Brevet FR2836651A1 — publié le 20030905

La présente invention se rapporte au domaine de la fabrication de surface rainurée. Plus particulièrement, la présente invention propose 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 une machine et une méthode pour imprimer des rainures sur la paroi interne d'un tube. Ainsi, la présente invention concerne une machine pour imprimer des rainures sur la paroi interne d'un tube comportant un chariot sur lequel est monté un outil ayant une surface de révolution autour d'un axe de révolution, la surface de révolution comportant des gorges circulaires et perpendiculaires à l'axe de révolution, le chariot étant mobile en translation selon l'axe du tube, l'outil étant mobile en rotation autour dudit axe de révolution qui est perpendiculaire à l'axe du tube, la surface de révolution étant en contact avec la paroi interne du tube. La machine selon l'invention peut comporter plusieurs outils montés sur le chariot. Le chariot peut être guidé par un arbre parallèle à l'axe du tube. La surface de révolution de l'outil peut être un cylindre. La surface de révolution peut également être obtenue par la révolution d'un arc de cercle autour dudit axe de révolution, le rayon de l'arc de cercle étant sensiblement égal au rayon intérieur du tube. L'invention concerne également 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 telle que décrite précédemment, c) on déplace en translation le chariot sur la longueur du tube. Selon l'invention, la méthode peut comporter en outre les étapes : d) on fait pivoter le chariot d'un angle (x autour de l'axe du tube et on répète l'étape c). e) on réticule le matériau thermodurcissable si la couche d'enduit comporte un matériau thermodurcissable. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront clairement à la lecture de la description faite ci-après en se référant aux dessins parmi lesquels : - les figures 1 et 2 représentent le principe d'une machine pour imprimer des rainures sur la paroi intérieure d'un tube, - la figure 3 représente un mode de réalisation d'une machine pour imprimer des rainures sur la paroi intérieure d'un tube, - les figures 4 et 5 représentent des outils mis en oeuvre par la machine. Sur la figure 1, un chariot 42 est disposé dans le tube 41 d'axe BB'. Des outils 43 sont montés sur le chariot 42. Chacun des outils 43, décrits ultérieurement en relation avec les figures 4 et 5, a une forme de révolution autour d'un axe. Les axes de chacun des outils 43 sont perpendiculaires à l'axe BB'. Le chariot 42 est mobile en translation selon la direction de l'axe BB'. Les outils 43 sont mobiles en rotation respectivement autour de leur axe de révolution par rapport au chariot 42. Les outils 43 sont disposés sur le chariot 42 de manière à être en contact avec la paroi interne du tube 41. Lorsque le chariot 42 est animé d'un mouvement de translation selon la direction de l'axe BB', les outils 43 roulent sur la paroi interne du tube 41 en y imprimant des rainures. Pour un passage du chariot dans le tube 41, un outil 43 imprime une bande de largeur constante sur la longueur du tube 41. La figure 2 représente un chariot 46 disposé dans un tube 45 d'axe CC'. Le chariot 46 est muni de quatre outils 47 décrits ultérieurement en relation avec les figures 4 et 5. La surface de contact entre l'ensemble des outils 47 et la paroi interne du tube 45 couvre une portion angulaire du tube 45 égale à a. Ainsi pour un passage du chariot 46 dans le tube 45, les outils 47 impriment des rainures sur une bande dont la largeur correspond à un arc de cercle d'angle égal à oc. Après avoir imprimé une première bande, on fait pivoter le chariot 46 d'un angle a, puis on effectue un deuxième passage du chariot 46 dans le tube 45. Dans le cas a = 60 , il faut effectuer six passages du chariot 46 dans le tube 45 en faisant pivoter le chariot 46 d'un angle de 600 à la fin de chaque passage afin d'imprimer des rainures sur l'ensemble de la surface interne du tube. La figure 3 représente une machine pour imprimer des rainures sur la paroi intérieure d'un tube 20. La machine comporte un arbre 22 de longueur supérieure à celle du tube 20. Une rainure 24 et une crémaillère 25 s'étendent sur toute la longueur axiale de l'arbre 22. Un chariot 26, percé d'un trou débouchant, est monté sur l'arbre 22. Le trou du chariot 26 est muni d'une clavette 28 pouvant coopérer avec la rainure 24. Ainsi, le chariot 26 est libre de coulisser sur l'arbre 22. Par contre la clavette 28 empêche le chariot 26 d'effectuer des rotations autour de l'arbre 22. Sans sortir du cadre de l'invention, le système composé de la rainure 24 et de la clavette 28 peut être remplacé par tout système équivalent. Par exemple, le trou du chariot 26 et l'arbre 22 sont sensiblement de même section hexagonale. Un moteur 30 permet d'imposer un mouvement d'avance au chariot 26 en actionnant une roue dentée 31 qui coopère avec la crémaillère 25. Un bras 32 est fixé au chariot 26 par l'intermédiaire d'un arbre 34. Le bras 32 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 la direction de la longueur. L'axe de l'arbre 34 est perpendiculaire à l'axe de l'arbre 22. Le bras 32 est mobile en rotation par rapport au chariot 26 autour de l'arbre 34. Un ressort 36 est fixé d'une part au bras 32 et d'autre part au chariot 26. Sans sortir du cadre de l'invention, le ressort 36 peut consister en un système hydraulique ou pneumatique créant une force similaire à celle engendrée par le ressort 36. Le ressort 36 permet de limiter les déplacements du bras 32 par rapport au chariot 26 et de maintenir le bras 32 dans une position d'équilibre par rapport au chariot 26. Le bras 32 s'étend selon une direction perpendiculaire à l'axe de l'arbre 22. Un outil à rainurer 38 tel que décrit ultérieurement en relation avec les figures 4 et 5 est fixé au bras 32 par l'intermédiaire d'un arbre 40. L'outil 38 est mobile en rotation par rapport au bras 32. L'axe de l'outil 38 et l'axe de l'arbre 40 sont confondus et sont perpendiculaires à l'axe de l'arbre 22. Ainsi, les gorges 39 de l'outil 38 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 32 munis d'outil 34. De plus, le bras 32 peut être immobile par rapport au chariot 26, le ressort 36 pouvant être remplacé par le caractère élastique du bras 32. 1 La figure 4 représente l'outil 43 de la figure 1, l'outil 47 de la figure 2 et l'outil 38 de la figure 3, 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, c'est à dire la surface du cylindre qui s'étend entre les deux extrémités du cylindre, 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 circulaires et perpendiculaires à l'axe AA', c'est à dire qu'elles s'étendent le long de cercles inscrits dans des plans sensiblement perpendiculaires 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 ou 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 également des gorges 2 circulaires et perpendiculaires à l'axe AA'. 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 4. La figure 5 représente une autre réalisation de la partie X de l'outil représenté sur la figure 4. L'outil 10 a sensiblement une forme en tonneau obtenue par la révolution d'un arc de cercle autour de l'axe BB'. Le rayon de l'arc de cercle RI peut être égal au rayon R2 du tube 12. Les gorges 11 sont pratiquées sur la surface de révolution. Les gorges sont circulaires et perpendiculaires à l'axe de révolution, c'est à dire que les gorges s'étendent le long de cercles inscrits dans des plans sensiblement perpendiculaires à l'axe BB'. Il existe plusieurs modes de réalisation de l'outil décrit en relation avec les figures 4 et 5. Un premier mode de réalisation consiste à enrouler un fil autour d'un cylindre. Sur la surface latérale du cylindre, le fil est sensiblement perpendiculaire à l'axe du cylindre. Ainsi les gorges sont formées par l'espace libre entre deux portions de fils adjacents, chaque portion de fil s'étend selon un cercle perpendiculaire à l'axe 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. De la même façon, on peut réaliser un outil en forme de tonneau en enroulant un fil autour d'un tonneau. Un deuxième mode de réalisation consiste à usiner la surface latérale d'un cylindre, c'est à dire à enlever de la matière du cylindre. L'usinage peut être effectué en utilisant des méthodes conventionnelles : tournage, mortaisage, rainurage. Un outil est mis en contact sur la surface latérale d'un cylindre. Par rotation de la pièce par rapport à l'outil, on entaille la surface du cylindre. Plusieurs passes peuvent être nécessaires pour réaliser une gorge. L'usinage peut également être effectué par laser. Une diode laser dirige un rayon lumineux sur le cylindre. Le cylindre est déplacé en rotation par rapport au rayon laser. Le temps d'exposition du rayon sur le cylindre détermine la profondeur de la gorge. De la même façon, on peut réaliser un outil en forme de tonneau en usinant des gorges sur une pièce en forme de tonneau. Un troisième mode de réalisation consiste à empiler des disques. Les centres des disques sont disposés sur l'axe de l'outil. Le bord de chaque disque permet d'imprimer des rainures de formes déterminées sur la surface interne d'un tube. Si les disques sont tous de diamètres identiques, l'outil a une forme sensiblement cylindrique. En faisant varier la valeurs du diamètre du disque par rapport au diamètre du disque voisin, on peut obtenir un outil en forme de tonneau. La machine précédemment décrite en relation avec la figure 1 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 peut varier entre 0,05 mm et 5 mm. La couche d'enduit peut être déposée par projection. Etape 2 : on dispose la machine représentée à la figure 1 à l'intérieur du tube 20. L'axe de l'arbre 22 est confondu avec l'axe du tube 20. La longueur du bras 32 est choisie en fonction du diamètre du tube de manière à ce que, d'une part, l'outil 38 soit en contact avec la paroi interne du tube 20 et que, d'autre part, le ressort 36 exerce une force sur l'outil 38, par l'intermédiaire du bras 32, pour créer une pression de contact de l'outil 38 sur la paroi interne du tube 20. Etape 3 : on actionne le moteur 30 pour déplacer longitudinalement le chariot 26 par rapport à l'arbre 22 au moyen d'une roue dentée 31 qui coopère avec la crémaillère 25. L'arbre 22 est fixe par rapport au tube 20. Du fait de la liaison entre l'arbre 22 et le chariot 26, l'outil 38 est animé d'un mouvement d'avance longitudinal parallèle à l'axe de l'arbre 22. Le maintien en contact de l'outil 38 sur la paroi intérieure du tube 20 et le mouvement d'avance longitudinal de l'outil 38 par rapport à l'arbre 22 provoquent la rotation de l'outil 38 autour de l'arbre 40. L'outil 38 roule sur la paroi interne du tube 20. Ainsi les gorges déforment la couche d'enduit 21 en y imprimant des rainures 37 parallèles à l'axe du tube 20. La forme des rainures imprimées correspond à la forme des gorges 39. Les rainures sont imprimées sur une bande dont la largeur correspond à la portion angulaire égale à a. Etape 4 : on fait pivoter l'arbre 22 d'un angle a et on effectue l'étape 3. On répète l'étape 4 jusqu'à ce que l'ensemble de la paroi interne soit rainurée. Etape 5 : 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) Machine pour imprimer des rainures sur la paroi interne d'un tube comportant un chariot sur lequel est monté un outil ayant une surface de révolution autour d'un axe de révolution, la surface de révolution comportant des gorges circulaires et perpendiculaires à l'axe de révolution, le chariot étant mobile en translation selon l'axe du tube, l'outil étant mobile en rotation autour dudit axe de révolution qui est perpendiculaire à l'axe du tube, la surface de révolution étant en contact avec la paroi interne du tube. 2) Machine selon la revendication 1, dans laquelle au moins deux outils sont montés sur le chariot. 3) Machine selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le chariot est guidé par un arbre parallèle à l'axe du tube. 4) Machine selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ladite surface de révolution est un cylindre. 5) Machine selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ladite surface de révolution est obtenue par la révolution d'un arc de cercle autour dudit axe de révolution, le rayon de l'arc de cercle étant sensiblement égal au rayon intérieur du tube. 6) 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 1 à 5 dans le tube, c) on déplace en translation le chariot sur la longueur du tube. 7) Méthode selon la revendication 6, dans laquelle on effectue l'étape : d) on fait pivoter le chariot d'un angle a autour de l'axe du tube et on répète l'étape c). 8) Méthode selon l'une des revendications 6 et 7, dans laquelle la couche d'enduit comporte un matériau thermodurcissable et dans laquelle on effectue l'étape : e) on réticule le matériau thermodurcissable.