Brevet FR2467644A1 — publié le 19810430

La présente invention se rapporte Ci la fabrication des tubes par étirage, et plus précisément à un procédé d'étirage de tubes et à un mandrin auto-ajustable servant à assurer la mise en oeuvre de ce procédé. L'invention peut trouver l'application la plus large dans l'étirage en bobine ou rouleau des tubes en aciers en métaux non ferreux et en alliages. On entend par étirage un travail des tubes par déformation réalisé en tirant les tubes à travers une filière, d'où il résulte que les paramètres géométriques des tubes changent. Tout homme de l'art travaillant dans ce domaine sait que le terme "étirage en rouleau des tubes signifie un étirage d'ébauches de tubes enroulées préalablement en forme de rouleau ou de bobine, et une obtention après l'étira- ge aussi de tubes en forme de rouleau, par leur enroulement sur un tambour. On connaît un procédé d'étirage de tubes comprenant une réduction du tube dans une filière suivant le diamètre et l'épaisseur de paroi, sur un mandrin auto-ajustable compose de deux parties disposées coaxialement l'une par rapport à l'autre et contiguës l'une à l'autre, dont l'une est réalisée sous forme d'un cône tronqué et l'autre sous forme d'un cylindre. Avant l'étirage, on effectue le forgeage de l'extré- mité de l'ébauche de tube. Lors du forgeage, l'extremité de l'ébauche de tube est réduite suivant le diamètre extérieur, et cela pour assurer son libre passage à travers la filière et son serrage ultérieur par une pince ou par d' autres moyens de serrage du banc d'étirage. Selon le procédé connu d'étirage sur mandrin auto ajustable, l'ébauche de tube est réduite tout sabord suite vant le diamètre dans la filière, etS à partir du moment de l'entrée en contact de la surf:xoe intérieure de l'ébau- che de tube rec la surface ae la partie conique du mandrin auto-ajustable; grâce å l'effet commun de la filière et du mandrin auto-ajustable, s'effectue une réduction de l'ébauche de tube suivant l'épaisseur de paroi.Lorsque l'ébauche de tube se trouvant dans la filière entre en contact avec la partie cylindrique du mandrin auto-ajustable, grace à l'effet commun de la filière et de la partie cylindrique du mandrin auto-ajustable, une réduction ultérieure intense de l'ébauche de tube suivant l'épaisseur de la paroi jusqutà la valeur prédéterminée a lieu. Après le passage de l'ébau- che de tube entre la filière et la partie cylindrique du mandrin, le tube acquiert les dimensions requises suivant le diamètre et l'épaisseur de la paroi et sort de la filière. Selon le procédé connu d'étirage des tubes sur mandrin auto-ajustable, après la réduction de l'ébauche de tube suivant le diamètre, il est nécessaire de réaliser une réduction intense de l'ébauche de tube suivant l'épaisseur de la paroi. Ceci est nécessaire afin d'éliminer des contraintes tangentielles de traction apparaissant dans 1' ébauche de tube durant le processus de sa réduction suivant le diamètre dans la filière, jusqu'au moment de la venue en contact de la surface intérieure de l'ébauche de tube avec la partie conique du mandrin auto-ajustable. Si on n'élimine pas les contraintes tangentielles de traction naissant dans le tube, elles peuvent conduire à une détérioration du tube après son étirage. La nécessité de réalisation d'une réduction considérable de l'ébauche de tube suivant l'épaisseur de la paroi, dans le procédé connu, conduit à ce que, pour la fabrication des tubes par plusieurs étirages, on a besoin d'ébauches de tube, et de tubes de dimensions intermédiaires, ayant une grande épaisseur de paroi et, par conséquent, une masse plus grande de métal. Etant donné qu'après chaque étirage le bout forgé de l'ébauche de tube doit être coupé afin d'assurer la possibilité de réalisation du travail ultérieur du tube (recuit, attaque chimique,etc...), lorsqu'on utilise des ébauches de tube ayant une grande épaisseur de paroi, les pertes du métal augmentent, surtout lorsqu'on coupe les bouts forgés, ce qui est désavantageux du point de vue économique. De plus la nécessité d'utiliser des ébauches de tube ayant une grande épaisseur de paroi n' assure pas une valeur suffisante de déformation suivant le diamètre du tube lors de l'étirage des tubes sur un mandrin auto-ajustable selon le procédé connu, étant donné qu'en même temps que l'épaisseur de paroi des ébauches de tube, les valeurs des contraintes tangentielles de traction augmentent. Lorsqu'on utilise pour l'étirage des ébauches de tube ayant une paroi mince, pour l'obtention de tubes de dimensions requises, il est nécessaire de réaliser, après l'éti- rage par le procédé connu sur mandrin auto-ajustable, plusieurs étirages complémentaires sans avoir recours au mandrin, durant lesquels les tubes ne sont réduits que suivant le diamètre. Au cours de l'étirage des tubes sans mandrin apparaissent dans les tubes des contraintes tangentielles de traction qui peuvent, lors des grandes réductions des tubes suivant le diamètre, provoquer la fissuration des tubes après l'étirage. En outre, lors de 1'étirage des tubes sans mandrin, la surface intérieure des tabes devient plus mauvaise, c'està-dire que sur cette surface peuvent se former des plis, une rugosité, etc. L'étirage des tubes sans utilisation de mandrin, durant lequel se réalise un libre déplacement dù métal vers l'axe longitudinal du tube, ne permet pas d'obtenir des tubes ayant l'épaisseur de paroi requise La réalisation des étirages supplémntaires des tubes sans utilisation dunandrin conduit a des pertes supplemen- taires de métal lors de la coupe des bouts forgés des tubes effectuée après chaque étirage. Ainsi, l'étirage des tubes selon le procédé connu sur mandrin auto-ajustable assura une productivité insuffisam ment élevée et exige une cons^ > mmation élevée du métal et d' autres matériaux (lubrifiant technologique pour l'étirage, énergie électrique, etc). On connaît un mandrin auto-ajustable pour l'étirage des tubes. Ce mandrin est composé de deux parties disposées coaxialement l'une par rapport à l'autre. Une partie est réalisée sous la forme d'un cône tronqué, et l'autre sous la forme d'un cylindre. La partie cylindrique est adjacente à la petite base de la partie conique et a un diamètre égal au diamètre de cette base et au diamètre intérieur du tube obtenu durant le processus d'étirage. Le diamètre de la grande base de la partie conique du mandrin est plus petit que le diamètre intérieur de l'ébauche de tube. La grande base de la partie conique est orientée dans le sens inverse du sens de déplacement du tube à travailler. Du fait de la présence de la partie cylindrique du mandrin auto-ajustable connu, durant la réduction de l'ébauche de tube apparaissent les contraintes tangentielles de traction déjà mentionnées dans la description du procédé connu et qui ne peuvent être supprimées que grâce à une réduction intense de l'ébauche de tube suivant l'épaisseur de paroi. I1 en résulte que le procédé d'étirage devient plus onéreux, étant donné que lors de l'étirage avec une réduction intense de l'ébauche de tube suivant l'épaisseur de paroi, il est nécessaire d'utiliser des lubrifiants technologiques de haute qualité et plus couteux pour empêcher l'adhérence du métal de l'ébauche de tube à la partie cylindrique du mandrin auto-ajustable, qui entraînerait l'apparition sur la surface intérieure des tubes de défaut sous forme de rayures longitudinales ou bien des ruptures des tubes derrière la filière. Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients susmentionnés en fournissant un procédé d'étirage de tubes et un mandrin auto-ajustable pour la mise en oeuvre de ce procédé permettant d'élever le rendement du processus grâce à une augmentation de la déformation suivant le diamètre des ébauches de tube et de rendre le procédé d'étirage plus économique par réduction des pertes de métal et grâce à l'utilisation de lubrifiants technologiques moins chers. Le but visé est atteint grâce à un procédé d'étirage de tubes comprenant une réduction des tubes suivant le diamètre et l'épaisseur de la paroi dans la filière avec emploi d'un mandrin auto-ajustable, dans lequel, selon l'invention, on réalise après la réduction un élargissement du tube derrière la filière sur le même mandrin. Le but visé est aussi atteint grâce à un mandrin autoajustable pour la mise en oeuvre de ce procédé d'étirage des tubes, du type comprenant deux parties disposées coaxialement et reliées l'une à l'autre, dont l'une a la forme d'un cône tronqué avec une grande base orientée à l'encontre du sens de déplacement du tube à travailler et un diamètre quelque peu plus petit que le diamètre intérieur de l'ébauche de tube, dans lequel, selon l'invention la seconde partie a aussi la forme d'un cône tronqué qui est relié par sa petite base à la petite base du cône tronqué de la première partie et dont la grande base a un diamètre essentiellement égal au diamètre intérieur du tube obtenu au cours du processus d'étirage, tandis que les diamètres des petites bases des c8nes tronqués des deux parties sont égaux et quelque peu plus petits que le diamètre intérieur du tube obtenu de façon à viter le contact du tube travaillé avec le mandrin â 1'en- droit de la jonction de ses deux parties. Une telle solution techniue permet d'assurer la possibilité d'étirage des tubes avec emploi du mandrin auto ajustable sans réaliser des réductions considérables suivant épaisseur de paroi de l'ébauche de tube En outreS l'utilisation du procéda d'étirage et du mandrin auto ajustable proposes permet d'élever le rendement du processus grace à une augmentation des déformations cour s de la réduction suivant le diamètre des embauches de tu be, et de rendre le procédé d'étirage moins cher gracie à l'utilisation d'ébauches de tube à paroi plus mince et â une réduction des pertes de métal lors de la coupe des bouts forgés des tubes De plus, l'utilisation du procédé et du mandrin autoajustable suivant l'invention donne la possibilité de rendre le procédé d'étirage plus économique gracie â l'emploi de lubrifiants technologiques moins chers. Dans l'exposé qui va suivre est donnée la description d'un exemple non limitatif de réalisation de la présente invention, avec références aux dessins annexés, dans lesquels - la Fig. 1 illustre schématiquement, avec coupe longidutinale partielle, le tube à travailler soumis à un étirage en rouleau, un mandrin auto-ajustable réalisé selon l'invention et une filière, destinés à la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention ; - la Fig. 2 représente à échelle agrandie et en coupe longitudinale, une ébauche de tube avec le mandrin auto-ajustable selon l'invention, disposé dans cette ébauche avant le début du travail du tube. Le procédé d'étirage de tubes est mis en oeuvre de la manière suivante. Dans l'extrémité ouverte 1 (Fig.l) de l'ébauche de tube 3 roulée en rouleau ou bobine 2 est injecté sous pression un lubrifiant technologique. Ensuite, du c8té de la surface extérieure de l'ébauche de tube 3, à une certaine distance du bout 1, on réalise une cavité 4 (Fig.2) en enfon çant la paroi à l'intérieur de l'ébauche 3. Dans le bout ouvert 1 de l'ébauche de tube 3 on place un mandrin auto-ajustable 5. La cavité 4 sert à fixer le mandrin auto-ajustable 5 dans ce bout de l'ébauche 3. Ensuite, on procède au forgeage du bout 1 de l'ébau- che de tube au moyen d'un mécanisme connu approprié susceptible de diminuer le diamètre du bout 1 de ébauche de tube 3, d'où il résulte que la partie avant du bout 1 de l'ébau- che 3 acquiert la forme montrée sur la Fig. 1 et désignée par la référence la . Après cela, on installe le rouleau 2 sur une table de déroulement (non représentée) du banc d'étirage, cette table et ce banc ayant une construction connue. La partie forgée la du bout 1 de l'ébauche 3 est déplacée à travers une filière 6 et est serrée par des pinces 7 d'un tambour d'étirage 8 de construction connue. Ensuite, à partir d'une commande (non représentée) de construction connue, on met en marche le tambour d'étirage 8, et on commence à étirer l'ébauche 3 à travers la filière 6. Au cours du mouvement de l'ébauche 3, la cavité 4 bute contre le mandrin auto-ajustable 5 et l'entrain dans la filière 6. Par étirage de l'ébauche de tube 3 à travers la filière sur le mandrin auto-ajustable 5, on réalise le processus d'étirage, qui comprend une réduction de l'ébauche de tube 3 suivant le diamètre et l'épaisseur de la paroi. Les opérations du procédé proposé à réaliser ultérieurement seront décrites d'une manière plus détaillée dans la description du mandrin auto-ajustable réalisé selon la présente invention. Le mandrin auto-ajustable 5 (Fig. 1 et 2) est composé de deux parties 9 et 10 disposées coaxialement et reliées entre elles. Ces parties ont la forme de canes tronqués. La grande base 9a de la partie 9 est orientée à l'opposé du sens de déplacement du tube à travailler . Le diamètre de la base 9a est quelque peu plus petit que le diamètre intérieur de l'ébauche de tube 3. La partie 10 est reliée par sa petite base lob à la petite base 9b du cone tronqué de la partie 9 . 9 Le diamètre de la petite base lob' est égal & celui de la petite base 9b du cane tronqué de la partie 9. Le diamètre de la grande ba lOa du cane tronque de la partie 10 est égal au diamètre intérieur du tube obtenu au cours de ltetirage. Les diamètres 9b et 10b sont quelque peu plus petits que le diamètre intérieur du tube après l'étirage. Les par ties 9 et 10-sont reliées entre elles au yen dune partie cylindrique intermédiaire il disposée coaxialement par rap port aux parties 9 et 10. Le fonctionnement du mandrin auto-ajustable 5, selon l'invention, et les opérations ultérieures du procédé d'étirage proposé, s'effectuent de manière suivante. Au début du procédé étirage, le mandrin 5 installé au.bout 1 de l'ébauche de tube 3 passe par sa partie 10 à travers la filière 6 et occupe ensuite une position coaxiale par rapport à l'ébauche de tube 3, comme le montre la Fig.l; dans cette position, les forces de frottement naissant au contact de la partie 9 du mandrin 5 avec la surface intérieure de l'ébauche 3 et tendant i repousser le mandrin 5 lors de la filière 6 deviennent égales aux forces de frottement apparaissant à la surface de contact de la partie 10 du mandrin 5 avec la surface intérieure du tube obtenu au cours de l'étirage et tendant à tirer le mandrin 5 dans la filière 6.A partir de ce moment commence le processus d'étirage, durant lequel s'effectue une réduction du tube à travailler, et ensuite un élargissement du tube travaillé derrière la filière 6 sur le même mandrin 5. Au moyen des pinces 7 du tambour d'étirage 8, l'ébau- che de tube 3 est tirée à travers la filière 6. A partir du moment de la venue-en contact de l'ébauche 3avec la filière 6, l'ébauche 3 est réduite suivant le diamètre extérieur au moyen de la filière 6, et à partir du moment de la venue en contact de la surface intérieure de l'ébauche 3 avec la surface de la partie 9 du mandrin 5, grave à l'effet commun de la filière 6 et du mandrin 5, s'effectue la réduction de l'e-- bauche de tube 3 suivant lrépaisseur de la paroi. Après la réduction suivant le diamètre et l'épaisseur de la paroi, le tube sort de la filière 6. La surface intérieure du tube cesse alors de toucher la surface de la partie 9 du mandrin 5. Dès que le tube a passé la jonction entre les deux parties du mandrin 5, à partir du moment de la venue en contact de la surface intérieure du tube avec la surface de la partie 10 du mandrin 5 s'effectue un élargissement du tube. Par suite de cet élargissement du tube, ses diamètres intérieur et extérieur augmentent. Au cours de la réduction de l'ébauche de tube 3 sui vant le diamètre dans la filière 6 paraissent dans l'ébauche des contraintes tangentielles detraction dont la valeur atteint son maximum au moment de la venue en contact de la surface intérieure de l'ébauche 3 avec la surface de la partie 9 du mandrin auto-ajustable 5. A la suite d'une faible réduction de l'ébauche 3 suivant l'épaisseur de paroi sous l'effet commun de la filière 6 et de la partie 9 du mandrin 5, on obtient une épaisseur requise de la paroi du tube. Par ailleurs, les contraintes tangentielles de traction diminuent quelque peu. A la suite de l'élargissement du tube derriere la filière 6, les contraintes tangentielles de traction diminuent considérablement, et, pour une valeur suffisante de l'élargissement, elles se transforment en contraintes de serrage, ce qui permet de supprimer entièrement le danger de fissuration des tubes. A la suite de l'élargissement, le tube acquiert les diamètres extérieur et intérieur requis. Ainsi, grace à l'utilisation du procédé d'étirage de tubes sur mandrin auto-ajustable selon l'invention, on peut obtenir les tubes de dimensions requises à partir d'ébauches de tube à paroi mince. Par ailleurs, la grandeur de déformation lors de la réduction des ébauches de tube suivant le diamètre augmente et, par conséquent, le rendement du procédé augmente lui-aussi. Grâce à une économie de métal et & l'utilisation de lubrifiants technologiques moins chers, le procédé d'étirage devient moins coûteux. Le procédé d'étirage des tubes proposé et le mandrin auto-ajustable pour la mise en oeuvre de ce procédé ont été essayés avec succès dans des conditions de laboratoireO Les essais ont montré que l'application du procédé et du mandrin auto-ajustable suivent l'invention permet d' augmenter le rendement du procédé grâce d une augrentation de la valeur de déformation lors de la réduction des tubes suivant le diamètre durant l'étirage, et de rendre rendre le pro- cédez plus économique graA.ce > une réduction des pertes de mé- tal et à l'utilisation de lubrifiants technologiques moins chers. REVEND I CATI 0 NS 1 - Procédé d'étirage de tubes comprenant une réduction des tubes suivant le diametre et l'épaisseur de paroi dans une filière sur un mandrin auto-ajustable, caractérisé en ce qu'on réalise après la réduction un élargissement du tube derrière la filière sur le même mandrin. 2 - Mandrin auto-ajustable pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, du type comprenant deux parties disposées coaxialement et reliées l'une à l'autre, dont l'une a la forme d'un cône tronqué avec une grande base orientée à l'encontre du sens de déplacement du tube à travailler et un diamètre quelque peu plus petit que le diamètre intérieur de l'ébauche de tube, caractérisé en ce que la seconde partie a aussi la forme d'un cane tronqué qui est relié par sa petite base à la petite base du cône tronqué de la première partie et dont la grande base a un diamètre essentiellement égal au diamètre intérieur du tube obtenu au cours du processus d'étirage, tandis que les diamètres des petites bases des cones tronqués des deux parties sont égaux et quelque peu plus petits que le diamètre intérieur du tube obtenu de façon & éviter le contact du tube travail lé avec le mandrin à l'endroit de la jonction de ses deux parties.