Brevet FR2472465A1 — publié le 19810703

i 2472465 La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux presses hydrauliques. On sait que les presses hydrauliques doivent présenter un certain nombre de caractéristiques de vitesses, de positions et d'efforts. a) Vitesses: La presse doit présenter une ou plusieurs vitesses d'approche, une ou plusieurs vitesses de travail, et une ou plusieurs vitesses de remon- tée. En outre, les variations de ces différentes vitesses doivent répondre à un certain nombre d'exigences. Dans les presses actuelles, ces variations sont en général obtenues par des ensembles hydrauliques qui comprennent, notamment des régulateurs ou limiteurs de débit, des clapets freineurs, et des électro-vannes, isolant ou commandant les différents éléments. Ces moyens classiques procurent des résultats qui sont bien souvent aléatoires, et qui ne peuvent être obtenus qu'après un certain nombre de réglages. Ces réglages sont fréquemment différents, suivant les varia- tions de température, de filtration de l'huile, ou d'instabilité ou d'usure des organes hydrauliques en général. Avec ces systèmes classiques, il est difficile d'obtenir, dans un cycle, des phases avec des variations de vitesses ou des vitesses parfaite- ment régulées et stables, sans avoir recours à des moyens hydrauliques complexes= Enfin, on ne peut obtenir que des précisions toutes relatives, en utilisant par ailleurs un ensemble de régulation de grande précision, donc coûteux. La complexité de ces systèmes hydrauliques entraîne, au niveau de la cadence de la presse, et donc de la productivité, une pénalisation de temps de réponse long, due en particulier aux inerties des appareillages hydrauliques à déplacer. D'autre part, l'asservissement électro-mécanique nécessaire au fonctionnement de ces appareillages hydrauliques est directement propor- tionnel à la complexité du schéma hydraulique, ce qui entraîne la nécessité de prévoir des armoires électriques importantes etdélicates. b) Positions. Contrairement aux presses mécaniques, la position d'un vérin de presse est obtenue sur le produit à travailler, ce qui se traduit notam- ment par les inconvénients suivants: nécessité de prévoir des positions dif- férentes du vérin de presse en fonction du même produit travaillé, à cause 2 2472465 de certains paramètres du produit ( notamment = dureté, surfaces plus ou moins importantes travaillées etc...), ce qui est mauvais. Par ailleurs, du fait que le vérin de presse n'occupe pas toujours la même position, des produits identiques deviennent différents, ce qui est mauvais; présence d'irrégularités dans le produit travaillé; usures prématurées des outils de la presse pour l'exécution de certains travaux spécialisés. Pour pallier ces- difficultés, on a recours, dans les presses classi- ques, à des artifices tels que, notamment: réalisation d'outils spécifiques venant réactionner le vérin de la presse; construction d'un vérin de presse spécial, comportant une double tige filetée avec écrou de réaction réglable; mise en oeuvre de moyens de calage mécaniques pour réactionner le vérin de presse. Ces différents moyens entraînent, au niveau des réactions, des mon- tées en pression systématiques, des bruits importants, des chocs intempes- tifs pouvant entraîner une détérioration du vérin de presse, des outils et des organes hydrauliques et mécaniques en général. Enfin, la conception et la réalisation de tels systèmes, toujours spécifiques, ne sont pas toujours facile s. c) Efforts Dans les presses hydrauliques classiques, le réglage d'une ou plu- sieurs pressions dans un cycle s'effectue, au niveau du fluide hydraulique, en régulant la pression de l'huile par l'intermédiaire de moyens classiques, tels que, notamment, soupapes ou régulateurs de pression pourvus d'élec- trovannes isolant ces différents moyens suivant les plages d'efforts. - Dans les presses mécaniques, les moyens indiqués ci-dessus ne sont pas prévus, étant donné que la force de la pression est obtenue automati- quement par la réaction du produit à traiter, en fonction de sa déformation à une position déterminée. En dehors des problèmes soulevés ci-dessus, on doit tenir compte du fait que les presses hydrauliques sont généralement étudiées pour répondre à des cas précis de travaux à exécuter. En effet, les schémas hydrauliques électriques doivent être déterminés en fonction des phases de cycle à obte- nir, ces phases étant liées aux travaux devant être exécutés. On conçoit donc qu'il existe de nombreux types divers de presses hydrauliques, ayant des spécialisations différentes. On peut notamment citer les presses d'as- 3 2472465 semblage (emmanchement, rivetage, etc.), d'emboutissage, de redressage, de découpe, de détourage, de compression, etc., la transformation d'une presse d'un type déterminé en un autre type différent étant, bien entendu, impossible. En raison de cette impossibilité de conversion des presses hydrauli- ques, on se heurte à un problème d'augmentation du parc de presses. En effet, les presses hydrauliques étant inconvertibles, il convient d'investir dans d'autres presses, dans le cas d'augmentation de production et surtout dans le cas de nouveaux produits à exécuter, alors que les presses en ser- vice deviennent inactives, improductives. Enfin, il est impossible, dans ces conditions, de programmer à distance les paramètres des presses hydrau- liques par un micro..processeur automate programmable centralisé. L'invention se propose d'apporter une presse hydraulique perfection- née répondant aux objectifs suivants: résoudre tous les problèmes posés par les différentes spécialisations, gràce à un schéma hydraulique simple unique; obtenir des paramètres, tels que, par exemple: vitesse, position, effort, très précis et indéréglables dans le temps; programmer, à l'aide d'un ordinateur central, tous les paramètres nécessaires au fonctionnement de la presse; moduler les paramètres de la presse en fonction du produit même à traiter, à l'aide de capteurs détectant, notamment, la déformation de la pièce ( cotes), son poids, les réactions sous toutes ses formes, etc. convertir en fonction des charges les fonctions de la presse. - Cette invention vise, en conséquence, une presse hydraulique compre- nant un vérin commandé par un distributeur dont le tiroir est rendu soli- daire d'une tige filetée en prise dans un écrou monté dans le piston du vé- rin, l'ensemble tige filetée-tiroir du distributeur étant entraîné en rotation par un moteur de commande. Selon cette invention, ladite tige filetée est munie d'un alésage axial, et elle se déplace dans une chambre cylindrique du piston du vérin, ledit alésage étant mis en communication avec la sour- ce de pression hydraulique, afin que cette tige constitue un piston d'appro- che pour le vérin de presse. Selon une caractéristique de cette invention, le moteur de commande du vérin de presse reçoit ses informations de commande à partir d'un mo- dule de commande électronique, et son énergie sous forme hydraulique, par 4 2472465 l'intermédiaire d'un groupe générateur, la vitesse de rotation du moteur de commande de l'ensemble tige filetée-tiroir du distributeur étant modulée pour obtenir toutes phases voulues de cycle. Selon une autre caractéristique de cette invention, le circuithydrau- lique du piston d'approche communique avec celui du vérin de presse par, l'intermédiaire d'un clapet taré formant by-pass, pouvant être à action mé- canique, hydraulique, pneumatique ou électrique. Selon l'invention, la chambre du vérin est remplie automatiquement par aspiration, au travers d'un clapet de remplissage, pendant la phase d'ap- proche rapide du vérin de presse, cette chambre étant mise à la vidange par l'intermédiaire d'un clapet de vidange lorsque le vérin de presse remonte, ce clapet de vidange étant utilisé pour obtenir de grandes vitesses de remon- tée du vérin de presse. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressorti- ront de la description faite ci-après, en référence aux dessins annexés, qui en illustrent divers exemples de réalisation non limitatifs. Sur les dessins - la Figure 1 illustre, en coupe verticale, un premier exemple de réalisation d'un vérin de presse selon l'invention; - la Figure 2 représente une variante, en une coupe analogue à la Figure 1; - les Figures 3 et 4 représentent les schémas hydrauliques de deux variantes de réalisation du vérin selon l'invention. - On se réfère en premier lieu à la Figure 1, qui illustre le mode de réalisation préféré. Sur cette Figure, on voit enlO le vérin de presse qui se déplace dans l'alésage 12, -prévu dans le corps de vérin 14. Ce vérin est commandé par l'intermédiaire d'un module de commande électronique 24, qui lui dé- livre ses informations de commande, et il reçoit son énergie hydraulique au moyen d'un groupe générateur, désigné dans son ensemble par la réfé- rence 30, qui comprend un moteur et une pompe hydraulique 32. La com- mande du vérin s'effectue par un distributeur à tiroir 16, entraîné en rota- tion par un moteur de commande 22, pouvant être du type fractionnaire ou pas à pas, selon les exigences de précision désirée, par l'intermédiaire d'un mécanisme du type tournevis 34, permettant un léger déplacement axial du tiroir de distribution. Le tiroir de distribution est solidaire d'une tige 18, percée d'un alésage axial 20, débouchant par un canal radial 19 dans la chambre 21 du distributeur. La tige filetée 18 est en prise dans un écrou Z6, solidaire du piston 10 du vérin de presse. Cette tige 18, se déplaçant dans une chambre annulaire 28 ménagée axialement dans le vérin de presse, forme piston d'approche, ainsi qu'on le décrira plus loin. Le circuit hydraulique assurant l'alimentation de la chambre annu- laire 28 et de la chambre supérieure 40 du vérin de presse, comporte un by- pass 38, un clapet de remplissage 42, un clapet de vidange 44, et une sou- pape de régulation 48. Pour empêcher la rotation du piston 10 du vérin de presse, celui-ci est rendu solidaire d'un piston de guidage 46 se déplaçant dans une chambre cylindrique 45. Le fonctionnement est le suivant L'ensemble tige filetée 18 - tiroir de distribution 16 est entrarné en rotation par le moteur 22, le sens de rotation de ce dernier agissant sur le tournevis 34 de façon à visser la tige filetée dans l'écrou 26. Cet ensemble tige filetée - tiroir de distribution se décale vers le haut, par rapport au fond du vérin de presse, ce qui a pour effet de déplacer le tiroir, quimet en communication la chambre 28 du piston d'approche 18 avec l'alimentation en fluide hydraulique, assurée par la pompe 32, grâce à la présence des alésages 20 et 21. La chambre annulaire 12 du vérin 10 est alors mise en communication avec le circuit de retour 35 au bac 36, au travers du distri- buteur. Le vérin de presse 10 sort du corps de presse, sous l'action de la pression de fluide hydraulique s'exerçant dans la chambre 28. Cette pres- sion est faible, puisque aucun effort, en dehors de celui résultant du rende- ment du vérin de presse, ne vient s'exercer sur ce vérin. Le by-pass 38 reste alors fermé, et le vérin de presse 10 descend à une vitesse qui est la vitesse rapide d'approche directement liée à la vitesse de rotationdu moteur 22. La pompe hydraulique 32, auto-régulatrice, se cale automatiquement au débit à fournir. La chambre 40 est automatiquement remplie par aspiration du fluide hydraulique du bac 36 au travers du clapetde remplissage 42. Selon l'invention, le module de commande 24 est conçu de façon à délivrer des ordres au moteur de commande 22,, par exemple àpartir d'un 6 2472465 certain nombre de pas de celui-ci, déterminant une position du vérin de presse, afin de moduler à volonté la vitesse de rotation du moteur 22, et obtenir ainsi des phases de cycle sans limite. Grâce à cette caractéristique, la vitesse lente ou vitesse de travail sera obtenue en diminuant la vitesse de rotation du moteur de commande 22. Lorsque le vérin de presse 10 vient en appui sur le produit à traiter, la pression du fluide hydraulique monte dans la chambre 28 du vérin d'ap- proche 18, le by-pass 38 s'ouvre et met en communication la chambre 28 avec la chambre 40. Le clapet de remplissage 42 se ferme, le pilotage su- périeur du clapet de vidange 44 agit sur ce dernier pour le fermer; la pres- sion qui s'exerce alors dans la chambre 40, sur la grande section de piston , correspond à la force nominale de la presse. Lorsqu'on inverse le sens de rotation du moteur de commande 22, le tiroir du distributeur 16 se déplace de façon à mettre à l'échappement la chambre 28 du piston d'approche 18. La chambre annulaire 12 du vérin est alors alimentée par la pompe hydraulique 32. Sous l'effet de la pression dans la chambre 12, le vérin de presse 10 remonte. La chambre supérieure 40 est mise à la vidange par le clapet de vidange 44, sous l'action du pilotage inférieur de ce clapet de vidange, le pilotage supérieur étant à la vidange par l'intermédiaire du corps du distributeur 16. On remarque que le clapet de vidange 44 est utilisé pour obtenir de grandes vitesses de remontée du vérin de presse, donc pour éviter d'avoir un distributeur 16 de grandes dimensions, en fonction du débit re- foulé. On notera que tout effort extérieur tendant à déplacer la tige pro- voquera, dans un sens ou dans l'autre, automatiquement dans la chambre 12, ou dans les chambres 28 et 40, une variation de pression instantanée qui rétablit l'équilibre de l'ensemble. Enfin on remarquera que le dispositif selon l'invention permet d'obtenir une sécurité supplémentaire dans la mise en oeuvre des presses hydrauliques, en dehors des sécurités normales exigées par la législation du travail: en effet, le vérin de presse 10 ne peut pas descendre brutale- ment de façon accidentelle (par suite, par exemple, de la rupture d'une ca- nalisation d'alimentation), étant donné que le vérin 10 est lié mécaniquement 7 2472465 à la vis 18, dont le débattement axial n'estque de quelques millimètres. Selon une caractéristique de cette invention, le module de commande électronique 24 du vérin de presse peut être réalisé sous la forme d'un élé- ment autonome comportant, d'une part; ses propres éléments d'entrées d'in- formations (vitesses, positions, efforts, qui feront l'objet d'un affichage analogique par potentiomètres ou compteurs à décades), et, d'autre part, les éléments d'alimentation du moteur de commande. Il convient de noter que le module de commande électronique 24 met en jeu une puissance élec- trique très faible, et que les couples demandés au moteur de commande 22 sont faibles, de l'ordre de quelques cm,daN, et relativement constants, pour asservir des vérins de presses hydrauliques allant de quelques cen- taines de daN à plusieurs milliers de kN. Enfin, on notera que le groupe hydraulique d'alimentation 30 a pour rôle unique, quelle que soit la complexité des cycles, de maintenir la pres- sion d'alimentation du vérin de presse. Il en résulte que sa structure reste élémentaire, et est dépouillée des divers moyens de distribution utilisés en hydraulique traditionnelle. Tous les problèmes posés par les différentes spécialisations d'une presse sont donc résolus, grâce à l'invention, par un unique schéma hydraulique, particulièrement simple. On a représenté à la Figure 3 le schéma hydraulique correspondant au mode de réalisation décrit ci-dessus en regard de la Figure 1, dans le- quel le distributeur à tiroir 16 comporte 5 voies. Dans la variante représentée à la Figure 4, on met en oeuvre un distributeur 16 à trois voies. Dans ce cas, lachambre annulaire 12 est re- liée directement à la pompe hydraulique 32 par une canalisation 56. La Figure 2 illustre une variante de l'invention selon laquelle l'en- semble distributeur 16' - tige filetée 28' est placé à l'extérieur du vérin de presse 10'. Le fonctionnement est, par-ailleurs, identique à celui du mode de réalisation de la Figure 1, la tige filetée étant en prise dans un écrou 54, solidaire du piston du vérin de presse 10'. Le piston d'approche 50, percé d'un alésage axial 52, assure, comme dans le cas précédent, la descente du vérin de presse à la vitesse rapide d'approche. Il demeure bien entendu que cette invention n'estpas limitée aux divers exemples de réalisation décrits et représentés, mais qu'elle en en- globe toutes les variantes. 8 2472465 REVENDICATIONS 1 - Presse hydraulique comprenant un vérin commandé par un dis- tributeur dont le tiroir est rendu solidaire d'une tige filetée en prise dans un écrou monté dans le piston du vérin, l'ensemble tige filetée tiroir du distributeur étant entraîné en rotation par un moteur de commande, cette presse étant caractérisée en ce que ladite tige filetée (18) est munie d'un alésage axial (ZO), et elle se déplace dans une chambre cylindrique (28) pré- vue dans le piston (10) du vérin de presse, ledit alésage étant mis en commu- nication avec la source de pression hydraulique lors de la mise en rotation du moteur de commande (22) entraînant l'ensemble tige filetée (18) - tiroir du distributeur (16) afin que ladite tige constitue un piston d'approche pour le vérin de presse, faisant descendre ce vérin à une vitesse d'approche ra- pide directement liée à la vitesse de rotation du moteur de commande (22). 2 - Presse hydraulique selon la revendicationl, caractérisée en ce que le moteur de commande (22) du vérin de presse reçoit ses informations de commande à partir d'un module de commande électronique (24), et son énergie sous forme hydraulique par l'intermédiaire d'un groupe générateur (30), la vitesse de rotation de ce moteur de commande entraidant l'ensemble tige filetée - tiroir du distributeur étant modulée afin d'obtenir toutes phases voulues de cycle. 3 - Presse hydraulique selon l'une des revendications 1 ou 2, carac- térisée en ce que le module électronique (24) estun élément autonome com- portant, d'une part, ses propres éléments d'entrées d'informations, tels que, notamment, vitesses, positions, efforts, et, d'autre part, les élé,- ments d'alimentation du moteur de commande (22). 4 - Presse hydraulique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le circuit hydraulique dupiston d'approche (18) communique avec celui du vérin de presse (10) par l'intermédiaire d'un cla- pet taré formant by-pass (38) à action mécanique, hydraulique, pneumatique ou électrique. - Presse hydraulique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la chambre (40) du vérin est automa- tiquement remplie, pendant la phase d'approche rapide du vérin de presse, par l'intermédiaire d'un clapet de remplissage (42), cette chambre étant mise à la vidange au moyen d'un clapet de vidange (44) lorsque remonte le vérin de presse (10), ce clapet de vidange étant utilisé pour obtenir de grandes vitesses de remontée du vérin de presse.