Brevet FR2539059A1 — publié le 19840713

La présente invention concerne la déformation plastique des métaux avec emploi d'un champ électromagnétique et d'un milieu liquide de transmission de la pression, et a notamment pour objet un dispositif de formage par impulsion hydraulique d'une ébauche tubulaire. L'invention peut etre utilisée pour la déformation d'ébauches tubulaires de différents diamètres. On connais un dispositif comprenant un inducteur, un mandrin et une matrice dans lesquels le tube est déformé sous l'effet des forces résultant de l'interaction du champ électromagnétique et des courants tourbillonnaires induits par ledit champ dans l'ébauche tubulaire. Cependant, l'emploi de tels dispositifs ne se justifie que pour la déformation d'ébauches tubulaires de diamètres déterminés et fabriquées à partir de matériaux conducteurs de courant électrique. La déformation de tubes en alliages de haute résistance, mauvais conducteurs de courant électrique, à l'aide de ces dispositifs est très difficile (on est obligé de faire appel à des "satellites" à conductibilité élevée, alors que la résistance mécanique des inducteurs n'est pas suffisamment grande, surtout dans le cas de tubes de petit diamètre). On connaît aussi un dispositif de formage électromagnétique à fonctionnement réitéré, comprenant un inducteur, un élément de transmission réalisé, par exemple, sous forme d'une grille métallique, d'une tresse ou d'un tissu en fils métalliques, et un milieu de transmission de la pression, par exemple un matériau élastique. Dans ce dispositif, le champ électromagnétique agit directement sur l'élément de transmission, qui comprime alors le milieu transmettant la pression, lequel déforme l'ébauche tubulaire. Ce dispositif permet de déformer les matériaux indépendamment de leur conductibilité électrique.Toutefois, lorsqu'il est utilisé pour déformer des ébauches tubulaires fabriquées à partir de métaux et d'alliages de haute résistance, le milieu de transmission de la pression (matériau élastique) se trouve rapidement mis hors service, ce qui entraîne la détérioration de l'élément de transmission et rend le dispositif inutilisable. Son emploi pose surtout des problèmes lorsqu'il faut déformer des tubes de petit diamètre, par exemple inférieur à 22 mm, en alliages de haute résistance du fait que la résistance des inducteurs est trop faible pour déformer de tels tubes. Un autre inconvénient de ce dispositif, limitant son domaine d'emploi, réside dans sa faible efficacité lorsqu'il est utilisé pour la production réitérée des impulsions de formage et de calibrage. Ceci est du au fait qu'après la première impulsion il se forme un espace d'air entre la surface de l'ébauche formée et l'élément de transmission,et les opérations de formage et de calibrage suivantes deviennent inefficaces. La solution la plus proche, par son principe technique, de l'invention revendiquée consiste en un dispositif de formage d'ébauches tubulaires par impulsion hydraulique comprenant une chambre avec des moyens de production et de transformation d'une pression impulsionnelle dans le liquide, un élément de fermeture avec des canaux de haute pression et une matrice destinée à donner la forme géométrique requise à la surface de l'ébauche tubulaire et montée de manière à former un intervalle circulaire entre elle et l'élément de fermeture, ce qui est nécessaire pour la mise en position de l'ébauche tubulaire. Les canaux de haute pression servent à relier la cavité de la chambre et la cavité utile formée par la surface latérale de l'élément de fermeture et les parois de l'ébauche tubulaire. En outre, le dispositif est doté d'un conduit d'amenée du liquide dans la cavité utile. Dans les dispositifs de ce type, la concentration de la pression est assurée par la forme convergente des canaux, la pression impulsionnelle étant produite dans le liquide grâce l'énergie de l'explosion d'une charge explosive et de l'énergie dégagée lors du phénomène électro-hydraulique qui a lieu dans la chambre et qui est dû aux moyens de production et de transformation de la pression. La pression ainsi produite est transmise par le liquide dans la cavité utile, ou l'ébauche tubulaire est déformée en épousant la forme de la matrice. Cependant, ces dispositifs se caractérisent par une faible stabilité des paramètres de force, qui est due a ce que ces paramètres dépendent des propriétés du fluide de travail/de la variation des caractéristiques de la matière explosive et du fil amorceur d'explosion, et de L'érosion des électrodes. Sont aussi importantes les pertes d'énergie des ondes de choc se propageant dans toutes les directions et absorbées par les éléments du corps du dispositif, ce qui diminue le rendement du dispositif. Ces dispositifs nécessitent pour leur fabrication une grande quantité de métal, du fait qu'il faut prévoir des puits d'accélération et des chambres résistantes pourvues d'éléments de protection. La disposition des canaux convergents dans la partie centrale de l'élément de fermeture contribue à la diminution de la capacité portante du métal suivant la section transversale dudit élément, ce qui aboutit a la séparation de la partie de fermeture, surtout en cas de formage d'ébauches tubulaires de petit diamètre (inférieure a 22 mm), et affecte la fiabilité de l'ensemble du dispositif. On s'est donc proposé de mettre au point un dispositif de formage par impulsion hydraulique d'ébauches tubulaires dans lequel les moyens de production et de transformation de la pression impulsionnelle dans le liquide, ainsi que l'élément de fermeture, seraient conçus de manière à assurer une répartition dirigée de l'onde de choc dans la chambre avec production de fortes pressions impulsionnelles locales, et sa caractériseraient. par une haute stabilité des paramètres de force et une diminution de la consommation de métal pour la fabrication du dispositif. Ce problème est résolu grace à un dispositif de formage par impulsion hydraulique d'une ébauche tubulaire, comprenant une chambre avec des moyens de production et de transformation d'une pression impulsionnelle dans un liquide, et un élément de fermeture ayant des canaux de haute pression reliant la cavité de ladite chambre à la cavité utile formée par la surface latérale de l'élément de fermeture et par les parois de l'ébauche tubulaire montée sur ledit élément, un conduit d'amenée du liquide dans ladite cavité utile, et une matrice montée de manière a former un intervalle çirculaire entre elle et ledit élément de fermeture, caractérisé, suivant l'invention, en ce que les moyens de production et de transformation de la pression impulsionnelle comprennent, disposés coaxialement et se succèdant dans le sens allant vers la cavité utile, un inducteur multispires de champ électromagnétique impulsionnel, une plaque inférieure en matériau de conductibilité élevée, une plaque supérieure en matériau de haute résistance mécanique, et un piston intensificateur de pression, lesdits canaux de haute pression reliant la cavité située au-dessus du piston intensificateur de pression a la cavité utile étant disposés dans ledit élément de fermeture concentriquement par rapport a son axe. Il est avantageux que la base du piston intensificateur de pression orientée vers la plaque supérieure n'entre en contact avec cette dernière qu'en un seul point et qu'elle soit en liaison articulée avec eelle-ci. Le talon du piston intensificateur de pression peut etre réalisé sous forme d'une partie de sphère. Afin d'augmenter la durée de vie du dispositif con forme à l'invention, il est avantageux que les plaques in férieure et supérieure soient montées de manière à former entre elles un intervalle, que la plaque inférieure soit réalisée sous forme d'un disque circulaire et que la paroi de la chambre présente une saillie circulaire pour le moulage de la plaque supérieure. Dans le but d'améliorer l'étanchéité du disque conforme à l'invention, il est avantageux qu'au moins une rainure circulaire soit pratiquée à la partie supérieure de l'élément de fermeture destinée à recevoir l'ébauche tubulaire à déformer et qu'elle soit munie d'une bague élastique. Dans le dispositif conforme à l'invention, il est utile que lesdites bagues élastiques présentent en section transversale une surface extérieure de forme curviligne. Il est rationne qu'un clapet antiretour soit monté dans le conduit d'amenée du liquide. Le dispositif de formage par impulsion hydraulique faisant l'objet de la présente invention permet de réduire les pertes d'énergie de l'onde de choc dues à sa dissipation dans le corps de la chambre, et d'obtenir des paramètres de force stables et des valeurs élevées de la pression impur sionnelle locale, tout en diminuant la consommation de métal nécessaire à sa fabrication. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemple non limitatif, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels: - la figure 1 représente un dispositif de formage par impulsion hydrau3ique d'une ébauche tubulaire, conforme à l'invention (coupe longitudinale); - la figure 2 représente une variante de réalisation de la chambre du dispositif avec les moyens de production et de transformation de la pression dans le liquide, conformément à l'invention; - la figure 3 représente une variante de réalisation de l'élément de fermeture avec les anneaux élastiques à sa partie supérieure,conformint à 1 'invention. La figure 1 représente un dispositif de formage par impulsion hydraulique d'une ébauche tubulaire, comprenant une chambre 1 contenant un inducteur multispires 2 de champ électromagnétique impulsionnel. La plaque inférieure 3 fabriquée en un matériau de conductibilité électrique élevée, et la plaque supérieure 4 fabriquée en un matériau de haute résistance mécanique, sont librement adjacentes à l'inducteur 2. Le piston intensificateur de pression 5 est monté sur la plaque 4 et prend appui sur cette dernière par sa base 5'. Sur le piston 5 est monté un élément en matériau élastique pour le retour du piston, par exemple un ressort 6, servant à ramener le piston 5 à sa position de départ. La surface cylindrique latérale du piston intensificateur de pression 5 est rodée (glisse sans jeu) par rapport à la surface intérieure du cylindre 7 du vérin hydrauliqfle. La cavité située au-dessus du piston intensificateur de pression 5 est remplie d'un liquide 8 arrivant par le conduit 9 d'amenée du liquide depuis un réservoir d'expansion et de refoulement commandé à l'aide d'une manette 11 de niveau. Le dispositif comprend aussi un élément de fermeture 12 prévu pour empêcher l'écoulement du liquide de la chambre 1 et jouant en meme temps le râle d'un réflecteur de force et d'un élément de guidage lors de la mise en place de l'ébauche tubulaire 13 que l'on place sur la saillie 14 de l'élément de fermeture 12. Dans l'élément de fermeture 12 sont pratiqués des canaux de haute pression 15 reliant entre elles la cavité située au-dessus du piston intensificateur de pression 5 et la cavité utile 16 formée par l'ébauche tubulaire 13 et la paroi latérale de l'élément de fermeture 12 dans laquelle est ménagée une gorge; circulaire 17 remplie de liquide 8. Le diamètre de la saillie 14 de l'élément de fermeture 12 est plus petit que le diamètre de la partie inférieure de l'élément 12, ce qui permet d'emmancher fiablement l'ébauche tubulaire 13 sur la saillie 14 à l'intérieur de l'espace formé entre les parois latérales de la saillie 14 de l'élément de fermeture 12 et la matrice 18 qui l'enveloppe et serre étroitement l'ébauche tubulaire 13.Sur la paroi latérale de la cavité intérieure de la matrice 18 sont pratiqués des évidements circulaires de formage 19 se trouvant en face de la gorge circulaire 17 de l'élément de fermeture 12, ainsi que des rainures recevant les garnitures d'étanchéité 19'. La matrice 18 et l'élément de fermeture 12 sont fixés à la partie supérieure de la chambre 1 au moyen d'un couvercle de serrage 20. Dans la partie supérieure de la paroi de la chambre 1, est ménagé un canal de retour 21 reliant le réservoir d'expansion et de refoulement 10 à la partie supérieure de la chambre 1. Dans le conduit 9 d'amenée du liquide 8 est placé un clapet antiretour 22 servant à interdire l'écoulement du liquide 8 pendant le cycle de travail. La figure 2 représente une partie de la chambre 1 du dispositif de formage, dans laquelle la plaque inférieure 3 est réalisée sous forme d'un disque circulair#e en un matériau conducteur de courant électrique. Sur la paroi de la chambre 1 est pratiqué un épaulement 23 servant d'appui a la plaque supérieure 4 séparée par un intervalle 24 de la plaque inférieure 3. La base 5' du piston intensificateur de pression 5 a la forme d'une partie de sphère et la plaque supérieure 4 présente, au-dessous du piston intensificateur de pression 5, un logement 25 avec un rebord saillant 26. La forme sphérique de la base 5' du piston intensificateur de pression 5 permet à ce dernier de prendre appui en un seul point sur la plaque supérieure 4, la base 5' et le rebord saillant 26 du logement 25 coopérant entre eux de manière a assurer une liaison articulée entre le piston intensificateur de pression 5 et la plaque supérieure 4 a interdire leur désaccouplement pendait le fonctionnement. L'intervalle 24 entre les plaques inférieure 3 et supérieure 4 est assuré grâce à l'épaulement 23 de la paroi de la chambre 1 du dispositif et permet de protéger la plaque inférieure 3 et l'inducteur 2 des chocs de retour de la plaque supérieure 4 dus a ses fléchissements élastiques. La liaison articulée entre la plaque supérieure 4 et la surface sphérique de la base 5 du piston intensificateur de pression 5 permet de compenser leurs gauchissements mutuels et d'assurer le retour du piston intensificateur de pression a sa position de départ. La figure 3 représente l'élément de fermeture 12 avec les bagues élastiques 27 logées dans les rainures circulaires 28. Les bagues élastiques 27 présentent en section transversale une surface extérieure curviligne permettant d'assurer une bonne étanchéité de la cavité utile 16 (figure 1) lors des variations du diamètre de l'6bauche tubulaire 13 par rapport a son diamètre nominal, sans que la qualité de sa surface intérieure soit compromise. Le dispositif fonctionne de la façon suivante. On place l'ébauche tubulaire 13 sur la saillie 14 de l'élément de fermeture 12 et on la serre a l'aide de la matrice 18 et du couvercle de serrage 20. Lorsqu'on appuie sur la manette 11 de niveau, le liquide, par exemple l'eau, passe du réservoir d'expansion et de refoulement 10 dans la cavité située au-dessus du piston 5, les canaux de haute pression 15 et la cavité utile 16 en traversant le-clapet antiretour 22 et le conduit 9 qui le renferme. L'impulsion d'énergie électromagnétique produite par l'inducteur 2 est transmise par les plaques inférieure 3 et supérieure 4 au piston 5, qui se déplace dans le vérin hydraulique 7 et crée une haute pression impulsionnelle dans les canaux 15 et la cavité utile 16. Sous l'action de cette pression, l'ébauche tubulaire 13 se déforme dans la matrice 18 en épousant la forme des évidements circulaires de formage 19. En cas de-non achèvement du formage de l'ébauche tubulaire 13, une portion supplé- mentaire d'eau est envoyée dans la cavité utile 16 pour effectuer une opération de formage d'appoint ou de calibrage. Une fois ces opérations terminées, l'ébauche tubulaire 13 est enlevée de l'élément de fermeture 12.Le liquide 8 s'écoule de la cavité utile 16 dans l'intervalle formé entre la matrice 18 et l'élément de fermeture 12 et ensuite dans l'espace libre entre le vérin hydraulique 7 et le couvercle de serrage 20, pour arriver dans la partie supérieure de la chambre 1, d'où il est évacué, au moyen de la manette 11 de niveau, dans le réservoir d'expansion et de refoulement par le canal de retour 21. L'élément de rappel 6 constitué par exemple par un ressort d'acier ramène le piston 5 à sa position de départ. L'étanchéité entre le piston 5 et le cylindre du vérin hydraulique 7 est assurée grâce au rodage de leurs surfaces de contact. Cependant, l'étanchéité des surfaces en contact n'est nécessaire que dans le dispositif en état statique, tandis que toutes les exigences sévères concernant l'étanchéité ne sont plus nécessaires lors de l'action de la pression impulsionnelle, du fait que le liquide se trouve emprisonné entre le piston 5 et le vérin hydraulique 7. Pour ces memes raisons, on n'a plus besoin de prévoir une étanchéité particulière entre les surfaces de contact de l'ébauche tubulaire 13 et de l'élément de fermeture 12. L'invention revendiquée permet d'augmenter le rendement du dispositif grâce à la diminution de la dissipation de l'énergie dans le liquide 8 et à l'emploi d'une intensification mécanique de la pression. La consommation de métal pour la fabrication du dispositif se trouve diminuée du fait que la chambre d'explosion spéciale, les puits d'accélération et les éléments de protection deviennent inutiles. La stabilité des paramètres de force est améliorée du fait que ces derniers dépendent uniquement des caractéristiques électriques de l'appareil d'impulsions électromagnétiques et de l'inducteur 2, que l'on peut varier avec une grande précision La réalisation de canaux de haute pression 15 disposés concentriquement augmente la fiabilité du dispositif et permet le formage de tubes de très petit diamètre. REVENDICATIONS 1. Dispositif de formage d'une ébauche tubulaire par impulsion hydraulique, du type comprenant une chambre avec des moyens de production et de transformation d'une pression dans un liquide et un élément de fermeture (12) ayant des canaux de haute pression (15) reliant la cavité de la chambre (1) a une cavité utile (16) formée entre la surface latérale de l'élément de fermeture (12) et les parois de l'ébauche tubulaire a déformer (13) placé sur cet élément, un conduit (9) d'amenée du liquide dans la cavité utile (16),et une matrice (18) disposee de manière a former un intervalle entre celle-ci et l'élément de fermeture (12), caractérisé en ce que les moyens de production et de transformation de la pression impulsionnelle dans le liquide comprennent, disposés coaxialement et se succédant dans le sens allant vers la cavité utile (16), un inducteur multispires (2) de champ électromagnétique impulsionnel, une plaque inférieure (3) fabriquéeen matériau de haute conductibilité et coopérant avec l'inducteur (2),une plaque supérieure (4) en matériau de haute résistance mécanique, et un piston intensificateur de pression (5), lesdits canaux de haute pression (15) reliant la cavité située au-dessus du piston intensificateur de pression (5) a la cavité utile (16) et réalisés dans ledit élément de fermeture (12) étant disposés concentriquement autour de l'axe de celui-ci. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la base (5') du piston (5) orientée vers la plaque supérieure (4) n'entre en contact avec cette dernière qu'en un seul point et qu'elle est en liaison articulée avec celle-ci. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la base 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plaques inférieure et supérieure (3 et 4) sont montées de manière à former entre elles un intervalle (24), la plaque inférieure (3) étant réalisée sous forme d'un disque circulaire, et un épaulement circulaire (23) pour le montage de la plaque supérieure (4) étant prévu sur la paroi intérieure de la chambre (1). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé en ce que la partie supérieure de l'élément de fermeture (12) recevant l'ébauche tubulaire (13) présente au moins une rainure circulaire 28 dans laquelle est logéeune bague élastique (27). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les bagues élastiques (27) présentent, en section transversale, aes surfaces extérieures de forme Curviligne. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5 et 6, caractérisé en ce qu'un clapet anti-retour (22) est placé dans le conduit (9) d'amenée du liquide.