Brevet FR2836650A1 — publié le 20030905

La présente invention se rapporte au domaine de la fabrication de surface rainurée. Plus particulièrement, la présente invention propose un outil, une machine et une méthode pour imprimer des rainures sur la paroi interne d'un tube. Un objet pourvu d'une surface rainurée présente l'avantage de réduire la dissipation turbulente, ainsi que les forces de frottement, appelées traînée , provoquées par la différence de vitesse entre l'objet et un fluide au contact de la surface rainurée de l'objet. Cet avantage est notamment utilisé par l'industrie aéronautique et maritime. La surface extérieure des avions ou de la partie immergée des bateaux est pourvue de rainures pour réduire les forces exercées par le fluide dans lequel ils se déplacent. Les surfaces rainurées peuvent également être utilisées pour garnir la paroi interne d'une conduite convoyant un fluide. Ces rainures permettent de réduire la perte de charge due à la dissipation turbulente et aux frottements du fluide sur la paroi de la conduite. L'utilisation de conduite à paroi interne rainurée est très intéressante pour les conduites convoyant un fluide sur une grande distance, par exemple les gazoducs. Le brevet US 6,190, 594 propose de fabriquer un film dont une face comporte des rainures imprimées. En premier lieu, le film en matière plastique est extrudé à l'épaisseur souhaitée, puis un outil possédant la forme en négatif des rainures est mis en contact avec le film. Une pression applique l'outil sur le film afin de laisser l'empreinte de l'outil sur le film. Après fabrication, le film est collé sur la pièce désirée. Afin de réduire les coûts de fabrication et les temps de production, la présente invention propose d'imprimer des rainures directement sur la paroi intérieure d'un tronçon de tube. Plus précisément, la présente invention propose un outil, une machine et une méthode pour imprimer des rainures sur la paroi interne d'un tube. De manière générale, la présente invention concerne un outil pour imprimer des rainures sur une surface à rainurer, l'outil est un cylindre ayant une surface latérale en contact avec la surface à rainurer, la surface latérale comportant des gorges rectilignes et parallèles à l'axe du cylindre, la forme des gorges correspondant à la forme des rainures à imprimer. Une extrémité axiale du cylindre peut être prolongée par un cône tronqué, le rayon du cône tronqué diminue en direction de l'extrémité axiale de l'outil. La section d'une gorge peut être carrée, rectangulaire, circulaire, en forme de U ou de V. La forme de la section d'une gorge peut varier le long de la gorge. Les gorges peuvent être constituées par l'espace libre entre deux portions de fils assemblées au cylindre. Les gorges peuvent être usinées sur le cylindre. De plus, l'invention propose une machine pour imprimer des rainures sur la paroi interne d'un tube comportant un arbre fileté qui est vissé dans un écrou fixe par rapport au tube, l'axe de l'arbre fileté étant confondu avec l'axe du tube. Au moins un outil selon l'invention est monté sur l'arbre fileté, l'outil étant mobile en rotation autour de l'axe du cylindre parallèle à l'axe du tube, la surface latérale du cylindre étant en contact avec la paroi interne du tube. L'outil peut être monté sur l'arbre fileté par l'intermédiaire d'un bras. Le bras peut être mobile en rotation par rapport à l'arbre fileté et relié à l'arbre fileté au moyen d'un ressort. En outre l'invention propose une méthode pour imprimer des rainures sur la paroi interne d'un tube dans laquelle on effectue les étapes suivantes : a) on enduit la paroi interne du tube avec une couche d'enduit, b) on dispose la machine selon l'invention dans le tube, l'axe de l'arbre fileté étant confondu avec l'axe du tube, c) on actionne en rotation l'arbre fileté par rapport à l'écrou. La couche d'enduit peut comporter un matériau thermodurcissable et on peut effectuer l'étape : d) on réticule le matériau thermodurcissable. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront clairement à la lecture de la description faites ci-après en se référant aux dessins parmi lesquels : - la figure 1 schématise un outil selon l'invention pour imprimer des rainures sur une surface, - la figure 2 représente un exemple d'utilisation de l'outil selon l'invention, - les figures 3 et 4 représentent un mode de réalisation de l'outil selon l'invention, - les figures 5 et 6 représentent une machine mettant en oeuvre l'outil selon l'invention pour imprimer des rainures sur la paroi intérieure d'un tube. La figure 1 représente un outil 10, pour imprimer des rainures, constitué de trois parties X, Y et Z. La partie centrale X est un cylindre d'axe AA'qui s'étend sur une longueur axiale dl par exemple égale à 50 mm. Le rayon du cylindre est RI, par exemple égal à 20 mm. La surface latérale de la partie X comporte des gorges 1. Dans la présente description, le terme"gorge" désigne une entaille de grande longueur pratiquée dans une pièce. Les gorges 1 sont rectilignes et parallèles à l'axe AA', c'est à dire qu'elles s'étendent selon des droites sensiblement parallèles à l'axe AA'. La section d'une gorge, c'est à dire une coupe orthogonale à la longueur de la gorge, peut avoir une forme en V, en U, carrée, circulaire. Le côté d'une gorge de section carrée peut être égal à 0,02 mm. La section d'une gorge peut changer de forme, par exemple la section peut être triangulaire sur une portion de la longueur, puis être carrée sur la portion de longueur suivante. Les gorges 1 peuvent être disposées à intervalle régulier sur la surface latérale de la partie X, c'est à dire que la distance qui sépare une gorge de la gorge adjacente est identique pour toutes les gorges. Les parties Y et Z s'étendent de part et d'autre de la partie centrale X sur une distance axiale d2, par exemple égale à 5 mm. Les parties Y et Z ont une forme sensiblement tronconique, c'est à dire que chaque partie Y et Z constitue un cône tronqué. Pour chaque partie Y et Z, la base du cône tronqué ayant le plus petit diamètre constitue une extrémité axiale de l'outil 10. Les cônes tronqués des parties Y et Z ont également pour axe l'axe AA'. Par exemple, chacune des parties Y et Z forme un cône tronqué de longueur d2, la base du cône adjacente à la partie X a un rayon égal à celui du cylindre de la partie X, c'est à dire RI, et la base du cône constituant une extrémité de l'outil 10 a pour rayon R2 par exemple égal à 19,9 mm. Le rayon R2 est inférieur au rayon RI. Les surfaces latérales des cônes tronqués comportent des gorges 2 rectilignes qui constituent le prolongement des gorges 1 de la partie centrale X. La figure 2 représente un mode de mise en oeuvre de l'outil représenté sur la figure 1. La référence 5 désigne l'outil pour imprimer des rainures, la référence 6 désigne la pièce dont une surface, par exemple plane, doit être rainurée. La forme des gorges de l'outil 5 correspond à la forme des rainures à imprimer. L'outil 5 est mis en contact avec la surface de la pièce 6 à rainurer de manière à ce que l'axe de l'outil soit sensiblement parallèle à la surface de contact. Une force F est exercée sur l'outil 5 dans la direction perpendiculaire à la surface de contact entre l'outil 5 et la pièce 6. Puis l'outil 5 est déplacé selon la direction V en roulant sur la pièce 6. La direction V est perpendiculaire à l'axe de l'outil 5 et est parallèle à la surface à rainurer. Durant le déplacement de l'outil 5, la force F maintient en contact l'outil 5 sur la surface à rainurer de la pièce 6. La force F doit être suffisante pour que les gorges de l'outil 5 déforment la surface de la pièce 6. Ainsi, on imprime dans la pièce 6 la forme négative de la forme des gorges de l'outil 5. La forme conique des parties Y et Z permet d'éviter des effets non désirés pouvant se produire lors de l'impression des rainures. Pendant l'opération d'impression des rainures sur une pièce, on applique une pression avec l'outil sur la pièce. La zone de la pièce en contact avec l'outil est soumise à de fortes contraintes, par contre la zone adjacente à la zone de contact est soumise à de faibles de contraintes. Cette différence de contraintes peut provoquer un refoulement de matière depuis la zone de contact en direction de la zone adjacente. Ce phénomène est notamment visible aux extrémités axiales d'un outil cylindrique. Par contre, la forme tronconique permet de faire varier progressivement les valeurs des contraintes engendrées par l'outil au niveau de ses extrémités axiales. Ainsi, le phénomène de refoulement de matière est amoindri aux extrémités axiales de l'outil décrit en relation avec la figure 1. Il existe plusieurs modes de réalisation de l'outil décrit en relation avec la figure 1. Un premier mode de réalisation consiste à enrouler un fil autour d'un cylindre. Sur la surface latérale du cylindre, le fil est parallèle à l'axe du cylindre. Ainsi les gorges sont formées par l'espace libre formé par deux portions adjacentes de fil, chaque portion de fil s'étendant selon une droite parallèle à l'axe du cylindre et sur toute la longueur du cylindre. Pour maintenir le fil en contact sur le cylindre, d'une part, on introduit une tension dans le fil pendant l'opération d'enroulement du fil et, d'autre part, on colle le fil sur le cylindre. La figure 3 représente une partie d'une section d'un outil cylindrique. Un fil de section cylindrique est enroulé autour du cylindre 10. Les références 11, 12,13 désignent trois sections de trois portions du fil au niveau de la surface latérale de l'outil. Les portions de fils adjacents 11 et 12 sont séparées par un espace 14. La portion de fil 12 est en contact avec la portion de fil adjacent 13 pour former l'espace 15. Les espaces 14 et 15 constituent des gorges sur la surface latérale du cylindre 10. Toutes les formes possibles de la section du fil peuvent être utilisées. Par exemple la section du fil peut être triangulaire, rectangulaire, carrée ou circulaire. De plus le fil peut comporter des variations de section. La figure 4 représente une portion de fil 30 dont la section varie suivant sa longueur. La section du fil 30 est constante en forme de carré sur une longueur 11, puis le fil 30 se prolonge sur une longueur 12 avec une section en forme de rectangle. L'aire de la section en forme de carré est plus grande que l'aire de la section en forme de rectangle. La variation de section se prolonge sur toute la longueur du fil. Ainsi, la section de la gorge formée par l'espace entre deux tronçons de fils varie suivant la longueur de la gorge. Un deuxième mode de réalisation consiste à usiner la surface latérale d'un cylindre, c'est à dire à enlever de la matière pour former les gorges. L'usinage peut être effectué en utilisant des méthodes conventionnelles : fraisage, mortaisage, rainurage. Un outil est mis en contact sur la surface latérale d'un cylindre. En déplaçant l'outil selon une droite parallèle à l'axe du cylindre, on entaille la surface du cylindre. Plusieurs passes peuvent être nécessaires pour réaliser les gorges. L'usinage peut également être effectué par laser. Une diode laser dirige un rayon lumineux sur le cylindre. Le point d'incidence du rayon laser sur le cylindre est déplacé selon une droite parallèle à l'axe du cylindre. Le temps d'exposition détermine la profondeur de l'entaille. La figure 5 représente une machine pour imprimer des rainures sur la paroi intérieure d'un tube 20. Le tube 20 est fixé sur le bâti 25 de la machine. La machine comporte un arbre fileté 22 de longueur supérieure à celle du tube 20. L'arbre fileté 22 peut être guidé en translation par l'arbre 31 qui est fixé sur le bâti 25, l'arbre 31 étant introduit dans l'alésage pratiqué dans l'arbre 22. Le tube 20 est fixé sur le bâti 25 de la machine de manière à ce que l'axe du tube 20 soit confondu avec les axes des arbres 22 et 31. L'arbre 22 est vissé sur l'écrou 24 qui est fixe par rapport au bâti 25. Par exemple, une partie du bâti 25 munie d'un trou débouchant et alésé constitue l'écrou 24. L'arbre fileté est également muni d'une roue dentée 23. La machine comporte également un moteur 26 qui est en liaison glissière par rapport au bâti 25. Un arbre 29 fixé sur le bâti 25 guide en translation le moteur 26. L'axe de l'arbre 29 est parallèle à l'axe de l'arbre 31. Le moteur 26 actionne en rotation une roue dentée 27 qui coopère avec la roue dentée 23. Le moteur 26 est alimenté en énergie hydraulique, pneumatique ou électrique. Ainsi le moteur entraîne en rotation l'arbre fileté 22 par l'intermédiaire des roues dentées 23 et 27. L'engrenage composé des roues 23 et 27 peut être lubrifié. Les dents de la roue 27 sont situées au fond d'une gorge usinée sur la roue 27. Ainsi, la roue 23 peut communiquer des efforts à la roue 27 par l'intermédiaire des parois latérales de la roue 23 au contact des parois de la gorge de la roue 27, et par conséquent, la roue 23 peut communiquer un mouvement de translation au moteur 26. Un outil à rainurer 34 tel que précédemment décrit en relation avec la figure 1 est monté sur l'arbre fileté 22 par l'intermédiaire du bras 28. La figure 6 représente en détail le montage de l'outil 34 sur l'arbre fileté 22. Un bras 28 est fixé à l'arbre fileté 22 par l'intermédiaire d'un arbre 30. Le bras 28 peut consister en une poutre, c'est à dire une pièce dont la longueur est grande par rapport aux dimensions de la section orthogonale à ladite longueur. L'axe de l'arbre 30 est parallèle à l'axe de l'arbre 22. Le bras 28 est mobile en rotation par rapport à l'arbre 22 autour de l'arbre 30. Un ressort 32 est fixé d'une part au bras 28 et d'autre part à l'arbre 22. Sans sortir du cadre de l'invention, le ressort 32 peut consister en un système hydraulique ou pneumatique créant une force similaire à celle engendrée par le ressort 32. Le ressort 32 permet de limiter les déplacements du bras 28 par rapport à l'arbre 22 et de maintenir le bras 28 dans une position d'équilibre par rapport à l'arbre 22. Le bras 28 s'étend selon une direction perpendiculaire à l'axe de l'arbre 22. L'outil à rainurer 34 est fixé au bras 28 par l'intermédiaire d'un arbre 36. L'outil 34 est mobile en rotation par rapport au bras 28. L'axe de l'outil 34 et l'axe de l'arbre 36 sont confondus et sont parallèles à l'axe de l'arbre 22. Ainsi les gorges de l'outil 34 sont sensiblement parallèles à l'axe de l'arbre 22. Sans sortir du cadre de l'invention la machine pour imprimer des rainures peut comporter plusieurs bras 28 munis d'outil 34. De plus, le bras 28 peut être immobile par rapport à l'arbre 22, le ressort pouvant être remplacé par le caractère élastique du bras 28. La machine précédemment décrite en relation avec les figures 5 et 6 peut être mise en oeuvre en effectuant les étapes suivantes : Etape 1 : on enduit la paroi intérieure du tube 20 avec une couche d'enduit 21, par exemple une résine thermodurcissable telle que l'époxy. L'épaisseur de la couche d'enduit non séchée peut varier entre 0,05 mm et 5 mm. La couche d'enduit peut être déposée par projection. Etape 2 : on dispose le tube 20 dans la machine représentée aux figures 5 et 6. L'axe de l'arbre 22 est confondu avec l'axe du tube 20. La longueur du bras 28 est choisie en fonction du diamètre du tube de manière à ce que, d'une part, l'outil 34 soit en contact avec la paroi interne du tube 20 et que, d'autre part, le ressort 32 exerce une force sur l'outil 34, par l'intermédiaire du bras 28, pour créer une pression de contact de l'outil 34 sur la paroi interne du tube 20. Etape 3 : on actionne le moteur 26 pour faire tourner l'arbre fileté 22 par rapport à l'écrou 24 par l'intermédiaire des roues dentées 23 et 27. Du fait de la liaison par filetage entre l'arbre fileté 22 et l'écrou 24, l'outil 34 est animé d'un mouvement hélicoïdal. Le maintien en contact de l'outil 34 sur la paroi intérieure du tube 20 et le mouvement hélicoïdal de l'outil 34 autour de l'axe de l'arbre 22 provoquent la rotation de l'outil 34 autour de l'arbre 36. L'outil 34 roule sur la paroi du tube 20. Ainsi les gorges déforment la couche d'enduit 21 en y imprimant des rainures 35 parallèles à l'axe du tube 20. La forme des rainures imprimées correspond à la forme des gorges de l'outil 34. Etape 4 : on durcit la couche d'enduit. Dans le cas d'une résine thermodurcissable, on chauffe le tube 20 pour que la résine réticule. REVENDICATIONS 1) Outil pour imprimer des rainures sur une surface à rainurer, l'outil est un cylindre ayant une surface latérale en contact avec la surface à rainurer, la surface latérale comportant des gorges rectilignes et parallèles à l'axe du cylindre, la forme des gorges correspondant à la forme des rainures à imprimer. 2) Outil selon la revendication 1, dans lequel une extrémité axiale du cylindre est prolongée par un cône tronqué, le rayon du cône tronqué diminue en direction de l'extrémité axiale de l'outil. 3) Outil selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la section d'une gorge est carrée, rectangulaire, circulaire, en forme de U ou de V. 4) Outil selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la forme de la section d'une gorge varie le long de la gorge. 5) Outil selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les gorges sont constituées par l'espace libre entre deux portions de fils assemblées au cylindre. 6) Outil selon l'une des revendications précédentes dans lequel les gorges sont usinées sur le cylindre. 7) Machine pour imprimer des rainures sur la paroi interne d'un tube comportant un arbre fileté qui est vissé dans un écrou fixe par rapport au tube, l'axe de l'arbre fileté étant confondu avec l'axe du tube, au moins un outil selon l'une des revendications 1 à 6 est monté sur l'arbre fileté, l'outil étant mobile en rotation autour de l'axe du cylindre parallèle à l'axe du tube, la surface latérale du cylindre étant en contact avec la paroi interne du tube. 8) Machine selon la revendication 7, dans laquelle l'outil est monté sur l'arbre fileté par l'intermédiaire d'un bras. 9) Machine selon la revendication 8, dans laquelle le bras est mobile en rotation par rapport à l'arbre fileté et dans laquelle le bras est relié à l'arbre fileté au moyen d'un ressort. 10) Méthode pour imprimer des rainures sur la paroi interne d'un tube dans laquelle on effectue les étapes suivantes : a) on enduit la paroi interne du tube avec une couche d'enduit, b) on dispose la machine selon l'une des revendications 7 à 9 dans le tube, l'axe de l'arbre fileté étant confondu avec l'axe du tube, c) on actionne en rotation l'arbre fileté par rapport à l'écrou. 11) Méthode selon la revendication 10, dans laquelle la couche d'enduit comporte un matériau thermodurcissable et dans laquelle on effectue l'étape : d) on réticule le matériau thermodurcissable.