Brevet FR2626793A1 — publié le 19890811

L'invention a pour objet une machine à forger à. plongeurs multiples dans laquelle. les plongeurs portent des outils de forgeage oû au moins deux outils de forgeage diamétralement opposés agissent en même temps sur la piece à forger et les plongeurs sont pourvus. d'une unité à cylindre et piston dans laquelle un compartiment du cylindre contient un fluide hydraulique sous pression de part et d'autre du piston. On connaît différentes formes de réalisation de machines à forger de ce type. Elles servent au forgeage (étirage, refoulement) de longues pièces à travailler à symétrie axiale. Dans les machines à forger -de type courant, on sait utiliser un système d'entraînement hydraulique, Dans ces systèmes d'entraînement connus, les organes de commutation du système hydraulique de commande sont habituellement éloignés des-unités à cylindre et piston, et les organes de manoeuvre hydraulique sont commandés électromagnétiquement,- comme il est - d'usage. Du fait de l'excitation électromagntique pour chaque manoeuvre et de- la disposition des organes de manoeuvre qui sont éloignés de l'unité-à cylindre et piston, il se produit des temps de manoeuvre et de montée en pression pour chaque déplacement, qui ont pour inconvénient de limiter la fréquence des courses pouvant être atteinte par les' machines à forger connues, à un valeur- faible. En outre, avec une réalisation de ce type, le système de manoeuvre et par conséquent l'ensemble de la machine, est relativement complexe. Dans les systèmes d'entrainement hydraulique connus, la course de travail ou les différentes positions de fin de course -du piston sont habituellement fixées par l'intermédiaire de butées mécaniques de fin de course ou le cas échéant par des commandes dépendant de la course. Cette configuration a tout d'abord pour inconvénient général de ne pas permettre, par un moyen hydraulique, un réglage ou une commande de la course de travail du piston tant en.ce qui concerne ses positions de fin de course qu'en ce qui concerne sa vitesse, avec la précision voulue. Dans les machines a forger à plongeurs multiples, se pose le problème de l'interconnexion de plusieurs vérins qui, côté sortie, doivent fonctionner en synchronisme absolu et avec la même longueur de course. Compte-tenu de ce problème, la configuration connue de vérins a pour inconvénient de ne pas permettre le réglage de la course de travail des différents vérins lorsque ceux-ci sont interconnectés, en particulier de ne pas permettre le réglage de plusieurs vérins sur une cote identique. Elle ne permet pas non plus d'influencer ni la longueur de la course, ni le synchronisme avec la précision de réglage voulue. En particulier, pour les vérins de grand volume, on ne connait pas jusqu'à présent de moyens pour interconnecter entre eux plusieurs vérins de grand calibre avec circuits fermés de réglage de la position et/ou de la vitesse, de manière à assurer un synchronisme des circuits de réglage nécessaires. L'invention a pour but de réaliser une machine à forger à plongeurs multiples qui soit de construction simple en ce qui concerne le dispositif hydraulique d'entraînement, qui prouve des coûts limitési qui ait un fonctionnement simple et fiable, et permette d'accroître nettement la fréquence de la course des grandes unités à piston et cylindre nécessaires, et qui permette en particulier de régler et de réguler -2626793 la commande et le contrôle de la course 'de travail des pistons. L'invention a encore pour but d'obtenir la commande du vérin de telle sorte que plusieurs vérins puissent fonctionner ensemble de façon simple,- avec une vitesse et une course synchronisées, sans que la commande nécessaire s'en trouve compliquée. L'invention est caractérisée en ce que la commande du fluide sous pression nécessaire au déplacement des plongeurs, est disposée directement dans l'unité & cylindre et lpiston, et en ce que le fluide sous pression nécessaire pour. amorcer le déplacement du piston de travail, n'est pas commandé par des soupapes excitées électromagnétiquement. A cet effet, le piston presente, sur le côté opposé ë l'outil de forgeage, une soupape dont la tige portant la tête de soupape est pourvue d'un actionneur, par exemple d'un servomécanisme. A 1l'arrière du siège de soupape, un perçage de traversant, pratiqué dans le piston, conduit à un troisième compartiment du cylindre. Le premier compartiment situé en amont du siège de soupape est soumis à l'action du fluide sous pression, et le troisième compartiment communique - avec le réservoir du fluide sous pression, par une conduite sans pression. Le deuxième compartiment intermédiaire, présentant une certaine surface de compression plus faible, pour le retour du piston, est soumis à l'action d'un fluide se. trouvant sous une pression prédéterminée. Un système d'tentraînement -hydraulique de ce type est d'une simplicité exceptionnelle. Le déplacement ainsi que 1l'amplitude de la course du piston de travail sont directement atteints, avec un seul déplacement de la tête de soupape. On obtient une caractéristique de déplacement, c'estâ-dire course - et vitesse du déplacement du piston de travail,. qui dépende directement du servomécanisme. Aucune soupape supplémentaire n'est -nécessaire pour le vérin. On obtient ainsi une fréquence de déplacement très élevée, puisqu'il n'y a pratiquement pas de temps de manoeuvre et que les durées de montée en pression ne dépendent plus que de la puissance de la pompe génératrice de pression, qui est disposée en un point central. Ce dispositif simple de commande accroït. aussi la fiabilité de l'installation. - Chaque plongeur peut avoir son propre dispositif à piston et cylindre avec un mécanisme de réglage commandé électroniquement, se présentant sous la forme d'un servomécanisme. La caractéristique de déplacement de pistons de travail diamétralement opposes, est synchronisée à l'aide de dispositifs de mesure de la course active. De même, les déplacements des quatre plongeurs de travail peuvent être synchronisés de telle-sorte que l'on ait des courses actives simultanées, ainsi que des courses actives alternatives, synchronisées successivement deux par deux. Avec la commande électronique, les mécanismes de réglage sont actionnés de telle sorte que l'on ait des amplitudes de course constantes, indépendamment de la profondeur de pénétration de l'outil de forgeage. Les amplitudes de course peuvent être sélectionnées en fonction des besoin du forgeage, en particulier lorsqu'on doit procéder à des opérations d'ébauchage ou de finition. En outre, la hauteur de la course est variable. On obtient ainsi l'inversion du plongeur en position active avant, et en même temps l'épaisseur de la pièce à travailler, c'est-à- dire que l'on commande la cote de forgeage voulue. Le siège de soupape de la seule soupape du dispositif à piston et cylindre d'une unité de forgeage est avantageusement fixe sur le piston de travail. La tête de soupape coopère ainsi avantageusement, directement avec le siège de soupape. Avec le deuxième compartiment de surface de compression plus réduite, qui est un volume annulaire, la retenue et le déplacement de retour -du piston de travail s'effectuent automatiquement, de façon non commandée. De manière avantageuse, le compartiment médian-' se trouve sous une pression constante. Selon une autre caractéristique, les servo- commandes sont des moteurs actionneurs pour un déplacement simultanée, une amplitude de -course uniforme et un réglage uniforme et/ou deux par deux de la hauteur de course de toutes les unités de cylindre. De préférence, ils sont commandés et programmés électroniquement. - - Des exemples de réalisation de l'invention sonut décrits ci-après plus en détail en référence aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est une vue en partie en coupe et en partie - en élévation schématique d'un mode de réalisation de la machine à forger suivant l'invention; La figure 2 est une vue latérale de la machine - forger de la figure I., La machine à forger I représentée comporte quatre unités de forgeage 2, 3, 4 et 5 qui sont montées dans un bâti 6. Les unités de forgeage ont la même construction. La description ci-après ne concerne donc que l'unité de forgeage 2 représentée en coupe. Les unites de forgeage 2 à 5 sont uniformément réparties, radialement autour de l'axe -de forgeage sur lequel se trouve la pièce à travailler 8, de sorte que les unités de forgeage sont diamétralement opposées deux par deux. Chaque unité -de forgeage comporte un plongeur 9 à l'extrémite avant duquel est fixé un outil de forgeage 10 interchangeable. Les outils de forgeage 10 peuvent agir en même temps sur la pièce à -travailler 8, ou en alternance, deux plongeurs opposés peuvent agir successivement sur la pièce. L'unité de forgeage est un cylindre hydraulique 11 dans lequel coulisse un piston 12 auquel peut être fixé le plongeur 9. D'une manière avantageuse, le piston 12 et le plongeur 9 sont réalisés d'une seule pièce. Sur le côté du cylindre hydraulique 11 opposé à l'outil, se trouve un compartiment 14 destiné au fluide sous pression. Au-dessous du piston 12 est disposé un autre compartiment 15 qui sert au retour du piston 12. Sur son côté tourné vers le compartiment 14, le piston 12 est pourvu d'un siège de soupape 17 qui est fixé dans une plaque de fixation 18. Le cylindre 11 est fermé par un couvercle 19 qui forme un organe de guidage pour une tige de soupape 20, qui est formée à l'extrémité avant, comme une contre-pièce au siège de soupape 17. La tige de soupape 20 est reliée à un -mécanisme actionneur 23 qui peut être un entraîneur rectiligne et qui commande la hauteur de course programmée, ainsi que la course programmée dans l'enceinte du piston. La référence 27 désigne une paroi amovible annulaire telle une douille de guidage 27 (revendication 6) à l'aide de laquelle un compartiment 26 est ménagé sur le pourtour extérieur afin que. de même, un compartiment 28 annulaire (avec un orifice 28) soit ménagé sur le pourtour intérieur d'une douille de guidage 27. Le mécanisme actionneur. 23 est placé sur un support 24 du bâti 6 de la machine. - A partir du siège de soupape 17, un perçage 25 traverse lint6rieur du piston 12, et débouche du piston 12 dans un compartiment par deux orifices 28 ou plus. La plaque de guidage 18 est pourvue sur son diamètre extérieur d'un détalonnage.. - A partir d'une unité hydraulique d'entraînement (non représentées, une conduite d'arrivée 30 achemine le fluide sous pression jusqu'au compartiment- de cylindre 14 qui sert d'entrée. Le compartiment 26 est relié a une tuyauterie 32 ou plus qui communique avec un réservoir (non représenté) servant de sortie au fluide sous pression. Le fluide circule a travers l'unité de forgeage. Pour -mener au compartiment annulaire 15 situé au-dessous du piston 12, il est prévu une conduite 31 à travers laquelle circule de même le fluide sous pression, et qui est maintenue sous une pression constante. - Afin de communiquer au piston 12 ou au- plongeur 9, un déplacement d'avance, la tige de soupape 20 se déplace en direction du siège de soupape, ce gui limite le libre écoulement du fluide sous pression à travers le siège de soupape, et a pour conséquence de mettre sous pression le compartiment de cylindre 15, et donc de déplacer le piston 12 vers l'avant. La tate de soupape 20 n'atteint le siège de soupape 17 que lorsque la résistance augmente (pénétration de - l'outil de forgeage dans la pièce à forger). Le plongeur 9-.avec le piston 12 se déplace vers l'avant jusqu'à ce que la tige de soupape 20, après avoir atteint une position d'avance présélectionnée, revient à 'une position arrière présélectionnée. Le fluide sous pression peut ainsi traverser librement le perçage 25, 28 depuis le compartiment 14 jusqu'au compartiment 26, et revenir dans le réservoir de fluide, à travers la conduite 32. La contre-pression qui règne toujours dans le compartiment 15 médian, - repousse automatiquement le piston 12 avec le plongeur 9. La tige de soupape qui sort du cylindre, par le couvercle de cylindre 19, est mise en mouvement par le mécanisme actionneur 23 électro- hydraulique. La fonction de ce mécanisme consiste à faire avancer la tête de soupape dans une position d'avance présélectionnée, et à la faire revenir dans une position arrière présélectionnée, à une vitesse présélectionnée. Entraîné par le déplacement de la tige de soupape 20, le piston 12, 9 effectue le même déplacement, et par conséquent, la même longueur et la même hauteur de course. Le fonctionnement est le suivante La tige de soupape 20 passe dans une position déterminée. Le déplacement de la tête de soupape s'effectue à l'aide du mécanisme actionneur 23. Le fluide sous pression ne pouvant traverser librement le siège de soupape 17, il se développe une pression qui agit sur le piston 12 et par conséquent sur le plongeur 9 et le déplace vers l'avant. L'outil de forgeage 10 fixé à l'extrémité avant du plongeur 9-pénètre dans la pièce à travailler 8. Lorsque la profondeur de pénétration est atteinte, la tige de soupape 20 effectue la longueur de course présélectionnée, par un mouvement dé retour. Le fluide sous pression s'échappe du compartiment 14 à travers le siège de soupape ouvert, en direction du compartiment 26, a travers le perçage , 28, et retourne au réservoir de fluide par la conduite d 'évacuation 32., La pression constante qui règne dans le compartiment 15 médian (compartiment annulaire) Z626793 g provoque le retour du piston 12 avec le plongeur 9. Cette opération se renouvelle a chaque course. Grace à une servo-unité 23 qui a une fonction -de mesure et de réglage, on peut à chaque déplacement,- comparer les valeurs réelles aux.valeurs de consigne, et les régler, aà l'aide de la omande de la servo- unité 23. Ces mêmes comparaisons entre les valeurs réelles et les valeurs de consigne sont effectuées, et les réglages opérés, simultanémuent sur les quatre unités de forgeage pour une marche -synchrone des quatre outils de forgeage ou de deux paires d'outils de forgeage. Les dispositif s de commande peuvent aussi' être configurés autrement que décrits ci-dessus. Le dispositif à pression de retour 15,. 31 peut aussi être un ressort, un accumulateur de pression, -ou une unité. hydraulique de réglage de la pression. Le mécanisme actionneur 23 peut aussi être un dispositif de réglage électrique ou pneumatique- de l'avance pour la tige de soupape 20 avec réglage correspondant de la position initiale et de la position finale. Pour toutes les formes du dispositif de commande, il est important que, même pour des cylindres de travail de gros calibre, seules des forces minimes de commande soient nécessaires; en effet, la tige de commande 20 se trouve sur le parcours du fluide hydraulique -sous pression, et la face frontale de la tige de commande n'est soumise qu'a l'action du fluide sous pression détendue, s'écoulant vers le réservoir*. Même lorsque des pressions élevées règnent dans le compartiment 14, la tige de commande 20 peut être déplacée pratiquement sans effort, ce qui lui permet de suivre les signaux de réglage d'autant plus rapidement et plus précisément. Le fonctionnement décrit convient tout particulièrement à la réalisation de cylindres.de travail de gros calibres, de l'ordre d'un peu plus de quatre cent millimètres de diamètre nominal. Etant donné que la détermination de la position finale du piston pour sa course active, qui aboutit à un arrêt défini du déplacement du piston, -qui est lent dans les cylindres de travail de gros calibre, ne dépend- ni d'un réglage de la puissance de la pompe c8té entratnement, ni d'un réglage de la force de contre- pression délivrée par le dispositif à pression 'de retour, ces deux paramètres opérants peuvent être maintenues constants. A cet effet, la commande de la course active est assurée par le déplacement, presque sans effort, du mécanisme de actionneur 23, coopérant avec l'orificeWde sortie du piston 12. Pour l'interconnexion des vérins de la machine à forger à plongeurs multiples, il faut uniquement veiller à synchroniser la vitesse et la course, pour un déplacement synchrone des mécanismes actionneur, fonctionnant pratiquement sans pression, entre les positions initiales et finales définies. En effet, la amplitude et la vitesse de la course du piston dans le cylindre ne sont déterminées que par la caractéristique de déplacement des organes de réglage, et non par le débit des pompes d'entraînement. 2626?93- 1! REXVNDICAXIONS 1. Machine à forger à plongeurs multiples dans laquelle les plongeurs (9) portent des outils de forgeage o au moins deux outils de forgeage (10)} diamétralement opposés agissent en mûme temps sur la pièce à forger (8) et les plongeurs 9g) sont pourvus d'une unité à cylindre et piston dans laquelle un compartiment (14} du cylindre (11} contient un fluide hydraulique sous pression, de part et d'autre du piston (12), caractérisé en ce que le piston (12) présente sur le c8té opposé à l'outil de forgeage (9, ), une soupape (16} qui se compose d'un siège de soupape (17) et d'une tige de soupape (20), en ce que. la tige de soupape (20} est pourvue d'un actionneur (23), par exemple une servomécanisme, en ce que- derrière le siège de soupape (17), un: perçage traversant (25), pratiqué dans le piston (12) mène à un troisième compartiment {26) du cylindre (l}) , et en ce que le premier compartiment (14) est soumis a l'action du fluide sous pression, en amont du siège de- soupape (17), et en ce que le troisième compartiment (26) communique avec un réservoir du fluide sous pression, par une conduite (32) qui n'est pas sous pression, et en ce que le deuxième compartiment médian (15) présentant une certaine -surface de compression plus faible, pour le retour du piston, est soumis à 1'action d'un fluide sous une pression déterminée. 2. Machine à forger à plongeurs multiples, selon la revendication 1, caractérisée en ce -que le compartiment central (15> se trouve toujours sous une- pression constante.- 3. Machine à forger à plongeurs multiples selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que -le siège de soupape (17) est disposé dans une plaque de fixation (18) particulière. 4. Machine à forger à plongeurs multiples selon. la revendication 1, caractérisée en ce que le siège de soupape (17} fait partie du piston (12). 5. Machine à forger à plongeurs multiples. selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le piston (12) et le plongeur (9) forment une seule pièce. 6. Machine à forger à plongeurs multiples selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'une douille de guidage (27) est disposée dans le cylindre (11), et présente des orifices de sortie (28) du perçage (25) ainsi que des surfaces périphériques détalonnées. 7. Machine à forger à plongeurs multiples selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'à chaque fois deux paires d'outils de forgeage sont conduites simultanément ou alternativement à la pièce à travailler. 8. Machine à forger à plongeurs multiples, selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les actionneurs (23) sont des servomoteurs pour le déplacement simultané, une amplitude de course uniforme et un déplacement uniforme et/ou deux par deux de la hauteur de course de toutes les unités de cylindre, et en ce que les servonoteurs peuvent être commandés et programmés électroniquement.