Brevet FR2350895A1 — publié le 19771209

La présente invention concerne un mandrin pour étirage à froid ou le calibrage de tubes ou tuyaux. On effectue habituellement l'étirage à froid ou le calibrage de tubes en assurant il étirage d'une ébauche de tube dans une matrice ou filière ou dans un anneau d'étirage, en introduisant simultané- ment dans l'ébauche un mandrin d'étirage contre lequel s'appuie la surface intérieure du tube pendant le processus d'étirage Pour faciliter le processus d'étirage, on doit faire arriver un lubrifiant, par exemple de lthuile ou une substance similaire, sur la surface de travail du mandrin d'étirage contre laquelle s'appuie la surface intérieure du tube. Pour la meme raison, on doit introduire du lubrifiant, notamment de 11 huile, entre Anneau d'étirage et la surface extérieure du tube. Généralement, un mandrin se compose de deux parties, à savoir une partie de calibrage ou d'étirage et une partie d'épaulement normalement plus grosse. Le mandrin peut Entre réalisé en une seule pièce, c'est-à-dire une pièce non divisée, ou bien il peut entre formé de plusieurs autres pièces qui sont reliées rigidement entre elles par l'intermédiaire d'une broche centrale. Lorsqu'on doit donner à un tel mandrin une forme spéciale, par exemple pour maintenir la continuité du film d'huile dans le cas de l'étirage avec lubrification, on rencontre de grosses difricultés pour donner au mandrin un profil fonctionnel. En outre, ces mandrins rigides présentent l'inconvénient d'être soumis à des charges extraordinairement élevées et qui sont souvent à la limite de résistance de la matière. Ces inconvénients ont une influence déravora- ble aussi bien sur la production que sur la rentabilité du procédé étirage à froid ou de calibrage. L'invention a en conséquence pour but de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus et de fournir un mandrin perfectionné, notamment un mandrin qui permette d'obtenir une meilleure rentabilité dans 11 opération étirage, qui soit soumis à une usure beaucoup moins forte et qui garantisse la continuité du film de lubrification. Ce problème est résolu selon l'invention en ce que le mandrin se compose, en correspondance aux différents impératifs fonctionnels qui sont imposés à ses différentes parties, de deux ou plusieurs parties différentes ltune de l'autre, qui sont reliées de façon à former une structure élastique et/ou qui comportent entre elles au moins un intervalle dont le volume peut entre modifié par déformation élastique des parties du mandrin et/ou par mouvement relatif desdites parties l'une par rapport à l'autre et qui permet d'obtenir une étanchéité pratiquement parfaite par application des parties du mandrin contre la surface intérieure du tube à étirer. Le mandrin selon l'invention présente l'avantage de permettre une certaine adaptation de l'intervalle entre la partie d'étirage et la partie d'épaulement à l'opération d'étirage correspondante. En outre,le mandrin selon l'invention présente l'avantage que, du fait de la structure élastique et/ou de l'intervalle variable existant entre les différentes parties du mandrin, il est possible,lors de l'étirage du tube, d'avoir un mouvement de légère oscillation ou vibration des. différentes parties du mandrin l'une par rapport à l'autre et/ou par rapport au tube, ce qui garantit la répartition uniforme du lubrifiant et un transfert de celui-ci Jusqu'aux zones chargées du mandrin.Le fait de prévoir un intervalle entre les différentes parties du mandrin,notamment entre la partie d'étirage et la partie d'épaulement, permet d'obtenir, dans le cas d'un léger mouvement axial d'oscillation et de va-et-vient de la partie d'épaulement, que cet intervalle change constamment de volume et fonctionne comme une pompe qui refoule l'huile pénétrant dans l'intervalle vers l'extérieur et notamment également dans la zone intercalaire existant entre la partie d'étirage et le tube de sorte que la partie d'étirage, qui est la plus fortement sollicitée, est mieux alimen tbe en huile pendant l'opérationd'étirage. Dans un exemple avantageux de réalisation du mandrin selon 1'in- vention, les différentes parties du mandrin peuvent se déplacer l'une par rapport à l'autre sur une broche centrale et elles sont pous sées l'une vers l'autre par la pré-contrainte de l'élément ressort qui est de l'ordre de grandeur des forces axiales et s'exerçant sur les parties du-mandrin pendant l'opération d'étirage. La pré-contrainte de l'élément ressort peut dans ce cas etre exercée à l'aide de rondelles élastiques et/ou de couches intercalaires élastiques.Avantageusement, une dos parties du mandrin, par exemple la partie d'étirage, est fixée sur la broche, par exemple par emmanchement ou par vissage, alors qu'une seconde partie de mandrin, de préférence la partie d'épaulement, est montée étroitement sur la broche de fa çon à pouvoir coulisser coaxialement ce qui permet d'obtenir un montage glissant étanche. Le montage glissant étanche est nécessaire pour assurer l'étanchéité de l'intervalle entre parties de mandrin par rapport à la broche et pour garantir une action de pompage dans cet intervalle lors des mouvements axiaux d'oscillation et de vibration précités des parties du mandrin l'une par rapport à l'autre avec une pression d'huile suffisamment grande.Selon l'invention, il peut être avantageux de réaliser la partie d'épaulelent en deux ou plusieurs sections situées axialement l'une derrière l'autre afin de pouvoir fabriquer les différentes sections, en relation avec la charge, en des matériaux de plus ou soins bonne qualité. En outre, il peut être avantageux selon l'invention de donner à la partie d'epaulement et/ou à la partie d'étirage une forure sylé- trique par rapport à son plan central radial de façon à pouvoir retourner ces parties et doubler ainsi leur durée de service. Avantageusement, le partie d'étirage est pourvue d'une azote qui présente un contour s'écartant de la forme circulaire, auquel cas au soins certaines parties de l'arête sont inclinées en direction du plan central radial de la partie d'étirage Cet agencaient de L'arête offre l'avantage d'éviter une action de saignée dans la zone de l'ate, ce qui se produit d'une manière connue lorsqu'on utilise une arête de forme circulaire corne dans le cas classique. Cet- te action de saignée donne lieu à des difficultés dans le cas d'arS- tes de forme circulaire et connue, notamment au début du processus d'étirage, et on peut obtenir non seulement des surfaces rugueuses à 1 'intérieur des tubes mais également un arrachement. L'éliiination de l'effet de saignée est notamment important lorsque le tube chan- ge de direction comme cela est le cas lors de l'étirage en hélice entre les rouleaux. L'élimination de l'effet de saignée par l'arête de la partie d'étirage est également avantageux dans le cas d'un é- tirage rectiligne, car par suite de l'absence de l'effet de saignée, on peut admettre des conditions d'étirage supérieures à la valeur critique. Selon l'invention, on peut réduire l'effet de saignée en donnant au chanfrein qui suit l'arête de la partie d'étirage un angle très aplati par rapport à 1 'axe du mandrin. Dans ce ouas, il est avant geux de choisir un angle compris entre 3 et 300, de préférence entre 5 et 20 et notamment entre 10 et 200. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront Ils en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : Fig. 1 est une coupe longitudinale d'un mandrin d'étirage selon l'invention, dans une position de travail, et Fig. 2 est une vue latérale d'une partie d'un mandrin d'étirage. Sur la figure 1, on a représenté un mandrin d 'étirage coopérant avec une matrice ou avec un anneau d'étirage 10 et qui est engagé à l'intérieur dlune ébauche de tube 12, ce mandrin étant également appelé un mandrin I'flottant" ou "volant". Le mandrin d'étirage se compose d'une partie d'étirage 1 de forme cylindrique, exerçant une action de calibrage et constituée d'un matériau de aute rdsis- tance à l'usure, de préférence un métal dur ou un acier outils à chromage dur, et d'une partie d'épaulement 2 qui est formée d'une matière de moins bonne qualité, par exemple un acier allié de haute résistance ou bien un acier à outil;La partie d'étirage 1 est reliée rigidement à la broche porteuse 3 tandis que la partie d'épau- lement 2 est montée sur cette broche 3 de manière à pouvoir coulisser d'avant en arrière. I1 est également possible d'adopter la disposition inverse, c'est-à-dire de relier la partie d'épaulement 2 rigidement à la broche porteuse 3 et de monter la partie d'étirage 1 sur la broche 3 de manière qu'elle puisse coulisser d'avant en arrière sur celle-ci. Dans le cas considéré, le mode de liaison entre la partie d'étirage let la broche porteuse 3 nota pas été mis en évidence sur le dessin. Généralement, la partie d'étirage 1 est emmanchée sur la broche 3. I1 peut également être avantageux de pourvoir la partie d'étirage 1 d'un filetage intérieur et de la visser sur la broche qui est alors munie d'un filetage extérieur correspondant.Il peut alors entre avantageux de pourvoir la partie cylindrique d'étirage 1, à ses deux extrémités opposées, d'un filetage intérieur ou bien d'un filetage intérieur continu de manière que la partie d'étirage 1 puisse Entre vissée par les deux bouts sur la broche 3.Cela est surtout d'un gros avantage quand seule la moitié avant de la partie d'étirage coopère avec la surface intérieure du tube, c'est à-dire constitue la zone de travail 20 de la partie d'étirage. En retournant cette partie d'étirage, on peut doubler sa durée de service. La fixation de la partie d'étirage 1 sur la broche 3 peut cependant également s'effectuer par brasage, par soudage, par emmanchement ou par un procédé similaire. La broche portante 3 peut titre constituée d'un matériau moins dur, par exemple d'un acier/outils. A ltextrémité de la broche 3 qui est opposée à la partie d'étirage 1, il est prévu une gorge 9 dans laquelle est logée une bague d'arrêt 6 qui constitue une butée contre laquelle vient s'appuyer pendant le processus d'étirage la partie d'épaulement 2 par l'intermédiaire d'un élément ressort 4 et d'une bague d'espacement 5 prévue sur la broche 3. L'élément ressort 4, qui a été représenté schématiquement sur la figure 1 sous la forme d'un anneau, peut par exemple Entre constitué par une ou plusieurs rondelles ressort ou bten par un anneau formé de caoutchouc ou de matière plastique élastiquement déformable. Du fait que la partie d'épaulement 2 s'appuie élastiquement par l'intermédiaire de l'élément ressort 4 contre la broche porteuse 3, il est possible d'absorber élastiquement les charges se produisant lors de l'étirage des tubes. Dans un intervalle 14 formé entre la partie d'étirage 1 et la partie d'épaulement 2 du lubrifiant peut t s' accumueur/ e s e due le déplacement élastique de la partie d'é- paulement 2 engendre une action de pompage qui contribue à transférer du lubrifiant vers la partie porteuse ou d'étirage 1 et à maintenir de façon continue un film de lubrifiant. On ehoisit la nature et la puissance de l'élément ressort 4 en fonction des forces à engendrer en cours d'étirage, de la vitesse d'étirage et de la ténacité de la matière constituant le tube à étirer. A la place de la bague d'arrêt 6, on peut utiliser comme moyen de retenue de la partie d'épaulement 2 sur la broche portante 3 un écrou de retenue, non représenté, qui est vissé sur l'extrémité de broche 3 opposée à la partie d'étirage l.Pour empocher un desserrage automatique de l'écrou de retenue pendant le processus d'étirage, on peut le bloquer à l'aide d'un contre-écrou. T I L'utilisation d'un écrou de retenue offre l'avantage que, par vissage plus ou moins serré de cet écrou, on peut régler la largeur axiale de l'intervalle 14 et/ou la pré-contrainte de l'élément ressort 14. La partie d'étirage 1 représentée sur la figure 1 présente une forme cylindrique et elle comporte à son extrémité libre une arête circulaire 16 qui se prolonge par un chanfrein 7a. L'arête 16 de la partie d'étirage 1 peut être pourvue avant geusement, à la place de la forme circulaire classique, d'une forme ondulée, c'est-à-dire que la forme de L'arête peut hêtre adaptée au processus d'étirage par modification de son profil géométrique. On a indiqué sur la figure 2 une azote 18 pourvue d'un profil ondulé et qui est suivie par un chanfrein 7b adapté en correspondance. Pour réduire encore l'effet de saignée produit par l'arête 16 sur le tube étiré, on peut avantageusement donner au chanfrein 7a ou 7b unprofil relativement plat, c'est-à-dire que l'angle du chanfrein 7a ou 7b avec itaxe 25 de la broche est relativement petit, par exemple compris entre 3 et 300, de préférence entre 3 et 200 et notamment entre 5 et 150. La partie d'épaulement 2 est étroitement engagée sur la broche porteuse 3 de manière à obtenir un montage glissant essentiellement étanche entre la brocne 3 et la partie d'épaulement 2 afin que du lubrifiant ne puisse pas pénétrer entre cette broche et la partie d'épaulement. Cela est important pour l'établissement dans l'intervalle 14 d'une pression du lubrifiant suffisamment grande. Comme le montre la figure 1, la partie d'épaulement 2 est interchangeable, ce qui permet d'obtenir un mandrin universel. La partie d'étirage 1 et la broche portante 3 peuvent être utilisées pour un grand nombre de pièces à étirer, auquel cas on peut adapter d'une manière simple la partie d'épaulement 2 aux dimensions de sortie de la matrice ainsi qu'au diamètre intérieur et à l'épaisseur de paroi du tube 12 à étirer.L'invention permet de réaliser la partie d'épaulement en un matériau de moins haute qualité que celui formant la partie d'étirage,car cette partie d'épaulement est moins fortement sollicitée que la seconde. Jusqu 'à maintenant, il était par contre classique de réaliser également la partie d'épaulement en un maté- riau de haute qualité et généralement elle formait une seule et même pièce avec la partie d'étirage. Le mandrin selon l'invention peut naturellement être soumis à diverses modifications. Du fait que la partie d'épaulement 2 est sy métrique par rapport à son plaCnpnrtae lal 28 et que par conséquent les parties 2a et 2b sont identiques, il est possible de doubler la durée de service par un simple retournement des pièces car à chaque fois seule la moitié avant est sollicitée. La partie d'épaulement 2 peut être formée de sections annulaires, auquel cas on utilise dans des zones particulièrement chargées, notamment dans la zone contre laquelle s'appuie la surface iaté- rieure du tube contre la partie d'épauleient, c'est-8-dire la zone de travail 22 de cette partie d'épaulement, une matière de haute qualité alors qu'on utilise une matière moins conteuse dans les zones moins fortement chargées. Cela est notamment le cas pour des mandrins de grands diamètres. On obtient un avantage particulière- ment intéressant du faitf au-moins pour certaines zones de telles qu parties d1épaulementjon peut utiliser des matériaux qui étaient Jus- qu'à maintenant considérés comme inutilisables pour des mandrins d'étirage par exemple des matières plastiques, du caoutchouc dur, du bois dur, des éléments stratifiés en matière plastique, des ms- tières composites, de la porcelaine dure ou des matériaux similaires.Il est particulièrement avantageux d'utiliser une matière qui favorise la lubrification, par exemple une matière frittée. REVENDICATIONS 1. Mandrin, notamment mandrin flottant, pour étirage à froid et/ou le calibrage do tubes, comportant une partie d'étirage et une partie d'épaulement, caractérisé en/qu il se compose en correspondance aux différents impératifs fonctionnels qui sont imposés à ses différentes parties, de deux parties différentes ou plus (1,2) qui sont reliées de façon à former une structure élastique et/ou qui comportent entre elles au moins un intervalle (14) dont le volume peut être modifié par déformation élastique des parties de mandrin (1,2) et/ou par mouvement relatif d'une partie du mandrin par rapport à l'autre et dont ltétanchéité est assurée essentiellement complètement lors de l'application des parties de mandrin (1,2) contre la surface intérieure du tube (12) à étirer. 2. Mandrin selon la revendication 1, caractérisé on ce que les différentes parties de mandrin (1,2) peuvent coulisser l'une par rapport à l'autre sur une broche centrale ()) et sont soumises à une pré-contrainte de l'élément ressort (4) qui est de l'ordre de grandeur des forces axiales exerçant sur les parties de mandrin (1,2) lors de l'opération d'étirage de manière à être poussées l'une vers l'autre. 3. Mandrin selon la revendication 2, caractérisé en ce que les différentes partes de mandrin (1,2) sont poussées l'une contre l'autre par des rondelles élastiques et/ou des couches intercalaires élastiques (4). 4. Mandrin selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'au moins une des parties de mandrin (2) est disposée étroitement sur la broche de manière à pouvoir coulisser axialement sur celle-ci, ce qui permet un montageissant étanche. 5. Mandrin selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la partie d'épaulement (2) se compose de deux ou plusieurs sections (2a, 2b) placées axialement l'une derrière l'autre. 6. Mandrin selon la revendication 5, caractérisé en ce que les sections (2a, 2b) de la partie d'épaulement sont formées de matériaux différents. 7. Mandrin selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la partie d'épaulement (2) et/ou la partie d'étirage comportent une structure symétrique par rapport à leur plan central radial (28). 8. Mandrin selon l'une quelconque des revendications I à 7, caractérisé en ce que l'arête (18) de la partie d'étirage a un profil s'écartant de la forme circulaire, certaines parties de l'arête (1x9, étant inclinées vers le plan central radial de la partie d'étirage. 9. Mandrin selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'arête (1) a une forme ondulée. iO. Mandrin selon la revendication 8, caractérisé en ce que itarête a une forme ovale inclinée en direction du plan central radial. 11. Mandrin selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ltarête (16,18) de la partie d'étirage est suivie par un chanfrein faisant un angle aplati par rapport à l'axe de mandrin (25). 12. Mandrin selon la revendication 11, caractérisé en ce que le chanfrein fait avec l?axe de mandrin (25) un angle compris entre 5 et 300, de préférence entre 5 et 200, et notamment entre 10 et 200. 13. Mandrin selon l'une quelconque des revendications 2 à 12, caractérisé en ce que la pré-contrainte de l'élément ressort (4) poussant les différentes parties de mandrin (1,2) l'une vers l'autre est réglable.