Brevet FR2619915A1 — publié le 19890303

Dispositif de mesure des efforts de formage radiaux sur des machines de fluotournage". L'invention a pour objet un dispositif de mesure des efforts de formage radiaux sur des machines à fluotourner dont les galets de fluotournage sont fixés sur des broches qui sont, de leur côté, montées libres en rotation dans des corps de palier fixes. Le fluotournage est un formage à froid de pièces cylindriques creuses, dans lequel une partie de l'épaisseur de paroi tubulaire est transformée plasti- quement en longueur de paroi tubulaire, par applica- tion d'une force ponctuelle avançant en hélice. La ma- tière déplacée radialement par des efforts de pression s'écoule axialement par des mouvements de cisaille- ment. Les machines à fluotourner sont, en règle géné- rale, équipées de deux ou trois galets de fluotournage disposés symétriquement, qui ont pour but d'équilibrer dans une large mesure les efforts radiaux relativement élevés. En choisissant correctement les géométries d'outil et en accordant bien les données de procédé, on peut fabriquer par fluotournage des pièces tubulai- res d'une extraordinaire précision. Les écarts d'é- paisseur de paroi, par exemple à l'intérieur d'une section transversale, peuvent être maintenus infé- rieurs à 0,01 mm. Les processus relativement complexes de for- mage sont cependant à peine observables pendant le fluotournage. Si les paramètres de formage sont cor- rects, la pièce est bonne, mais s'ils s'écartent en un point quelconque de leur valeur prescrite, les cons- équences ne peuvent être constatées que sur la pièce finie après formage. Les efforts apparaissant sur cha- cun des galets de fluotournage permettent une certaine observation du processus instantané du formage. Une mesure de ces efforts permet de surveiller et, le cas échéant, corriger ou réguler immédiatement, et de fa- çon continue, le formage par fluotournage. Il suffit pour cela de relever une seule des trois composantes d'effort. La mesure des efforts radiaux est simple. Pour une meilleure vue d'ensemble et une meilleure synchronisation, il faut, en outre, que chaque galet de fluotournage soit équipé de son propre dispositif de mesure. Il est d'usage que des efforts de ce genre soient relevés à l'aide de jauges extensomètriques. Dans ce procédé, les déformations élastiques produites sur l'objet par les efforts sont transmises aux jauges extensomètriques fixées avec isolation sur l'objet, et modifient leur résistance électrique. La chute de ten- sion qui en résulte sert de grandeur de mesure des ef- forts. Suivant une autre méthode courante, les ef- forts sont mesurées au moyen de capteurs piézo- électriques. On utilise alors la propriété de certains cristaux de générer, par pression ou allongement dans des directions déterminées, des charges électriques aux extrémités de leurs axes polaires. Pour la mesure des efforts radiaux au fluo- tournage, ces deux procédés de mesure ne conviennent pas particulièrement bien. D'une part, cela présente des difficultés de les installer sur des éléments tournants de machine, tels que les galets de fluotour- nage ou leurs broches, et de transmettre les signaux de la partie tournante à la partie fixe du palier. D'autre part, il est difficile de garantir une capabi- lité de fonctionnement durable des deux systèmes dans des conditions sévères de production. Dans le cas d'u- ne mesure d'effort par des capteurs piézo-électriques, les efforts très élevés au fluotournage représentent, en outre, un problème non encore résolu. L'invention a pour but de développer un dis- positif de mesure pour machines à fluotourner du type cité en introduction, avec lequel les efforts de pres- sion des galets de fluotournage puissent être détermi- nés de façon très précise et fiable, et qui convienne pour une application à des pièces constitutives en ro- tation. Ce but est atteint selon l'invention en ce que les broches ont une forme creuse et qu'une tige de mesure est reliée fixement à la broche, dans l'axe de la cavité de la broche, à l'endroit de son plus grand angle de flexion, et que son autre extrémité se trouve en face d'un capteur fixé dans le corps de pa- lier, et en ce que les efforts sont captés relative- ment près de l'endroit o ils prennent naissance, la transmission de la flexion de la broche à la tige de mesure produit une amplification sans défaut de la dé- formation avec un facteur 5 à 10 dans la zone de rota- tion de la chaîne de mesure, la position zéro du sys- tème de mesure est assurée par deux capteurs installés (capteurs de déplacement). On mesure ici la flexion de la broche de ga- let à fluotourner. L'idée de base est une tige de me- sure reliée de façon précise à la broche creuse de ga- let de fluotournage au moyen d'une surface de bridage ou autre surface de guidage et qui tourne coaxialement à la broche. La liaison de la tige de mesure avec la broche est effectuée à l'endroit du plus grand angle de flexion de cette dernière qui apparait à l'applica- tion des efforts de fluotournage, ou à l'emplacement qui produit la plus grande déflexion à l'extrémité de la tige de mesure. A la hauteur de l'extrémité de la tige de mesure sont montés, dans le carter de la bro- che de galet de fluotournage, des capteurs qui relè- vent constamment et sans contact, la distance à la tige de mesure. La grande longueur de la tige de mesu- re entre l'endroit de fixation et le plan de mesure permet d'amplifier les flexions relativement petites de la broche en déplacements mesurables avec préci- sion, qui peuvent ensuite être relevés par les cap- teurs, de façon reproductible. Par-des sections trans- versales, respectivement des cotes ou des moments d'i- nertie décroissants de la tige de mesure, du plan de serrage jusqu'au plan des capteurs, on garantit une rotation très largement sans vibrations de la tige de mesure. Il est possible de prévoir en supplément, des mécanismes d'amortissement passifs ou actifs. Les avantages du système de mesure gui vient d'être décrit se résument comme suit: - les efforts sont captés relativement près de l'en- droit o ils prennent naissance, - la flexion élastique des broches de galet de fluo- tournage est dans une large mesure affranchie d'effets de friction perturbateurs, - les petites déformations de flexion de la broche donnent une marge de sécurité par rapport à la limite de fatigue en flexion alternée. Des altérations d'au- cune sorte ne sont à craindre, même après beaucoup d'années. - La transmission de la flexion de la broche à la tige de mesure produit une amplification sans défaut de la déformation avec un facteur 5 à 10 dans la zone de ro- tation de la chaîne de mesure, - la transmission de la déformation à une pièce de ma- chine statique, le point de référence ou de base, s'effectue par un capteur de déplacement travaillant sans contact, - l'ensemble de la chaîne de mesure est sous boîtier et protégée de façon sûre contre des détériorations. - la position zéro du système de mesure est assurée par deux capteurs installés (capteur de déplacement), - le système de mesure travaille complètement sans usure, ne nécessite aucune liaison par collage et re- lève dans sa totalité l'effort qui apparait. - le système de mesure a un coût de fabrication favo- rable et son utilisation est pareillement avantageuse dans des conditions et sous contraintes semblables. On peut utiliser comme capteurs de distance, des capteurs optiques, électromagnétiques ou d'autres capteurs connus. Le dépouillement est lui aussi effec- tué suivant des procédés connus, la transcription des déplacements mesurés en déformation dûe à la flexion étant déterminée par la géométrie de l'assemblage tige de mesure - broche. Les signaux de mesure et les si- gnaux de dépouillement qui en résultent peuvent servir à piloter un régulateur, qui n'entre pas dans le cadre de l'invention, qui agit sur l'effort de pression des galets de fluotournage. ' D'autres améliorations de l'invention sont caractérisées en ce que: les broches ont une configuration telle que les sections transversales des broches se trouvant dans la zone d'action des efforts radiaux, permettent des flexions élastiques enregistrables sur la totalité de la plage d'efforts radiaux à mesurer, qu'en outre le montage sur paliers des broches n'empêche pas les flexions maximales pouvant apparaître, et que les bro- ches sont déterminées de façon à être résistantes à la fatigue dans les plages de contraintes en flexion ro- tative maximales, en sorte que l'extrémité. libre de chaque tige de mesure dépasse de la broche; La tige de mesure est solidarisée avec la broche du côté du galet de fluotournage et est étu- diée en sorte de prendre à cet endroit l'angle de flexion et d'indiquer à l'extrémité opposée de la tige de mesure une déflexion notablement amplifiée par la longueur de la tige de mesure. La configuration de la chaîne de mesure permet, malgré la rotation des éléments de transmis- sion principaux du galet de fluotournage de la broche et de la tige de mesure, une mesure quasi statique de l'effort radial, qui peut être transformé dans le système de rotation en déflexion quasi statique et mesuré de façon continue par un capteur monté fixe dans le corps de palier, sous la forme d'une détermi- nation de distance. La tige de mesure présente à partir de son plan de serrage, des sections, cotes ou moments d'i- nertie décroissants. La tige de mesure est équipée de mécanis- mes d'amortissement passifs ou actifs. La distance entre la tige de mesure et le capteur est relevée au moyen de systèmes de mesure travaillant sans contact. La déflexion est relevée par plusieurs cap- teurs et que la capabilité de fonctionnement du systè- me se surveille ainsi elle-même. Le montage sur paliers des broches est ré- alisé de préférence dans des roulements à rouleaux ar- ticulés qui ne contrarient pas sensiblement les alter- nances de flexion rotative des broches et empêchent des pressions exagérément élevées sur les arêtes lors des mouvements de flexion des broches. Les figures représentent des exemples d'exé- cution suivant l'invention. Elles montrant: - en figure 1, le principe de construction d'une machine à fluotourner, - en figures 2 à 4, chacune un exemple d'exécution. En figure 1, un support de galet de fluo- tournage 2 peut être déplacé axialement sur le bâti 1. par l'intermédiaire du moteur 3 et de la poupée fixe 4, le contre-plateau 5, le mandrin de fluotournage 6 et la pièce à travailler 10 sont mises en rotation. L'entrefer entre mandrin de fluotournage 6 et galet de fluotournage 9 détermine l'épaisseur de la paroi tubu- laire à laquelle l'épaisseur initiale de la pièce à travailler 10 est étirée au cours de la rotation et de l'avance simultanées. Les galets de fluotournage 9 sont serrés solidement sur la broche 8 qui, de son cô- té, est montée libre en rotation dans le corps de pa- lier 7. La rotation des galets de fluotournage est produite en règle générale par la friction du formage. La figure 2 représente une broche 8 montée des deux côtés dans un corps de palier 7. La broche est percée intérieurement. Une tige de mesure i est reliée d'un côté, solidement et avec précision à la broche, par l'intermédiaire de surfaces de bridages ou autres surfaces de guidage. L'autre extrémité de la tige de mesure dépasse de la broche et se présente avec son plan de mesure à la hauteur d'un capteur 12 fixé dans le corps de palier 7, qui mesure la distance à la surface de la tige de mesure. Un effort radial F agissant sur le galet de fluotournage entraîne une certaine flexion de la bro- che. La tige de mesure 1il prend, de ce fait, par rap- port à l'axe de palier, une déviation angulaire qui est amplifiée à l'extrémité de la tige de mesure côté capteur, suivant la théorie des leviers. Comme la di- rection de l'effort F ne change pas, et que la posi- tion du capteur 12 ne change pas non plus, la direc- tion de la flexion de la broche reste également in- changée pour un observateur fixe. La broche elle-même est constamment soumise à une flexion rotative. Course et direction de déflexion sont désignées par la lettre x. Sur la figure 3, la broche 8 sort d'un côté du corps de palier. Le galet de fluotournage est fixé sur cette extrémité de la broche faisant saillie. Le procédé de mesure travaille de la même manière que celle décrite plus haut. La direction de la déflexion à l'extrémité de la tige de mesure côté capteur est décalée de 180'. La figure 4 montre le système de mesure dans l'exemple d'une machine à fluotourner à contre-galet, les numéros de repères ayant été repris pour les mêmes composants, à partir des figures 1 à 3. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de mesure des efforts de for- mage radiaux sur des machines à fluotourner dont les galets de flu9tournage (9) sont fixés sur des broches (B) qui sont, de leur côté, montées libres en rotation dans un corp de palier fixe (7),caractérisé en ce que les broches (8) ont une forme creuse et qu'une tige de mesure (11) est reliée fixement à la broche, dans l'axe de la cavité de la broche, à l'endroit de son plus grand angle de flexion, et que son autre extrémi- té se trouve en face d'un capteur (12) fixé dans le corps de palier (7), et en ce que les efforts sont captés relativement près de l'endroit o ils prennent naissance, la transmission de la flexion de la broche à la tige de mesure produit une amplification sans dé- faut de la déformation avec un facteur 5 à 10 dans la zone de rotation de la chaîne de mesure, la position zéro du système de mesure est assurée par deux cap- teurs installés (capteurs de déplacement). 2.- Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que les broches (8) ont une configura- tion telle que les sections transversales des broches se trouvant dans la zone d'action des efforts radiaux, permettent des flexions élastiques enregistrables sur la totalité de la plage d'efforts radiaux à mesurer, qu'en outre le montage sur paliers des broches n'empê- che pas les flexions maximales pouvant apparaître, et que les broches sont déterminées de façon à être ré- sistantes à la fatigue dans les plages de contraintes en flexion rotative maximales, en sorte que l'extrémi- té libre de chaque tige de mesure (11) dépasse de la broche. 3.Dispositif selon l'une quelconque des revendications i ou 2, caractérisé en ce que la tige de mesure (11) est solidarisée avec la broche (8) du côté du galet de fluotournage et est étudiée en sorte de prendre à cet endroit l'angle de flexion et d'indi- quer à l'extrémité opposée de la tige de mesure (11) une déflexion (x) notablement amplifiée par la lon- gueur de la tige de mesure. 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications i à 3, caractérisé en ce que la confi- guration de la chaîne de mesure permet, malgré la ro- tation des éléments de transmission principaux du ga- let de fluotournage (9) de la broche (8) et de la tige de mesure (11), une mesure quasi statique de l'effort radial (F), qui peut être transformé dans le système de rotation en déflexion quasi statique (x) et mesuré de façon continue par un capteur (12) monté fixe dans le corps de palier (7), sous la forme d'une détermina- tion de distance. 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la tige de mesure (11) présente à partir de son plan de serrage, des sections, cotes ou moments d'inertie décroissants. 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la tige de mesure (11) est équipée de mécanismes d'amortissement passifs ou actifs. 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications i à 6, caractérisé en ce que la distan- ce entre la tige de mesure (11) et le capteur (12) est relevée au moyen de systèmes de mesure travaillant sans contact. 8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la dé- flexion est relevée par plusieurs capteurs (12) et que la capabilité de fonctionnement du système se surveil- le ainsi elle-même. 9.- Dispositif selon l'une quelconque des il revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le montage sur paliers des broches (8) est réalisé de préférence dans des roulements à rouleaux articulés qui ne con- trarient pas sensiblement les alternances de flexion rotative des broches et empêchent des pressions exagé- rément élevées sur les arêtes lors des mouvements de flexion des broches.