traitement. On utilisera les matériaux présentant deux états différents a) un état caractérisé par des possibilités de déformations plastiques élevées. Cet état est utilisé au cours de la seconde étape pour obtenir un envirolage aisé présentant une bonne précision géométrique; b) un état donnant des caractéristiques mécaniques très élevées après le traitement thermique subi dans l'avant-dernière phase du procédé et permettant d'obtenir une résistance élastique très élevée donc un rapport résistance mécanique sur masse particulièrement élevé. Deux types de matériaux répondent particulièrement bien à ces impératif s - les matériaux légers à durcissement structural; à titre d'exemple non limitatif, on peut citer l'alliage léger A Z 5 G - les aciers maraging. L'envirolage des tôles de ce matériau, faisant l'objet de la seconde étape, a pour but de fournir grossièrement l'enveloppe cylindrique à réaliser. A cet effet, on utilise des tôles dont l'épaisseur est déterminée en fonction de la précision du procédé de formage utilisé et des déformations prévisibles au cours des phases ultérieures du procédé. A titre d'exemple on mentionnera qu'il faut obtenir une surépaisseur sur chaque face de l'ordre de 10 mm en moyenne. L'envirolage est effectué à la presse ou, de préférence, au rouleau il doit btre exécuté soigneusement de façon à minimiser les contraintes internes. Dans une application mentionnée ici à titre d'exemple, le tube final présentait une épaisseur théorique de 10 mm, l'épaisseur initiale étant de 30 mm et 1 'envirolage réalisé au rouleau. L'étape suivante consiste à souder longitudinalement la virole. On choisira un procédé de soudage conduisant aux plus faibles déformationg, Dans l'exemple mentionné ici, le soudage a été réalisé en automatique par un procédé connu sous le nom de "Procédé MIG" avec un fil de soudage AU 4G2. Après le soudage on réalise un préusinage de l'enveloppe obtenue soit à l'intérieur, soit à l'extérieur, soit encore, de préférence. sur les deux faces. On évite ainsi après le traitement thermique ultérieur, l'obligation de procéder à des usinages trop importants pouvant créer des déformations. Dans des cas très simples on pourra se dispenser d'effectuer ce préusinage. Dans l'exemple de réalisation décrit ici, il a été effectué à l'intérieur et à l'extérieur de la virole à 5 mm des usinages définitifs. Le but de l'étape de traitement thermique est de porter à leurs valeurs optimales les caractéristiques mécaniques du matériau avec lequel ltenveloppe a été réalisée. n peut également permettre une "remise au rond" d'une virole déformée en cours de préusinage. La nature du traitement thermique dépend de celle du matériau utilisé. Dans l'exemple considéré ce traitement a consisté en une trempe à l'eau bouillante à une température de l'ordre de 4700 C + 100C etun revenu de 4 heures à 100 C et de 24 heures à 140 C, un délai de cinq jours séparant la trempe du revenu. Quelle que soit la nature du traitement thermique, on doit utiliser durant sa mise en oeuvre, un outillage approprié. Ce dernier mis en place à l'intérieur de la virole sert à la maintenir en forme pendant le traitement On utilisera un ensemble chaudronné portant sur la virole par zones localisées. n sera choisi et dessiné de façon à permettre, sans créer de zones privilégiées, les échanges thermiques entre le fluide de traitement et la virole. Cet outillage doit etre suffisamment robuste pour accepter les efforts dus aux libérations de contrainte de la virole sans déformation n peut éventuellement servir à remettre au rond une virole déformée pendant une première phase de traitement ("mise en solution") de la virole maintenue dans sa géométrie précise. n est réalisé dans un matériau présentant le même coefficient de dilatation thermique que celui de la virole. La dernière étape consiste en un usinage intérieur et extérieur sur machine-outil en vue de conférer les épaisseurs et les géométries finales à la virole. Dans l'exemple d'application choisi ici, l'usinage intérieur a été réalisé par alésage à la barre et l'usinage extérieur sur un tour vertical. Compte tenu de la faible épaisseur relative de l'enveloppe cylindrique réalisée, il sera en général nécessaire d'utiliser un outillage pour la maintenir. Ce dernier sert pendant l'usinage finition et pendant les diverses maniila- tions. Dans l'exemple décrit ici, cet outillage est constitué de deux demicoquille s métalliques extérieures. Le procédé de l'invention est utilisé pour la fabrication d'enveloppes de grands diamètres, par exemple de tubes conteneurs de pièces de grandes dimensions telles que notamment les engins balistiques. n demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée aux exemples décrits ici mais qu'elle en englobe toutes les variantes; en particulier, cette invention est applicable à la fabrication d'enveloppes cylindriques de grands diamètres, réalisées en deux parties, avec jonctionnement mécanique longitudinal. Dans cette variante, le procédé de l'invention se caractérise par les étapes suivantes 1 - utilisation d'un matériau à traitement thermique et'à hautes caractéris tiques mécaniques après traitement 2 - envirolage des tales. pour fournir grossièrement les demi-enveloppes cylindriques en une épaisseur déterminée 3 - le cas échéant, pré-usinage, soit à l'intérieur, soit à l'extérieur, soit sur les deux faces de la virole obtenue, avec éventuellement un pré usinage des extrémités de jonction longitudinale 4 - traitement thermique de la virole avec outillage approprié, pour main tien en forme simultané ; et, 5 - usinage intérieur, extérieur, et des extrémités de jonction longitudinale, sur machine outil. REVENDICATIONS 1) Procédé de réalisation d'enveloppes cylindriques de grands diamètres, destinées en particulier à servir de tubes-conte;neurs pour des objets de préférence cylindriques et de grandes dimensions, caractérisé en ce qu'il consiste à - partir d'un matériau présentant, d'une part, des possibilités de déformations plastiques élevées et, d'autre part, des caractéristiques mécaniques très élevées permettant, après traitement thermique, d'obtenir une très haute résistance élastique; - enviroler des tôles de ce matériau pour fournir grossièrement lten- veloppe cylindrique, en une épaisseur déterminée en fonction d'une part du procédé de formage ultérieur et, d'autre part, des déformations ultérieures; - souder longitudinalement les viroles réalisées;; - effectuer, le cas échéant, un préusinage aux surépaisseurs voulues soit à l'intérieur, soit à l'extérieur, soit sur les deux faces de la virole; - réaliser un traitement thermique de la virole obtenue en vue de porter à leurs valeurs optimales les caractéristiques mécaniques du matériau, la nature de ce traitement étant choisie en fonction de celle du matériau utilisé, ce traitement thermique étant mis en oeuvre en utilisant un outillage conçu pour maintenir la virole en forme durant le traitement; et - usiner intérieurement et extérieurement, sur machine-outil, la virole après traitement thermique pour lui conférer les épaisseurs et les géométries finales désirées. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on part directement de viroles, réalisées par toute méthode classique voulue, en un matériau à traitement thermique et présentant de hautes caractéristiques mécaniques après traitement thermique, auxquelles on fait subir les autres étapes du procédé : préusinage aux surépaisseurs voulues, intérieur, extérieur ou sur les deux faces; traitement thermique avec outillage approprié et usinage intérieur et extérieur sur machine-outil. 3) Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le matériau de départ est un alliage léger à durcissement structural. 4) Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le matériau de départ est un acier maraging. 5) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'envirolage des tôles est effectué à la presse. 6) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'envirolage est effectué au rouleau. 7) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'outillage utilisé pendant le traitement thermique est réalisé sous la forme d'un ensemble chaudronné portant par zones localisées réparties sur toute la virole, et qui est conçu de façon à permettre, sans créer de zones privilégiées, les échanges thermiques entre le fluide de traitement et la virole, cet outillage étant réalisé en un matériau présentant un coefficient de dilatation thermique identique à celui de la virole. 8) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le traitement thermique consiste en une trempe à l'eau bouillante à une température de l'ordre de 4700C t 10 OC et un revenu de 4 heures à 100 C et de 24 heures à 140 C, un délai de cinq jours séparant la trempe du revenu. 9) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'usinage final sur machine-outil est effectué par alésage à la barre, en ce qui concerne l'usinage intérieur, et sur un tour vertical, en ce qui concerne l'usinage extérieur. 10) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'on utilise un outillage de maintien de l'enveloppe cylindrique, pendant l'usinage final et pendant les diverses manipulations. il) Procédé de fabrication d'enveloppes cylindriques de grands diamètres, réalisées en deux parties, avec jonctionnement mécanique longitudinal, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives suivantes - utilisation d'un matériau à traitement thermique et à hautes caractéris tiques mécaniques après traitement - envirolage des toles pour fournir grossièrement les demi-enveloppes cylin driques en une épaisseur déterminée - le cas échéant, pré-usinage, soit à l'intérieur, soit à l'extérieur, soit sur les deux faces de la virole obtenue, avec, éventuellement, un pré-usinage des extrémités de jonction longitudinale - traitement thermique de la virole avec outillage approprié, pour maintien en forme simultané ; et, - usinage intérieur, extérieur et des extrémités de jonction longitudinale sur machine-outil. 12) A titre de produits industriels nouveaux, des enveloppes cylindriques de grands diamètres, de géométries précises, réalisées par la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10. et caractérisées en ce qu'elles présentent un rapport résistance mécanique sur masse particulièrement élevé.