Brevet FR2691717A1 — publié le 19931203

La présente invention concerne un procédé facilitant l'introduction d'une tige de perçage dans un trou de coulée d'un four à cuve avant le durcissement complet d'une masse de bouchage qu'on a préalablement injecté dans ledit trou. Elle concerne plus spécialement un procédé dans lequel l'introduction s'effectue sans percuteur, sous l'effet d'une poussée axiale exercée par un puissant moyen d'entraînement sur la tige. L'invention concerne, par conséquent, le procédé maintenant bien connu de la tige perdue dans lequel, après avoir obturé le trou de coulée avec une masse de bouchage,15 on enfonce dans celle-ci, avant son durcissement complet, une tige métallique L'ouverture du trou de coulée est réalisée en extrayant, au moment voulu, la tige de la masse de bouchage durcie. Le plus souvent les machines utilisées pour la mise en oeuvre de ce procédé comportent un puissant percuteur pneumatique bi-directionnel, pour développer l'énergie nécessaire à l'introduction et à l'extraction de la tige. Or, un percuteur puissant, comme on l'utilise sur ces machines, n'est pas sans inconvénients D'abord, il impose d'importantes sollicitations et vibrations au matériel, notamment à la pince d'accouplement avec la tige, qui est soumise de ce fait à une usure rapide Il est de plus extrêmement bruyant, et ne remplit souvent pas les normes de plus en plus sévères visant une réduction du niveau sonore en milieu industriel. Ainsi la tendance va à la suppression du percuteur bi- directionnel Les machines de perçage de la prochaine génération travailleront avec des puissants moyens d'entraînement pour enfoncer, respectivement extraire ladite tige en force, c'est-à-dire sans percuteur. L'extraction en force de la tige s'avère assez simple. En effet, on n'a qu'à fixer fermement un accouplement, par exemple une pince, à l'extrémité libre de la tige et à faire reculer cet accouplement axialement dans le5 prolongement de la tige, sous l'action d'un puissant moyen d'entraînement, par exemple un vérin ou un moteur hydraulique La tige sera ainsi extraite en force de la masse de bouchage durcie, sous l'effet d'un simple effort axial de traction, silencieusement et sans vibrations.10 L'opération d'introduction en force de la tige est cependant moins facile En effet, il ne suffit pas d'appliquer une poussée axiale importante sur une extrémité de la tige, pour enfoncer l'autre extrémité dans la masse de bouchage en cours de durcissement Vu la longueur importante de la tige et le durcissement rapide de la masse de bouchage introduite préalablement dans le trou de coulée, la tige serait rapidement soumise à un flambage et se bloquerait dans le trou de coulée; à moins qu'on ait pris des précautions spéciales, réduisant la longueur équivalente de flambage de la tige Il est rappelé que cette dernière est une longueur fictive qui tient compte de l'influence du mode de fixation de la tige et du mode d'application de la force sur la tendance au flambage. Cette longueur équivalente de flambage peut par exemple être réduite en guidant la tige dans l'axe de la force appliquée par des guides intermédiaires On obtient un effet analogue, en appliquant la poussée axiale non à l'extrémité libre de la tige, mais, à l'aide d'un mouvement de va-et-vient d'une pince, à une distance relativement faible du trou de coulée, tel que proposée pour la première fois dans le fascicule de brevet luxembourgeois LU-87 915. Il est clair que, si on arrivait à réduire l'effort axial à appliquer à la tige pour l'introduire dans la masse de bouchage, le risque de flambage diminuerait et on pourrait par conséquent réduire les précautions à prendre contre le flambage, facilitant ainsi l'opération d'introduction de la tige dans la masse de bouchage. Le but de la présente invention est de proposer un procédé d'introduction de la tige dans la masse de bouchage, en cours de durcissement rapide, qui permet de diminuer la résistance à la pénétration de la tige dans ladite masse de bouchage. Pour atteindre cet objectif, le procédé proposé par la présente invention est essentiellement caractérisé en ce que l'on soumet la tige à introduire dans la masse de bouchage à un mouvement oscillant ou rotatif autour de son axe longitudinal. Ce mouvement oscillant ou rotatif de la tige autour de son axe longitudinal réduit la résistance à l'avancement axial de la tige dans la masse de bouchage en cours de durcissement La machine de perçage peut par conséquent travailler avec une poussée réduite pour enfoncer la tige dans la masse. Or, les avantages d'une réduction de l'effort d'introduction de la tige sont évidents En premier lieu une telle réduction permet d'avoir, pour une sécurité de flambage égale, une plus grande longueur équivalente de flambage Ceci peut par exemple se traduire en pratique par une réduction du nombre de guides intermédiaires pour25 maintenir la tige dans l'axe, ou par une augmentation de la course du mouvement de va-et-vient proposé dans le fascicule de brevet LU-87 915. De plus, une réduction de l'effort d'introduction signifie naturellement aussi, une réduction de l'énergie consommée par la machine pour chaque opération d'introduction de la tige Il est ainsi possible d'augmenter, à puissance égale, la vitesse d'introduction de la tige dans la masse On peut par conséquent gagner du temps sur l'opération d'introduction de la tige et travailler avec des masses de bouchage à solidification plus rapide, sans avoir recours à des machines plus puissantes. Il sera apprécié qu'il suffit de soumettre la tige à un mouvement oscillant autour de son axe longitudinal qui a une amplitude angulaire inférieure à 1800 pour obtenir l'effet désiré Il n'est donc pas nécessaire de soumettre la tige à un mouvement de rotation ou à des mouvements oscillants qui ont une amplitude angulaire importante. L'invention concerne également une pince spéciale qui peut être utilisée sur un affût d'une machine de perçage classique, pour transmettre à la tige ledit mouvement oscillant autour de son axe longitudinal lors de l'introduction de la tige dans la masse de bouchage en cours de durcissement. Cette pince est par exemple une pince pneumatique uni- directionnelle, qui permet de transmettre à la tige une force axiale faisant pénétrer celle-ci dans la masse de bouchage Elle est alors caractérisée par des moyens pour la faire osciller autour de son axe longitudinal lors de l'application de l'effort d'introduction à la tige. Il est évident que la pince pourrait aussi être une pince pneumatique bidirectionnelle, du genre de celles décrites dans le fascicule de brevet luxembourgeois LU-87 915 et son brevet d'addition LU-88 020 Cette pince peut alors être utilisée à la fois pour l'introduction et pour l'extraction de la tige Pendant l'extraction de la tige, le mouvement oscillatoire serait bien entendu coupé. Si la pince est une pince uni-directionnelle uniquement apte à introduire la tige dans la masse de bouchage, il faudra naturellement prévoir sur l'affût de la machine un deuxième accouplement destiné à l'extraction de la tige Ce deuxième accouplement est par exemple une pince traditionnelle montée sur une foreuse coulissable sur l'affût Cette dernière est le plus souvent montée sur l'affût derrière la première pince, pour être capable de forer le trou de coulée avec une mèche classique, lorsque le procédé de la tige perdue ne peut être utilisé pour une raison ou une autre. D'autres particularités et caractéristiques ressortiront de la description détaillée d'exemples d'applications du procédé et d'un mode de réalisation avantageux de la pince, présentés ci-dessous, à titre d'illustration, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: la Figure 1 montre schématiquement une coupe partielle longitudinale d'une machine de perçage, placée devant le trou de coulée pour l'introduction d'une tige de perçage dans la masse de bouchage; la Figure 2 montre une coupe transversale selon la ligne de coupe AA' de la Figure 1, on voit essentiellement la pince spéciale selon la présente invention; la Figure 3 montre une coupe selon la ligne de coupe BB' de la Figure 2. Toutes les Figures reprennent les mêmes chiffres de référence pour désigner les mêmes pièces. La Figure 1 montre une coupe longitudinale à travers une machine de perçage 2 qui peut être utilisée pour la mise en oeuvre du procédé de la tige perdue selon la présente invention Plus précisément elle montre une coupe partielle longitudinale à travers un affût qui est placé avec son extrémité avant en face d'un trou de coulée 6 d'un four à cuve, représenté par une coupe à travers sa paroi 4 au niveau du trou de coulée 6. Cette machine de perçage 2 est conçue pour ouvrir ledit trou de coulée 6, soit par forage classique, c'est-à-dire à l'aide d'un foret (non représenté) qui est entraîné par une foreuse 18 coulissant sur l'affût 8 et muni d'un accouplement 20 pour recevoir la mèche, soit par le procédé de la tige perdue, c'est-à-dire par extraction d'une tige qui a été introduite dans le trou de coulée 6 immédiatement après le bouchage de celui-ci avec une masse de bouchage. Cette opération d'introduction de la tige 10 dans la masse de bouchage est précisément réalisée sans percuteur à l'aide d'une pince 16 Cette dernière est montée sur un chariot 14 coulissant sur l'affût 8 et entraîné par des5 puissants moyens d'entraînement, par exemple un ou plusieurs moteurs hydrauliques 10 et une ou plusieurs chaînes sans fin 12 On notera que la tige est supportée à l'avant par un appui 13 coulissant ou fixe, qui peut aussi être conçu pour servir d'écran contre les éclaboussures sortant du trou de coulée lors de son ouverture. Pour éviter le flambage de la tige 10, lorsqu'on lui applique une force appréciable pour l'introduire dans la masse de bouchage en cours de durcissement, on peut appliquer deux procédés différents visant à réduire la tendance au flambage de la tige 10. Le premier procédé consiste à appliquer ladite force d'introduction à proximité de l'extrémité libre de la tige et à guider celle-ci dans des guides intermédiaires placés entre l'appui avant 13 et la pince 16 Sur la Figure 1 on a représenté à titre d'exemple un de ces guides par la référence 15 Ces guides intermédiaires maintiennent alors la tige 10 dans l'axe et évitent la formation d'une flèche donnant naissance au flambage de la tige 10. Le second procédé consiste à appliquer ladite force d'introduction, non à l'extrémité libre de la tige 10, mais à une distance plus rapprochée du trou de coulée 6 Lors de cette variante la pince 16 ouverte est amenée à une distance L de l'avant de l'affût 8, elle est fermée et on introduit la tige 10 dans le trou de coulée 6 en faisant avancer la pince 16, maintenant solidaire de la tige 10, de la longueur L jusqu'à l'avant de l'affût 8 (position B). Puis on ouvre la pince 16 et on la fait reculer de la longueur L pour agripper de nouveau la tige 10 et la faire entrer d'une seconde longueur L dans le trou de coulée 6. Ce mouvement de va-et-vient est répété autant de fois jusqu'à ce que la tige 10 ait pénétrée dans le trou de coulée 6 de la longueur souhaitée. La présente invention propose de conférer à la tige 10, pendant l'opération d'introduction, un mouvement oscillant ou rotatif autour de son axe longitudinal Il convient de remarquer que ce procédé, qui réduit la résistance à l'introduction de la tige dans la masse, peut être appliqué conjointement avec ledit premier procédé ou ledit second procédé décrits plus haut.10 Il sera apprécié que le procédé proposé procure ainsi des avantages appréciables aussi bien s'il est utilisé avec ledit premier procédé que s'il est utilisé avec ledit second procédé pour introduire la tige En effet, appliqué conjointement avec le premier procédé il permet de15 travailler avec moins de guides intermédiaires car l'effort axial exercé sur la tige est sensiblement diminué Tandis qu'appliqué conjointement avec le deuxième procédé, il permet d'augmenter ladite course L du mouvement du chariot 14, et de réaliser ainsi l'introduction de la tige 10 avec un nombre moins élevé de mouvements de va-et-vient de la pince 16, c'est-à-dire plus rapidement. Le procédé de la présente invention est avantageusement mis en oeuvre avec une pince 16, telle que représentée par les Figures 2 et 3, qu'on va décrire ci-après en détail. Cette pince 16 est solidaire par sa carcasse 34 du chariot 14, lequel est monté par exemple sur des patins 28 ou des galets, guidés par des profilés en "U" 22, 24 fixés face à face dans l'affût 8 En fait, l'affût 8 est par exemple constitué de deux poutres 8 a et 8 b assemblées pour former une sorte de caisson. Sur la Figure 2 ont voit que la carcasse de la pince est composée d'une partie supérieure 34 et d'une partie inférieure 32, qui sont assemblées par des éléments de fixation démontables, par exemple des boulons représentés par leur axe 33, sur la Figure 2 Ces deux demies carcasses 32, 34, délimitent, lorsqu'elles sont assemblées, une chambre cylindrique 37 dont l'axe longitudinal est parallèle à la direction de translation du chariot 14 La chambre cylindrique 37 a dans chaque base une ouverture 35, 36 centrée sur ledit axe longitudinal. A l'intérieur de la chambre cylindrique 37 est logé un corps de pince 38 Ce corps 38 est de forme cylindrique et a un diamètre et une longueur légèrement inférieurs aux dimensions correspondantes de la chambre cylindrique 37. Dans cette dernière le corps 38 repose dans deux douilles10 de glissement 40 qui servent à la fois de butées frontales et de coussinets Le corps de pince 38 peut donc tourner librement autour de son axe, qui est confondu avec l'axe de ladite chambre cylindrique De plus, il est bloqué contre tout déplacement axial par les butées frontales 40 ajustées dans la chambre cylindrique 37 et venant s'appuyer contre les deux parties frontales de la carcasse, délimitant longitudinalement la chambre 37. Le corps de pince 38 est traversé longitudinalement par un alésage axial 44 dont le diamètre est légèrement plus grand que celui de la tige 10 Il comprend au moins une paire de mâchoires 42 ', 42 '', qui sont disposées symétriquement autour de l'alésage axial 44 et peuvent être déplacées obliquement en direction de ce dernier Ces mâchoires sont déplacées pneumatiquement et sont de préférence munies d'un ressort de rappel (non représenté) pour l'ouverture Il est important de noter que ce corps de pince doit être orienté dans la chambre 37 de façon que les axes de déplacement des mâchoires 42 ' et 42 '' convergent en direction de l'arrière de l'affût Ainsi les mâchoires 42 ' et 42 '' mordent en position fermée dans la tige lorsque la pince est déplacée vers l'avant. Le corps de pince 38 est prolongé axialement par un manchon 57 à travers l'ouverture 35 Ce manchon comporte à son extrémité une manivelle 58 solidaire de celui-ci Un bras 56 est articulé par une de ses extrémités à la manivelle et par l'autre extrémité à une tige de piston 54. Cette tige de piston est guidée dans une coulisse 53 qui est située dans le prolongement d'un cylindre de vérin 52, solidaire du chariot 14 L'axe longitudinal du bras 58 est de préférence un arc de cercle de façon que le bras 58 puisse se mettre autour de la tige 10, lorsque la tige de piston 54 est entièrement sortie du cylindre 52. On remarquera qu'un mouvement de va-et-vient de la tige de piston 54 confère à la manivelle 58, donc au corps de pince 38, un mouvement rotatif oscillant d'une amplitude angulaire d'environ 90 Lorsque les mâchoires 42 ' et 42 '' dudit corps de pince 38 sont fermées sur la tige elles communiquent ce mouvement oscillant à la tige 10, en même temps qu'elles transmettent à cette dernière ledit effort axial d'introduction. Le mouvement de va-et-vient de la tige de piston 54 est obtenu en modulant de façon périodique les pression de chaque côté d'un piston 51, solidaire de la tige de piston 54 et coulissant dans le cylindre 52 du vérin 50 La fréquence de ce mouvement est de préférence déterminée, en fonction de la masse de bouchage utilisée. Vu que l'amplitude angulaire du mouvement oscillatoire du corps de pince 38 est relativement faible, on pourra alimenter en air comprimé les mâchoires 42 ' et 42 '' de façon connue avec des tuyaux flexibles On peut cependant aussi prévoir des conduites articulées ou des raccords tournants. On notera que le corps de pince 38 peut également comporter une seconde paire de mâchoires dont les deux axes de déplacement convergent en direction de l'avant de l'affût Cette pince pourra alors ainsi être utilisée pour l'extraction de la tige 10 de la masse de bouchage durcie. Les axes de la deuxième paire de mâchoires sont par exemple contenus dans un plan passant par l'axe de la pince et qui est perpendiculaire au plan de coupe de la Figure 3. Si par contre le corps de pince 38 comporte seulement une paire de mâchoires conçue pour l'introduction de la tige, on peut avantageusement remplacer l'accouplement 20 de la foreuse 18 par une pince unidirectionnelle conçue pour l'extraction de la tige 10 Cette pince 20 doit cependant prendre directement appui sur la pince 16 lors du5 mouvement de recul de cette dernière, afin d'éviter que la foreuse 18 n'ait à transmettre un effort de traction à la tige. Il est sous-entendu qu'on peut prévoir d'autres moyens que les mâchoires décrits ci-avant pour bloquer la tige en rotation et/ou pour lui communiquer un effort axial. Une clavette transversale pourrait par exemple coopérer avec des méplats usinés dans la tige de perçage 10 pour immobiliser cette dernière en rotation et en translation dans le corps de la pince 38. Il sera apprécié que la présente invention propose un procédé qui contribuera certainement de façon déterminante à l'élimination du percuteur dans ledit procédé de la tige perdue Elle constitue ainsi un apport appréciable à la protection de l'environnement, par une réduction sensible du niveau sonore autour du four à cuve De plus cette invention propose une pince de conception fiable et robuste pour la mise en oeuvre de ce procédé. 1 1 REVENDICATIONS 1 Procédé facilitant l'introduction d'une tige de perçage dans un trou de coulée ( 6), d'un four à cuve ( 4) préalablement obturé par une masse de bouchage qui n'est pas encore entièrement durcie, ladite introduction s'effectuant sans percuteur sous l'effet d'une poussée axiale exercée par un puissant moyen d'entraînement sur ladite tige ( 10), caractérisé en ce qu'on soumet la tige ( 10) à introduire dans la masse de bouchage à un mouvement oscillant ou rotatif autour de son axe longitudinal pendant qu'on lui applique ladite poussée axiale. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'amplitude angulaire dudit mouvement oscillant est inférieure à 1800. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on guide la tige ( 10) par des guides intermédiaires, lors du mouvement d'introduction. 4 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on applique ladite poussée axiale sur la tige ( 10) à une distance du trou de coulée qui est inférieure à la longueur équivalente de flambage de la tige ( 10), en ce que l'on enfonce la tige ( 10) d'une longueur (L) dans la masse de bouchage, et en ce que l'on répète ces opérations autant de fois jusqu'à ce que la tige ( 10) ait pénétré dans le trou de coulée ( 6) de la longueur souhaitée. Pince spéciale pour appliquer ledit procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par des moyens pour transmettre à la tige ladite poussée axiale et par des moyens pour conférer à la tige ledit mouvement oscillant autour de son axe. 6 Pince selon la revendication 5, caractérisée en ce que la pince est montée sur un chariot ( 14) déplaçable longitudinalement sur un affût ( 8) sous l'effet d'un système d'entraînement puissant, en ce que les moyens pour transmettre ladite poussée axiale sont des moyens pour agripper fermement la tige ( 10) pendant le mouvement d'introduction, et en ce que ces moyens sont logés dans la pince ( 16) de façon à pouvoir osciller autour de l'axe longitudinal défini par la tige ( 10). 7 Pince selon la revendication 6, caractérisée en ce que lesdits moyens pour agripper la tige ( 10) sont connectés à un mécanisme bielle-manivelle transformant un mouvement rectiligne de va-et-vient d'un vérin ( 50) en un mouvement angulaire oscillatoire desdits moyens pour agripper la tige.10 8 Pince selon l'une quelconque des revendications 5 à 7 caractérisée en ce qu'elle est munie d'un canal ( 44) pour la tige ( 10) qui la traverse axialement. 9 Pince selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisée par des seconds moyens pour agripper fermement la tige ( 10) pendant l'opération d'extraction de celle-ci.