Brevet FR2453691A1 — publié le 19801107

La présente invention concerne la fabrication de raccords de tuyauterie et vise notamment une matrice et un procédé pour le façonnage de raccords coudés et coudes de retour à partir de tronçons de tubes rectilignes. On a mis au point au cours des ans de nombreux procédés de façonnage de raccords coudés et coudes de retour. Le brevet US No. 3.354.681 décrit un procédé et un appareil permettant de couder un tronçon de tube en le poussant à travers une matrice de façonnage. Une partie de cet appareil est constituée par un "ressaut convergent qui, selon l'inventeur, provoquerait un coudage par frottement différentiel, le frottement étant plus fort à l'intérieur qu'à l'extérieur du coude formé dans le tronçon de tube ; cette assertion va directement à l'opposé de ce qui a été établi dans le cadre de la présente invention. La présente invention résout maints problèmes posés dans la technique antérieure par le façonnage de raccords de tuyauterie. Pour façonner le raccord, on pousse un organe tubulaire à travers une matrice de façonnage en plusieurs sections. Une disposition possible de ces sections est la suivante. L'organe subit, dans la première section, un rétreint qui amorce le coudage. Une seconde section accuse le coudage. Une seconde section de rétreint (troisième section) fait subir une contrainte de compression longitudinale au tronçon d'organe situé dans la section de cintrage précitée et accuse le cintrage. Enfin, pour la mise aux cotes voulues, une section de calibrage succède à la seconde section de rétreint. Les diverses caractéristiques de l'invention sont énoncées dans les revendications annexées. Pour mieux faire comprendre l'invention, on va maintenant en décrire, à titre d'exemple, un mode de réalisation type en se référant aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 représente de profil l'ensemble d'un appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention la figure 2 est, en plan, une vue en coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1 la figure 3 est une vue de détail en plan d'une moitié de matrice de façonnage de configuration typique la figure 4 est une vue de détail en plan de la première section de rétreint d'une moitié de matrice de façonnage de forme particulière, symétrique par rapport à un plan, constituée par un tronçon tronconique et contenant un organe tubulaire la figure 5 représente une section de rétreint selon une variante. La présente invention vise, d'une manière générale, un procédé de façonnage de raccords de tuyauterie coudés, par exemple, à 45 et à 900 et de coudes de retour de haute qualité, à section circulaire. Comme on le voit sur les figures 1 et 2, un ensemble de soutien de matrice 10, constitué par des organes de soutien supérieur 12 et inférieur 14, repose sur une embase 16. Dans cet ensemble de soutien 10 est logée une matrice de façonnage 17, constituée par une pièce rapportée supérieure 18, confinée dans l'organe de support 12, et par une pièce inférieure 20, confinée dans l'organe de soutien inférieur 14. Un organe tubulaire 22, enduit d'un lubrifiant du commerce, est typiquement poussé dans l'ensemble 10 par un poinçon 24 déplacé vers l'ensemble 10 par un vérin automatique 26. Une section de guidage d'entrée 28 (figure 2) centre le tube 22 pour qu'il pénètre convenablement dans la matrice de façonnage 17, dont la pièce inférieure est indiquée en 20 sur la figure 2.Bien que, telle que représentée, la section de guidage d'entrée 28 ait un diamètre uniforme sur toute sa longueur, son extrémité de sortie peut être dimensionnee et aménagée pour modifier la géométrie de la section du tube 22 avant que celui-ci ne pénètre dans la première section de rétreint 30 (figure 3). Le raccord façonné 29 sort ensuite de la matrice de façonnage 17. On peut décomposer le procédé de façonnage de coude en des opérations de façonnage distinctes, bien qu'en relation mutuelle. Ces opérations sont multiples. L'une des combinaisons possibles comporte quatre opérations de façonnage successives (a) cintrage initial dans une première section de rétreint (b) cintrage sans rétreint (c) cintrage plus accusé dans une seconde section de rétreint ; (d) calibrage sans rétreint. Ces quatre opérations sont de préférence effectuées successivement dans une matrice de façonnage. La figure 3 représente une moitié de la matrice de fa çonnage 17 destinée à assurer successivement les opérations susmentionnées. La matrice composite comprend de préférence une section de guidage d'entrée 28 à diamètre uniforme, une première section de rétreint 30, une section de cintrage tubulaire 32 à diamètre uniforme, une seconde section de rétreint 34 et une section de calibrage tubulaire 36 à diamètre uniforme. Bien que, sur la figure 3, l'empreinte de matrice décrive un arc de 900 entre le début de la section 30 et la fin de la section 36, cet exemple n'est pas limitatif. L'empreinte peut couvrir une distance angulaire soit inférieure, soit supérieure à 900 selon les exigences à respecter et le nombre de sections de façonnage prévues. La première section de rétreint 30 peut avoir la forme voulue pour assurer un rétreint différentiel ou rétreindre seulement le coté extérieur ou extrados du coude. De toute manière, l'effet exercé par la section 30 dépend beaucoup du pourcentage de réduction du diamètre extérieur et de l'angle "de déviation T (figure 4) qu'on définira plus loin. La section de cintrage 32 communique par son extrémité 31 avec l'étranglement 42 de la section 30 et confère à force à l'organe tubulaire un rayon de courbure inférieur à celui qu'il présenterait en son absence immédiatement à la sortie de la section 30, ce qui accuse le cintrage. Cette section ne provoque pas de réduction de diamètre, mais modifie le rayon de courbure du tube. La courbure de cette section est très importante ; d'une manière générale, le rayon d'intrados doit être voisin de celui du raccord façonné. La seconde section de rétreint 34 communique par son ex trémité large 35 avec l'extrémité d'aval 33 de la section de cintrage 32. Comme la section 30, cette section est destinée à rétreindre le tube et présente certaines caractéristiques géométriques analogues. La partie de matrice en contact avec l'intrados du tube a de préférence un rayon de courbure égal au rayon d'intrados 38 de la section de cintrage 32. La section de rétreint 34 augmente la compression subie dans la section de cintrage d'amont 32, ce qui oblige le tube à épouser les rayons d'intrados et d'extrados de la section 32. Elle fignole en outre le cintrage en amont de la section de calibrage 36 et contraint le tube d'épouser le rayon d'intrados menant à cette section 36. La section de calibrage 36 communique par une extrémité 39 avec la petite extrémité 37 de la seconde section de rétreint 34 et est comparable à la section de cintrage 32 en ce qu'elle ne provoque pas non plus de réduction du diamètre du tube. Tou- tefois, sa courbure d'extrados est plus accusée que celle de la section 32. La section 36 assure surtout la mise aux cotes. Pendant que le tube traverse les quatre sections de fa çonnage précitées, son épaisseur de paroi subit dans l'ensemble les variations suivantes : dans la première section de rétreint 30, l'épaisseur de paroi augmente tant à l'intrados qu'à l'extrados. Dans la section de cintrage 32, elle augmente à l'intrados et diminue à l'extrados. Dans la seconde section de rétreint 34, elle augmente à l'extrados. Dans la section de calibrage 36, elle demeure de préférence inchangée, mais peut en fait varier dans l'un ou l'autre sens selon la conception des trois sections de façonnage précédentes. La première section de rétreint 30 est symétrique par rapport à un plan. Dans l'exemple illustré, on peut l'assimiler à une matrice classique à axe déporté par rapport à l'axe du tube arrivant. L'utilisation de matrices à axe déporté dans un processus de façonnage de tube et les limites critiques à respecter dans ce cas sont exposées dans la demande de brevet déposée ce jour par la demanderesse pour Procédé de façonnage de tube". Comme illustré par la figure 4, il existe certaines rela tions géométriques entre la section 30 et l'organe tubulaire 22 poussé dans cette section. La section 30 peut présenter un tron çon d'entrée tronconique 40 dont on peut définir les relations avec le tube de départ 22 au moyen des expressions suivantes C = demi-angle au sommet*du cône, c'est-a-dire incli naison d'une génératrice sur l'axe du cône T = angle "de déviation" de la matrice ou angle fait entre l'axe du cône d'entrée et l'axe du tube arrivant 1x = angle d'admission maximum de la matrice, égal à C+T; I. = angle d'admission minimum de la matrice, égal à C-T; R c = rayon de courbure d'intrados du tube. On notera que 1x et I. sont définis par des génératrices du cône d'entrée 40 opposées par rapport à l'axe du tube 22. Le tube rectiligne 22, poussé à travers le cône 40, traverse l'étranglement 42 qui constitue la petite base du tronçon tronconique. Le tube 22, arrivant avec un diamètre extérieur initial ODs, se transforme en traversant la section 30 en un tube cintré ou raccord partiellement façonné 48 à diamètre extérieur ODf. Pendant que le tube 22 est poussé à travers la matrice 30, la partie supérieure (sur la figure 4) de son pourtour subit un rétreint (réduction de diamètre) plus accusé que la partie in inférieure, le rétreint étant maximum sur la génératrice du cône qui définit l'angle d'admission maximum Ix, ce qui rend l'allongement plus important dans la partie supérieure ou extrados du tube et provoque un cintrage. On notera que, pendant qu'on pousse le tube 22 à travers la matrice 30, la partie du pourtour du tube la plus voisine de la génératrice 46 du cône ayant l'inclinaison minimale I. rencontre la matrice avant que le tube ne rencontre à llopposé la génératrice 44 du cône ayant l'inclinaison maximale Ix.Ce x décalage des points de prise de contact avec le cône d'entrée 40 rend inégales les forces appliquées par la matrice normalement au tube 22, ce qui engendre un couple (ou moment) amorçant le cintrage du tube. Il va de soi que la matrice 30 décrite ci-dessus ne constitue qu'un exemple concret de matrice symétrique par rapport à un plan. Après avoir franchi l'étranglement 42, le tube traverse successivement la section de cintrage 32 qui accuse son façonnage, la seconde section de rétreint 34 où le façonnage est encore poursuivi et la section de calibrage 36 pour la finition du raccord, qui sort ensuite de la matrice. Le raccord façonné peut alors être sectionné à la longueur voulue. En variante, on peut débiter un tube rectiligne en tronçons de longueur souhaitée pour les raccords finis, puis pousser successivement des tronçons précoupés à travers la matrice composite. Des tronçons de longueurs différentes donnent des raccords de types différents, par exemple coudés à 45 et 900 et à coude de retour. Le procédé décrit permet de façonner des raccords ayant un ensemble particulier de dimensions à partir d'un tube rectiligne ou de tronçons de tube précoupés, en opérant en semi-continu ou en continu. La description qui précède concerne le mode de mise en oeuvre préféré, illustré par les dessins. Toutefois, on peut adopter isolément ou en combinaison, selon la structure souhaitée pour le raccord fini, d'autres agencements de matrice, comportant par exemple (a) des sections de guidage d'entrée, de rétreint et de cintrage (b) des sections de guidage d'entrée, de rétreint de cintrage et de calibrage (c) une section de guidage d'entrée, une première section de rétreint, une section de cintrage et une seconde section de rétreint (d) une section de guidage d'entrée, une première section de rétreint, une section de cintrage, une seconde section de rétreint et une section de calibrage (e) une section de guidage d'entrée, une première section de rétreint, une première section de cintrage, une seconde section de rétreint et une seconde section de cintrage (f) une section de guidage d'entrée, une première section de rétreint, une première section de cintrage, une seconde section de rétreint, une seconde section de cintrage et une section de calibrage. Des agencements plus compliqués, comportant davantage de sections, sont possibles, mais peu indiqués en raison de leur complexité. La figure 5 représente une section de rétreint 50 selon une variante, correspondant à la section de rétreint 30. La différence fondamentale entre les sections 30 et 50 est que, dans la section 50, l'inclinaison d'entrée minimale I. de la matrice est de 00 et que la partie du pourtour du tube en contact avec la génératrice inférieure 54 ne subit pas de rétreint. Comme représenté, le tube 22, à diamètre extérieur initial ODs, est poussé dans la section 50 et traverse un tronçon tronconique 52. Il demeure en contact avec la génératrice inférieure 54 (Ii = 00) tout en subissant une réduction de diamètre par contact avec la génératrice supérieure 56 du cône 52. La génératrice inférieure 54 est tangente au rayon d'intrados 38 (figure 3) de la section de cintrage au point de jonction entre les deux sections.Le tube 22 est repoussé à travers l'étranglement 42, pénètre dans la section de cintrage 32 (non représentée sur la figure 5) et poursuit son trajet tel que précédemment décrit. Le procédé selon l'invention et le raccord qu'il permet d'obtenir présentent de nombreux avantages par rapport aux procédés de façonnage et raccords existants : le procédé n'oblige pas à soutenir intérieurement le tube, ce qui permet de façonner rapidement des raccords à partir de tubes longs. Il est applicable à tout matériau ductile apte à supporter les efforts de façonnage. Il peut être appliqué à froid ou à température modérée ou élevée. Du fait de l'absence d'outils intérieurs, les raccords ne présentent pas dè marques sur leur face intérieure. On a en outre constaté que les raccords ont une épaisseur de paroi uniforme sur toute leur longueur, avec un-amincissement faible ou nul à l'extrados, et leur pourtour est circulaire sur toute leur longueur. REVENDICATIONS 1. Matrice composite pour le façonnage d'un coude dans un tube rectiligne poussé à travers la matrice, caractérisée en ce qu'elle comprend une section de guidage d'entrée tubulaire, une section de rétreint en forme de cône tronqué communiquant par sa grande base avec une extrémité de la section de guidage d'entrée et construite et agencée de façon que le tube poussé à travers cette section subisse sur son pourtour de la part de la matrice des forces de rétreint qui varient entre un maximum à un niveau de ce pourtour et un minimum à un niveau opposé de ce pourtour, le déséquilibre entre ces forces engendrant un moment de force, ce qui provoque une flexion du tube autour du niveau où les forces de rétreint sont minimales, un façonnage partiel du coude et une réduction du diamètre du tube, et une section de cintrage tubulaire qui définit un passage de diamètre uniforme communiquant à une extrémité avec la petite base du cône de la section de rétreint et est construite et agencée de façon que le tube qui y est poussé subisse un nouveau cintrage qui accuse le façonnage du coude. 2. Matrice composite selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend une seconde section de rétreint reliée à l'extrémité d'aval de la section de cintrage et construite et agencée de façon que le tube poussé à travers cette section subisse sur son pourtour,de la part de la matrice, des forces qui varient entre un maximum à un niveau de ce pourtour et un minimum à un niveau opposé de ce pourtour, le déséquilibre entre ces forces engendrant un moment de force, ce qui provoque un cintrage plus accusé autour du tube au niveau où les forces de rétreint sont minimales, une nouvelle réduction du diamètre du tube et un façonnage plus accusé du coude. 3. Matrice composite selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend une section de calibrage tubulaire définissant un passage de diamètre uniforme relié à l'extrémité de sortie de la seconde section de rétreint et construite et agencée de façon que le tube poussé à travers cette section subisse un façonnage final du coude 4.Procédé de façonnage de coude à partir d'un tube rectiligne dans une matrice composite comportant, dans l'ordre, une section de guidage d'entrée tubulaire, une section de rétreint et une section de cintrage tubulaire de diamètre uniforme, caractérisé en ce qu'on pousse le tube à travers la section de guidage d'entrée et la section de rétreint pour lui faire subir sur son pourtour, de la part de la matrice, des forces de rétreint qui varient entre un maximum à un niveau dudit pourtour et un minimum au niveau opposé de ce pourtour, le déséquilibre entre ces forces engendrant un moment de forces, ce qui provoque un cintrage du tube autour du niveau subissant les forces de rétreint minimales, un façonnage partiel du coude et une réduction du diamètre du tube, puis on pousse le tube à travers la section de cintrage pour augmenter son cintrage et accuser le façonnage du coude, en conservant au tube un diamètre uniforme. 5. Procédé de façonnage de coude selon la revendication 4, caractérisé en ce que le processus séquentiel consiste ensuite à pousser le tube à travers une seconde section de rétreint pour lui faire subir sur son pourtour, de la part de la matrice, des forces de rétreint qui varient entre un maximum à un niveau dudit pourtour et un minimum à un niveau opposé de ce pourtour et le soumettre à un déséquilibre de forces qui engendre un moment de force, ce qui provoque un cintrage accru autour du niveau soumis aux forces de rétreint minimales, une nouvelle réduction du diamètre du tube et un façonnage plus accusé du coude. 6. Procédé de façonnage de coude selon la revendication 5, caractérisé en ce que le processus séquentiel consiste ensuite à pousser le tube à travers une section de calibrage tubulaire de diamètre uniforme pour façonner le coude. 7. Procédé de façonnage de coude selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on sectionne le coude façonné à la longueur voulue après sa sortie de la matrice. 8. Procédé de façonnage de coude selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on découpe un tube en tronçons ayant la longueur finale souhaitée et l'on pousse successivement ces tron çons travers la matrice.