Brevet FR2553315A1 — publié le 19850419

La présente invention concerne un appareil de finissage hydroplastique par souffle de billettes tubulaires ayant des applications dans les techniques de construction mécanique. On connaît déjà un appareil de profilage des surfaces extérieures de corps cylindriques par déformation hydroplastique comprenant un boîtier et une matrice reliés à une presse. Sur le boîtier est fixé un vérin vertical de puissance. La matrice présente une surface intérieure profilée et on dispose dans celle-ci la billette à former, les deux reposant sur un support dynamique. Sur le piston du vérin vertical de puissance est fixé un alésoir lisse ayant un trou borgne central et des rainures radiales. Le piston du vérin vertical de puissance présente une rainure centrale en comunication avec l'espace sous haute pression du vérin vertical de puissance ainsi qu'avec le trou borgne central de l'alésoir lisse. Le boîtier comprend des rainures par lesquelles l'espace sous haute pression du vérin vertical de puissance est mis en communication avec le système d'alimentation hydraulique. Lors du traitement de billettes cylindriques dans la presse, le vérin vertical de puissance et l'outil (l'alésoir lisse) se déplacent le long de l'axe de la billette cylindrique en cours de traitement. Il en résulte de ce mouvement une force antagoniste, et il se crée une pression élevée dans l'espace du vérin vertical de puissance. Sous l'action de cette pression s'effectue la lubrification forcée de la surface traitée et de l'outil. Les inconvénients de cet appareil sont les suivants: - du fait que l'appareil est fixé sur une presse, la longueur des billettes pouvant être traitées est restreinte par l'espace libre entre les tables et par la course de la presse utilisée. Ces limitations rendent l'appareil inapproprié au traitement de billettes plus grandes - la matrice dans laquelle on dispose la billette est fixe, ce qui impose une limitation au fluage du métal dans le sens opposé à l'effort de déformation. Il en résulte que 1 appareil ne se prête pas au traitement de billettes de longueurs plus importantes et à des vitesses de déformation plus élevées. - on ne peut établir des pressions surélevées dans le vérin vertical de puissance, égales ou similaires aux pressions de contact de résistance entre l'outil et la billette traitée. Cette condition limite la création d'une couche lubrifiante suffisamment épaisse pour assurer un frottement fluide ; - au début du traitement de billettes cylindriques, l'outil entier ainsi que, pendant toute la durée du traitement, le premier élément de déformation de 'loutil, ne sont alimentés en fluid de lubrification sous pression et l'outil fonctionne dans des conditions de frottement sec ou de seuil. On connaît également un appareil de traitement par souffle des surfaces intérieures de tubes comprenant un boîtier sur lequel sont fixées des butées avant et arrière. Sur la butée arrière sont fixés un amortisseur acoustique, une chambre de souffle et une butée intermédiaire. La butée arrière reçoit un piston percé d'un trou borgne axial dans lequel est placé l'outil de travail. Les butées avant et arrière sont reliées entre elles par une chemise. La billette à traiter est placée dans la butée avant et, derrière, on prévoit une trémie de récupération. On charge la chambre de souffle d'un explosif et, une fois celui-ci allumé, l'outil poussé en vol libre par la souffle de l'exposion, traverse la billette pour travailler sa surface intérieure. L'inconvénient de cet appareil connu est le suivant: - en raison du vol libre de l'outil, le traitement par impulsion de la surface intérieure de la billette s'effectue dans des conditions de frottement sec. Il en résulte de ce frottement et des vitesses très élevées mises en jeu pour des billettes de longueurs importantes, la création de températures élevées qui risquent de provoquer une usure intensive ou même la fusion de la billette et des surfaces de l'outil.Par conséquent, on ne peut traiter des billettes de longueurs importantes en raison du risque de grippage de l'outil et de l'éclatement de l'ensemble; - du fait que la butée avant servant de couronne entourant est fixe, il n'existe aucune possibilité de préréglage d'une vitesse de déformation et d'un fluage plastique plus élevés du métal du fait que le métal soumis à l'effet de fluage entre en contact avec la butée avant et la détache de l'appareil. Le but de la présente invention est de réaliser un appareil de finissage hydroplastique par souffle de billettes tubulaires, appareil pouvant assurer le traitement par souffle et la déformation hydroplastique des billettes à traiter dans des conditions de pression de fluid très élevée. Pour ce faire, l'invention a pour objet un appareil comprenant un boîtier sur lequel sont fixés des butées avant et arrière. Une trémie de récupération est montée derrière la butée avant. Dans la butée arrière sont prévues une chambre de souffle, une chambre de guidage et une chambre de compensation, les trois chambres étant reliées entre elles. Dans la chambre de guidage est positionnée, contre un arrêt, un outil présentant un trou borgne central et des rainures radiales. Les rainures radiales sont en communication avec le trou borgne central. A l'extrémité avant de l'outil est prévu un joint étanche. Dans la butée avant est fixé un bélier et il y est monté aussi un piston cylindrique mobile à trou central. On place la billette à traiter dans le trou central du piston cylindrique mobile.Par une extrémité, le piston cylindrique mobile glisse sur le bélier fixe de façon qu;il se forme une chambre de recul, raccordée à la chambre de comensation par l'intermédiaire de rainures longitudinales du piston cylindrique mobile. Pour le traitement d'une billette tubulaire plus longue, le trou borgne central de l'outil présente une configuration à gradins comprenant un multiplicateur placé à son extrémité arrière. Le multiplicateur comprend a piston pouvant se déplacer librement et une chambre, réalisée en avant du piston librement mobile, dans le trou borgne cent ral. ral. La surface extérieure de l'outil est profilée lorsqu' on désire obtenir une billette tubulaire à surface intérieure profilée. Lorsqu'on désire une billette à surface extérieure profilée, alors la surface intérieure de piston cylindrique mobile est profilée. Lorsqu'on veut profiler les deux surfaces de la billette tubulaire, on utilise simultanément un outil doté d'une surface extérieure profilée et un piston cylindrique mobile doté d'une surface intérieure profilée. Les avantages apportés par l'appareil sont les suivants - la conception élargit le domaine d'application de traitement par souffle au domaine de traitement hydroplastique lisse et profilé de billettes tubulaires de longueurs importantes, ainsi qu'au traitement de billettes tubulaires en métaux difficiles à déformer par formage; - le procédé de déformation fait appel à la compression irrégulière universelle et au fluage du métal non déformé dans une direction opposée à la direction du mouvement de l'outil, y étant assisté par la poussée de recul résultant de la pression de fluide agissant sur l'extrémité avant plus grande du piston cylindrique mobile - la billette tubulaire obtenue présente des propriétés mécaniques et physiques nouvelles par rapport à la billette initiale, et ce grâce à la pression surélevée et aux vitesses élevées mises en jeu dans le procédé de déformation. Tous ces avantages ont pour conséquence un rendement plus élevé et des billettes tubulaires présentant une surface de qualité. Une forme d'exécution de la présente invention est décrite ci-après à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une coupe longitudinale de l'appareil dans une position de référence avant l'explosion La figure 2 est une coupe longitudinale partielle de l'outil et du piston cylindrique mobile en position de travail La figure 3 est une coupe transversale d'une billette tubulaire traitée ayant une surface intérieure profilée La figure 4 est une coupe transversale d'une billette tubulaire traitée ayant une surface extérieure profilée La figure 5 est une vue en coupe longitudinale partielle de l'appareil, représentant l'expulsion de la billette après traitement La figure 6 est une vue en coupe longitudinale partielle de l'appareil comprenant un multiplicateur incorporé à l'outil de travail ; et La figure 7 est une vue en coupe transversale d'une billette tubulaire traitée, avec les surfaces intérieure et extérieure profilées. L'appareil (figure 1) comprend un boîtier 1 sur lequel sont fixées une butée avant 2 et une butée arrière 3. Derrière la butée avant 2 est prévue une trémie de récupération 4. La butée avant 2 est fixée sur le boîtier 1 par un dispositif amovible 5 (par exemple des coins). Dans la butée avant 2 est monté un bélier fixe 6 ainsi qu'un piston cylindrique mobile 7 doté d'un trou central dans lequel est placé la billette tubulaire 8 devant être traitée. Par une extrémité, le piston cylindrique mobile 7 glisse sur le bélier fixe 6 de façon a former une chambre de recul 9. Dans la butée arrière 3 sont réalisées successivement une chambre de souffle 10, une chambre de guidage 11 et une chambre de compensation 12. La chambre de souffle 10 et la chambre de compensation 12 sont en communication entre elles par des rainures 13 prévues dans la butée arrière 3. La chambre de recul 9 est en communication avec la chambre de compensation 12 par des rainures longitudinales prévues dans la piston cylindrique mobile 7. Dans la chambre de guidage 11 on trouve, contre un arrêt, un outil 15 doté d'une trou borgne central 16 et de rainures radiales 17 en communication avec le trou borgne central 16. A l'extrémité avant de l'outil 15 on voit un joint étanche 18, montée dans la billette tubulaire 8 de façon a former une chambre 19. La chambre de compensation 12 est équipée d'unesoupape de mise à l'air libre 20 et d'une chambre de souffle 10 - avec soupape d'alimentation 21. On charge du matériau explosif 22 dans la chambre de souffle 10. Entre la butée avant 2 et la butée arrière 3 on voit un guide 23 destiné à porter le piston cylindrique mobile 7. Pour permettre de traiter des billettes tubulaires plus longues, le trou borgne central 16 de l'outil 15 a une configuration en gradins. A son extrémité arrière se trouve un multiplicateur se composant d'un piston librement mobile 24 et d'une chambre 25, réalisée en avant du piston librement mobile 24, dans le trou borgne central 16. Pour cette version de l'appareil, on prévoit, dans l'outil 15, des rainures longitudinales 26 mettant en communication, d'une part, l'espace à travers la section large du piston 24 et, d'autre part, la chambre 19 réalisée derrière le joint 18. L'appareil fonctionne comme suit Le piston cylindrique mobile 7 se déplace avec la butée avant 2 et le guide 23 vers la droite jusqu'à ce que le piston cylindrique mobile 7 sorte de la chambre de compensation 12. A ce point, on charge la chambre 10 d'un matériau explosif 22 et on place l'outil 15 contre un arrêt dans la chambre de guidage 11. Ensuite, on met la butée avant 2 avec le piston cylindrique mobile 7 et le guide 23 dans une position de départ de sorte que le piston 7 pénètre dans la chambre de compensation 12 jusqu' à une position fermée fixe. Dans cette position, l'outil 15 ne touche pas la face de la billette tubulaire 8 à traiter, et le joint 18 se trouve dans le trou de la billette tubulaire 8 à traiter.A l'aide d'un dispositif de pompage (non représenté) et par l'intermédiaire d'une soupape d'alimentation 21, on remplit la chambre de recul 9, la chambre de compensation 12, la chambre de guidage 11, la chambre de souffle 10 et la chambre 19 d'un agent de refroidissement. L'air chassé est évacué par la soupape 20, et ensuite cette soupape est fermée et le dispositif de pompage arrêté et le système constitué de la butée avant 2, du piston cylindrique mobile 7 et de la billette tubulaire à traiter 8 est mis sous une pression supplémentaire à l'aide d'un mécanisme à vis auxiliaire ou autre jusqu'à ce que le bord intérieur de la billette tubulaire 8 serre contre l'outil 15. Ainsi, on réalise la chambre individuelle 19. Ensuite, le matériau explosif 22 est allumé et, sous l'action de la souffle dans la chambre de recul 9, la chambre de compensation 12, la chambre 10 et la chambre de guidage 11, une pression pratiquement égale p1 est générée, laquelle se détend par le maillon le plus faible du système, à savoir l'outil 15.Ce dernier, sous la poussée de l'explosion et avec une force 1 traverse le trou de la billette tubulaire 8 tout en travaillant celle-ci. Au moment où l'outil 15 traverse le trou traité de la billette tubulaire 8 (figure 2) à la vitesse V1, sous l'action de la pression p1 du souffle agissant par l'intermédiaire de l'agent de refroidissement, derrière l'outil 15, remplissant le trou borgne central 16, les rainures radiales 17 et les espaces fermés a,b,c, il s'établit une pression surélevée placette pression comprime le lubrifiant et il se forme une couche fluide d'une épaisseur suffisante pour assurer un frottement hydrodynamique au niveau de la zone de contact entre les saillies de déformation de l'outil 15 et la surface traitée de la billette tubulaire 8.Dans la chambre 19 il se crée une pression p2 La déformation de la billette tubulaire traitée se déroule dans des conditions de compression irrégulière universelle et le fluage du métal se fait dans la direction de la résistance la plus faible V2, à l'opposé de la direction du mouvement de l'outil 15. Ce fluage du métal est opposé par les forces de frottement créées entre la surface extérieure de la billette 8 et la surface intérieure du piston 7. Du fait que la seule force 0 agit sur le piston 7, ce piston se déplace dans la direction du fluage du métal, ce qui exerce un effet de piégage sur le flux tout en amortissant simultanément partiellement le choc de l'explosion et pousse l'agent de refoid issement hors de la chambre de compensation 12 en direction de l'outil 15. L'outil 15, une fois sorti de la zone de déformation à une vitesse inféreiure à la vitesse initiale, tombe dans une trémie de récupération 4. La billette tubulaire 8 est expulsée (figure 5) par une pression p agissant avec une force 03 sur un couvercle 27 monté sur l'extrémité de la billette tubulaire 8 et rendu étanche par rapport au piston mobile 7 par un joint 28. Une microsouffle pourrait également servir à l'expul- sion de la billette. REVENDICATIONS 1. Appareil de finissage hydroplastique par souffle de billettes tubulaires, comprenant un boîtier sur lequel sont montées une butée avant et une butée arrière, une trémie de récupération étant montée derrière la butée avant et la butée arrière comprenant une chambre de souffle et un outil de travail placés dans celle-ci, caractérisé en ce que, dans la butée arrière (3) derrière la chambre de souffle (10), on prévoit une chambre de guidage (11) et une chambre de compensation (12), ces trois chambres étant reliées entre elles et un outil de travail (4) est placé contre un arrêt dans la chambre de guidage (11), cet outil présentant un trou borgne central (16) et des rainures radiales (17) en communication avec celui-ci, et en ce que, dans l'extrémité avant de l'outil de travail (15), on prévoit un joint étanche (18), tandis que, dans la butée avant (2), est monté un bélier fixe (6) et un piston cylindrique mobile (7) muni d'un trou central dans lequel est disposée la billette tubulaire (8), ledit piston cylindrique (7) glissant par une extrémité sur le bélier fixe (6) de façon à former une chambre de recul (9) en communication avec la chambre de compensation (12) par des rainures longitudinales (14) prévues dans le piston cylindrique mobile (7). 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le trou borgne central (16) de l'outil (15) présente une configuration à gradins et au fond de ce trou est disposé un multiplicateur comprenant un piston librement mobile (24) et une chambre (25) réalisée en avant du piston librement mobile (24) dans le trou borgne central (16). 3. Appareil celon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la surface extérieure de l'outil (15) est profilée. 4. Appareil selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le trou central du piston cylindrique (7) présente une surface profilée. 5. Appareil selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la surface extérieure de l'outil (15) et la surface du trou central du piston cylindrique (7) sont profilées.