Brevet FR2298380A1 — publié le 19760820

La présente invention concerne le dmrftine de l'usinage des métaux par déformation, et notamment les procédés de fab@ication de tubes minces sans soudure de grand diamètre et les dispositifs pour leur mise en oeuvre. L'invention peut astre applique avec une @fficacité maximale à la fabrication de tubes minces sans soudure de grand diamàtre, en divers métaux non ferreux, alliages (d'aluminium, de magnésium, de titane, de cuivre, de nickel) et aciers, ainsi qu'à la fabrication de panneaux nervurée icnobloes, de grande dimensions et larges. Le procédé le plus répandu de fabrication dhi tuber minces sans soudrue de grand diamètre en alliages d'aluminium, de titane et en aciers, est le filage à chaud d'un tube ébauch@ suivi de sa déformation à froid o@ de s@ déformation avec préchauffage (par exemple par étirage, laminage transver@@l, expulsion rotative, etc.), jusqu'à obtention de l'épaisseur de paroi voulue.Pour le filage, une ébauche réchauffée creuse ou pleine est placée dans le conteneur de la presse et le métal est extrudé à travers l'écartement formé par une filière obturant le conteneur d'un côté et par une aiguille ; l'aiguille est engagée dans l'ébauche et placée coaxialement dans le trou de la filière, avec un écartement uniforme entre elles. Dans le cas où l'ébauche utilisée est pleine, on la perce d'abord avec l'aiguille, puis on procède au filage. Le principal inconvénient de ce procédé connu consiste en ce que le diamètre maximal du tube filé est, en règle générale, de 20 à 30% plus petit que le diamètre de la cavité du conteneur, d'où est extrudé le métal. ainsi, par exemple, le diamètre maximal de tube pouvant être obtenu sur une presse d'une force de 20 000 t à partir d'un conteneur de 1200 M dc diamètre est de 900 à 950 mm. S'il faut obtenir un tube de diamètre plus grand, le filage doit Itre exécuté sur une presse plus puissance. On connaît un dispositif et un procédé (brevet d'Australie n 242 190) de filage de produits creux (par exemple de tubes), permettant de fabriquer des tubes dont le diamètre dépasse celui de la cavité de la chemise du conteneur dans laquelle est placée une ébauche en alliage d'aluminium. Le dispositif comprend un conteneur constitué par une douille extérieure et une chemise intérieure, une filière accolée à la partie avant du conteneur, et un poinçon s'engageant dans la cavité de la chemise du conteneur du côté opposé à celui ou' se trouve la filière. La cavité de la douille du conteneur est réalisée à deux étages. La filière est accolée à la partie avant du conteneur, dont le diamètre intérieur est plus petit. La chemise du conteneur est réalisée avec deux étages à l'extérieur. Sa partie arrière a un diamètre extérieur plus grand, égal au grand diamètre intérieur de la douille du conteneur, et sa partie avant, de diamètre plus petit, forme une enceinte annulaire avec la partie avant intérieure de la douille du conteneur. ladite enceinte annulaire constitue une chambre de soudage. la partie avant de la chemise du conteneur a un fond et des trous radiaux qui forment des canaux mettant en communication la cavité de la chemise du conteneur avec la chambre de soudage. la partie avant de la chemise du conteneur s'engage dans le trou de la filière et fait office d'aiguille lors du filage, en formant l'écartement circulaire par lequel sort le métal. Pour le filage, une ébauche pleine en alliage d'aluminium est réchauffée et placée dans la cavité de la chemise du conteneur et le métal est extrudé, à travers les canaux radiaux, dans la chambre de soudage où les veines de métal sortant des canaux se soudent et forment un anneau continu d'alliage. Ensuite, le métal sort de la chambre à travers l'écartement circulaire formé par la filière et la partie avant de la chemise du conteneur. la valeur de cet écartement détermine ltépaisseur de paroi du tube filé, lequel à des soudures longitudinales. L'inconvénient de ce procédé est la présence, sur le tube, de plusieurs soudures qui peuvent s'avérer moins résistantes que le matériau du reste du tube. En outre, pour réaliser ces procédés, il faut fabriquer un outillage coûteux et compliqué D'autre part, les pressions spécifiques à mettre en oeuvre pour le filage sont élevées. On connatt aussi un procédé (brevet de Grande-Bretagne nO 839 814 cl. 83/4), d'après lequel les tubes sont filés à partir d'une ébauche pleine. Te métal de l'ébauche est extrudé à travers un écartement formé entre la surface intérieure du conteneur et un mandrin placé du eôté de la sortie du métal. Pour augmenter le diamètre du tube, le mandrin est coniforme, son diamètre croissant progressivement dans le sens du filage. Comme ltexpansion du tube fait apparattre de fortes contraintes d'extension, il est impossible d'augmenter notablement le diamètre du tube. En outre, la longueur du mandrin ne doit pas être inférieure à celle du tube, ce qui complique notablement l'installation et le centrage du mandrin. Afin de diminuer les contraintes d'extension dans la section transversale des tubes, l'extrusion du métal, dans le procédé décrit, est exécutée dans l'écartement entre le mandrin coniforme et la filière, qui a une forme allongée. Le trou de la filière est réalisé sur toute sa longueur avec un diamètre augmentant progressivement dans le sens du filage. L'écartement entre la matrice et le mandrin est décroissant, de façon à obtenir à la sortie un tube ayant l'épaisseur de paroi voulue.Les principaux inconvénients de ce procédé sont l'effort de filage trop élevé et la nécessité d'employer des mandrins longs te but de l'invention est de supprimer les inconvénients indiqués ci-dessus. Pour.atteindre ce but, on s'est proposé de former, lors du filage des tubes minces sans soudure, un tube ébauche susceptible d'être ensuite transformé en tube de diamètre plus grand que le diamètre de la cavité du conteneur. La solution consiste en ce que, dans un procédé de fabrication de tubes minces sans soudure de grand diamètre, selon lequel une ébauche métallique réchauffée est placée dans un conteneur, puis est extrudée à travers un écartement formé par une filière obturant le conteneur d'un côté et par une aiguille placée à l'intérieur de l'ébauche et disposée coaxialement dans le trou de la filière avec un écartement uniforme entre elles, d'après l'invention on forme, lors du filage, un tube ébauche à surfaces intérieure et extérieure développées, dont le périmètre de la section transversale est plus grand que le périmètre de la cavité du conteneur, puis on applique à l'intérieur du tube ébauche une pression jusqu'à obtention d'un tube de forme voulue. Le procédé proposé de fabrication de tubes minces sans soudure de grand diamètre permet d'obtenir des tubes filés dont le diamètre est bien plus grand que le diamètre intérieur de la cavité du conteneur de la presse. Ainsi, par exemple, des tubes de 2000 mm de diamètre peuvent titre filés à partir d'un conteneur ayant une cavité de 1200 mu de diamètre, sur une presse d'une force de 20 000 t. L'application du nouveau procédé de l'invention permet d'élargir de deux fois (dans le sens augmentation) l'assortiment de tubes minces obtenus sur les presses qui sont actuellement en exploitation. À l'aide du procédé de l'invention on peut fabriquer des tubes sans soudure dont le diamètre peut aller jusqu'à 2 ou 3 mètres et dont la longueur peut atteindre 10 à t5 mètres, sur des presses d'une force de 20 000 à 30 000 t, alors que pour le filage par les procédés connus il faudrait créer pour cela des presses géantes d'une force dépassant 50 000 t. Comparativement aux procédés connus, le procéda proposé a des avantages de principe, dont les principaux sont les suivants La possibilité de diminuer le diamètre de la cavité du conteneur pour la fabrication des mêmes tubes que par les procédés de filage traditionnels, conditionne I'abaisseent de l'effort en filage direct, ce qui permet d'employer des presses de plus petite puissance et de réduire les frais de filage. La diminution du diamètre de la cavité du conteneur de t,2 à 2 fois se traduit par un abaissement du poids de certains sous-ensembles de la presse de 2 à 4 fois, ce qui simplifie notablement sa conception, abaisse la quantité de métal à mettre en oeuvre, diminue la superficie occupée par la presse, réduit la puissance des mécanismes auxiliaires et les dépenses d'énergie pour le déplacement des parties mobiles de la presse. l'application du procédé proposé permet de diminuer les dimensions de l'ébauche pour le filage, ce qui permet de réduire de 1,5 à 4 fois l'encombrement et le poids des installations produisant les ébauches, notamment des machines de coulée, et abaisse la consonmation d'énergie pour la fabrication de ces ébauches. Comme, dans la majorité des cas, les ébauches de filage sont soumises à un usinage (tournage extérieur et alésage), l'application du procédé proposé abaisse de 1,2 à 2 fois l'encombrement et de 1,5 à 4 fois le poids des machines-outils. Le volume de l'usinage mécnnique diminue, ainsi ;L6, par conséquent, la consommation d'énergie pour l'usinage. Etant donné qu'avant le filage l'ébauche est soumise au réchauffage, la diminution de ses dimensions se traduit par-une diminution des dimensions des dispositifs de réchauffage et par une réduction de la consommation d'énergie pour le réchauffage. Tout ceci concerne également les dispositifs de préchauffage de l'outillage de filage. La diminution de l'encombrement et du poids de l'outillage permet une réduction considérable de son prix. Pour réduire le cycle de fabrication, l'expsnsion du tube ébauche à surface développée et l'obtention d'un tube de forme voulue peuvent être réalisées simultanément avec le filage, à l'aide d'un mandrin coniforie. la forme de la surface développée du tube ébauche dépend du diamètre requis du tube, de l'épaisseur de sa paroi et des propriétés plastiques du matériau à filer. La section transversale du tube ébauche peut outre ondulée, cruciforme, en étoile à branches multiples, etc. Le dispositif pour réaliser le procédé faisant l'objet de l'invention, du type comprenant un conteneur pour l'ébauche métallique, une filière obturant le conteneur d'un coté et une aiguille placée dans la cavité du conteneur coaxialement à cette cavité et au trou de la filière, dans lequel l'un des bouts de l'aiguille pénètre avec un certain écartement, ainsi que des moyens pour extruder l'ébauche à travers ledit écartement, est caractérisé, d'après l'invention, en ce que dans la zone où est formé 1'écartement entre la filière et l'aiguille, celle-ci a une surface développée avec des portions saillantes dans Sa section transversale, le trou de la filière étant congruent à l'aiguille, avec un périmètre plus grand que celui de la cavité du conteneur.Les parties saillantes peuvent être équidistantes et disposées symétriquement par rapport au centre d'une circonférence fictive passant par les sommets des portions saillantes. Un tel dispositif permet de réaliser le procédé faisant l'objet de l'invention par la voie la plus simple. D'autres objectifs et avantages de l'invention ressortirorrtde la description détaillée ci-Qprès d'un exemple non limitatif de réalisation de l'invention illustré par les dessins annexés, dans lesquels : - la figure I représente un dispositif conforme à l'invention (coupe longitudinale) ; - la figure 2 représente une vue en coupe suivant II-II de la figure t - les figures 3, 4, 5 et 6 représentent diverses variantes de réalisation du tube ébauche (section transversale) - la figure 7 représente un dispositif pour l'expansion du tube ébauche (coupe longitudinale) - la figure 8 représente un mandrin coniforme (vue du côté avant d'entrete) ; ; - la figure 9 représente un dispositif pour le filage du tube ébauche et son expansion simultanée (coupe longitudinale). 'e dispositif pour la réalisation du procédé faisant l'objet de l'invention comprend un conteneur 1 (figure 1), dans lequel se place ébauche 2. le conteneur 1 peut avoir une cavité de formes diverses, selon la forme de l'ébauche 2 et du tube à filer, par exemple ronde, ovale, rectangulaire, etc. D'un côté du conteneur 1 est accolée une filière 3, qui sert à former le contour extérieur du tube ébauche 4 filé. Dans sa partie centrale, la filière 3 a un trou 3'. Dans la cavité du conteneur 1 est placée, coaxialement à la cavité et au trou 3' de la filière 3, une aiguille 5 dont le bout avant est engagé dans le trou 3' de la filière 3 de façon que l'écartement entre elles soit uniorme. la valeur de cet écartement détermine l'épaisseur de paroi du tube ébauche 4 filé. L'aiguille 5 {figure 2) est réalisée avec une surface développée et elle a des portions saillantes dans sa section droite. Le trou 3' de-la filière 3 est congruent à l'aiguille 5 et il a un périmètre plus grand que le périmètre de la cavité du conteneur 1. Le trou 3' de la filière 3 peut avoir une forme ondulée (figures3, 4), une forme en coix (figure 5), en étoile à branches multiples (figure 6), etc. Le choix de la forme du trou 3' de la filière 3 dépend des dimensions et de la forme requises pour le tube, ainsi que des propriétés plastiques du métal ou de l'alliage à filer. Du côté opposé à celui où se trouve la- filière 3, le conteneur 7 est obturé par un poinçon 6 avec un disque presseur 7, destiné à extruder le métal de l'ébauche 2 se trouvant dans la cavité du conteneur I, à travers l'écartement entre l'aiguille 5 et la filière 3. Le contour extérieur du disque presseur 7 correspond à la forme de la cavité du conteneur 1. Dans le poinçon 6 est prévu un trou taraudé pour la fixation de l'aiguille 5 (dans le cas de filage avec une aiguille 5 fixée au poinçon 6 et se déplaçant en commun avec lui et avec le disque presseur 7). Le trou dans le poinçon 6 peut être débouchant (comme montré en figure 1), si l'aiguille est fixée dans le porteaiguille (non représenté sur la figure 1) d'un système de perçage de la presse. Dans ce dernier cas, l'aiguille 5 peut être soit fixe pendant le filage, soit-se déplacer en commun avec le poinçon 6 et le disque presseur 7. Avant le filage, il faut soigneusement centrer la presse, ctest-à-dire régler avec précision la position de l'aiguille 5 par rapport au trou 3' de la filière 3, de telle façon que l'écartement entre elles soit uniforme sur tout le contour du trou 3' de la filière 3. Cela s'obtint par rotation relative de l'aiguille 5 et de la filière 3 autour de l'axe de filage, et en alignant l'aiguille 5 et la filière 3. Les matériaux employés pour fabriquer les éléments du dispositif (filière, aiguille, conteneur, disque presseur, etc), sont les aciers à outils de-grande résistance, travaillant bien à la température de filage du métal ou de l'alliage avec lequel sont fabriqués les tubes. Le dispositif pour la réalisation du procédé faisant l'objet de l'invention fonctionne de la façon suivante. Avant de commencer le filage, on place l'ébauche 2 réchauffée dans le conteneur 1. Puis on engage dans l'ébauche 2 l'aiguille 5. Si l'on utilise une ébauche 2 pleine, on la perce d'abord avec l'aiguille 5 dans le conteneur 1. Les ébauches creuses de filage peuvent entre de deux types ; à trou rond ou à trou de forme, correspondant à la forme de l'aiguille 5. Dans ce dernier cas, le trou de forme est obtenu dans l'ébauche 2 par poinçonnage à l'aide d'une presse hydraulique verticale. Si le diamètre du trou rond de l'ébauche 2 est plus petit que les dimensions maximales de la section de l'aiguille 5, le poinçonnage de l'ébauche 2 se fera avec enlèvement du surplus de métal seulement. Une fois l'aiguille 5 mise en place dans le trou 3' de la filière 3, on applique la pression au poinçon 6 et au disque presseur 7. Sous l'effet de la pression de la presse, l'ébauche 2 est comprimée dans le conteneur 1, dans lequel elle remplit les åeux entre elle, le conteneur 1 et l'aiguille 5; ensuite le métal ou l'alliage commence à filer à travers l'écartement que forment le trou 3' de la filière 3 et l'aiguille 5. Le filage peut être réalisé aussi bien en direct qu'indirectement. Le produit filé se présente sous la forme d'un tube ébauche dont la forme correspond à celle du trou 3' de la filière 3. Ce tube ébauche à une surface développée dont le périmée est plus grand que celui du conteneur 1. La position exacte de l'aiguille 5 par rapport à la filière 3 assure l'observation des prescriptions auxquelles doit satisfaire l'épaisseur de la paroi du tube ébauche 4. Après sillage, on soumet le tube ébauche 4 à l'action d'une pression intérieure pour obtenir un tube rond, ovale ou de toute autre forme voulue. On va maintenant examiner, à titre d'exemple, une des variantes possibles de transformation d'un tube ébauche 4 à surface développée en tube rond, par tirage d'un mandrin coniforme à travers le tube ébauche. la figure 7 représente un dispositif pour réaliser ce processus. Le dispositif pour le tirage se compose d'une lunette fixe 8, servant au positionnement et à l'appui de l'un dee bouts du tube ébauche 4, et d'un mandrin coniforme 9, ayant un trou central pour la fixation d'une tige 10 le traversant. la partie avant i'entrée '.a" du mandrin 9 (figure 8) a une section transversale de forme correspondant à celle de l'orifice du tube ébauche 4, mais avec des dimensions un peu plus petites (afin d'assurer l'engagement libre de la partie avant du mandrin 9 dans le tube ébauche 4). Le mandrin 9 a également une partie coniforme "b" et une partie cylindrique "c" calibrant le diamètre intérieure du tube 11. Avant de cnemencer l'expansion du tube ébauche 4, on place un de ses bouts dans la lunette fixe 8, et, par l'autre bout, on engage la tige 10 sur laquelle est fixé le mandrin 9. On enduit la surface du mandrin 9 avec de la graisse technologique. Après avoir fait passer la tige 8 à travers la lunette 8, on fixe son bout avant à un actionneur (non représenté sur les figures), à l'aide duquel on tire le mandrin 9 à travers le tube ébauche 4. Pour réduire la durée du cyle de fabrication des tubes de grand diamètre, l'expansion du tube ébauche à surface développée jusqu'à obtention d'un tube il de forme voulue peut Outre réalisée simultanément arec le filage. A cet effet, on fixe un mandrin coniforme (analogue à celui employé pour le tirage) coaxialement sur le bout avant de l'aiguille 5, en aval de la filière 3. On réalise cette fixation de telle manière que la face avant t2 de la partie avant d'entrée "a" du mandrin 9 s'applique contre la face 13 de l'aiguille 5, avec obtention d'une coîncidence exacte des bouts saillants de l'aiguille 5 et du mandrin 9. Le mandrin 9 peut aussi être monté coaxialement à l'aiguille 5, sans fixation à celle-ci (figure 9). Dans ce cas, du côté sortie du tube ébauche 4, la presse doit être dotée d'un dispositif pour le déplacement du mandrin 9 vers l'aiguille 5 et la juxtaposition avec celle-ci. Aant de commencer le travail, an déplace le mandrin 9 le long de l'axe de fixation vers l'aiguille 5, jusqu' mise en contact de leurs faces 12 et 13. Dans cette position on bloque le mandrin 9 à l'aide d'une butée 14. Pendant le filage, le métal du tube ébauche 4 sort de l'écartement entre la filière et l'aiguille et glisse sur le mandrin 9. Durant son glissement sur la surface graissée de la partie coniforme "b" du mandrin 9, le tube ébauche 4 subit une expansion progressive jusqu'à sa transforvation en tube 11 de forme voulue. L'expansion du tube ébauche fait apparaître dss poussées axiales. Du fait que pendant l'expansion du tube ébauche 4 il ne se produit qu'une augmentation insignifiante du périmètre (à peine de 1 à 5%) de son contour intérieur, ces poussées axiales sont ineignifiantes et ne peuvent provoquer le flambage du tube ébauche 4. L'application d'une pression intérieure au tube ébauche peut aussi outre effectuée par d'autres procédés : en recourant aux méthodes d'usinage par impulsions (d l'explosif, par champ magnétique, etc.), ainsi qu'à l'aide d'un liquide, d'un gaz ou d'une vapeur admis sous pression dans le tube. Dans le cas de déformation par les méthodes d'usinage impulsionnel ou par mise en oeuvre de la pression d'un fluide, on place le tube ébauche dans une matrice en acier ou en béton armé dont la cavité a une forme et des dimensions correspondant à la forme et aux dimensions que doit avoir le tube fini. Selon les propriétés plastiques du matériau de l'ébauche, la pression intérieure peut être appliquée dans le tube froid ou réchauffé. Si le matériau du tube a de hautes propriétés plastiques, l'expansion du tube peut être effectuée à froid, après recuit adoucissant préliminaire ou sans recuit. Ensuite, s'il est nécessaire d'obtenir un tube à paroi plus mince et à géométrie plus précise, o soumet le tube à une déformation à froid ou à chaud (étirage, extrusion rotative, laminage transversal) ou à d'autres genres de déformation plastique. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, Si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de tube de grand diamètre à parois minces sans soudure, selon lequel une ébauche métallique réchauffée est placée dans le conteneur d'une presse, puis est extrudée à travers un écartement formé entre une filière obturant le conteneur d'un côté et une aiguille traversant l'ébauche et disposée coaxialement dans le trou de la filière avec un écartement uniforme entre l'aiguille et la filière, caractérisé en ce que, lors de l'extrusion, on forme une ébauche tubulaire à surfaces intérieure et extérieure développées, dont le périmètre de la section transversale est plus grand que le périmètre de la cavité du conteneur, puis on applique à l'intérieur de l'ébauche tubulaire une pression jusqu'à obtention d'un tube due forme voulue. 2. Procédé selon la revendicationi, caractérisé en ce que pendant l'extrusion, simultanément avec le formage de l'ébauche tubulaire à surfaces intérieure et extérieure développées, on se sert d'un mandrin coniforme pour réaliser une expansion de l'ébauche tubulaire jusqu'à obtention d'un tube de forme voulue. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on forme, lors de l'extrusion, une ébauche tubulaire à section transversale ondulée. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on forme, lors due l'extrusion, une ébauche tubulaire à section transversale cruciforme. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on forme, lors de l'extrusion, une ébauche tubulaire à section transversale en étoile à branches multiples. 6. Disrositif pour la mise en oeuvre du procédé faisant l'objet de la revendication 1, comprenant un conteneur pour une ébauche métallique, une filière obturant le conteneur d'un côté et une aiguille placée dans la cavité du conteneur coaxialement à cette cavité et au trou de la filière, dans lequel lune des extrémités de ladite aiguille pénètre avec un certain écartement, ainsi que des moyens pour extruder l'ébauche à travers ledit écartement, caractérisé en ce que, dans la zone où est formé l'écartement entre la filière et l'aiguille, celle-ci a une surface développée et une section transversale à portions saillantes, le trou de la filière étant congruent à aiguille et ayant un périmètre plus grand que celui de la cavité du conteneur. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les portions saillantes de l'aiguille sont équidistantes et disposées symétriquement par rapport au centre d'une circonférence fictive passant par les soumets deedites portions saillantes. 8. Tubes caractérisés en ce quiils sont obtenu par le procédé faisant l'objet de l'une dea revendications 1 à 5.