Brevet FR2667684A1 — publié le 19920410

i Procédé de réalisation d'un assemblage tube/fond pour un échangeur de chaleur La présente invention concerne un procédé de réalisation d'un assemblage tube-fond pour un échangeur de chaleur, notamment pour des radiateurs de moteurs à combustion interne qui sont dotés de tubes en aluminium, selon lequel les extrémités des tubes sont enfilées dans des passages d'un fond à tubes et pressées contre les passages par élargissement radial. On sait qu'on peut réaliser des assemblages tube/fond sans bra- sage, de la manière mentionnée ci-dessus; en général, on introduit des tubes étirés dans des passages du fond à tubes, passages dont la forme correspond à la forme de section des tubes et qui sont créés à l'aide d'outils adéquatement configurés, en découpant d'abord des ouvertures dans le fond à tubes, puis en étirant des collets ou passages par in- troduction d'un poinçon Suite à cet usinage, ces passages présentent une qualité de surface relativement bonne sur leur côté intérieur, ul- térieurement tourné vers les côtés extérieurs des tubes, c'est-à-dire que la profondeur de rugosité est relativement faible. Par contre, les tubes étirés qui doivent être introduits dans ces passages présentent une moins bonne qualité de surface, et leur profondeur de rugosité est environ quatre fois supérieure à celle des passages La profondeur de rugosité se détermine à partir d'une valeur moyenne de la structure de surface mesurée, qui est également net- tement plus uniforme pour les passages que pour des tubes étirés A cela s'ajoute que la qualité de surface de tubes étirés n'est pas tou- jours constante. Avec le procédé de réalisation d'un assemblage tube/fond du type mentionné en introduction, la conséquence en est que les tubes sont certes maintenus fixement dans le fond, mais que l'étanchéité d'un as- semblage ainsi réalisé n'est pas toujours garantie. La présente invention a donc pour but de configurer un procédé du type mentionné en introduction de façon à obtenir, en plus d'un ajustement serré des tubes dans le fond, une étanchéification satis- faisante et durable entre le fond à tubes et les tubes. Selon l'invention, pour un procédé du type mentionné en intro- duction, ce but est atteint par le fait que les surfaces extérieures des tubes sont, avant leur enfilement dans les passages et au moins dans la partie de périphérie qui se trouvera ultérieurement dans les passages, amenées à une profondeur de rugosité inférieure par compres- sion sans enlèvement de matière On peut notamment faire en sorte que la profondeur de rugosité des surfaces extérieures des tubes soit ame- née à la valeur de la profondeur de rugosité des passages. Cette configuration permet d'obtenir, à la suite de l'élargissement des extrémités des tubes, un ajustement plus fiable et durablement étanche, sans qu'un joint d'étanchéité supplémentaire ou un brasage soient nécessaires Les échangeurs de chaleur pour des mo- teurs à combustion interne de véhicules automobiles qui sont réalisés conformément à l'invention résistent aux vibrations mécaniques ap- paraissant en fonctionnement suite à des chocs ou similaires, sans que l'on ait à craindre une remise en cause de l'ajustement serré et étan- che des tubes dans les passages. Bien évidemment, on pourrait également améliorer d'une autre ma- nière la qualité de surface des extrémités des tubes Mais les tubes en aluminium ou en métaux lourds non-ferreux, qui sont utilisés pour la fabrication d'échangeurs de chaleur pour des moteurs à combustion interne du fait de leurs coefficients avantageux de transfert de cha- leur, ne peuvent pas être poncés ou polis, ou seulement d'une manière très peu rentable Il s'est avéré particulièrement avantageux d'abaisser la profondeur de rugosité d'environ 4 p R, qui est présente sur des tubes étirés, à une valeur d'environ 1,1 pu et moins et, afin d'obtenir cette diminution d'une manière simple, d'utiliser un outil de roulage Bien évidemment, le procédé selon l'invention apporte éga- lement des avantages particuliers si l'on introduit en plus des man- chons de soutien dans les extrémités ouvertes des tubes lors de l'élargissement ou avant l'élargissement, manchons qui augmentent la rigidité des tubes à leurs extrémités, là o les tubes sont ajustés dans les passages Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, les surfaces extérieures des tubes sont amenées par com- pression sans enlèvement de matière à une profondeur de rugosité infé- rieure sur toute la longueur des tubes Cela apporte l'avantage d'améliorer le transfert de chaleur entre le tube et les ailettes Le roulage permet ainsi d'améliorer non seulement l'étanchéité dans la région de l'assemblage tube/fond, mais aussi le transfert de chaleur dans la région tube/ailettes. L'exposé qui suit décrit plus en détail le procédé selon l'invention à l'aide d'un exemple de réalisation qui est représenté sur les dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une représentation schématique, en coupe, d'un assemblage tube/fond réalisé conformément à la présente invention, la figure 2 représente schématiquement un outil de roulage pour la compression sans enlèvement de matière de la surface extérieure d'une extrémité de tube, et la figure 3 représente l'allure de rugosité mesurée le long d'une ligne périphérique, respectivement pour un tube roulé et pour un tube non roulé, c'est-à-dire simplement étiré. La figure 1 représente schématiquement un assemblage tube/fond tel qu'il est utilisé pour des échangeurs de chaleur, notamment pour des radiateurs de moteurs à combustion interne Dans le présent exemple de réalisation, des tubes ronds 2, qui sont respectivement maintenus par leurs extrémités dans des passages 3 d'un fond à tubes 1, sont insérés de façon étanche dans le fond à tubes 1 qui, d'une manière non représentée, est recouvert par une boîte à eau à l'état définitif du radiateur Avant leur introduction dans les passages 3, les extrémités des tubes ont été élargies radialement au moyen d'un outil correspondant introduit dans leurs côtés frontaux, de sorte qu'ils sont montés dans les passages 3 en ajustement serré et étanche Avant d'être enfilés dans les passages 3, les tubes 2, qui peuvent être par exemple réalisés en aluminium et présenter un dia- mètre de 4 à 20 am, ont été usinés de la manière représentée schémati- quement sur la figure 2 Pour cela, les extrémités des tubes sont en- filées sur un mandrin 5, qui fait partie d'un outil d'usinage qui est en outre pourvu de plusieurs cylindres 6 pouvant être uniformément pressés contre la périphérie du tube 2 Par une rotation relative du tube 2 par rapport aux cylindres 6 dans le sens de la flèche 7, qui est par exemple obtenue par une rotation conjointe du mandrin 5 et du tube 2, mais plus simplement par une rotation des cylindres 6 autour du tube fixe et du mandrin fixe 5, la surface du tube 2 est comprimée jusqu'au plan 4 dans la région terminale 2 a, ce par déformation sans enlèvement de matière, à savoir par un processus de roulage La qua- lité de surface est ainsi améliorée d'une manière décisive dans la ré- gion 2 a, par le fait que la profondeur de rugosité de la surface du tube est réduite et uniformisée. La figure 3 représente l'allure de la profondeur de rugosité me- surée sur une ligne périphérique dans la région 2 a d'un tube 2, Ri étant la profondeur de rugosité mesurée pour un tube roulé et doté d'une qualité de surface améliorée dans la région 2 a, tandis que R 2 est la profondeur de rugosité mesurée sur la périphérie d'un tube n'ayant pas été soumis à cet usinage supplémentaire, donc uniquement étiré L'analyse de ces mesures montre que la profondeur maximale de rugosité R 2, atteignant une valeur de 4,04 pu, a pu être réduite à une profondeur maximale de rugosité Ri de 1,2 pz La figure 3 montre en outre que la profondeur de rugosité a aussi pu être uniformisée d'une manière décisive sur la périphérie. Les passages 3 du fond à tubes 1 sont, d'une manière connue, réalisés en commençant par découper dans le fond à tubes 1 des ouver- tures correspondantes, qui sont ensuite déformées sur leurs bords, par l'introduction d'un poinçon, en des passages entourants 3, adaptés à la section des tubes 2 On a constaté que ce processus de déformation s'accompagne d'une compression sans enlèvement de matière sur le côté intérieur des passages 3, et que la qualité de surface sur le côté in- térieur de ces passages correspond approximativement à la qualité de surface Ri représentée sur la figure 3, qui peut être obtenue par un processus de roulage sur la périphérie extérieure des tubes 2 Avec le procédé selon l'invention, des surfaces présentant des qualités de surface approximativement identiques sont donc pressées l'une contre l'autre, de sorte qu'on peut obtenir une étanchéification nettement meilleure, avec un ajustement serré des tubes 2 dans le fond à tubes 1. Des tubes ronds sont prévus dans l'exemple de réalisation dé- crit, et l'invention peut être appliquée d'une manière particulière- ment avantageuse à des tubes présentant une section ronde Toutefois, bien évidemment, on peut obtenir le même ajustement avantageux en uti- lisant des tubes ovales roulés extérieurement dans leur région termi- nale, avec une configuration correspondante des passages. REVENDICATIONS 1 Procédé de réalisation d'un assemblage tube-fond pour un échangeur de chaleur, notamment pour des radiateurs de moteurs à com- bustion interne qui sont dotés de tubes en aluminium, selon lequel les extrémités des tubes sont enfilées dans des passages d'un fond à tubes et pressées contre les passages par élargissement radial, caractérisé en ce que les surfaces extérieures des tubes sont, avant leur enfile- ment dans les passages ( 3) et au moins dans la partie de périphérie ( 2 a) qui se trouvera ultérieurement dans les passages, amenées à une profondeur de rugosité inférieure par compression sans enlèvement de matière. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la profondeur de rugosité des surfaces extérieures des tubes est amenée à la valeur de la profondeur de rugosité des passages. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsqu'on utilise des tubes étirés, la profondeur de rugosité Rmax est abaissée d'environ 4 pu à environ 1,1 pm et moins. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise un outil de roulage ( 6) pour la compression sans enlèvement de matière. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces extérieures des tubes sont amenées par compression sans enlè- vement de matière à une profondeur de rugosité inférieure sur toute la longueur des tubes.