Brevet FR2475945A1 — publié le 19810821

Procédé de préparation- des bords de la tôle dans le procédé de formage des tubes- à la presse dit UO et appareil- pour sa mise en oeuvre. La présente invention concerne un procédé et un appareil pour la préparation des bords d'une tle d'acier, le long de ses bords latéraux longitudinaux lequel est suivi d'un stade de formage en U, dans le procédé de fabrication des tubes d'acier selon le procédé de formage à la presse dit UO et plus particulièrement un perfectionnement qui utilise efficacement la force de pression pour courber le bord d'une tôle d'acier épaisse sur une faible largeur selon la largeur de la tôle, ce qui permet d'élargir la gamme possible de fabrication des tubes d'acier épais. Dans la fabrication de tubes d'acier selon le procédé à la presse dit UO, les deux bords latéraux de la tôle d'acier sont tout d'abord préparés par découpage et formage pour réaliser des chanfreins de soudage et après des stades de formage en U et en O, ils sont amenés en butée et on réalise ensuite une soudure en cordon. Si, lors du stade de formage en O, la charge de la presse est insuffisante, les bords en butée ne sont pas suffisamment affectés par le formage à la presse et les parties de bord sont amenées en butée en restant rectilignes ce qui produit ce qu'on appelle un effet de bec lequel ne correspond pas au cercle vrai. Pour remédier à de tels problèmes et dans le procédé usuel, on effectue, avant le stade de formage en U, un courbage des bords longitudinaux de la tôle d'acier selon une courbure déterminée. Un des procédés connus effectue le courbage des bords de la tôle d'acier au moyen d'un galet supérieur et d'un galet inférieur Ce procédé convient pour courber les bords d'un matériau en acier mince mais si l'acier est épais ou si la dimension en largeur de la partie a courber le long des bords est faible, la force de formage augmente rapidement et le galet doit être d'une dimension importante puisqu'il doit rester rigide.En conséquence, on utilise un appareil de compression comportant une matrice supérieure et une matrice inférieure qui est appelé presse en C pour comprimer fortement les bords de la tôle, cet appareil étant à pression hydraulique, mais, dans une tôle épaisse, le bord externe de la matrice inférieure s'écarte par déformation plastique sous l'effet de la force de réaction de la tôle de sorte qu'un -jeu apparaît entre le bord de la surface supérieure- de la tôle et la partie externe de la matrice supérieure, et ce bord de la tôle d'acier n'est pas fortement sollicité a la déformation. Ainsi, la tôle d'acier est sollicitée à la déformation uniquement au droit des parties en contact avec les matrices.En conséquence, le moment de flexion ne joue pas efficacement sur la partie voisine du bord et, après le procédé de courbage, des parties rectilignes subsistent au niveau des extrémités des bords latéraux, ce qui entraîne l'effet de bec. Afin de résoudre ces problèmes, on a proposé, dans la demande de brevet japonaise NO 53-135877, un système de courbage dans lequel-la tôle d'acier est maintenue au niveau de son bord latéral entre une matrice convexe et une matrice concave, cette dernière etant montee a rotation autour d'un pivot qui doit être déplacé verticalement. Selon ce système, il-est possible de concentrer la charge exercée sur la tôle d'acier au moyen de la matrice concave sur la partie d'extrémité du bord latéral et le courbage souhaité peut être obtenu, l'appareil présentant inévitablement des dimensions importantes pour déplacer vers le haut la matrice concave supportée par le pivot. La présente invention a pour objet un perfectionnement audit système de courbage permettant de mettre en oeuvre une installation présentant un mécanisme plus simple avec lequel le courbage peut être effectué efficacement sans nécessiter autant de force que les systèmes conventionnels. Dans le procédé conforme à l'invention on maintient le bord latéral longitudinal entre une matrice de courbure convexe et une matrice de courbure concave présentant des courbures respectives déterminées, on fixe la matrice convexe tandis que l'on monte la matrice concave sur un bâti dont une extrémité est montée pivotante autour d'un pivot prévu vers l'intérieur par rapport au bord latéral et dont l'autre extrémité sert comme partie de commande se prolongeant a l'extérieur du bord et on fait tourner la partie de commande autour du pivot en direction de la matrice convexe. L'appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé comporte un moyen de fixation pour maintenir la tôle d'acier horizontale, une matrice convexe disposée au-dessus de la surface supérieure de la tôle d'acier et une matrice concave disposée en dessous de la surface inférieure de la tôle d'acier, un bâti sur lequel est monté de manière fixe la matrice concave, un pivot autour duquel peut tourner le bâti au niveau d'une de ses extrémités, celui-ci étant situé vers l'intérieur par rapport au bord latéral de la tôle d'acier et un dispositif de poussée pour déplacer verticalement le bâti à son autre extrémité par rotation autour du pivot, ce dispositif étant situé à l'extérieur par rapport au bord latéral de la tôle d'acier. La présente invention sera maintenant décrite avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels La- - figure 1 est une vue en élévation latérale il lustrant un procédé de courbage du bord usuel au moyen de galets; la figure 2 est une vue en éléva- tion latérale illustrant le procédé de courbage du bord par le formage à la presse usuel; la figure 3 est une vue en élévation latérale illustrant le procédé de courbage du bord au moyen d'un mécanisme à came lequel a été proposé antérieurement à la pré sente invention; la figure 4 est une vue en éléva- tion latérale illustrant l'appareil utilisé dans le procédé de courbage du bord conformément -a un des modes de réalisation de la présente invention; la figure 5 est une vue en élévation-latérale illus trant l1action-du moment de flexion de la presse conformément à la présente invention; la fiqure 6 est une vue explicative illustrant la condition de proportionalité es forces agissant sur la matrice concave; la figure 7 est une comparaison entre le procédé de la présente invention et le procédé usuel en ce-qui concerne le courbage du bord dans la zone de courbage et la figure 8 est une comparai son entre le procédé de la présente invention et le procédé conventionnel en ce qui concerne la gamme possible de fabrication de tubes d'acier d'épais seur importante. La figure 1 représente un des procédés connus dans lequel on effectue le courbage des bords d'une tôle d'acier 3 au mdyen d'un galet supérieur 1 et d'un galet inférieur 2. Ce -procédé convient pour courber les bords d'une tôle d'acier mince mais, si la tôle d'acier est épaisse ou si la zone des bords dans laquelle est effectué le courbage est faible, la force nécessaire pour le formage est accrue et les galets doivent être de dimensions importantes puisqu ils doivent rester rigides.En conséquence, on utilise un appareil de compression à commande hydraulique tel que celui représenté.dans la figure 2 comportant une matrice supérieure 4 et une matrice inférieur 5 pour comprimer fortement la thle d'acier au niveau de ses bords mais, avec une tôle épaisse le bord externe 5a de la matrice inférieure 5 s'écarte par déformation plastique sous l'effet de la force de réaction de la tôle de sorte qu'un jeu 6 est créé entre la partie de bord supérieure de la tôle et la matrice supérieure 4 et, au niveau dudit bord, la tôle d'acier n'est pas soumise à une sollicitation élevée. Ainsi la tôle d'acier est seulement sollicitée au niveau des parties correspondant aux bords intérieurs des matrices 4 et 5. En conséquence un moment de flexion efficace n'est pas développé entre les matrices et, après le procédé de courbage, des parties rectilignes subsistent au niveau des extrémités des bords latéraux. Afin de résoudre ces problèmes, on a proposé un système de courbage dans lequel la tôle d'acier est, comme représenté dans la figure 3, maintenue au niveau de ses bords latéraux entre une matrice convexe 7 et une matrice concave 8 qui est montée à rotation autour d'un pivot 9 lequel peut être déplacé vers le haut. Avec ce système, il est possible de concentrer la charge sur la tôle d'acier vers la partie d'extrémité du bord latéral, au moyen de la matrice.concave 8 et le courbage souhaité peut être obtenu mais l'appareil pour déplacer vers le haut la matrice concave 8 supportée par le pivot 9 doit inévitablement être de dimensions importantes. En considérant maintenant la présente invention on se référera de manière détaillée aux dessins ci-joints. Dans la figure 4, une tôle d'acier 3 est maintenue presque horizontalement entre des moyens de serrage 101 et 102 et une matrice convexe 12 fixée sur un élément support supérieur 11 est positionnée au-dessus du bord latéral 3a de la tôle d'acier avec la matrice concave 13 positionnée en dessous. La courbe de la matrice convexe 12 présente une courbure déterminée correspondant à la courbure à obtenir et la courbe de la matrice concave 13 présente un rayon de courbure égal à ou plus grand que celui de ladite-courbure à obtenir.De préférence,la matrice concave 13 présente un rayon de courbure superieur à une valeur correspondant a la somme de l'épaisseur de la tôle d'acier et du rayon de-courbure de la matrice convexe. La matrice concave 13 est montée de manière fixe sur la surface supérieure d'un bâti 14 dont une extrémité est montée pivotante autour d'un pivot 15 qui est positionné vers l'intérieur de et en dessous du bord latéral 3a de la tôle d'acier et dont l'autre extrémité sert de partie de commande 16 se prolongeant vers l'extérieur au-dela du bord latéral 3a. Sous la partie de commande 16 est installé un dispositif de poussée 17 comprenant un vérin hydraulique. Par mise en oeuvre du dispositif de poussée 17, le bâti 14 portant la matrice concave 13 tourne autour du pivot 15. Lorsque le bord latéral 3a de la tôle d'acier 3 est- posi- tionné sous la matrice mâle 12, la tôle d'acier 3 est maintenue entre les moyens de serrage 101 et 102 pour maintenir une hauteur constante. Sous cette condition le dispositif de poussée 17 déplace vers le haut et pousse la partie de commande du bâti 14 de sorte que la matrice concave 13 se déplace vers le haut autour du pivot 15 positionné vers l'inte- rieur par rapport au bord latéral 3a et assure le courbage. En ce qui concerne ce courbage, du fait-que le pivot 15 du bâti 14 supportant la matrice femelle 13 est positionné vers l'intérieur et en-dessous du bord latéral 3a, l'extrémité externe de la courbe de la matrice concave 13, à savoir la partie éloignée du pivot 15, vient en contact avec le bord latéral 3a comme représenté dans la figure 4 et le point de sollicitation s'exerçant sur la partie voisine du bord latéral 3a se déplace vers l'extérieur au fur et à mesure que la matrice concave 13 est soulevée. Dans la position la plus haute représentée dans la figure 5, la force de courbure agissant sur le bord latéral 3a est de plus. orientée vers le centre de courbure de la matrice convexe 12. La figure 6 représente les composantes de force agissant sur la partie rotative de la matrice concave 13. En supposant que la composante de la force efficace pour la courbure soit "Q" et que le coefficient de frottement sur la tangente avec le bord latéral 3a soit " " , la force de frottement est"pQ" et p =tang #. En conséquence la force résultante de "Q" et "Q11 est Q cos# D'autre part, en supposant que la force de pression exercée par le dispositif de poussée 17 est "P" , la composant "P1" de la force perpendiculairement à A - B est égale à P1 = P cos a et la composante R1 de R perpendiculairement à A - B est R1 = R cos e. En fonction de la proportion des bras de levier #1 et #2 le moment de la force agissant sur le point A est RlQl = 21Q2 En conséquence, plus t1/t2 est faible, plus la valeur P/Q devient faible et la charge de compression requise devient plus petite pour une même courbure. "Pa" représente la force agissant sur le pivot 15 et Pal ainsi aue "Pa2" représentent les composantes de force de "Pa". Dans la présente invention, du fait qu'un point de contact est réalisé au droit de la partie d'extrémité du bord latéral de la tôle d'acier lorsque la matrice concave 13 est soulevée par rotation du bâti 14, il est possible de concentrer le moment de flexion sur la partie d'extrémité de sorte que le processus de courbage peut être effectué au droit du point d'extrémité selon la courbure déterminée sans apparition d'un jeu comme représenté dans la figure 2, de plus, du fait que la force de compression utilise efficacement la rotation du bâti 14 pour assurer le processus de courbage, une charge réduite est suffisante et l'appareil peut être plus simple et plus pratique que le système représenté dans la figure 3. La figure 7 représente la différence dans la distribution de la courbure après formage, entre l'invention et le procédé conventionnel, pour réaliser un rayon de courbure de 40 cm avec une force de compression de 1500 tonnes sur une tôle d'acier de 25,4 mm d'épaisseur. Dans cette figure l'abscisse représente la distance à partir du point d'extrémité du~b- latéral de la tôle d'acier -et l'ordonnée représente la courbure de la tôle d'acier, la ligne en trait plein représen- tant le procédé de la présente invention et la ligne en tireté le procédé antérieur. Comme on peut le voir et conformément à l'invention, le formage par courbage est effectue jusque dans une partie très proche de la partie d'extrémité. La figure 8 représente la comparaison entre la présente invention et le procédé conventionnel en ce qui concerne la gamme des épaisseurs en fonction du diamètre externe qu'il est possible d'obtenir au moyen de la même source de commande de pression. Dans celle-ci, l'ordonnée représente l'épaisseur et l'abscisse représente le diamètre externe, la ligne en trait plein représentant la gamme possible avec le procédé de la présente invention et la ligne en tireté représentant la gamme possible avec le procédé antérieur. Comme on peut le voir, avec la présente invention, la gamme possible de fabrication du tube a d'acier est élargie pour une même capa- cité de compression. Revendications 1. Un procédé de courbage des bords longitudinaux latéraux d'une tôle d'acier qui ont été préparés par découpage, en vue de leur formage pour fabriquer un tube d'acier par formage à la presse selon le procédé à la presse dit UO en leur donnant une courbure déterminée afin qu'aucun effet de bec ne soit créé au niveau du cordon de soudure après le formage en 0, caractérisé en ce qu'on maintient le bord latéral longitudinal3a entre une matrice de courbure convexe 12 et une matrice de courbure concave 13 présentant des courbures respectives déterminées, on fixe la matrice convexe 12 tandis que l'on monte la matrice concave 13 sur un bâti 14 dont une extrémité est montée pivotante autour d'un pivot 15 prévu vers l'int8- rieur par rapport au bord latéral 3a et dont l'autre l1extré- mité 16 sert comme partie de commande se prolongeant à 1'ex- térieur du bord et on fait tourner la partie de commande 16 autour du pivot 15 en direction de la matrice convexe. 2. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le point de sollicitation exercé par la matrice concave 13 sur le bord latéral 3a se déplace progressivement vers l'extérieur au fur et à mesure que la matrice concave 13 est soulevée. 3. Un appareil de préparation du bord d'une tôle d'acier pour tube destinée à être mise en oeuvre dans le procédé de formage dit UO, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de fixation 10 pour maintenir la tôle d'acier 3 horizontale, une matrice convexe 12 disposée au-dessus de la surface supérieure de la tôle d'acier et une matrice concave 13 disposée en dessous de la surface inférieure de la tôle d'acier, un bAti 14 sur lequel est monté de manière fixe la matrice concave 13,. un pivot 15 autour duquel peut tourner le bâti au niveau d'une de ses extrémités, et celui-ci étant situé vers l'intérieur par rapport au bord latéral de la tôle d'acier et un dispositif de poussée 17 pour déplacer verticalement le bâti 14 à son autre extrémité par rotation autour du pivot 15, ce dispositif étant situé a l'extérieur par rapport au bord latéral de la tôle d'acier. 4. Un appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que la courbe de la matrice convexe 12 présente une courbure déterminée correspondant à la courbure a réaliser et en ce que la courbe de la matrice concave 13 présente une courbure ayant un rayon égal a ou supérieur à ladite courbure réaliser. 5. Un appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que la matrice concave 13 présente un rayon de courbure supérieur à la somme de l'épaisseur de la tôle d'acier 3 et du rayon de courbure de la matrice convexe 12. 6. Un appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de poussée 17 est cons titué par un vérin hydraulique.