Brevet FR2332080A1 — publié le 19770617

L'invention Concerne un procédé et un dispositif de formage i froid d'enveloppes métalliques pour pièces annulaires. L'invention s'applique plus particulièrement au formage des enveloppes métalliques de joints annulaires et notamment de Joints toriques. Le formage à froid d'une enveloppe métallique destinée à protéger l'amer d'une pièce annulaire soulève actuellement des difficultés pratiques particulièrement ressenties dans la réalisa- tion de pièces de grande consomation produites en grande série telles que des joints toriques où le eoût matière est peu important devant celui des opérations de fabrication. La mise en forme des joints toriques à enveloppes métalliques s'effectue actuellement par fluotournage ou par formage à la presse. Dans le procédé de fluotournage, le métal est repoussé et laminé contre un support en rotation de telle sorte qu'il épouse intimement ce dernier qui constitue l'ive de la pièce; le fluage du métal ne s'effectue que progressivement, sans l'effet de passes successives rendant l'opération longue et délicate. De plus, le maintien du support pendant la mise en forme est rendu difficile du fait de sa rotation et des efforts élevés qu'il doit encaisser. Avec le forinqe à la presse, le maintien du support s'avère simplifié mais les opérations de mise en forme assimilables aux opérations de bordage en cordon nécessitent un grand nombre de passes successives pour obtenir un étirage progressif du métal, sans déchirures, et le succès de l'opération dépend du poli et du fini des outils de bordage, la moindre irrégularité ou un mauvais raccordement étant des causes d'échec. L'invention se propose d'éviter les inconvénients inhé- rcnts aux procédés classiques en réaliaant la mise en forme des enveloppes métalliques par formage magnétique, ce qui permet d'engen- drer dans le métal des forces d'exptnslon ou de compression sans utilisation d'outils à repousser.Au cours du formage, les actions se développent dans l'épaisseur de peau du métal grâce aux champs magnétiques inducteurs intenses produits et les déformations se font à grande vitesse; on obtient une viscoplasticité du métal qui peut suivre des trajectoires quelconques par rapport aux directions des forces inductrices et épouser des formes complexes, la tôle métallique déformée se comportant comte une lanière de cuir fouettée contre un corps dur et s 'enroulant sur oelui-ei. Le procédé selon l'invention consiste à disposer un cylin dre de métal à paroi mince entre une pièce annulaire à recouvrir et une bobine d'induction et à créer un champ magnétique intense de façon à projeter la paroi du cylindre contre la pièce annulaire et l'enrouler sur celle-ci. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé comprend une bobine d'induction magnétique et un châssis rigide muni d'au moins un support annulaire faisant saillie sur la face du châssis dispose en regard de la bobine ledit support étant destiné à centrer la pièce par rapport à celle-ci. L'invention va maintenant castre décrite plus en détail en se référant à des modes de réalisation particuliers cités à titre d'exemples non limitatifs et représentés par les dessins annexés. Fig.l illustre le formage par compression d'une enveloppe de joint torique, Fig.2 illustre un formage par expansion; Fiv 3 représente la première opération de formage par expansion d'une enveloppe dans le cas où un recouvrement des bords est recherché; Fiv 4 représente la seeonde opération de formage avec recouvrement des bords; Fig. 5 représente une coupe sehématique d'un dispositif de formage par expansion;; Fiv 6 et 7 représentent une coupe schématique d'un dispositif de formage permettant un recouvreat des bords de l'en- veloppe Sur chacune des figures 1 à 7 on a représenté à gauche de l'axe XY, la disposition des pièces avant l'opération de formage et, à droite dudit axe,les pièces après l'opération de formage. Dans le formage en compression d'un joint torique (n g l), un cylindre métallique 1 à paroi mince destiné à constituer l'en veloppe est disposé dans l'alésage d'une bobine de compression 2 génératrice d'un champ magnétique intense,entre la paroi dudit alésage et une pièce torique 3 destinée à constituer l'âme du joint terminé,ladite pièce 3 étant placée à ml-hauteur du cylindre et pouvant être en acier, en plastique,en carton , en caoutchouc etc s cette pièce pouvant également entre un ressort tel que fréquemment utilisé dans la fabrication des joints toriques. Les forces de compression élevées développées par le champ magnétique intense créé par la bobine 2 repoussent viol liement la paroi du cylindre 1 vers l'axe de ladite bobine et le métal devenu viscoplastique s'enroule autour de la pièce 3 corne une lanière de cuir que lton aurait fouettée contre celle-ci; après l'opération de formage, on obtient un joint torique 4 tel que représenté en coupe radiale à droite de l'axe XY, la pièce 3 formant laize du joint protégée par l'enveloppe métallique résultant de la déformation viscoplastique du cylindre 1. Dans le formage en compression, les bords de l'enveloppe sont rabattus dans l'alésage di joint torique (rig.l); si l'on désire obtenir un joint dont les bords de l'enveloppe sont rabattus vers l'extérieur du tore, on formera 1 'enveloppe en expansion (fig. 2), le procédé restant identique. La bobine de formage par expansion 2 (fig. 2) est introduite dans un cylindre métallique à paroi mince 1 logé dans l'alésage de la pièce torique 3 placée à ml-hauteur du cylindre et au cours du formage la paroi dudit cylindre est repoussée vers l'extérieur contre ladite pièce 3 Sur laquelle elle s'enroule pour former le Joint 4 (partie droite de la figure 2). Dans les deux modes de réalisation représentés sur les figures 1 et , la hauteur du cylindre est légèrement inférieure à la longueur développée de la circonférence de la section droite de la pièce torique 3 de telle sorte que,après tormaga, les bords de l'enveleppe du joint obtenu ne soient pas jointifs, ce qui donne une certaine élasticité axiale audit joint;dans certains cas, il peut être intéressant de protéger complètement l'âme 3 du j oint par l'enveloppe métallique en réalisant un recouvrement des bords de celle-ci. Dans ce but, on procédera en deux temps: dans une première opération (fig. 3) un cylindre métallique 1, dont la hauteur est légèrement supérieure à la longueur développée de la circonférence de la section droite d'une pièce torique 3 , est disposé entre ladite pièce 3 placée à hauteur du cylindre et une bobine d'expansion 2 dont la partie active s 'arrte au niveau du plan radial de symétrie de la pièce torique,c 'est-à-dire à ml-hau- teur du cylindre 1; la demie portion de cylindre située en regard de la partie active de la bobine 2 est ensuite rabattue contre la pièce torique 3 par le champ magnétique développé par la bobine et s 'enroule de telle sorte que son bord dépasse légèrement le plan médian radial de ladite pièce torique (fig. 3 à droite de l'axe ). La pièce semi-finie 4 ainsi obtenue est ensuite retournée de telle sorte que la deml-portion de cylindre non encore formée se trouve placée en regard de la partie active de la bobine 2 (fig.4); en variante, on pourrait simplement déplacer axialement la bobine sans retourner la pièce 4 de façon à amener la partie active de la bobine en regard de la partie cylindrique subsistant encore. Puis > dans une seconde opération de formage,ladite partie cylindrique est rabattue par le champ magnétique de la bobine contre la partie de la pièce 5 encore découverte (fig.4 à droite de l'axe XY) ; du fait que la hauteur du cylindre 1 a été prévue légèrement supérieure à la longueur développée de la circonférence de la section droite de la pièce torique 3,le bord de la portion de cylindre rabattue au cours de la seconde opération de formage vient recouvrir le bord de la partie de l'enveloppe déjà formée et l'on obtent un joint torique 5 totalement protégé par son enveloppe méta lique dont les bords se chevauchent Les figures 3 et 4 illustrent un formage en expan 8son mais le procédé est évidemment identique pour un formage en compression , la position des éléments tant simplement inversée, la pièce 3 étant placée le plus près de l'axe XY et entourée par le cylindre 1 lequel est enveloppé par une bobine tubulaire disposée à la périphérie, les bords de l'enveloppe se recouvrant alors dans l'alésage du joint. Le dispositif représent en coupe longitudinale sur la figure 5 est utilisable pour la fabrication en né- rie de joints toriques dont les bords de l'enveloppe métallique ne sont pas jointifs, ce dispositif permettant d'effectuer en une seule opération la découpe et la mise en forme des enveloppes. Ce dispositif, prévu pour un formage en expansion, comprend un châssis tubulaire rigide 6 dont la longueur est fonction du nombre de joints que l'on désire former en une seule opération et une bobine d' expansion cylindrique 2 logée dans ledit châssis coaxialement à celui-ci. Le châssis 6 comporte , zlternzti- ventent et régulièrement espacés le long de son alésage, des supports 7 et des couteaux 9 pouvant soit faire partie intégrante du châssis soit tre rapportés dans l'alésage de celui-ci. Les supports 7 et les couteaux 9 se présentent sous la forme de couronnes coaxiales à l'alésage du chistls, les supports 7 comportant dans leur alésage une gorge torique 8 destinée à recevoir l'âme torique 3 du joint à fabriquer, le diamètre du fond de gorge tant prévu légèrement inférieur au diamètre extérieur de la pièce torque de telle sorte que celle-ci soit légèrement comprimée radialement, ce qui assure son maintien et son centrage.On remarquera que l'épaisseur des couronnes formant les supports 7 est prévue suffisamment faible pour que / la partie non recouverte de l'âme du joint soit réduite au maximum, ladite partie étant néanmoins de largeur suffisante pour permettre le maintien en position de l'âme en vue du formage0 On peut prévoir des supports à section droite trapézoI- dale tel que représenté sur la figure 5, la petite base du trapéze étant en contact avec la pièce torique 3 et comportant la gorge da maintien 8, le raccordement des supports 7 avec le chîssis/se faisant par la grande base dudit trapèze, Entre chaque paire de supports 6 et à égale distance de ceux-ci se trouve disposé un couteau 9 constitué par une couronne de faible épaisseur coaxiale au chassies et d'alésage de diamètre sensiblement gal à celui de l'alésage de la pièce torique 3 maintenue par les supports 7; de préférence, on prévoira des couteaux à section droite effilée trapézoIdale, la partie la plus mince constituant l'arSte de coupe étant dirigée vers l'axe du châssis. La distance entre les pointes de deux couteaux consécu- tirs est choisie légèrement inférieure à la longueur développée de la circonférence d'une section droite de l'âme 3 diminuée de 1t- passeur de la partie du support 7 en contact avec ladite âme 3. Si les supports 7 et les couteaux 9 sont des parties intégrantes du chassis 6, on ne pourra réaliser que des joints identiques, le dispositif étant prévu pour la fabrication d'un seul type de joint de dimensions bien déterminées. Par contre, si les couteaux et les supports sont rapportés, par exemple montés coulissants dans l'alésage du chtssis avec des entretoises tubulaires les sépa- rant, on pourra utiliser le dispositif pour la fabrication de joints de dimensions quelconques, les supports et les couteaux étant choisis en fonction des diamètres externe et interne de la pièce torique 3 correspondante et la hauteur des entretoises étant prévue en fonction de la circonsférence de la section du tore 3 et de l'épaisseur desdits supports et couteaux. Un tel dispositif permet de réaliser en série une grande variété de joints avec un même châssis et une X8e bobine en changeant simplement les supports et les couteaux; de plus, il permit de remplacer aisément les couteaux dont l'arête de coupe est émoussée. Le dispositif décrit ci-dessus est utilisé de la façon suivante. Sur chaque support 7 on dispose une âme torique 3 qui est embottée à force dans la gorge 8 puis on introduit un cylindre métallique 1 de diamètre extérieur sensiblement égal au diamètre de l'alésage des pièces toriques 3 comprimées dans les gorges 8, ledit cylindre étant ainsi en contact d'une part avec les imes 3 et d'autre part avec les arêtes de coupe des couteaux 9.Sous l'action du champ magnétique intense créé par la bobine 2, la paroi métallique du cylindre l est violemment repoussée en direction du châssis 6, sectionnée par les couteaux 9 en autant de cylindres élémentaires et rabattue de chaque côté des tores 3 qu'elle enveloppe pour former des joints toriques 4 (Fig. 5 à droite de l'axe X). On obtient ainsi une série de joints en une seule opération de formage de très courte durée sans rencontrer de diffi- cul tés particulières dans le positionnement des ames 3. Pour la fabrication en série de joints toriques à enveloppes métalliques dont les bords rabattus sont Jointif s ou se recouvrent, il est prévu un dispositif tel que représenté aux figures 6 et 7 effectuant le formage en deux opérations. Ce dispositif comprend un châssis ou armature tubulaire rigide 10 et une bobine cylindrique d'expansion 2 coaxiale au chasAsis, la bobine et le châssis étant disposés verticalement. Un empilage de supports 11 séparés par des entretoises 12 est emmanché coulissant dans le chasAsis 10 entre celui-ci et la bobine 2. Les supports 11 se présentent sous la forme d'anneaux à faces planes parallèles 13 et 14 et de diamètre extérieur sensiblement égal au diamètre intérieur de l'ar- mature externe 10, le diamètre de l'alésage 16 desdits anneaux 11 étant sensiblement égal à celui de l'alésage des âmes toriques 3 des joints à réaliser. La face plane 13 des supports 11 orien tée vers le haut comporte une gorge torique 15 coaxiale et adjacen- te à la paroi 16 de l'alésage desdits supports, ladite paroi 16 se raccordant par un angle vif avec la face inférieure 14 des an n aux 11. Le dispositif est utilisé de la façon suivante. Dans cha- cune des gorges 15 on place une pièce torique 3 (fig.6 à gauche de l'axe XY) et on introduit un cylindre métallique à paroi mince 1 de diamètre sensiblement égal à celui des alésages des pièces 3 et des anneaux supports 11.Sous l'effet du champ magnétique créé par la bobine, la paroi mince du cylindre/l est plaquée contre les parois 16 des supports ll, découpée en autant de cylindres élémentai- res par les angles vifs de raccordement desdites parois 16 avec les faces inférieures 14 et enroulée sur la portion supérieure des pièces 3 , le bord de la partie formée des cylindres élémentaires tant rabattue jusqu'au niveau du plan médian radial des aies 3 si les enveloppes doivent être à bords jointifs et au-delà de ce plan si les bords doivent se recouvrir.On obtient ainsi des pièces semi-finies 4 (fig.6 à droite de l'axe XY) à demi enve loppées et comportant une jupe cylindre 17 constituée par la portion de cylindre non encore fore Ces pièces 4 sont ensuite retournées sur les supports ll(ìgure 7-à gauche de l'axe XY) les jupes dirigées vers le haut de telle sorte qu'elles ne s 'ap- puient plus contre les parois 16 des alésages des supports. A la suite d'une seconde opération de formage (fig. 7 à droite de l'axe X) lesdites jupes cylindriques 17 sont rabattues contre la partie encore découverte des armes 3, le bord extr&commat;- me desdites jupes rejoignant le bord de la partie de l'enveloppe déjà formée s'il s'agit d'enveloppes à bords jointifs ou venant recouvrir ledit bord s'il n'agit de joints 5, à enveloppes dont les bords doivent se chevaucher. Bien entendu la hauteur des entretoises 12 est prévue de telle sorte que les portions de cylindre découpées recouvrent AU soins une moitié des imes 3. on remarquera que les parois verticales 16 des alésages des supports 11 servent d'appui à la p- roi du cylindre 1 pour empêcher sa déformation lors de la premiè- re opération de formage et que leurs arStes de raccordement avec les races planes inférieures 14 desdits supports servent de couteaux pour la découpe du cylindre 1. Bien entendu on peut rapporter de véritables couteaux contre les faces 14 des supports 11. De même, un support et une antretoise peuvent constituer une seule pièce, l'entretoise étant remplacée par une collerette de la face 13 du support. Enfin, le dispositif représenté aux figures 6 et 7 peut également servir à la fabrication de joints dont les enveloppes sont à bords non jointifs, celle-ci s'effectuant alors en deux opérations Bien entendu la portée de l'invention n'est pas limitée aux seules modes de réalisation donnés ci-dessus à titre d'exemples non limitatifs mais couvre également toutes les variantes qui ne différeraient que par des détails0 C'est ainsi qu'on peut concevoir un dispositif basé sur le me principe que celui représenté aux figures 6 et 7 mais utilisable pour le formage on compression; il suffit pour celà d'inverser la position des éléments et leurs formes, la bobine 2 devenant annulaire et l'armature 10 cylindrique coaxiale à celle- ci, les supports ll ayant leurs gorges 15 adjacentes à la périphérie de leurs faces planes 13. De me on peut fabriquer par les procédés et les dispositifs selon l'invention des pièces autres que des joints toriques et notamment des pièces annulaires compor- tant un alésage de forme quelconque carrée, rectangulaire, elliptique etc..... et une section droite de profil également quelconque en U, en V, reetangulaire, trapézoTdale etc. -REVENDICATIONS 1. Procédé de forage à froid d'enveloppes métalliques pour des pièces annulaires, caractérisé en ce qu'on dispose un cylindre à paroi métallique mince entre une pièce annulaire à recouvrir et une bobine d'induction et qu on crée un champ magnéti- que intense pour projeter la paroi du cylindre contre la pièce annulaire et l'enrouler sur celle-ci. 2. Procédé selon la revendication 1 pour le formage d'enveloppes avec recouvrement de leurs bords, caractérisé en ce qu'on projette une partie de la paroi du cylindre contre une portion de la pièce annulaire, qu'on retourne ladite pièce partiellement recouverte et la partie de paroi du cylindre non déformée et qu'on projette ladite partie contre la portion de pièce encore découver- te. 3. Dispositif pour le forsage à froid d'enveloppes métal- liques pour des pièces annulaires, caractérisé en ce qu'il comprend une bobine d'induction magnétique et un châssis rigide muni d'au moins un support annulaire faisant saillie sur la face du châssis disposée en regard de la bobine,ledit support étant destiné à centrer la pièce par rapport à celle-ei. 4. Dispositif selon la revendication 3 pour la fabrication simultanée d'une pluralité d'enveloppes métalliques pour des pièces annulaires, caractérisé en ce qu'il comprend une bobine d'induction magnétique et un châssis rigide allongés, ledit châssis tant uni Sur Sa paroi située en regard de 1 bobine d'une pluralité de supports annulaires juxtaposés faisant saillie et de moyens de découpe intercalés entre lesdits supports. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractéristérisé en ce que les supports annulaires sont des bagues comportant sur leur flanc disposé en regard de la bobine une gorge annulaire destinée à recevoir la pièce à recouvrir. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les supports annulaires juxtaposés sont des anneaux empilés dont le flanc disposé face à la bobine est cylindrique et dont une face perpendiculaire à 1 taxe de celle-ci est munie d'une gorge adjacente audit flanc, lesdits supports étant entretois4s. 7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, carac- terris en ce que les supports et les moyens de découpe sont main- tenus écartés à l'aide d'entretoises intercalées. 8. Dispositif selon l'une des revendications 4 i 6 > caractérisé en ce que l'entretoisement des supports et des moyens de découpe est obtenu par une collerette prévue sur au moins une face des éléments de l'empilage. 9. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé on ce que les moyens de découpe sont constitués par une arste vive de raccordemert entre le flanc du support disposé en regard de la bobine et la face dudit support opposée à celle comportant la gorge. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que les moyens de découpe sont des couteaux annulaires dont l'arête vive est dirigée vers la bobine.