Brevet FR2636254A1 — publié le 19900316

Procédé pour fabriquer des tubes métalliques à paroi mince La présente invention concerne un procédé pour fabriquer des tubes métalliques à paroi mince, pour les- quels le rapport t/D de l'épaisseur t d'une tôle au dia- mètre extérieur D du tube est égal sensiblement à 2 % ou moins, ce qui permet d'utiliser efficacement la déformation préalable d'une tôle par cintrage plastique. Habituellement, on fabriquait des tubes métal- liques selon une chaîne continue incluant la mise en oeuvre du f ormage de tôles sous la forme de tubes au moyen d'opérations successives incluant un cintrage en largeur moyennant l'utilisation d'une machine de formage à cy- lindres comportant un montage en tandem d'un certain nombre de cylindres de formage et possédant des cylindres de cali- brage ou laminage, et la réunion, par soudage, des deux bords latéraux des tôles ainsi mises en forme. Cependant, il se pose des problèmes mentionnés ci-après, lorsqu'on désire fabriquer des tubes métalliques à paroi mince en utilisant un tel procédé classique. Etant donné que l'épaisseur t de la tôle de départ est nettement inférieure au diamètre extérieur D d'un tube, on ne peut pas lui appliquer une déformation plastique suffisante sauf si elle est cintrée conformément au rayon de courbure R (= D/2) du produit final. C'est pour cette raison que la tôle est soumise, au cours du cintrage, à une déformation élas- tique accrue telle qu'il se produit un effet de retrait élastique accru lorsqu'elle quitte un cylindre et atteint le cylindre immédiatement suivant, ce qui conduit à un cin- trage insuffisant de ses bords latéraux et au risque d'apparitions d'une flexion des bords due à un étirage ac- cru de ces derniers. Afin de résoudre ces problèmes, il a été proposé d'accroître le nombre des cylindres afin de ré- duire, dans toute la mesure du possible, un tel effet de retrait élastique. Cependant, un autre problème se présentant dans le cas de cette proposition réside dans le fait qu'il faut un certain temps pour changer ou régler les cylindres, en raison d'une capacité réduite d'accommodation aux dimen- sions et que l'intervalle de temps de contact entre la tôle et les cylindres est augmenté de l'intervalle de temps né- cessaire pour donner à la tôle la forme du tube final, ce qui conduit à un risque d'apparition éventuelle de défauts. Comme cela est décrit dans la demande de brevet japonais mise à l'inspection publique sous le N'62-176611, les auteurs à la base de la présente invention ont par conséquent proposé un procédé pour fabriquer des tubes mé- talliques à paroi mince, selon lequel on soumet une tôle, au niveau de sa face définissant la face intérieure d'un tube métallique, à un cintrage plastique au moyen d'un rou- leau de cintrage de faible diamètre, perpendiculaire à la direction longitudinale, puis on la cintre de façon inverse jusqu'à ce que sa courbure dans la direction longitudinale soit réduite à zéro, ladite tôle étant cintrée de manière à posséder une forme tubulaire correspondant à la courbure du produit final, grâce à la courbure résiduelle en largeur qui résulte dudit cintrage plastique et dudit cintrage in- verse, et on réunit ladite forme tubulaire au niveau de ses bords latéraux. Ce procédé de fabrication de tubes à paroi mince apporte un progrès étant donné qu'il est possible de fa- briquer un tube métallique à paroi mince sans que la sur- face de la tôle ne subisse un endommagement important, compte tenu de la présence d'un nombre fortement réduit de cylindres. Cependant, pour la mise en oeuvre de ce procédé, il est nécessaire de mettre en oeuvre des opérations de cintrage plastique de manière à appliquer une déformation plastique accrue à la face d'une tôle définissant la face intérieure du tube final, avec l'utilisation des cylindres possédant un faible diamètre et disposésperpendiculairement à la direction longitudinale. Le fait d'appliquer une telle déformation plastique accrue impose inévitablement de choi- sir un diamètre aussi réduit que possible pour les cy- lindres de cintrage. Cependant, le fait de réduire le dia- mètre des cylindres de cintrage entraîne une réduction de la résistance au cintrage des cylindres de cintrage de sorte qu'un fléchissement tend à apparaître dans le sens axial. C'est pourquoi, afin d'empêcher un tel fléchisse- ment, il est nécessaire de traiter une tôle 4 devant circu- ler entre un cylindre 10 recouvert d'un revêtement en caoutchouc uréthane et un rouleau de cintrage 11 de faible diamètre agencé de manière à repousser la tôle 4 contre le cylindre 10, et il est nécessaire que ledit rouleau 11 soit supporté par un bloc 12 empêchant un fléchissement, comme représenté sur la figure 4, annexée à la présente demande. Comme cela a été mentionné précédemment, un tel bloc 12 empêchant un fléchissement compense la réduction de la résistance à la flexion du rouleau de cintrage 11 de faible diamètre, en empêchant son fléchissement axial. C'est pourquoi il est nécessaire que le bloc 12 comporte, au niveau de son extrémité, une gorge 12a possédant un rayon sensiblement égal à celui du rouleau de cintrage 11, qu'on traite ensuite au moins avec une résine fluorée de manière à réduire le frottement avec le rouleau de cintrage 11, ce qui empêche l'apparition de marques d'usure par frottement et garantit une rotation uniforme du rouleau de cintrage 11. En outre il est nécessaire que la tôle 4 soit recouverte, au niveau de sa surface venant en contact avec le rouleau de cintrage 11, avec une huile lubrifiante de manière à améliorer la lubrification entre le bloc 12 empêchant le fléchissement et le rouleau de cintrage 11 de faible diamètre. Cependant, afin de fabriquer des tubes métal- liques avec un tel dispositif, il est nécessaire que le rouleau de faible diamètre 11 soit repoussé à force contre le rouleau 11 recouvert d'un revêtement formé de caoutchouc uréthane, avec une force élevée de manière à cintrer la tôle 4. Par conséquent, il apparaît une pression de contact extrêmement élevée, due au faible diamètre du rouleau de cintrage 11. Ceci a pour effet que le bloc 12 empêchant le fléchissement peut se coincer contre le rouleau de cintrage 11 et que ce dernier peut se trouver détérioré ou que sa rotation peut être limitée, ce qui endommage la tôle 4. Afin d'empêcher l'apparition de tels phénomènes, le bloc 12 et le rouleau de cintrage 11 sont lubrifiés aU niveau de leurs surfaces afin que le frottement entre ces éléments soient réduits. Cependant, le lubrifiant pénètre entre la tôle 4 et le rouleau 10 garni d'un revêtement formé de caoutchouc uréthane de sorte que ces éléments glissent l'un par rapport à l'autre ou bien que la tôle 4 se déplace en zig-zag. En outre, lorsqu'on dépose le lubrifiant sur la tôle 4, il produit un effet nuisible lors du soudage devant être exécuté pour réunir les bords latéraux de la tôle 4 de manière à former un tube métallique. C'est pourquoi il est nécessaire qu'au moins les parties de la tôle 4 devant être soudéessoient dégraissées. De même il se pose des problèmes de coût étant donné que non seulement des traitements de grande précision sont exigés pour obtenir une distribution aussi uniforme que possible de la pression de contact du cylindre 12 empêchant le fléchissement, avec le rouleau de cintrage 11 de faible diamètre, mais également que les pièces appliquées présentent une faible durée de vie utile. C'est pourquoi un but de la présente invention est de fournir un procédé pour fabriquer des tubes métal- liques à paroi mince, selon lequel on soumet une tôle, au niveau de sa face définissant le côté intérieur d'un tube métallique, à un cintrage plastique au moyen d'un rouleau de cintrage de faible diamètre, perpendiculaire à la direction longitudinale, puis on la cintre de façon inverse jusqu'à ce que sa courbure dans la direction longitudinale soit réduite à zéro, ladite tôle étant cintrée de manière à posséder une forme tubulaire correspondant à la courbure du produit final, grâce à la courbure résiduelle en largeur qui résulte dudit cintrage plastique et dudit cintrage in- verse, et on réunit ladite forme tubulaire au niveau de ses bords latéraux, ledit procédé devant pouvoir être aisément mis en oeuvre à un coût réduit sans qu'il soit nécessaire d'exécuter des traitements postérieurs et devant permettre de mettre en oeuvre des opérations de cintrage plastique entraînant une déformation plastique importante. A la suite d'études faites pour résoudre les pro- blèmes mentionnés précédemment, il a été mis au point un procédé du type indiqué précédemment, caractérisé en ce qu'on fait passer ladite tôle dans un groupe de cylindres comportant un cylindre d'alimentation, un cylindre de délivrance, dont l'axe est parallèle à celui dudit cylindre d'alimentation et qui est séparé de ce cylindre par un in- terstice et tourne dans la même direction que ledit cy- lindre d'alimentation, et un rouleau de cintrage de faible diamètre, défini par un cylindre flottant situé au voisi- nage desdits cylindres d'alimentation et de délivrance, de telle sorte que son axe est parallèle aux axes de ces der- niers, et qui possède un diamètre supérieur à la longueur obtenue en soustrayant dudit interstice une longueur égale au double de l'épaisseur de ladite tôle devant être cintrée, de sorte que la tôle est tout d'abord introduite le long du cylindre d'alimentation, puis est guidée dans ledit interstice et est cintré le long dudit rouleau de cintrage et finalement ramené, de façon guidée, à travers ledit interstice. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue illustrant les prin- cipes du procédé pour fabriquer des tubes métalliques à pa- roi mince,conforme à la présente invention; - la figure 2 représente une vue à plus grande échelle d'une partie repérée par A sur la figure 1; - la figure 3 représente une vue en coupe prise suivant la ligne B-B de la figure 1; et - la figure 4, dont il a déjà été fait mention, est une vue illustrant un procédé classique pour fabriquer des tubes métalliques à paroi mince et sert à illustrer l'opération de cintrage plastique appliquée à une tôle. En se référant aux dessins, il est prévu un cy- lindre d'alimentation 11 et un cylindre de délivrance 2, dont l'axe est parallèle à celui du premier cylindre, et qui est séparé du cylindre d'alimentation i par un inter- stice G et tourne dans le même sens que ce cylindre. Un rouleau de cintrage de faible diamètre 3 est formé par un rouleau flottant situé au voisinage des deux cylindres 1 et 2, parallèle aux axes de ces cylindres et possédant un diamètre supérieur à une longueur obtenue en soustrayant de l'interstice G une longueur égale au double de l'épaisseur d'une tôle 4. Un groupe de cylindres, incluant les cy- lindres d'alimentation et de délivrance i et 2 et le rou- leau flottant, c'est-à-dire le rouleau de cintrage 3 de faible diamètre, sera désigné ci-après sous l'expression "dispositif de cintrage plastique". Dans le dispositif de cintrage plastique, la tôle 4 est tout d'abord amenée le long du cylindre d'alimentation 1, puis traverse l'interstice G et est cintrée le long du rouleau de cin- trage 3 et finalement revient en traversant l'interstice G. On comprendra que le terme utilisé ici "tôle 4", à laquelle on doit donner la forme d'un tube métallique à paroi mince, désigne non seulement des tôles laminées à froid de façon classique, mais également des tôles, dont au moins une face est polie de manière à présenter le poli d'un miroir ou d'une manière très fine ou a subi un traitement de surface obtenu au moyen d'une corrosion, de traitements chromatiques par voie chimique, d'un revêtement céramique, d'un doublage ou d'un revêtement chimique. Un cylindre déviateur 5 est utilisé pour faire dévier la direction de délivrance de la tôle 4, dont une face définissant la face intérieure du tube final a été soumise à un cintrage plastique au moyen dudit dispositif de cintrage plastique, situé dans la direction perpendiculaire à la direction longitudinale, et qui a été ramené dans l'interstice G, et pour cintrer de façon inverse la tôle 4 jusqu'à ce que sa courbure dans la direction longitudinale soit réduite à zéro. Il est prévu un galet 6 de guidage du joint servant à positionner les bords latéraux opposés de la tôle 4, qui possède maintenant une forme tubulaire, juste au-dessous d'un chalumeau de soudage, la tôle ayant été cintrée dans le sens de la largeur, conformément à la courbure du pro- duit final, moyennant l'utilisation de la courbure rési- duelle dans la direction en largeur, résultant du cintrage plastique et du cintrage inverse réalisé respectivement à l'aide du dispositif de cintrage plastique et du cylindre déviateur 5. Il est prévu un galet de serrage 7 servant à aligner réciproquement les bords latéraux opposés de la tôle tubulaire 4 quittant le galet 6 de guidage du joint. Il est prévu un chalumeau de soudage 8 pour réaliser le soudage réciproque des bords latéraux de la tôle tubulaire 4, dès que cette dernière a quitté le cylindre presseur 7. Il est prévu un cylindre de pincement 9 garni d'un revête- ment formé de caoutchouc uréthane et servant à délivrer le tube métallique 4 dont les bords latéraux sont réunis par soudage par le chalumeau de soudage 8. Lorsque la tôle 4 traverse l'ensemble formé d'une structure telle que mentionnée précédemment, elle est cin- trée le long du cylindre d'alimentation 1 du dispositif de cintrage plastique, traverse l'interstice G défini entre le cylindre d'alimentation i et le cylindre de délivrance 2 et est soumise, sur sa face définissant la face intérieure du tube d'extrémité, à un cintrage plastique réalisé par un rouleau de cintrage 3 de faible diamètre, qui s'étend dans la direction perpendiculaire à la direction longitudinale. La tôle 4 est ensuite étirée, la droite reliant le centre axial du cylindre d'alimentation 1 à celui du cylindre de délivrance 2 étant inclinée vers l'avant en direction du côté de sortie du dispositif de cintrage plastique, sur un certain angle supérieur à 0' afin d'empêcher toute réduc- tion de la contrainte résiduelle de la tôle 4, qui sinon pourrait être provoquée par son cintrage inverse interve- nant au moment o elle quitte le cylindre de délivrance 2. Ensuite, la direction d'avance de la tôle 4 change et cette tôle circule contre le cylindre déviateur 5, qui lui fait subir un cintrage inverse jusqu'à ce que sa courbure longi- tudinale soit réduite à zéro et l'envoie au galet 6 de gui- dage du joint, qui est séparé du cylindre déviateur 5 par une distance dépassant environ le décuple du diamètre du tube métallique devant être fabriqué. Entre-temps, la tôle 4 est cintrée dans le sens de la largeur conformément à la courbure résiduelle dans le sens de la largeur, qui résulte du cintrage plastique et du cintrage inverse conformément à la courbure du produit final, ce qui permet d'obtenir un produit tubulaire. Les bords latéraux opposés du produit tubulaire sont positionnés par le galet 6 de guidage du joint. Après avoir guidé le cylindre presseur 7, la tôle 4, qui possède maintenant une forme tubulaire, est réunie par soudage au niveau de ses bords latéraux par le chalumeau de soudage 8. Enfin, le produit formé par le tube métallique est entraîné et délivré par le cylindre de pincement 9, garni d'un revêtement formé de caoutchouc uréthane. Exemples Exemple 1 On a utilisé les cylindres d'alimentation et de délivrance 1 et 2, possédant chacun un rayon de 35 mm et une longueur de 100 mm et séparés par un interstice G d'une valeur de 3 mm, conjointement avec le rouleau de cintrage de faible diamètre 3 possédant un rayon de 2 mm et une lon- gueur de 110 mm, ainsi que le dispositif de cintrage plas- tique, dans lequel la droite raccordant le centre axial du cylindre d'alimentation 1 à celui du cylindre de délivrance 2 est incliné sous un angle de 30- vers le cylindre pres- seur 7. Le cylindre déviateur 5 était séparé du cylindre presseur 7 par une distance de 600 mm et la surface de la ligne inférieure du cylindre déviateur 5 était située dans une position dont la hauteur est supérieure de 15 mm à la hauteur existant entre la surface inférieure du cylindre presseur 7 et la base du tube. Grâce à l'utilisation d'un tel agencement, on a donné à la tôle métallique tirée d'une bobine de matériau SUS 304-BA, possédant une épaisseur de 0,15 mm, une largeur de 89,38 mm et une limite apparente d'élasticité égale à 32,6.10-5 Pa, la forme d'un tube soudé possédant un diamètre extérieur de 28,6 mm. C'est pourquoi, on a pu fabriquer en continu des tubes soudés à paroi mince réalisés en acier inoxydable et présentant une excellente géométrie, d'excellente propriétés de surface et une excel- lente qualité de soudage. Exemple 2 On a utilisé les cylindres d'alimentation et de délivrance i et 2, possédant chacun un rayon de 35 mm et une longueur de 100 mm et séparés par un interstice G égal à 4 mm, avec un rouleau de cintrage de faible diamètre 3 possédant un rayon de 2,5 mm et une longueur de 110 mm et le dispositif de cintrage plastique, dans lequel la droite reliant le centre axial du cylindre d'alimentation 1 à ce- lui du cylindre de délivrance 2 est incliné d'un angle de 30- en direction du cylindre presseur 7. Le cylindre dévia- teur 5 était séparé du cylindre presseur 7 par une distance de 600 mm et la surface de la ligne inférieure du cylindre déviateur 5 était située dans une position correspondant à une hauteur supérieure de 15 mm à la hauteur entre la sur- face inférieure du cylindre presseur 7 et la base du tube. Grâce à l'utilisation d'un tel agencement, on a donné à une tôle tirée d'une bobine de titane pur, possédant une épais- seur de 0,2 mm, une largeur de 89,22 mm et une limite appa- rente d'élasticité égale à 23,4.10-5 Pa, la forme d'un tube soudé possédant un diamètre extérieur de 28,6 mm. C'est pourquoi on a pu fabriquer en continu des tubes soudés à paroi mince en titane pur, qui se sont avérés présenter une excellente géométrie, d'excellentes propriétés de surface et une excellente qualité de soudage. Le procédé de fabrication de tubes métalliques à paroi mince conforme à la présente invention possède diffé- rents avantages énumérés ci-après et présente une grande valeur industrielle. 1. Etant donné qu'il est nécessaire de lubrifier le rouleau de cintrage de faible diamètre et la tôle de ma- nière à soumettre cette dernière à un cintrage plastique, la tôle est maintenue en permanence dans un état si propre que le problème d'un soudage défectueux peut être évité lors du soudage réciproque des bords latéraux de la tôle, et que l'on peut se dispenser de mettre en oeuvre une quel- conque étape de dégraissage. 2. Etant donné qu'il est improbable que la tôle et/ou le rouleau de cintrage de faible diamètre puissent être détériorés par glissement, la qualité des tubes métal- liques à paroi mince obtenus est remarquablement accrue. 3. Etant donné qu'il est improbable que la tôle puisse se déplacer en zigzag, les cylindres possèdent une durée de vie utile presque infinie. C'est pourquoi, on ob- tient des améliorations considérables du rendement compte tenu d'une réduction du temps d'arrêt de la chaîne de fa- brication pour le remplacement des cylindres. 4. Etant donné qu'il est nécessaire d'exécuter des traitements très précis et qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser un quelconque bloc empêchant un fléchissement, qui possède une durée de vie utile brève, pour la fabrica- tion de la tôle, le présent procédé peut être mis en oeuvre à un coût réduit. 5. Etant donné que le changement des rayons de cintrage peut être également obtenu en modifiant le rouleau de cintrage de faible diamètre constitué par un rouleau flottant moyennant l'utilisation d'un système "tige cylin- drique de polissage" disponible dans le commerce et une mo- dification de l'interstice défini entre les deux cylindres, le procédé conforme à la présente invention est très avan- tageux du point de vue du coût. 6. On peut utiliser une tôle, dont au moins une face est soumise à un polissage fournissant le poli d'un miroir ou un polissage très fin ou bien soumise à un trai- tement de surface par corrosion, traitement chromatique chimique, revêtement céramique, doublage ou revêtement chi- mique, sans risquer d'endommager la face traitée. On comprendra que le procédé décrit précédemment et les exemples mentionnés précédemment sont donnés simple- ment à titre d'illustration de l'application des principes de la présente invention et que bon nombre de modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATION Procédé pour fabriquer des tubes métalliques à paroi mince, selon lequel on soumet une tôle (4), au niveau de sa face définissant le côté intérieur d'un tube métal- lique, à un cintrage plastique au moyen d'un rouleau de cintrage de faible diamètre (3), perpendiculaire à la di- rection longitudinale, puis on la cintre de façon inverse jusqu'à ce que sa courbure dans la direction longitudinale soit réduite à zéro, ladite tôle (4) étant cintrée de ma- nière à posséder une forme tubulaire correspondant à la courbure du produit final, grâce à la courbure résiduelle en largeur qui résulte dudit cintrage plastique et dudit cintrage inverse, et on réunit ladite forme tubulaire au niveau de ses bords latéraux, caractérisé en ce qu'on fait passer ladite tôle (4) dans un groupe de cylindres compor- tant un cylindre d'alimentation (1), un cylindre de délivrance (2), dont l'axe est parallèle à celui dudit cylindre d'alimentation (1) et qui est séparé de ce cylindre par un interstice G et tourne dans la même direction que ledit cylindre d'alimentation (1), et un rouleau de cintrage (3) de faible diamètre, formé par un cylindre flottant situé au voisinage desdits cylindres d'alimentation et de délivrance (1,2), de telle sorte que son axe est parallèle aux axes de ces derniers, et possédant un diamètre supérieur à la longueur obtenue en soustrayant dudit interstice (G) une longueur égale au double de l'épaisseur de ladite' tôle (4) devant être cintrée, de sorte que la tôle est tout d'abord introduite le long du cylindre d'alimentation (1), puis est guidée dans ledit interstice (G), et cintrée le long dudit rouleau de cintrage (3) et est finalement renvoyée dans ledit interstice (G).