Brevet FR2566861A1 — publié le 19860103

La présente invention concerne les vérins à fluide et plus précisément les amortisseurs pneumatiques placés entre les matrices ou autres organes d'une presse d'estampage ou d'emboutissage. Dans des opérations de mise en forme de métaux à l'aide de matrices, on limite couramment élastiquement le déplacement des matrices mobiles à l'aide d'amortisseurs pneumatiques placés entre elles et constitués par des sortes de vérins raccordés d'un côté à un réservoir de gaz sous pression, par exemple d'azote, et communiquant, de l'autre côté du cylindre, avec l'atmosphère ambiante. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 4342448, 4154434, 4 076 103, 4 044 859, 4 005 763 et 3 947 005 concernent des dispositifs de ce type. Lors du fonctionnement des presses, lorsqu'aucun lubrifiant n'est utilisé en quantité excessive, il faut que la saleté et la poussière ne puissent pas pénétrer par l'extrémité du vérin qui comporte la tige. L'opération peut être réalisée à l'aide de joints empêchant le passage de poussière, de filtres à air, etc, comme représenté dans les brevets précités des Etats-Unis d'Amérique. Cependant, dans de nombreuses utilisations des presses, les matrices sont noyées de lubrifiant liquide qui, au bout d'un certain temps, peut pénétrer dans le cylindre et peut s'accumuler progressivement dans le' réservoir de gaz à haute pression. Ce réservoir de gaz a un volume fixe et, lorsque le liquide s'y accumule, son volume efficace diminue. En conséquence, lorsque la matrice vient au contact de la tige du piston, provoquant l'intro- duction du piston dans le cylindre, la pression dans le réservoir augmente progressivement jusqu'à une valeur bien supérieure à celle qui est prévue et pour laquelle le vérin a été conçu. Cette pression trop élevée accélère la défaillance des joints formés entre le piston et le cylindre et provoque parfois une rupture des disques de sécurité montés sur le réservoir, par éclatement. On a déjà tenté de remédier à cet inconvénient, par exemple en disposant des organes essuyeurs sur l'extré- mité du cylindre tournée vers la tige afin que la surface périphérique externe de la tige du piston soit entovrée lorsque le piston se déplace en translation. De tels dispositifs essuyeurs ou racleurs sont souvent utilisés avec des joints placés à l'extrémité du cylindre tournée vers la tige afin que le gaz du cylindre ne puisse pas s'échapper à l'atmosphère. Ces différentes solutions n'ont pas donné entièrement satisfaction car la raison pour laquelle le liquide peut pénétrer par l'extrémité du cylindre qui comporte la tige n'a pas été bien comprise. Dans un cylindre classique d'un amortisseur pneumatique pour matrice, la tige du piston a un diamètre légèrement inférieur au piston et il se forme donc une chambre annulaire entre la tige du piston et l'alésage du cylindre, d'un côté du piston. On a proposé de réaliser le piston afin qu'une chambre centrale communique avec la chambre annulaire. Ainsi, lorsque le piston vient en retrait, l'air ou le gaz est chassé de la chambre du piston, vers la chambre annulaire et, lorsque la tige du piston avance, l'air est chassé de la chambre annulaire vers la chambre du piston. La pression de l'air ou du gaz dans la chambre annulaire est supposée sensiblement égale à tout moment à la pression du gaz ou de l'air dans la chambre du piston. En outre, la pression du gaz ou de l'air dans les chambres annulaires et du piston a été supposée au moins légèrement supérieure à la pression atmosphérique. En conséquence, un joint utilisé à l'extré- mité du cylindre tournée vers la tige a été disposé afin qu'il empêche les fluides du mélange air/gaz de la chambre annulaire vers l'extérieur, c'est-à-dire vers l'atmosphère environnante. On constate selon l'invention que ces hypo- thèses ne sont pas toujours vérifiées. De nombreuses presses classiques fonctionnent à une vitesse comprise entre 50 et 100 courses/min. Lors- qu'une presse travaille à cette vitesse, le piston vient en retrait dans le cylindre à une très grande vitesse. Dans la plupart des vérins ou amortisseurs pneumatiques de matrice, lorsque le piston vient en retrait à une vitesse élevée et lorsque la chambre annulaire augmente rapidement de dimension, la pression dans la chambre annulaire diminue au moins temporairement à une valeur inférieure à celle de la pression atmosphérique. En conse- quence, une dépression au moins temporaire régnant dans la chambre annulaire provoque le passage de lubrifiant liquide au-delà du joint dans la chambre annulaire car ce joint est destiné à empêcher les fuites de gaz de la chambre vers l'atmosphère ambiante. En conséquence, le lubrifiant liquide s'accumule progressivement dans le cylindre et le réservoir de gaz à haute pression, qui a un volume fixe. - Une fois connue la cause réelle du problème posé, l'invention concerne essentiellement la prévention de cette accumulation de lubrifiant liquide dans le cylindre et dans le réservoir de gaz à haute pression. Plus précisément, l'invention concerne un arran- gement de joints d'étanchéité placé entre le cylindre et la tige et qui empêche efficacement l'entrée du lubri- fiant liquide dans le cylindre. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une coupe partielle d'un arran- gement comprenant une matrice et un amortisseur, selon l'invention; la figure 2 est une coupe partielle agrandie représentant l'amortisseur. La figure 1 représente un ensemble 10 ayant des matrices d'estampage et destiné à être monté sur une presse classique. Cet ensemble comporte une plaque 12 de support sur laquelle est monté un ensemble inférieur 14 formant matrice, et une plaque supérieure 16 de support sur laquelle est monté un ensemble supérieur 18 formant matrice. L'ensemble inférieur 14 comporte un organe central fixe 20 et un organe externe mobile 22 monté autour de l'organe 20 et pouvant coulisser verticalement. L'ensemble supérieur 18 a un organe externe fixe 24 et un organe central mobile 26 destiné à coulisser verticalement dans l'organe 24. L'organe inférieur 22 de la matrice est repoussé vers le haut par deux ensembles amortisseurs à vérin 28, et l'organe supérieur 26 est repoussé vers le bas par la tige du piston ou le prolongement 30 de la tige de piston d'un vérin ou amortisseur analogue aux ensembles 28. Chaque ensemble amortisseur 28 à piston et cylindre a un cylindre 32 qui est vissé, par exemple en 34, dans la plaque de support 12. L'extrémité inférieure ouverte de l'alésage 36 du cylindre communique avec un réservoir 38 formé dans la plaque 12 de support. Ce réser- voir 38 a un ou plusieurs orifices 40 fermés par des disques destinés à éclater ou par des bouchons de charge. Le réservoir 38 a un volume fixe prédéterminé et il est rempli d'un gaz, de préférence de l'azote, à une pression élevée prédéterminée, par exemple de 100 à 135 bars. Un piston 42 ayant une tige 44 qui dépasse par l'extrémité du cylindre opposée au réservoir 38, est placé dans l'alésage 36 du cylindre 32. La tige 44 a un diamètre légèrement inférieur à celui de l'alésage 36 si bien qu'une chambre annulaire 46 est délimitée entre eux. Le piston 42 et la tige 44 ont une chambre centrale 48 dont l'extrémité supérieure contient une mèche 50 d'absorption d'huile et dont l'extrémité inférieure est fermée par un bouchon 52. La chambre 48 du piston communique avec la chambre annulaire 46 par quatre passages 54 qui sont perpendiculaires les uns aux autres. Le piston 42 a un épaulement annulaire 56 qui est en butée contre une bague 58 de fibre. Au-dessous de la bague 58, un joint d'étanchéité au gaz 60, en forme de coupelle et résistant à une pression élevée, est formé d'une composition à base de caoutchouc et a deux lèvres 62 dirigées vers le bas et vers l'extérieur, entre les- quelles est logé un joint torique annulaire 64 formé de caoutchouc. La face inférieure du joint 60 est en appui contre une rondelle 66 de compression. Une bague élastique 68, placée près de l'extrémité inférieure du piston 42, retient la bague 58, le joint 60 et la rondelle 66 sur le piston, avec du jeu. Une bague élastique 70 adjacente à l'extrémité inférieure du cylindre 32 limite la course de retour du piston dans le cylindre. Un capuchon 72 est vissé par exemple en 74 sur l'extrémité supérieure du cylindre 32. Ce capuchon 72 a une cavité annulaire 76 dans laquelle se loge un organe 78 d'essuyage ou de raclage de la tige. Cet organe 78 a une construction et un rôle pratiquement tels que décrits dans le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique n 4 342 448 pour un organe d'essuyage de tige. L'extrémité supérieure du cylindre 32 a un trou élargi 80 dont l'extrémité inférieure est délimitée par un épaulement 82 sur lequel s'appuie un joint annulaire 84 dont la construction est la même que celle du joint 60 placé à l'extrémité inférieure du cylindre 32. Cepen- dant, le joint 84 est disposé de manière que ses lèvres 62 dirigées vers l'extérieur, remontent à partir de la partie inférieure formant le corps du joint. La lèvre radialement interne 62 du joint 84 est au contact de la périphérie externe de la tige 44 du piston et la lèvre radialement externe 62 du joint est au contact de l'alésage 80. Un coussinet 86 de bronze est placé entre le joint 84 et l'organe 78 d'essuyage, dans l'alésage 80, et il peut coulisser dans cet alésage 80 et à la périphérie externe de la tige 44. Le diamètre interne de l'épaulement 82 est au moins légèrement supérieur au diamètre externe de la tige 44 du piston afin qu'il reste un espace annulaire 88 entre eux. Lorsque les deux ensembles 14, 18 formant les matrices sont en position séparée, le piston 42 est repous- sé vers le haut, dans une position dans laquelle la tige 44 soulève l'organe 22 vers sa position la plus haute. La figure 2 représente cette position en traits mixtes. Lorsque le piston de la presse qui descend (non représenté) arrive à proximité de l'extrémité inférieure de sa course, l'organe externe 24 de la matrice fait descendre la tige 44 du piston à une vitesse qui correspond à la vitesse de descente du vérin et de la plaque 16 de support de la presse. Ensuite, dans une presse à vitesse relativement grande, la tige 44 du piston revient relativement rapidement à une vitesse telle que la pression dans la chambre annu- laire 46, pendant une courte période au moins, est réduite à une valeur inférieure à la pression atmosphérique, jusqu'à ce que la pression soit égale à la pression régnant dans la chambre 48 du piston et transmise par les passages 54. Il faut noter que, lorsqu'il existe une dépression dans la chambre annulaire 46, la pression à la face supé- rieure du joint 84 est supérieure à la pression à la face inférieure. Cette différence de pression de part et d'autre du joint 84 provoque un déplacement des lèvres 62 du joint 84 en direction radiale vers l'extérieur, contre l'alésage 80, et radialement vers l'intérieur contre la périphérie externe de la tige 44 si bien que l'air et le lubrifiant liquide provenant de l'extérieur ne peuvent pas pénétrer dans la chambre annulaire 46. Lors de la course ascendante du piston de la presse, lorsque la pression dans les chambres 46, 48 dépasse une valeur prédéterminée à la suite d'une compres- sion ou de faibles fuites au niveau du joint 60, le mélange d'air et de gaz fuit au niveau du joint 84 et pénètre dans l'atmosphère environnante. Cependant, lors de la course de descente, la construction et la disposition du joint 84 empêchent les fuites vers le cylindre, à partir de l'atmosphère environnante. REVENDICATIONS 1. Amortisseur pneumatique destiné à un ensemble du type qui comporte deux matrices distantes montées sur des supports et guidées afin qu'elles se déplacent 'en translation l'une par rapport à l'autre au cours de la mise en forme d'une pièce entre elles, ledit amortisseur étant caractérisé en ce qu'il comprend un amortisseur pneumatique (28) placé entre l'un des organes de matrice et son support, ledit amortisseur pneumatique comprenant un cylindre (32) monté à demeure à une première extrémité sur ledit support (12), le cylindre ayant un alésage axial (36) dans lequel peut coulisser un piston (42) qui y est ajusté, le piston (42) ayant une tige (44} qui en dépasse axialement et passe par l'autre extrémité du cylindre, la tige de piston (44) ayant un diamètre inférieur à celui de l'alésage du cylindre si bien que le piston divise le cylindre en une chambre de travail, d'un premier côté, et une chambre annulaire (46) entourant la tige, de l'autre côté, la chambre de travail étant reliée à un réservoir de gaz de volume fixe, à pression relativement élevée, destiné à rappeler l'extrémité libre de la tige du piston contre l'organe mobile de matrice, le piston (42) ayant un joint annulaire (58, 60, 62) destiné à empêcher les fuites du gaz à haute pression de la chambre de travail veris la chambre annulaire, l'ex- trémité du cylindre tournée vers la tige ayant un joint annulaire à haute pression (84) en forme de coupelle, coopérant avec la périphérie externe de la tige, ce dernier joint étant placé sur le cylindre de manière que l'extrémité ouverte de la coupelle soit tournée axialement à l'opposé de la chambre annulaire si bien que, lorsque la pression dans la chambre annulaire - (46) devient inférieure à la pression atmosphérique, l'extrémité ouverte de la coupelle s'écarte- radialement sous l'action de la différence de pression appliquée au joint et vient coopérer de façon étanche avec le cylindre et le piston en empêchant les fuites d'air et d'impuretés liquides provenant de l'atmos- phère entourant le cylindre au-delà de ce dernier joint et dans la chambre annulaire. 2. Amortisseur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le piston (42) a une chambre interne (48) et comporte des passages (54) assurant la communication entre la chambre du piston et la chambre annulaire si bien que, lorsque le piston se déplace vers l'extrémité du cylindre tournée vers la tige, la chambre annulaire a une dimension qui diminue et le gaz qu'elle contient est déplacé vers la chambre du piston et, lorsque le piston se déplace en sens opposé, la chambre annulaire augmente et le gaz est déplacé de la chambre du piston vers la chambre annulaire. 3. Amortisseur -selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits passages (54) ont une dimension telle que, lors d'un retrait rapide du piston, la chambre annu- laire est à une pression inférieure à la pression atmosphé- rique. 4. Amortisseur selon la revendication 2, caracté- risé en ce que la chambre annulaire (46) communique avec l'atmosphère entourant le cylindre uniquement en cas de fuite au niveau du dernier joint d'étanchéité cité (84). 5. Amortisseur selon la revendication 2, caracté- risé en ce que la chambre du piston est fermée de manière étanche afin que l'air et d'autres impuretés ne puissent pas pénétrer, autrement que par le dispositif assurant. la communication avec la chambre annulaire. 6. Amortisseur selon la revendication 2, caracté- risé en ce que la chambre du piston est fermée, mis à part le dispositif assurant la communication avec la chambre annulaire. 7. Amortisseur selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comprend un organe annulaire racleur (78) coopérant avec la tige, placé sur le cylindre axiale- ment vers l'extérieur du dernier joint cité (82). 8. Amortisseur selon la revendication 7, caracté- risé en ce que l'extrémité du cylindre dans laquelle passe la tige a un alésage agrandi (80), l'organe esszuyeur (78) et le dernier joint d'étanchéité (84) étant placés dans cet alésage agrandi. 9. Amortisseur selon la revendication 8, caracté- risé en ce que le dernier joint indiqué (84) a un corps annulaire ayant un diamètre interne supérieur à celui de la tige du piston (44) et un diamètre externe inférieur à celui de l'alésage agrandi (80), le corps ayant deux lèvres élastiques, placées aux extrémités opposées en direction radiale et dépassant axialement des périphéries interne et externe, du côté opposé à celui de la chambre annulaire, la lèvre radialement interne s'évasant radiale- ment vers l'intérieur et coopérant avec la périphérie externe de la tige (44) du piston alors que la lèvre radialement externe s'évase radialement vers l'extérieur et coopère avec l'alésage agrandi (80). 10. Amortisseur selon la revendication 9, carac- térisé en ce que le dernier joint d'étanchéité indiqué (84) comporte un joint torique placé entre les lèvres et destiné à écarter radialement les lèvres lorsqu'il est comprimé axialement.