Brevet FR2348763A1 — publié le 19771118

L'invention concerne généralement un procédé et un dispositif de formage par rétreint de pièces tubulaires, et particulièrement de pièces tubulaires métalliques, ainsi que les produits obtenus au moyen de ce procédé et de ce dispositif. Il est très fréquent dans la technique, et particulièrement en métallurgie de fabriquer des pièces métalliques tubulaires, c'est-à-dire traversées complètement par un conduit ou un passage, dont une partie ou une extrémité sont rétreintes, c'està-dire ont un diamètre ou des dimensions intérieures inférieures à celles des autres parties des pièces tubulaires. Les parties rétreintes peuvent avoir sensiblement la même forme en section que les autres parties non rétreintes des pièces tubulaires, ou bien avoir une forme différente, selon les cas. Jusqu'à présent, ces opérations de rétreint d'une partie ou d'une extrémité d'une pièce tubulaire sont réalisées par formage ou forgeage par des moyens mécaniques soit à froid soit à chaud. Ces procédés de rétreint par forgeage à froid ou à chaud présentent plusieurs inconvénients importants, dont notamment l'obligation de travailler les pièces une par une. Le forgeage se traduit de plus par une détérioration ou une altération de la qualité du matériau et particulièrement de son état de surface (oxydation en cas de travail à chaud, marques ou traces dues à l'outil de forgeage, fibrage, et risque de fissuration en cas de matériau fragile). Enfin, le bruit provoqué par les opérations de forgeage est très important et particulièrement genant. Un autre inconvénient extrêmement important des opérations de rétreint par formage ou forgeage à chaud ou à froid, est que la forme de la partie rétreinte ne correspond en général pas de façon absolument parfaite à la forme que l'on désire obtenir. B'invention a précisément pour but de pallier ces divers inconvénients, et propose pour cela un procédé de formage par rétreint de pièces tubulaires, et particulièrement de pièces tubulaires métalliques, caractérisé en ce qu'il consiste à disposer de façon étanche, à l'intérieur de chaque pièce tubulaire au niveau de la partie à former, un mandrin dont la surface extérieure a une forme conjuguée de celle à obtenir pour cette partie de la pièce, et à faire agir sur ladite pièce une pression isostatique ou hydrostatique de valeur élevée qui agit sur la surface extérieure de la partie à former dont la surface intérieure est isolée de cette pression, pour ainsi rétreindre la pièce à former sur la surface du mandrin, et, après retour à la pression atmosphérique, à retirer le mandrin de la pièce tubulaire par une extrémité de celle-ci. Le procédé de l'invention est extrêmement avantageux en ce que le rétreint est effectué par application d'une pression isostatique sur la surface extérieure de la partie à former, c'est-à-dire que l'action de la pression est parfaitement uniforme en tout point de la partie de pièce à former. On obtient ainsi des formes rétreintes absolument parfaites. De plus, l'action de la pression isostatique étant absolument uniforme, les caractéristiques mécaniques du matériau sont conservées ou améliorées dans toutes les directions. L'invention propose également un dispositif de formage par rétreint de pièces tubulaires, et en particulier de pièces tubulaires métalliques, par exécution du procédé décrit dans l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte de très haute pression, contenant un milieu transmetteur de pression, tel qu'un liquide ou une matière incohérente ou déformable, dans laquelle seront déposées lesdites pièces tubulaires, une source de pression élevée, des mandrins destinés à être placés à l'intérieur des parties à former des pièces tubulaires et ayant une surface extérieure conjuguée de celle à obtenir pour les parties à former, et des moyens pour isoler de l'nvironnement extérieur la partie de la pièce à former dans laquelle un mandrin est disposé. Le dispositif selon l'invention permet donc, au moyen d'une seule enceinte, de rétreindre simultanément des pièces métalliques ayant des formes différentes. L'invention concerne encore les pièces tubulaires, par exemple métalliques,qui comprennent une partie ou une extrémité formée par rétreint, et qui sont obtenues par exécution du procédé selon l'invention ou par mise en oeuvre du dispositif selon l'invention. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts caractéristiques détails et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre, faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant divers modes de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 est une vue partielle en coupe longitudinale d'une pièce tubulaire métallique pourvue d'un mandrin selon l'invention, et représentée avant l'opération de rétreint; - la figure 2 représente schématiquement en coupe une enceinte de très haute pression contenant des pièces tubulaires métalliques à rétreindre ; - la figure 3 est une vue semblable à celle de la figure 1, mais représentant une pièce tubulaire métallique après l'opération de rétreint ; et - les figures4 et 5 représentent schématiquement en perspective deux exemples de pièces tubulaires métalliques dont une extrémité est rétreinte selon l'invention. Dans l'exemple de réalisation des figures 1 à 3, l'invention est représentée comme appliquée à des pièces métalliques tubulaires à section cylindrique circulaire uniforme, dont une extrémité doit subir une opération de rétreint. q Selon l'invention, un mandrin 1, par exemple en acier, est disposé à l'intérieur de l'extrémité 2 à rétreindre du tube métallique 3. Le mandrin 1 comprend une tete cylindrique 4, dont le diamètre est sensiblement égal ou très légèrement inférieur au diamètre intérieur du tube 3, et qui est muni sur sa surface externe de joints d'étanchéité 5 résistant aux très hautes pressions.'la tête cylindrique 4 peut comprendre un alésage 6, de forme adaptée, qui peut servir à améliorer l'étanchéité du joint 5 du fait de l'élasticité du matériau de la tête 4, laquelle est soumise à la pression et qui peut servir également par l'intermédiaire d'un outillage de forme appropriée, à retirer le mandrin de la pièce formée 3, après l'opération de formage. La tête cylindrique 4 du mandrin est prolongée par une partie tronconique 7 dont la grande base est reliée à la partie cylindrique 4 et dont la petite base est reliée à la grande base d'une seoonde partie tronconique 8 ayant un angle au sommet légèrement supérieur à celui de la partie tronconique 7. La seconde partie tronconique 8 se prolonge en une partie cylindrique 9 dont le diamètre est égal à celui de la petite base de la partie tronconique 8, et cette partie cylindrique 9 est reliée par un épaulement à une tige cylindrique 10 filetée extérieurement. Cette tige filetée 10 reçoit un écrou 11 dont le diamètre extérieur est supérieur à celui du tube 3, de façon à venir prendre appui sur l'extrémité 2 du tube 3, comme représenté en figure 1, lorsque le mandrin 1 est monté à l'intérieur du tube 3. On remarquera que l'écrou 11 est vissé sur la tige 10 jusqu a venir en appui sur l'épaulement de la partie cylindrique 9 du mandrin. Le diamètre de l'écrou 11 pourrait être plus petit que le diamètre intérieur du tube 3, si l'appui était réalisé par l'intermédiaire d'une rondelle non représentée en figure 1. L'écrou 11 et la partie filetée il pourraient être remplacés par tout autre moyen assurant la même fonction. Les parties 4, 7, 8, 9, 10 du mandrin ont été représentées en une seule pièce mais elles peuvent être également réalisées en plusieurs pièces de géométrie totale équivalente. Lorsque le mandrin 1 est monté à l'intérieur de l'extré- mité 2 du tube 3 comme représenté en figure 1, avec l'écrou 11 vissé sur la tige filetée 10 et venant en appui sur l'extrémité du tube 3, un manchon 12 en matière souple et étanche ou imperméable, ayant une extrémité ouverte et une extrémité fermée, est enfilé sur l'écrou Il et sur l'extrémité 2 du tube 3, jusqu'à venir sensiblement au niveau de la tête 4 du mandrin 1. Lorsque le manchon 12 est réalisé en matière élastiquement déformable, par exemple en caoutchouc, il peut de lui meme réaliser une étanchéité complète autour de l'extrémité 2 du tube 3. Cette étanchéité peut toutefois etre renforcée par un bracelet 13, par exemple en caoutchouc également, entourant l'extrémité 14 du manchon 12 et destiné à serrer de façon étanche ce manchon sur la surface extérieure du tube 3. On peut également utiliser un collier de serrage ou tout autre moyen approprié, à la place du bracelet 13. Lorsque l'extrémité 2 du tube 3 est ainsi pourvue du mandrin 1, de l'écrou Il et du manchon 12, comme représenté en figure 1, on comprend que la surface interne du tube 3 comprise entre les joints d'étanchéité 5 de la tête du mandrin 1 et l'extrémité du tube, est complètement isolée de l'environnement extérieur. Il suffira donc de placer le tube 3 ainsi équipé dans une enceinte de très haute pression, telle que celle représentée en figure 2, et d'établir dans cette enceinte une pression isostatique ou hydrostatique élevée, par exemple supérieure à 1000 bars, pour rétreindre 11 extrémité 2 du tube 3 et lui donner une forme conJuguée de celle du mandrin 1, comme représenté en figure 3. L'enceinte 15 représentée en figure 2 est destinée à supporter les très hautes pressions, notamment supérieures à 1000 bars, et elle comprend essentiellement un corps 16 et un couvercle amavible 17 fermant de façon étanche le corps 16. L'enceinte est également pourvue d'un conduit de purge 18 équipé d'une vanne 19, et d'un conduit 20 d'amenée de la pression équipé; d'un manomètre 21 et relié à une source 22 de très haute pression. L'enceinte i5 est destinéeàconenir une ou plusieurs pièces, par exemple des tubes 3, dans une extrémité desquelles ont été montés les mandrins selon l'invention, et elle est remplie d'un milieu transmetteur de pression, qui peut être par exemple un liquide tel que de l'huile, ou une matière incohérente et parfaitement déformable, telle du caoutchouc en poudre, etc. Le dispositif selon l'invention fonctionne donc de la façon suivante Les tubes métalliques 3, qui peuvent être identiques ou différents, ont leurs extrémités 2 équipées des mandrins 1, des écrous 11 et des manchons 12 selon l'invention. Les mandrins 1 peuvent également être différents, selon les formes que l'on désire donner aux extrémités 2 des tubes 3. Les tubes 3 ainsi équipés sont placés dans le corps 16 de l'enceinte 15, dont le couvercle 17 est ensuite fermé. Ia vanne 19 du conduit de purge 18 est fermée, et on admet dans l'enceinte, par le conduit 20, une très haute pression délivrée par la source 22, par exemple supérieure à 1000 bars.L'action de cette pression isostatique ou hydrostatique dans l'enceinte 15 s'exerce uniformément en tous points des tubes 3, sauf sur les parties de leurs surfaces internes dans lesquelles sont logés les mandrins 1, ces parties de surface interne étant soumises uniquement à la contre-pression du gaz emprisonné. L'action de la pression très élevée régnant dans l'enceinte s'excerce alors sur les extrémités 2 des tubes 3, et rétreint celles-ci autour des mandrins 1 en donnant à ces extrémités des tubes 3 une forme conjuguée de celle des mandrins 1. La diminution de diamètre intérieur des extrémités -2, au niveau des parties 7, 8 et 9 des mandrins 1, s'accompagne ici nécessairement d'une augmentation correspondante de l'épaisseur du tube. Dans d'autres cas, il y a simplement une répartition adéquate de l'épaisseur du tube. On remarquera que le formage ainsi réalisé est silencieux, qu'il est rapide et qu'il est absolument uniforme-. Après un temps approprié, la vanne 19 du conduit de purge est ouverte, et après retour à la pression atmosphérique dans l'enceinte 15 le couvercle 17 est ouvert, et les tubes 3 sont -sortis de l'enceinte. Il suffit alors de retirer les manchons 12, de dévisser les écrous il et de sortir les mandrins 1 des tubes 3 par leur extrémité opposée à leur extrémité 2. Il est bien évident que dans le mode de réalisation représenté dans les figures 1 à 3, l'extrémité du tube opposée à l'extrémité 2 doit avoir une forme et une section telles qu'elles permettent la sortie du mandrin 1. On remarquera également que le procédé et le dispositif selon l'invention permettent de donner des formes très variées aux extrémités 2 rétreintes des tubes 3. On a représenté, à titre d'exemple dans les figures 4 et 5 deux formes possibles des extrémités rétreintes. En figure 4, on a représenté une partie d'un tube métallique 30 de section héxagonale, dont l'extrémité rétreinte 32 est de forme cylindrique circulaire, et est pourvue d'un filetage intérieur 33 sur au moins une partie de sa longueur. On retrouve, sur la surface extérieure de l'extrémité 32, un filetage plus ou moins prononcé 34 oonjugué du filetage interne 33 En figure 5, on a représenté une partie d'un tube métallique 35, à section circulaire, dont l'extrémité 36 rétreinte est formée par d-es cannelures longitudinales arrondies 37. Dans ce qui vient d'être décrit, on a supposé que les mandrins destinés à être placés à l'intérieur des extrémités des tubes, étaient réalisés en une seule pièce. Ces mandrins pourraient toutefois être réalisés en plusieurs pièces indépendantes juxtaposées, en matériaux différents, ayant par exemple des caractéristiques d'élasticité ou de déformabilité différentes. Les avantages les plus importants du procédé et du dispositif selon l'invention sont donc les suivants - l'action de la pression isostatique ou hydrostatique étant parfaitement uniforme, les caractéristiques mécaniques du matériau sont conservées ou améliorées dans toutes les directions. - dans une même enceinte de pression on peut traiter un grand nombre de pièces en une seule opération. - les pièces, façonnées simultanément, peuvent être identiques ou différentes. - L'opération de formage par rétreint s'exécute très rapidement, ce qui entraîne une dimunition du prix de revient unitaire des pièces. - L'opération de rétreint ne provoque aucun bruit. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés 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. REVENDICÂTIONS 1. Procédé de formage par rétreint de pièces tubulaires et particulièrement de pièces tubulaires métalliques, caractérisé en ce qu'il consiste à disposer, de façon étanche à l'intérieur de chaque pièce tubulaire au niveau de la partie à former, un mandrin dont la surface extérieure a une forme conjuguée de celle à obtenir pour cette partie de la pièce, et à faire agir sur ladite pièce une pression isostatique ou hydrostatique de valeur élevée qui agit sur la surface extérieure de la partie à former dont la surface intérieure est isolée de cette pression, pour ainsi rétreindre la partie à former sur la surface du mandrin, et, après retour à la pression atmosphérique, à retirer le mandrin de la pièce tubulaire par une extrémité de celle-ci. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à maintenir le mandrin en place dans la pièce tubulaire par une pièce telle qu'un écrou montée amoviblement sur l'extrémité du mandrin et s'appuyant directement ou-indirectement sur une extrémité correspondante de la pièce tubulaire. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'autre extrémité du mandrin est disposée mobile de façon étanche dans la pièce tubulaire à former. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on applique ladite pression sur la pièce à former par l'intermédiaire d'une membrane souple et étanche ou imperméable montée de façon étanche autour de la partie à former de la pièce tubulaire. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite pression est supérieure à 1000 bars. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à placer une ou plusieurs pièces tubulaires pourvues des mandrins précités dans une enceinte de très haute pression , contenant un milieu transmetteur de pression, tel qu'un liquide ou une matière incohérente ou déformable, et à mettre l'enceinte sous pression élevée. 7. Dispositif de formage par rétreint de pièces tubulaires, et en particulier de pièces tubulaires métalliques, par exécution du procédé décrit dans l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte de très haute pression, contenant un milieu transmetteur de pression tel qu'un liquide ou une matière incohérente ou déformable, dans laquelle seront déposées lesdites pièces tubulaires, une source de pression élevée, des mandrins destinés à être placés à l'intérieur des parties à former des pièces tubulaires et ayant une surface extérieure conjuguée de celle à obtenir pour les parties à former, et des moyens pour isoler de l'environnement extérieur le volume intérieur de la partie à former dans laquelle un mandrin est disposé. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les mandrins comprennent une extrémité tubulaire dont la surface externe a une dimension sensiblement égale à la dimension interne d'une extrémité de la partie à former et est pourvue de joints d'étanchéité, et une extrémité opposée sur laquelle est montée une pièce destinée à s'appuyer sur une extrémité correspondante de la pièce tubulaire. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'extrémité opposée du mandrin est filetée et reçoit un écrou dont le diamètre extérieur est supérieur à celui de l'extrémité correspondante de la pièce tubulaire. 10. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 9,caractérisé en ce quelles mandrins sont réalisés en une seule pièce et comprennent une ou plusieurs parties tronconiques et éventuellement une ou plusieurs parties cylindriques à section circulaire. 11. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les mandrins sont réalisés en plusieurs pièces indépendantes destinées à être juxtaposées et pouvant avoir des caractéristiques d'élasticité ou de déformabilité différente. 12. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend des manchons en matière souple et étanche ou imperméable, destinés à être montés de façon étanche autour de la partie à former. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que lesdits manchons sont fermés à une extrémité et sont destinés à être appliqués sur l'extrémité des pièces tubulaires. 14. Dispositif selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que lesdits manchons sont en matière élastiquement déformable. 15. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend des bracelets ou colliers de serrage destinés à appliquer de façon étanche les extrémités des manchons sur la surface extérieure desdits pièces tubulaires. 16. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 15, caractérisé en ce que la source de pression délivre dans l'enceinte une pression supérieure à 1000 bars. 17. Pièces tubulaires, par exemple métalliques, comprenant une partie ou une extrémité formée par rétreint, obtenues par exécution du procédé décrit dans l'une des revendications 1 à 7 ou par mise en oeuvre du dispositif décrit dans l'une des revendications 8-à 16.