Brevet FR2832943A1 — publié le 20030606

PROCEDE, DISPOSITIF POUR LE CRANTAGE DE TUBES ET TUBE OBTENU PAR LA MISE EN CEUVRE DU PROCEDE L'invention se rapporte à un procédé et à un dispositif pour le crantage de tubes. Par tube on désigne ici un corps creux, notamment cylindrique, ouvert ou fermé, réalisé en matériau métallique ou tout autre matériau équivalent. Dans de nombreux domaines industriels, on est amené à réaliser des crans sur des tubes creux, un tel crantage étant réalisé, par exemple, pour les barres de support avec cliquet pour frein à main, les crémaillères, ou bien les ossatures d'appuis-tête de véhicules automobiles. Dans cette dernière utilisation particulière, les crans des tubes doivent présenter des bords vifs et nets pour obtenir un réglage franc de la hauteur de l'appui-tête et pour éviter que l'appui-tête ne soit déplacé facilement et déréglé lorsqu ! une pression faible est appliquée, par exemple par un enfant. Des ossatures d'appui tête en forme de tube en U à crans sont décrites par exemple dans les documents suivants : - demandes de brevet en France publiées sous les numéros 2 755 915, 2 751 926, 2 734 612,2 734 216,2 721 267,2 704 188,2 666 771 ; - demandes de brevet européen publiées sous les numéros 1 108 607, 1 046 541, 953 477, 875 417, 743 222,687 590, 412 307 ; - brevets américains publiés sous les numéros 5 478 136, 5 398 996, 5 257 853,5 165 754, 4 390 209. On connaît déjà, dans l'art antérieur, différents procédés permettant de pratiquer sur des tubes un crantage à angles vifs, avec ou sans enlèvement de matière. Le crantage de tubes par usinage avec enlèvement de matière présente de nombreux inconvénients et n'est plus envisagé, car fragilisant beaucoup trop le tube. En revanche, de nombreux procédés de crantage de tube sans enlèvement de matière sont proposés dans l'art antérieur. Le document EP-A-0 974 409 décrit un procédé de crantage mettant en oeuvre une machine de rivetage à train épicycloïdal et calotte sphérique, connue en elle-même, comportant, en lieu et place de sa bouterolle, un poinçon adapté au profil du crantage à réaliser. Ce poinçon est entraîné dans un mouvement complexe se décomposant en un mouvement de translation et un mouvement orbital. Le tube à cranter est placé dans une rainure d'une demi-coquille fixe, une demi-coquille mobile ou serre-flan étant pourvue d'une rainure située en regard de la rainure de la demi-coquille fixe. Le procédé décrit dans le document EP-A-0 974 409 présente de nombreux inconvénients. En particulier, la productivité obtenue est très faible, et peu compatible avec les exigences du secteur de la construction automobile. Par ailleurs, comme mentionné dans ce document antérieur, le mouvement du poinçon est complexe et s'avère difficile à contrôler, de sorte que la qualité des crans obtenus sur le tube est sujette est variations, et ce en dépit d'un blocage de la rotation du poinçon de crantage par un anti-dériveur. Le document FR-A-2 805 481 décrit un procédé de crantage de tubes par estampage à la presse. Le procédé met en oeuvre une matrice comprenant une partie de matrice inférieure, une partie de matrice droite supérieure et une partie de matrice gauche supérieure. Une gorge est ménagée sur la partie de matrice inférieure pour recevoir le tube à cranter. Puis les parties de matrice supérieure gauche et droite sont plaquées contre le tube à cranter, la matrice obtenue comportant des trous traversant au travers desquels des poinçons viennent estamper le tube. Le procédé décrit dans le document FR-A-2 805 481 présente de nombreux inconvénients. En particulier, pour minimiser l'amplitude de l'affaiblissement par cisaillement, il est nécessaire d'ajuster les dimensions de la partie indentée et de l'encoche. A défaut, les crans portent des bavures : le crantage de tubes par déformation sous presse, tel que décrit dans le document FR-A-2 805 481, entraîne un affaissement nécessitant une reprise d'usinage pour obtenir des angles vifs. La productivité obtenue par le procédé d'estampage est faible. Afin de contrô ! er l'épaisseur et) a section du tube lors du crantage par estampage, le document EP-A-1 112 791 propose la mise en place d'un mandrin et le pressage en plusieurs passes. Un tel procédé ne permet pas d'assurer une grande productivité et ne peut, par sa nature même, être mis en oeuvre avec des tubes fermés. Le document WO-A-01/15827 décrit un dispositif de crantage comprenant un outil de formage coulissant. D'autres procédés de crantage de tubes sont décrits dans les documents DE-U29717174, DE-U-29714315, EP-A-0 867 334. L'invention vise à fournir un procédé et un dispositif de crantage de tubes ne présentant pas les inconvénients des procédés et dispositifs connus à ce jour. L'invention vise en particulier à fournir un procédé assurant une productivité accrue, une plus grande régularité de formes pour les crans, l'absence de bavures et de reprises d'usinage, les crans étant formés sans enlèvement de matière et sans affaiblissement notable de la résistance du tube. A ces fins, l'invention se rapporte, selon un premier aspect, à un procédé de crantage d'un tube, ce procédé comprenant un mouvement de va et vient d'au moins un galet presseur, mouvement au cours duquel ce galet vient presser localement et déformer plastiquement la paroi du tube, le mouvement du galet presseur étant formé par la combinaison d'au moins deux déplacements à savoir : - un premier déplacement, sensiblement rectiligne, en va et vient, au cours duquel le galet vient rouler en appui contre la paroi du tube ; - un deuxième déplacement, dit d'avance, dont la résultante est sensiblement perpendiculaire à la direction du premier déplacement, la déformation plastique du tube étant ainsi obtenue en au moins deux passes du galet presseur. Selon une caractéristique, le procédé comprend une étape de contrôle d'un paramètre choisi parmi le groupe comprenant : l'effort d'appui du galet presseur sur le tube, la position du galet lors de ses contacts avec le tube. L'invention se rapporte, selon un deuxième aspect, à une machine pour la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus, cette machine comprenant des moyens de maintien temporaire d'au moins un tube en position prédéterminée et des moyens d'entraînement motorisé de galets presseurs suivant leur premier déplacement. Selon diverses réalisation, la machine présente les caractères suivants, éventuellement combinés : - elle comprend des moyens pour provoquer le deuxième déplacement, dit déplacement d'avance, du galet presseur, de manière contrôlée, ces moyens comprenant un moyen choisi parmi le groupe comprenant les ressorts, les actionneurs tels que vérins ; - elle comprend un chariot motorisé porte galet, ce chariot étant entraîné en va et vient suivant ledit premier déplacement et étant monté mobile en rotation autour d'un axe sensiblement perpendiculaire à la direction de ce premier déplacement ; - elle comprend trois galets presseurs de diamètres sensiblement identiques dont les axes de rotation sont sensiblement alignés suivant la direction dudit premier déplacement en va et vient ; - elle comprend des moyens d'asservissement du déplacement des galets presseurs en fonction d'au moins un paramètre choisi parmi le groupe comprenant : l'effort d'appui du galet presseur sur le tube, la position du galet lors de ses contacts avec le tube ; - l'asservissement est de type électro-hydraulique. L'invention se rapporte, selon un troisième aspect, à un tube d'appui-tête obtenu par la mise en oeuvre du procédé tel que défini auparavant. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante de modes de réalisations, description qui va être effectuée en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue de dessus d'une machine de crantage mettant en oeuvre le procédé de l'invention, selon un mode de réalisation ; - la figure 2 est une vue latérale de la machine de la figure 1, selon la flèche II ; - la figure 3 est une vue latérale de la machine de la figure 1, selon la flèche III. La description suivante va être effectuée en relation avec le crantage d'un tube en U du type de ceux employés conventionnellement pour les ossatures d'appuis-tête. Ainsi que le comprendra l'homme du métier, le procédé et le dispositif de l'invention permettent également la réalisation de crans sur d'autres types de tubes, tels que par exemple ceux employés pour les crémaillères ou les barres de support avec cliquet pour frein à main. Sur les figures, un tube 1, en U, est maintenu en position par des moyens 2 tels que matrice à gorge, dans le volume de travail d'une machine 3. Dans le mode de réalisation représenté, le tube 1 est introduit dans le volume V, par un mouvement selon la flèche F, les deux branches sensiblement parallèles 4,5 du tube 1 s'étendant suivant la direction Dl. Cette direction Dl sera considérée verticale, dans la suite de cette description. Il est entendu toutefois que cette disposition n'est qu'arbitrairement employée, afin de simplification. En effet, ainsi que le comprendra l'homme du métier, le fonctionnement de la machine n'est en rien conditionné par la disposition de la direction Dl. Le maintien en position du tube dans ses gorges de réception pourra être obtenu à l'aide de moyens tels que des mâchoires de serrage, par exemple. Dans le mode de réalisation représenté, le tube est de section sensiblement circulaire. Il est entendu toutefois que le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre pour des tubes de section ovale ou polygonale. La machine 3 est pourvue de trois galets profilés 6,7, 8, montés en rotation suivant la direction Dl. Dans une réalisation, ces trois galets 6,7, 8 sont montés sur un chariot coulissant suivant la direction D2, ce chariot étant lui-même monté articulé suivant la direction Dl par rapport au bâti de la machine 3, bâti sur lequel est maintenu le tube 1 à cranter. Des moyens de mise sous pression contrôlée assurent l'appui des galets 6,7, 8 sur le tube 1 à cranter. Dans une première mise en oeuvre particulière, ces moyens comprennent un ressort de torsion monté sur l'axe 10. Dans une deuxième mise en oeuvre particulière, ces moyens comprennent un ressort de compression monté entre une butée d'appui 11 et le châssis coulissant 12 supportant les galets 6,7, 8, ce ressort étant schématisé par la référence 13 en figure 1. Ce ressort de compression 13 est, en variante, combiné au ressort de torsion monté sur l'axe 10 du chariot 12. En variante, un vérin simple effet est disposé en lieu et place du ressort 13. Les première et deuxième mises en oeuvre mentionnées ci-dessus conduisent à un déplacement sensiblement rectiligne du chariot porte galet, suivant la direction D2. La demanderesse a toutefois constaté qu'un tel mouvement sensiblement rectiligne pouvait conduire à des contraintes résiduelles importantes sur les encoches voire à de légers défauts de forme de ces encoches par suite d'une déformation plastique importante de la matière formant le tube 1. Aussi, dans une troisième mise en oeuvre, le chariot 12 porte galets est commandé, dans son mouvement de rotation autour de l'axe de rotation 10, par un moyen tel qu'un vérin à double effet. La commande des mouvements de tige de vérin est effectuée, dans une variante, en fonction du déplacement du chariot. Dans une autre variante, la commande des mouvements de tige de vérin est effectuée en fonction de la contrainte subie par le chariot lors du passage d'un galet sur le tube 1, cette contrainte reflétant l'effort de déformation plastique subi par la matière du tube en cours de crantage 1. Il est ainsi possible de travailler en pression variable des galets sur le tube 1, par exemple croissante puis sensiblement constante puis décroissante. L'homme du métier saura, pour une matière de tube déterminée, adapter expérimentalement le profil de pression offrant le compromis le plus adapté à ses besoins entre temps de fabrication et contraintes résiduelles. Les mouvements d'avance et recul du chariot portant les galets 6,7, 8 sont motorisés et rapides, de l'ordre de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de va et vient par minute. La demanderesse a constaté que le procédé tel qu'il vient d'être décrit permet des gains extrêmement importants en productivité, par rapport aux procédés connus antérieurement, tout en assurant une grande régularité dans la forme des crans, la matière formant le tube n'étant pas amincie en fond d'encoche. La machine 3 peut comporter un, deux ou plus de deux galets. Les galets peuvent être profilés pour la réalisation d'une ou plusieurs encoches sur le tube. Les galets peuvent être disposés avec leurs axes de rotation sensiblement parallèles, comme représenté. Dans d'autres modes de réalisation, non représentés, les axes de rotation des galets ne sont pas alignés, par exemple pour la formation de crans négatifs. La position des axes de rotation des galets est asservie, dans une réalisation, à la position ou à la force du galet sur le tube à cranter. Le cas échéant, les galets peuvent être disposés selon plusieurs rangées sensiblement parallèles, de sorte à réaliser deux ou plus de deux encoches en même temps. Ainsi que comprendra aisément l'homme du métier, en bridant le tube 1 suivant un angle déterminé par rapport à la direction D3 de la figure 1, il est possible de disposer les crans suivant toute orientation : face interne du tube comme représenté en figure 1 du document FR-A-2 805 481, ou face externe du tube comme représenté dans le document FR-A-2 771 686, ou bien encore vers l'arrière de l'appui-tête comme représenté dans le document FR-A-2 764 850, ou vers l'avant de l'appui tête comme envisagé dans le document FR-A-2 758 296. Le procédé selon l'invention permet le crantage dans des temps très courts de tubes d'ossature d'appui-tête, de l'ordre de quelques secondes. REVENDICATIONS 1. Procédé de crantage d'un tube, caractérisé en ce qu'il comprend un mouvement de va et vient d'au moins un galet presseur, mouvement au cours duquel ce galet vient presser localement et déformer plastiquement la paroi du tube, le mouvement du galet presseur étant formé par la combinaison d'au moins deux déplacements à savoir : - un premier déplacement, sensiblement rectiligne, en va et vient, au cours duquel le galet vient rouler en appui contre la paroi du tube ; - un deuxième déplacement, dit d'avance, dont la résultante est sensiblement perpendiculaire à la direction du premier déplacement, la déformation plastique du tube étant ainsi obtenue en au moins deux passes du galet presseur. 2. Procédé de crantage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de contrôle d'un paramètre choisi parmi le groupe comprenant : t'effort d'appui du galet presseur sur le tube, la position du galet lors de ses contacts avec le tube. 3. Machine pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de maintien temporaire d'au moins un tube (1) en position prédéterminée et des moyens d'entraînement motorisé de galets presseurs suivant leur premier déplacement. 4. Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour provoquer le deuxième déplacement, dit déplacement d'avance, du galet presseur, de manière contrôlée, ces moyens comprenant un moyen choisi parmi le groupe comprenant les ressorts, les actionneurs tels que vérins. 5. Machine selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce qu'elle comprend un chariot motorisé porte galet, ce chariot étant entraîné en va et vient suivant ledit premier déplacement et étant monté mobile en rotation autour d'un axe (10) sensiblement perpendiculaire à la direction de ce premier déplacement. 6. Machine selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend trois galets presseurs (6,7, 8) de diamètres sensiblement identiques dont les axes de rotation sont sensiblement alignés suivant la direction dudit premier déplacement en va et vient. 7. Machine selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens d'asservissement du déplacement des galets presseurs en fonction d'au moins un paramètre choisi parmi le groupe comprenant : l'effort d'appui du galet presseur sur le tube, la position du galet lors de ses contacts avec le tube. 8. Machine selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'asservissement est de type électro-hydraulique. 9. Tube obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est un tube d'armature d'appui-tête.