Brevet FR2559082A1 — publié le 19850809

Appareil d'alésage commandé par cames pour réaliser des trous de configuration spéciale dans des pièces à usiner La présente invention concerne d'une façon générale les appareils d'alésage et, plus particulièrement, un système d'outil à barre d'alésage commandée par cames qui peut notamment aléser ou former un trou traversant de configuration particulière tel que, par exemple, un trou présentant une étendue radiale variant intérieurement de façon continue, telle que déterminée par une courbure à rayon extérieur constant donnant au trou la forme d'un sablier, dans chaque plaque de support de tube d'un échangeur de chaleur de générateur de vapeur d'eau d'un réacteur nucléaire à chaque endroit o un tube de générateur de vapeur d'eau s'étendant vertiealement passe à travers les plaques de support de tubes afin d'éliminer efficacement ou de réduire sensiblement et de réduire au maximum une usure exagérée des tubes de générateur de vapeur d'eau due au mouvement relatif entre les tubes et les plaques de support de tubes dans les conditions de fonctionnement du réacteur. Dans le type précité de système d'échangeur de chaleur, il existe un défaut de fonctionnement dû à l'usure exagérée qui se traduit par une rupture prématurée des tubes du géné- rateur de vapeur d'eau. Ceei est dû au fait que, pendant le fonctionnement normal du réacteur, il existe un déplacement considérable des tubes du générateur de vapeur d'eau par rapport aux plaques de support de tubes, ainsi qu'un déplace- ment considérable des plaques de support de tubes par rapport aux tubes de générateur de vapeur d'eau. Par exemple, au démarrage o dans des conditions de fonctionnement transitoires, les tubes du générateur de vapeur d'eau peuvent être soumis à des vibrations importantes qui peuvent entraîner un déplacement de ces tubes par rapport aux plaques de support de tubeso Les renvois de courant de sodium liquide s'écoulant à travers l'échangeur de chaleur peuvent de m8me entraîner l'application 2 2559082- de charges transversales sur les tubes de générateur de vapeur d'eau, ce qui provoque, de même, un déplacement de ces tubes par rapport aux plaques de support. Ce déplacement transversal des tubes de générateur de vapeur d'eau par rapport aux plaques de support de tubes entraîne une usure par abrasion entre les tubes et les parois latérales des ouvertures des plaques de support de tubes b travers lesquelles passent les tubes de générateur de vapeur d'eau. Il peut arriver aussi que, pendant la période de démarrage de l'installation de la centrale, les plaques de support de tubes ainsi que leurs barres d'entre- toisement soient relativement froides et se trouvent à la même température que les tubes du générateur de vapeur d'eau. Toutefois, k mesure que la centrale ou l'installation fonctionne, les plaques de support de tubes et leurs barres d'entretoise- ment deviennent très chaudes en raison du fait que le sodium liquide chauffé est en contact direct avec celles-ci d'un bout à l'autre de l'échangeur de chaleur. Par contre, les tubes du générateur de vapeur d'eau ne sont pas soumis à une élévation similaire de niveau de température du fait que de l'eau froide y circule initialement et que le changement d'état de cette eau devenant de la vapeur absorbe une quantité importante de l'énergie calorifique par le truchement du processus d'échange de chaleur. Par conséquent, les plaques de support de tubes et, particulièrement leurs barres d'entretoisement qui les suppor- tent, sont soumises à une forte augmentation de température, ce qui fait que les plaques de support de tubes exécutent un déplacement considérable par rapport aux tubes du générateur de vapeur d'eau. D'une manière similaire, des conditions de fonctionnement transitoires peuvent également se traduire par des conditions thermiques variables régnant à l'intérieur de l'échangeur de chaleur, ce qui fait qu'une dilatation ou une compression thermique des plaques de support de tubes et de leurs barres d'entretoisement peuvent ici encore se manifester. Par exemple, si une panne de pompe se produit dans le système de circulation de la boucle dans laquelle s'écoule le sodium 3 2559082 liquide réfrigérant, le sodium liquide chauffé stagne dans la boucle et dans l'échangeur de chaleur pendant que de l'eau relativement plus froide continue à traverser les tubes du générateur de vapeur d'eau. Une augmentation du niveau de température du sodium a donc lieu vis-à-vis des tubes de générateur de vapeur d'eau et, par conséquent, les plaques de support de tubes et les barres d'entretoisement subissent de même une élévation de leur température. Après la réparation de la pompe de circulation, un fonctionnement stable prévaut de nouveauce qui fait que le niveau de température du sodium liquide diminue quelque peu de sorte que les plaques de support de tubes et les barres d'entretoisement subissent une certaine contraction thermique par rapport aux tubes du générateur de vapeur d'eau. Tous ces mouvements relatifs se traduisent par une usure excessive inacceptable des tubes du générateur de vapeur d'eau,ce qui fait qu'ils doivent être remplacés plus fréquemment que ce à quoi on pourrait s'attendre ou souhaiter normalement. Pour remédier aux inconvénients ci-dessus, on a tenté de trouver une nouvelle conception de parois latérales des ouver- tures des plaques de support de tubes à travers lesquelles passent les tubes du générateur de vapeur d'eau de manière à réduire à un minimum les problèmes d'usure exagérée mentionnés ci-dessus. Au lieu de conserver tels quels les trous traver- sants rectilignes classiques formés dans les plaques de support de tubes qui font que lorsque les tubes de générateur de vapeur d'eau prennent une orientation inclinée par rapport aux plaques de support de tubes en raison des déplacements relatifs précités,soit des tubes,soit des plaques de support, les uns par rapport aux autres, ou simplement lorsque les tubes sont en contact avec les parois latérales des ouvertures des plaques de support de tubes en raison d'un alignement excentré entre des dernières, il se produit une usure exagérée des tubes due à l'abrasion ayant lieu entre les tubes et les bords annulaires supérieur ou inférieur des ouvertures formées 4 2559082 dans les plaques de support, on a cherché à munir ces bords annulaires supérieur et inférieur des ouverturesde surfaces arrondies ou chanfreinées. Dans une autre tentative antérieure pour résoudre les problèmes d'abrasion mentionnés précédemment, on a pourvu en réalité les régions supérieure et inférieure des trous traversants ou ouverturesde surfaces inclinées à configuration conique qui se rejoignent dans la partie de portée centrale. Toutefois, comme on peut s'en douter, malgré ces deux tentatives pour résoudre le problème, celui-ci demeure compte tenu du f&it que les tubes doivent néanmoins se déplacer sur la région de portée centrale, c'est-à-dire traverser cette région en soi, constitue une partie formant un bord notable autour duquel les tubes se courbent et s'usent. Un troisième type de tentative auquel on a encore eu recours pour résoudre le problème mentionné ci-dessus a consisté à munir les parties intérieures de la paroi latérale des ouvertures des plaques de support de tubesde saillies bombées s'étendant radialement vers l'inté- rieuret sur lesquelles les tubes peuvent être supportés soit au moyen de surfaces de contact ponctuelles ou linéaires. Néanmoins, cette solution tentée pour résoudre le problème a également échoué car, ici encore, il existe des surfaces à bords aigus qui exercent encore une abrasion considérable sur les parois latérales extérieures des tubes de générateur de vapeur d'eau. Le problème mentionné ci-dessus a.maintenant été résolu effectivement par les auteurs de la présente invention dans laquelle les parois latérales intérieures des ouvertures des plaques de support de tubes sont usinées de manière qu'il existe un contact fonctionnel entre elles et les tubes de générateur de vapeur d'eau grace au fait qu'elles ont une configuration courbée régulièrement et analogue à celle d'un sablier. Toutefois, il est difficile de réaliser des ouvertures en forme de sablier en un nombre aussi grand que celui nécessaire pour les plaques de support de tubes de transfert de chaleur d'un échangeur de chaleur de grande dimension. 2559082 C'est pourquoi, l'objectif principal de la présente invention est de réaliser un système d'outil nouveau et perfectionné comprenant une barre d'alésage commandée par cames, ce système pouvant aléser ou former un trou ou alésage traversant ayant la configuration d'un sablier. Compte tenu de cet objectif, la présente invention réside dans un appareil d'alésage permettant de former un trou dans une pièce b usiner, ledit appareil comprenant un premier bottier adapté pour être accouplé b une broche pour fraise axiale d'une machine b aléser et pouvant tourner autour d'un axe prédéterminé, et un second bottier adapté pour être accouplé à une douille de broche d'une machine à aléser et à loger un outil de coupe, caractérisé en ce que le second bottier est supporté de manière à pouvoir tourner autour dudit axe prédéterminé et à exécuter un mouvement de translation le long de cet axe, et que des moyens sont formés entre les premier et second bottiers pour commander le mouvement trans- versal du second bottier avec l'outil de coupe par rapport au- dit axe prédéterminé et au premier bottier afin de former dans la pièce à usiner un trou ayant une configuration prédéterminée définie par lesdits moyens de commande. Le moyenscommandant le déplacement transversal comprennent un coulisseau commandé par cames qui est fixé b 1' adapteur conique de la machine à aléser ou fraiser à l'aide d'une liaison à ergots formée entre cet adapteur et ce coulisseau, et un outil d'alésage à une seule pointe est assujetti fixement dans un porte-outil vissé sur l'extrémité libre du coulisseau commandé par cames. Le coulisseau commandé par cames a une configuration rectangulaire et est emprisonné dans la section de configuration rectangulaire du bottier de manière qu'un déplacement limité soit possible entre le coulisseau et le bottier dans une direction perpendiculaire à l'axe de l'outil. Le boîtier de configuration rectangulaire est formé, en partie, à l'aide de deux plaques latérales et dans l'une de ces deux plaques latérales une paire de fentes 6 2559082 formant cames est ménagée. Une paire de roulements formant galets de cames sont montés de façon fixe sur le coulisseau commandé par cames de manière à faire saillie dans les fentes formant cames et à être en contact fonctionnel avec ces dernières. En conséquence, lorsque le coulisseau commandé par cames exécute un mouvement de translation par rapport au bottier rectangulaire sous l'influence ou la commande de la douille de broche, le coulisseau est obligé de se déplacer dans la direction transversale sous la commande des fentes formant cames du bottier rectangulaire agissant sur les galets de cames du coulisseau commandé par cames. Les fentes faisant office de cames se présentent sous la forme de courbes de dimensions prédéterminées et, par conséquent, lorsque l'adap- teur conique de la machine à fraiser ou aléser et le cou- lisseau commandé par cames sont déplacés axialement sous la commande de la douille de broche, le lieu géométrique de coupe de l'outil de coupe à une seule pointe disposé dans le porte- outil du coulisseau commandé par cames définit un arc de cercle qui correspond à celui des fentes formant cames. On va maintenant décrire la présente invention en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure I est une vue en perspective d'une plaque de support de tubes et d'un tube de générateur de vapeur d'eau passant à travers cette dernière, cet ensemble pouvant être utilisé dans un échangeur de chaleur de centrale nucléaire, cette figure représentant en outre la configuration voulue e forme de sablier de l'ouverture ou trou traversant que l'on souhaite former dans chaque plaque de support de tube afin de supprimer ou de réduire à un minimum l'usure par abrasion sur les tubes du générateur de vapeur d'eau, tout ceci étant décrit de façon plus particulière dans la demande de brevet français déposée ce même jour au nom de la demanderesse pour: "Echangeur de chaleur pourvu de plaques de support de tubes comportant des trous de conception nouvelle et perfectionnée." la figure 2 est une vue en élévation latérale, partiellement en coupe, du système nouveau et perfectionné de barre d'alésage commandée par cames selon la présente invention pour former ou aléser les ouvertures ou trous en forme de sablier dans les plaques de support de tubes d'échangeur de chaleur comme illustré sur la figure 1; et la figure 3 est une vue d'extrémité du système de barre d'alésage commandée par cames de la figure 2 tel qu'on le voit d'un point avantageux à l'extérieur de la partie d'extrémité de droite du système de barre d'alésage commandée par cames de la figure 2. En se référant maintenant aux dessins, et plus particulièrement d la figure I de ces derniers, on voit que l'on y a représenté l'ouverture ou trou en forme de sablier, tel qu'on désire le ménager dans chaque plaque de support de tubes de l'échangeur de chaleur de manière à réduire et minimiser sensiblement, voire éliminer,l'usure par abrasion exercée ordinairement sur les tubes des générateurs de vapeur d'eau par les plaques de support de tubes d'échangeur de chaleur lorsque les ouvertures ou trous ou alésages tra- versants de forme classique sont ménagés dans ces plaques de support de tubes, tout ceci comme décrit de façon plus spéci- fique dans la demande de brevet français déposée ce même jour au nom de la demanderesse pour: "Echangeur de chaleur pourvu de plaques de support de tubes comportant des trous de conception nouvelle et perfectionnée." En bref, on voit que les tubes 12 de générateur de vapeur d'eau, dont un seul a été représenté, sont adaptés pour passer à travers des ouvertures ou trous correspondants 14 ménagés dans n'importe laquelle des diverses plaques 16 de support de tubes disposées dans l'échangeur de chaleur, l'étendue radiale de chaque tube 12 de générateur de vapeur d'eau étant désignée par la valeur R1. L'ouverture ou trou 14 a la forme d'un sablier définie au moyen d'un rayon extérieur constant R2, dont l'arc s'étend de la surface supérieure 18 de la plaque 16 de support de tubes jusqu'à la surface inférieure 20 de la plaque 16 de support de tubes. De cette manière, l'étendue radiale de l'ouverture ou trou 14 en forme de sablier varie d'une façon continue des valeurs maximales R3 définies dans les surfaces supérieure et inférieure 18 et 20 de la plaque de support 16 jusqu'à la valeur minimale R4 définie dans le plan transversal ou radial central de la plaque de support 16. En se référant maintenant aux figures 2 et 3, on voit que l'on y a représenté le système nouveau et perfectionné de barre d'alésage commandée par cames selon la présente invention, système qui est désigné d'une façon générale par la référence 100 et qui est adapté spécialement pour réaliser le trou ou ouverture précité 14 en forme de sablier dans les plaques 16 de support de tubes. En particulier, on voit que le système 100 de barre d'alésage selon la présente invention comprend un bottier épaulé et sensiblement cylindre 152 qui est adapté pour être assujetti de façon fixe à une broche (non représentée) pour fraise axiale d'une machine à aléser ou à pointer, par exemple. Du fait qu'il est fixé à la broche ( non représentée) pour fraise axiale, le bottier 152 tourne autour de l'axe 154 du système de barre d'alésage 100. D'une manière similaire, un idapteur- conique 156 de fraiseuse est assujetti de façon fixe à une douille de broche, non représen- tée, de la machine à aléser ou à pointer, ce qui fait que non seulement l'adapteur conique 156 de fraiseuse tourne autour de l'axe 154 mais, de plus, cet adapteur 156 peut également effectuer un mouvement de translation le long de l'axe 154. Un coulisseau 158 commandé par cames, ayant une configuration sensiblement rectangulaire vu en coupe trans- versale k l'axe 154, a son extrémité gauche, telle que vue sur la figure 2, réalisée sous la forme d'une partie rectan- gulaire analogue à une tige 160 qui comporte une paire d'ergots 162 s'étendant latéralement ou transversalement et diamétrale- ment opposés,engagés dans de longues fentes 164 formées dans les parois latérales 166 espacées latéralement ou transver- salement de l'adapteur conique 156 de fraiseuse. Le coulisseau 158 commandé par cames est ainsi fixé à l'adapteur conique 156 9 2559082 de fraiseuse au moyen de l'assemblage à ergots que l'on vient de décrire et, par conséquent, le coulisseau 158 tourne avec 1' adapteur 156 et sa douille de broche associée tout en effectuant avec ces derniers un mouvement de translation le long de l'axe 154. Le coulisseau 158 commandé par cames et de configuration rectangulaire est adapté pour être disposé dans un bottier de configuration sensiblement rectangulaire et, comme on peut mieux le voir sur la figure 3, le bottier de configuration rectangulaire est formé au moyen de sections de boîtier 168 et 170 espacées transversalement ou latéralement et assujetties de façon fixe à la section de bottier cylindrique 152, ainsi que par une paire de plaques latérales 172 et 174 espacées latéralement ou transversalement. Des goupilles d'assemblage 176 peuvent être assujetties de façon fixe dans les plaques latérales172 et 174 pour coïncider avec des ouvertures appropriées ou trous borgnes, non repré- sentés, formés à l'intérieur des sections de bottier 168 et , les plaques latérales 172 et 174 pouvant ainsi être assujetties de façon fixe aux sections de bottier 168 et 170 au moyen de vis 178. Un porte-outil 180, comportant un trou central ou axial 182 qui est formé en vue de recevoir un outil de coupe a une seule pointe, non représenté, est adapté pour être fixé de façon réglable sur l'extrémité droite du coulisseau 158. En particulier, une paire de vis-vérins 184 diamétralement opposée sont disposes dans l'extrémité droite ou l'extrémité gauche du coulisseau 158 et sont adaptés pour porter contre l'extrémité gauche ou extrémité intérieure du porte-outil 180. Plusieurs vis 186 sont Vissées dans l'extrémité extérieure droite ou extrémi.té extérieure libre du coulisseau 158 et on remarquera que chaque vis 186 est associée fonctionnellement à de longues fentes 188 formées dans la face d'extrémité extérieure 190 du porte-outil 180. De cette manière, les vis- vérins 184 peuvent être actionnes de façon appropriée de manière a faire venir radialement le porte-outil (180) dans lO 2559082 sa position radiale ou transversale correcte par rapport à l'axe 154 et dans la mesure permise dans les longues fentes 188, les vis 186 pouvant alors être ensuite vissées totalement dans le coulisseau 158 de manière à retenir le porte-outil 180 dans sa position appropriée. Selon la caractéristique structurale unique particulière de la présente invention, une paire de fentes formant cames 192 sont ménagées dans la plaque latérale 172 de manière à être alignées sensiblement avec l'axe 154 dans un plan commun. D'une manière similaire, une paire de roulements formant galets de cames 194 faisant saillie radialement vers l'ex- térieur sont montés de façon fixe dans le coulisseau 158 commandé par cames de manière à être engagés fonctionnellement dans les fentes 192. La configuration courbée des fentes formant cames 192 correspond à la configuration courbée de l'ouverture ou trou 14 de la plaque de support de tubes telle que définie au moyen de l'étendu radiale R2 et on comprendra, par conséquent, que le système d'alésage complet 100 est entrainé en rotation au moyen de la fraiseuse particulière à laquelle il est associé fonctionnellement et, à mesure que l'adapteur conique 156 de la fraiseuse et le coulisseau 158 effectuent un mouvement de translation dans la direction de l'axe 154, les fentes formant cames 192 guident les galets de cames 194 de manière qu'ils suivent leurs contours courbés, ce qui fait que l'on obtient la configuration en sablier de l'ouverture ou trou 14. Il convient-de remarquer que, par suite de la configuration courbée des fentes formant cames 192, l'outil de coupe à une seule pointe est efficacement déplacé radialement vers l'intérieur et vers l'extérieur par rapport à l'axe 154,ce qui permet d'obtenir l'alésage du trou 14 en forme de sablier et que le déplacement du coulisseau 158- et du porte-outil 180 par rapport à l'adapteur 156 est facilité par les longues fentes 164 et les ergots 162. De plus, comme on peut mieux le voir sur les figures 2 et 3, alors qu'il n'y a pratiquementpas de jeu résiduel entre le coulisseau 158 de il' 2559082 forme rectangulaire et les plaques latérales 172 et 174, il existe des intervalles de dégagement 196 et 198 entre le coulisseau 158 commandé par cames et les sections de boîtier 168 et 170, respectivement. De cette manière, on peut obtenir par rapport aux sections de bottier 168 et 170 le déplacement radial du coulisseau 158 tel qu'il est déterminé par les cames 192 et les galets de came 194, et tel qu'il est facilité par les ergots 162 et les fentes 164. Il convient de remarquer enfin que la longueur axiale des fentes formant eames 192 détermine bien entendu la longueur axiale du trou 14 en forme de sablier ménagé dans la plaque 16 de support de tubes. Bien entendu, des modifications et variantes de la présente invention sont possibles dans le cadre de cette dernière. Par exemple, la plaque formant came 172 peut être simplement enlevée des sections de bottier 168 et 170 et remplacée par des plaques formant cames ayant des configurations différentes selon la configuration voulue particulière, par exemple, du trou devant être formé dans la pièce à usiner particulière. De plus, il convient également de remarquer que bien qu'il existe des machines et des systèmes au moyen desquels on peut en fait régler un outil d'alésage d'une manière similaire à celle de la présente invention pour obtenir un trou de configuration particulière dans une pièce à usiner, comme par exemple le trou 14 en forme de sablier, ces machines classiques sont commandées numériquement, c'est-à-dire par ordinateur, contrairement k l'appareil mécanique commandé par cames selon la présente invention. 12 2559082 REVENDICATIONS 1. Appareil d'alésage pour former un alésage dans une pièce à usiner, ledit appareil comprenant un premier bottier (152) adapté pour être accouplé à une broche pour fraise axiale d'une machine à aléser et pouvant tourner autour d'un axe prédéterminé (154), et un second bottier adapté pour être accouplé à une douille de broche d'une aléseuse et à loger un outil de coupe, caractérisé en ce que ledit second bottier est supporté de manière à pouvoir tourner autour dudit axe prédé- terminé et à effectuer un mouvement de translation le long de cet axe, et que des moyens sont formés entre lesdits premier et second bottiers pour commander le déplacement transversal du second bottier avec l'outil de coupe par rapport audit axe prédéterminé et au premier bottier pour former dans la pièce à usiner un trou ayant une configuration prédéterminée définie par lesdits moyens de commande. 2. Appareil d'alésage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent au moins une fente formant came (192) ménagée dans le premier bottier (152) et au moins un galet de came (194) monté dans le second bottier (156) en vue de coopérer fonctionnellement avec ladite fente formant came. 3. Appareil d'alésage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la fente formant came (192) a une configuration courbe de manière que l'on obtienne un trou ayant la configuration d'un sablier lorsque le second bottier (158) avec l'outil de coupe qui y est monté sont déplacés axialement par rapport au premier bottier (152) pendant que ledit outil de coupe attaque les parois du trou. 4. Appareil d'alésage selon la revendication 3, caractérisé en ce que la longueur de la fente formant came correspond à la longueur désirée de la partie en forme de sablier du trou précité. 5. Appareil d'alésage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le premier 13 2559082 bottier (152) a une configuration sensiblement rectangulaire et comporte deux fentes formant cames (192) espacées axialement,et que le second bottier (156) a une configuration sensiblement rectangulaire et comporte deux galets de cames (194) espacés axialement montés sur ce boîtier et disposés dans les fentes formant cames (192). 6. Appareil d'alésage selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'au moins un c8té du premier bottier (152) de configuration rectangulaire est formé par une plaque amovible (172), et qu'au moins une des fentes formant cames (192) est formée dans cette plaque amovible (172), grâce à quoi on peut obtenir des configurations d'alésage différentes au moyen de plaques différentes comportant des fentes formant cames de configuration différente. 7. Appareil d'alésage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un porte-outil (180) est monté sur le second boîtier pour supporter ledit outil de coupe, et qu'une paire de vis-vérins (184) diamétra- lement oppeséoe sont montées dans le second bot'ier et coopèrent fonctionnellement avec le porte-outil (180) pour régler la disposition de l'outil de coupe dans le second boîtier.