Brevet FR2537022A1 — publié le 19840608

Procédé et outil de rainurage et de niandrinage de tubes. La présente invention concerne, d'une manière générale, le rainurage et le mandrinage de tubes et elle concerne plus spécifiquement un outil et un procédé particulièrement bien appropriés pour mandriner et rainurer simultanément des tubes tendres. Des tubes d'échange de chaleur, par exemple, ceux utilisés dans les équipements de réfrigération ou de conditionnement d Iair, comportent très souvent des rainures intérieures afin d'en améliorer les caracté- ristiques de transfert de chaleur et l'on connaît de nombreux procédés et appareils en vue de former des rainures sur la surface intérieure d'un tube De même, des tubes d'échange de chaleur sont souvent mandrinés afin de les engager par pression sur une ou plusieurs ailettes à plaques afin de raccorder les tubes à ces dernières dans une bonne relation de transfert de cha- leur et l'on connaît des systèmes pour pratiquer cette opération. Lorsqu'on désire à la fois mandriner un tube et y former des rainures intérieures, on recourt spéci- fiquement à des opérations séparées de mandrinage et de rainurage En d'autres mots, ou bien on mandrine tout d'abord le tube, puis on y forme les rainures intérieu- res, ou on forme tout d'abord des rainures dans le tube, puis on le mandrine eien que l'on puisse ainsi obte- nir des résultats très satisfaisants, il s'agit là d'une opération de longue haleine et, partant, coûteuse Pour cette raison, des efforts ont été entrepris en vue d'étudier des procédés et des appareils permettant de mandriner et de rainurer simultanément la surface in- térieure d'un tube. On a rencontré des difficultés particulières pour élaborer des procédés et des appareils permettant simultanément de mandriner et de former des rainures intérieures dans des tubes tendres tels que des tubes en aluminium tendre Plus concrètement, on peut frmer des rainures sur la surface intérieure d'un tube en faisant passer, à travers ce dernier, un outil compor- tant des ailettes ou des nervures extérieures venant s'engager dans la matière de la paroi latérale du tube. Ces ailettes exercent, sur la matière de la paroi du tube, des forces longitudinales et tangentielles de poussée, chassant ainsi cette matière en dehors du parcours des ailettes pour former des rainures dans la paroi du tube. Selon ce procédé, si l'axe longitudinal de l'outil ne reste pas centré à l'intérieur du tube, les ailettes de cet outil viennent se disposer de manière asymétrique à l'intérieur du tube Dans ce cas, les forces longitudinales de poussée que les ailettes exercent sur-la matière de la paroi du tube, deviennent également asymétriques, agrandissant ainsi un côté lon- gitudinal du tube, tout en diminuant le côté longitudi- nal opposé Si les forces longitudinales de poussée exercées sur un côté du tube augmentent au-delà d'une valeur seuil, elles peuvent former des ondulations dans ce côté du tube Etant donné que cette valeur seuil est relativement faible pour des tubes tendres, lorsqu'on adopte le procédé de rainurage décrit ci- dessus pour un tube de ce type, il importe de centrer l'outil de rainurage à l'intérieur du tube o il sera maintenu dans cette position relativement centrée; on a également rencontré des difficultés pour réaliser un outil permettant simultanément de mandriner un tube et d'y former des rainures intérieures tout en restant relativement centré à l'intérieur de ce tube lorsqu'il passe au travers. Un objet de la présente invention est de fournir un outil et un procédé que l'on peut effica- cement adopter pour mandriner et rainurer simultané- ment les surfaces intérieures de tubes tendres. Un autre objet de la présente invention est de faire précéder, à travers un tube, la partie d'un outil qui sert à rainurer ce tube, par une partie de centrage d'outil définissant une surface annulaire extérieure lisse en vue de mandriner partiellement le tube, de guider ce dernier sur la partie de rainurage et de maintenir plus aisément l'outil centré à l'in- térieur du tube. Ces différents objets, ainsi que d'autres sont réalisés avec un outil de mandrinage et de rainu- rage de la surface intérieure d'un tube, cet outil com- prenant un mandrin s'étendant axialement, une partie de centrage et une partie de rainurage Les parties de centrage et de rainurage de l'outil sont toutes deux fixées au mandrin, la partie de rainurage étant située axialement à l'arrière de la partie de centrage La partie de centrage ressort axialement vers l'extérieur du mandrin, tandis que la partie de rainurage est co- axiale à et ressort radialement vers l'extérieur de la partie de centrage de l'outil La partie de centrage définit une surface annulaire lisse destinée à venir s'engager sur le tube en le mandrinant partiellement, à guider le tube sur la partie de rainurage et à main- tenir cette partie de rainurage centrée à -intérieur du tube La partie de rainurage définit une surface extérieure mandrinant davantage le tube et elle com- prend une ailette extérieure en vue de pratiquer une rainure sur la surface intérieure du tube. Dans les dessins annexés: les figures 1 et 2 sont des vues latérales de deux outils réalisés conformément à la présente in- vention la figure 3 est une vue partielle en coupe transversale prise suivant la ligne III-III de la fi- gure 1; et S la figure 4 est une vue latérale, partielle- ment en coupe transversale, illustrant un tube qui a été mandriné et rainuré conformément à la présente in- vention. Les figures 1 et 2 illustrent deux formes de réalisation d'un outil 10 destiné à mandriner et à rainurer la surface intérieure d'un tube D'une manière générale, l'outil 10 comprend un mandrin 12 s'étendant axialement, une partie de centrage 14 et une partie de rainurage 16 La partie de centrage 14 est fixée au mandrin 12 duquel elle ressort radialement vers l'exté- rieur La partie de rainurage 16 est fixée au mandrin 12, elle est localisée axialement à l'arrière de la partie de centrage 14 avec laquelle elle est coaxiale et de laquelle elle ressort radialement vers l'exté- rieur La partie de centrage 14 définit une surface annulaire extérieure lisse 20 destinée à venir s'enga- ger sur un tube en le mandrinant partiellement, à guider le tube sur la partie de rainurage 16 et à maintenir la partie de rainurage centrée à l'intérieur du tube. -La partie de rainurage 16 définit une surface extérieure mandrinant davantage le tube et elle comporte au moins une et, de préférence, plusieurs ailettes 22 destinées à former une ou plusieurs rainures sur la surface inté- rieure du tube Une coupe transversale agrandie des ailettes 22 est illustrée en figure 3. Dans la forme de réalisation de l'outil 10 illustré en figure 1, la partie de centrage 14 et la partie de rainurage 16 sont des parties solidaires d'une seule pièce de matière, elles sont situées immédiate- ment devant le mandrin 12 et elles ont une forme géné- 5. ralement annulaire avec une surface extérieure légè- rement convexe Dans la forme de réalisation de l'ou- til 10 illustré en figure 2, la partie de centrage 14 et la partie de rainurage 16 sont séparables La par- tie de rainurage 16 est située immédiatement à l'avant du mandrin 12 et elle a la forme d'une demi-sphère tronquée La partie de centrage 14 est située immédia- tement devant la partie de rainurage 16 et elle a une forme généralement semi-sphérique Dans les deux for- mes de réalisation de l'outil 10, la partie de centrage 14 et la partie de rainurage 16 peuvent être fixées de manière rotative au mandrin 12 au moyen d'une vis de blocage (non représentée) s'étendant axialement ou lon- gitudinalement à travers les centres de la partie de centrage et-de la partie de rainurage pour venir s'en- gager dans le mandrin. Lors de l'opération, en se référant aux figures 1, 2 et 4, on déplace l'outil 10 par poussée ou par traction à travers un tube ou une partie de tube 24 à alésage lisse de telle sorte que la partie de centrage 14 précède la partie de rainurage 16 Le diamètre maximum de la partie de centrage 14 est supé- rieur au diamètre intérieur du tube non mandriné 24 et, à mesure que la partie de centrage de l'outil 10 passe à travers ce dernier, elle vient s'engager sur la sur- face intérieure du tube, elle chasse progressivement la matière de la paroi du tube vers l'extérieur, tout en mandrinant le tube et en guidant ce dernier sur la partie de rainurage 16. La partie de rainurage 16 de l'outil 10 suit la partie de centrage 14 à travers le tube 24. A mesure que la partie de rainurage 16 de l'outil 10 passe à travers le tube 24, elle vient s'engager sur la surface intérieure de ce tube, la matière de la paroi de ce dernier étant ainsi chassée davantage vers 2537 2 f l'extérieur pour mandriner davantage le tube; en par- ticulier, les ailettes 22 viennent s'engager sur la surface intérieure du tube, la matière de la paroi de ce dernier étant ainsi progressivement chassée en dehors des parcours respectifs de ces ailettes pour pratiquer des rainures 26 dans la surface intérieure du tube 24 Afin d'obtenir des rainures hélicoïdales 26 sur la surface intérieure du tube 24, les ailettes 22 peuvent être inclinées par rapport à l'axe longitu- dinal de ce dernier, de sorte que ces ailettes et la partie de rainurage 16 sont amenées à tourner sur l'axe longitudinal de cette partie de rainurage de l'outil lorsque ce dernier est poussé ou tiré à travers le tube. Il convient de souligner que le pourcentage d'expansion totale du tube 24 sous l'effet de la partie de centrage 14 et de la partie de rainurage 16 de l'ou- til 10 peut varier De même, la partie de centrage 14 et la partie de rainurage T 6 peuvent avoi-rdes profils différents de celui représenté dans les figures 1 et 2 et, pour la mise en oeuvre de la présente invention, il n'est pas nécessaire que les ailettes 22 commencent à former des rainures 26 dans le tube 24 immédiatement lors de leur engagement sur la matière de la paroi latérale du tube. Dans le procédé décrit ci-dessus, lorsque la partie de centrage 14 de l'outil 10 passe à travers le tube 24, étant donné que la surface extérieure 20 de la partie de centrage 14 est lisse, les forces s'exerçant entre la partie de centrage et le tube sont principalement radiales, la partie de centrage 14 pous- sant le tube 24 radialement vers l'extérieur, tandis que le tube pousse cette partie de centrage de l'outil radialement vers l'intérieur, ce qui est nettement en contraste avec les forces qui s'exercent entre la partie de rainurage 16 de l'outil 10 et le tube 24 et qui, du fait que cette partie de rainurage comporte des ailettes extérieures 22, englobent dtimportantes forces axiales, tangentielles et radiales. De plus, les forces s'exerçant sur la partie de centrage 14 ont tendance à se régler automatiquement afin que l'axe de la partie de centrage de l'outil 10 reste centré à l'intérieur du tube 24 En d'autres mots, si, par exemple, ltaxe de la partie de centrage 14 de l'outil 10 vient à s'élever à l'intérieur du tube 24,cette partie vient alors s'engager sur le côté supé- rieur du tube avec une force plus élevée que sur le côté inférieur de ce dernier De la sorte, la partie de centrage 14 est poussée vers le bas et son axe a ainsi tendance à revenir vers le centre du tube 24. On pense que, grâce à la prédominance des forces radiales s'exerçant sur la partie de centrage 14 conjointement avec la caractéristique d'autoréglage décrite ci-dessus pour ces forces, on peut maintenir beaucoup plus aisément la partie de centrage de l'outil centrée à l'intérieur du tube 24 Etant donné que la partie de centrage 14 et la partie de rainurage 16 de l'outil 10 sont fixées au mandrin 12 de telle sorte que les axes de ces parties de centrage et de rainurage de l'outil 10 restent en alignement, en maintenant la partie de centrage centrée à l'intérieur du tube 24,- il en est également de même pour la partie de rainurage 16. De plus, il est à noter que, à mesure que le tube 24 passe sur la partie de rainurage 16 et que les ailettes 22 viennent s'engager-sur la paroi laté- rale du tube pour mandriner davantage ce dernier et y former dés rainures 26, l'épaisseur de cette paroi du tube diminue, ce qui a tendance à réduire la résistance de cette paroi; cependant, les ailettes 22 durcissent également la paroi du tube, ce qui a tendance à aug- menter la résistance de cette dernière Le résultat net de cette caractéristique réside dans le fait que l'on obtient une expansion complémentaire du tube 24 par la partie de rainurage 16 de l'outil 10 en exerçant peu ou pas d'effet net sur la résistance globale du tube. Dans certaines applications, par exemple, avec des tubes pliés en U ou en épingle à cheveux, l'outil 10 est retiré du tube en le tirant vers l'ar- rière à travers ce dernier Afin de faciliter ce mou- vement vers l'arrière de l'outil 10 et, en particulier, afin d'empêcher la face arrière de la partie de rainu- rage 16 et les extrémités arrière des ailettes 22 de se coincer contre la surface intérieure du tube, de préférence, le segment arrière 30 de la partie de rai- nurage 16 a une section décroissant radialement vers l'intérieur. Bien que, de toute évidence, l'invention décrite ci-dessus soit bien conçue pour réaliser les objets précités, on comprendra que de nombreuses modi- fications et formes de réalisation peuvent être envi- sagées par l'homme de métier et il est entendu que les revendications ci-après couvrent toutes ces modifica- tions et formes de réalisation rentrant dans le cadre et l'esprit réels de la présente invention. REVENDICATIONS 1, Outil en vue de mandriner et de rainurer la surface intérieure d'un tube, caractérisé en ce qu'il comprend: un mandrin ( 12) s'étendant axialement; une partie de centrage ( 14) fixée au man- drin duquel elle ressort radialement vers ltextérieur; et une partie de rainurage ( 16) fixée au man- drin, localisée axialement à l'arrière de la partie de centrage avec laquelle elle est coaxiale et de laquelle elle ressort radialement vers l'extérieur; la partie de centrage ( 14) définissant une surface annulaire lisse ( 20) destinée à venir stenga- ger sur le tube ( 24) en le mandrinant partieliement, à guider le tube sur la partie de rainurage et à main- tenir cette dernière centrée à l'intérieur du tube; tandis que la partie de rainurage ( 16) définit une sur- face extérieure mandrinant davantage le tube et compor- tant une ailette extérieure ( 22) pour former une rai- nure ( 26) sur la surface intérieure du tube. 2 Outil suivant la revendication 1, ca- ractérisé en ce qu'un segment arrière ( 30) de la partie de rainurage ( 16) a une section décroissant radiale- ment vers l'intérieur afin de faciliter le mouvement vers l'arrière de l'outil ( 10). 3 Procédé en vue de mandriner et de rai- nurer un tube, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à faire passer, à travers le tube ( 24), un outil ( 10) comportant à la fois une partie de centrage ( 14) définissant une surface extérieure annulaire lisse ( 20) et une partie de rainurage ( 16) comportant une ailette extérieure ( 22); faire précéder la partie de rainurage ( 16) par la partie de centrage ( 14) afin de mandriner par- tiellement le tube ( 24), de guider ce dernier sur la partie de rainurage ( 16) et de maintenir cette dernière centrée à l'intérieur du tube; et faire suivre la partie de centrage ( 14) par la partie de rainurage ( 16) pour former une rainure ( 26) sur la surface intérieure du tube et pour mandri- ner ce dernier à sa dimension définitive. Par procuration de CARRIER CORPORATION Le mandataire est R Baudin