Brevet FR2900077A1 — publié le 20071026

La présente invention concerne un nouveau dispositif pour le cintrage de tubes ou de profilés et une machine comportant ce dispositif. L'invention se rapporte particulièrement mais non limitativement à la technique dite de cintrage par enroulement-tension dont le principe est rappelé ici en liaison avec les figures 1 à 3. Un tube (A) est immobilisé sur une forme (B) de cintrage par un mors (C). L'ensemble (forme de cintrage-mors) est mis en rotation, une réglette (D) ou des galets (E) maintiennent le tube (A) dans l'axe de la machine. C'est la technique la plus utilisée pour la fabrication de pièces industrielles. Elle permet le cintrage à rayons courts (facteur R 0,8), de tubes à parois minces (facteur E de 200). La qualité et la précision des pièces réalisées avec cette technique sont dépendantes du maintien du tube par le mors sur la forme de cintrage. Tout glissement engendre deux effets : - Création de plis à l'intrados (F) (ou intérieur)du cintre, - Altération des parties droites (G) entre cintres, d'où une dégradation de la géométrie des pièces. Le mors de serrage doit, pour être efficace, avoir une force de serrage suffisante et une grande rigidité pour transmettre la force de serrage. Sur les machines existantes, le mouvement est réalisé soit par un vérin (hydraulique ou pneumatique) associé à un système mécanique généralement un système de genouillère, soit par un moteur (électrique) associé à un système vis-écrou. Cet ensemble est monté sur un bras de cintrage tournant autour de la forme de cintrage. La conception des pièces en tube à parois minces est actuellement "bridée" par la capacité des moyens disponiblés sur le marché d'enchaîner avec plus ou moins de difficultés des cintrages dans le sens horaire (voir figure 4) et des cintrages dans le sens anti-horaire (voir figure 5). 3o Cette situation impose donc, lorsque le besoin de deux sens de cintrage est nécessaire, d'envisager une conception modulaire avec plusieurs pièces, dont chacune n'a qu'un sens de cintrage, ou l'utilisation de solutions plus lourdes et/ou plus complexes, ainsi l'état de la technique propose plusieurs solutions à savoir : • réaliser les deux sens de cintrage avec un équipement disposant de deux têtes de cintrages dont le principe est représenté à la figure 6. Le tube est successivement cintré dans un premier sens par une première tête (a) de cintrage puis en sens contraire par passage dans une deuxième tête de cintrage (b). • réaliser les deux sens de cintrage avec un équipement comportant deux outils (c, d) montés de part et d'autre d'une tête de cintrage, et dont le principe est représenté en figure 7. Les deux outils (c, d) sont montés sur le même axe (e) de cintrage, le changement de sens de cintrage nécessite une combinaison complexe de mouvements. to • réaliser les deux sens de cintrage avec deux outils (f, g) à axes de rotation commutables selon le principe de la figure 8. Dans ce cas, la commutation du sens de cintrage est très rapide, mais la mécanique est complexe. De plus, cette solution ne permet pas de changement de rayon de cintrage. • réaliser les deux sens de cintrage avec deux outils (h, i) situés sur des plans 15 différents selon le principe de la figure 9. Dans ce cas, le changement de sens de cintrage nécessité des mouvements complexes. Toutes ces solutions de l'art antérieur impliquent une mécanique plus ou moins complexe et nécessitent toutes deux outils de cintrage. De ce fait, pour les marchés les plus porteurs tels que l'automobile et 20 l'aéronautique, toujours en recherche de solutions économiques et adaptées aux changements simples et rapides de séries, le besoin des concepteurs n'est pas pleinement satisfait. L'objectif de la présente invention est de proposer une solution plus économique que celles de l'art antérieur et qui réponde aux besoins des concepteurs. 25 L'invention atteint cet objectif et consiste en une tête de cintrage par exemple pour une technique de cintrage par enroulement-tension, du type comportant un ensemble (forme de cintrage-mors) mis en rotation autour d'un premier axe, un ou des galets maintenant un tube ou un profilé serré contre la forme de cintrage pendant le cintrage, caractérisée en ce qu'elle comporte un ensemble unique (forme de 30 cintrage-mors) pouvant être positionné selon l'une ou l'autre de deux positions de départ de cintrage, symétriques par rapport à l'axe du tube de façon à permettre, soit à partir d'une des cieux positions, un cintrage dans un sens de cintrage, soit à partir l'autre position, un cintrage en sens inverse. De façon préférentielle l'ensemble unique est une tête de cintrage composée d'un plateau principal tournant autour du premier axe central, d'un galet monté concentriquement sur l'axe, et au-dessus du plateau principal, d'un mors de serrage monté en rotation autour d'un troisième axe monté lui-même excentré sur un plateau satellite monté en rotation sur un deuxième axe porté par le plateau principal et à une distance prédéterminée du premier axe. L'invention porte également sur une machine équipée d'une tête de cintrage de ce type, commandée par une commande numérique gérant l'ensemble des mouvements des composants de la machine. IO Plus particulièrement la commande numérique calcule les déplacements des composants et les paramètres de cintrage à partir des deux coordonnées planaires (x et y) et de l'angle de rotation (a) définissant les déplacements du mors. La commande numérique commande en outre classiquement un moyen de guidage-réglette, un moyen de positionnement du tube, un moyen de guidage du 15 mandrin et un moyen de positionnement du tube. Enfin, la machine présente une structure symétrique dont les changements de sens de cintrage s'effectuent par simple rotation des axes. On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description ci-après faite en référence aux figures annexées suivantes : 20 figures 1 et 2 : schémas de principe d'un ensemble de cintrage par enroulement-tension, - figure 3 : exemple de tube cintré par un ensemble des figures 1 ou 2, figures 4 et 5 : schémas de principe de cintrage en sens-horaire, ou antihoraire, 25 -figure 6 : schéma d'un équipement à deux têtes pour cintrage dans les deux sens, figure 7 : schéma d'un équipement à deux outils symétriques, figure 8 : schéma d'un équipement à deux outils commutables, - figure 9 : schéma d'un équipement à deux outils dans des plans différents, 30 figure 1O : schéma de principe d'une tête de cintrage symétrique selon l'invention, -figure 11 : schéma montrant les trois mouvements de rotation principaux, figure 12 : détail des positions des éléments constitutifs de la tête en position de départ, - figure 13 : détail des positions en phase de bridage du tube, - figure 14 : détail des positions en phase de cintrage du tube, - figures 15, 16, 17 : détail des positions pour un cintrage en sens contraire de celui obtenu avec les figures 12, 13,14, figures 18, 19 : détail des positions lorsque le mors est ouvert puis fermé, - figure 20 : représentation graphique des efforts - figures 21, 22 : schémas d'une machine complète et des mouvements de ses différents composants. L'idée inventive a consisté à développer une nouvelle architecture remplaçant le bras de cintrage actuel et qui permettrait de réaliser le cintrage de tubes à parois minces dans les deux sens (horaire et anti-horaire) avec un même outillage. Cette nouvelle architecture doit donc comporter un moyen de cintrage à structure symétrique. Sur la base de cette idée de symétrie, l'idée inventive a évolué vers le concept d'une tête de cintrage circulaire dont les caractéristiques sont représentées sur les figures 10 à 17 et qui sont les suivantes : • le bras de cintrage est remplacé par une couronne, d'où une structure symétrique de la rotation, • la rigidité est nettement meilleure car le diamètre de guidage est beaucoup plus important qu'avec un bras de cintrage, • le déplacement (serrage) du mors en translation est obtenu par trois rotations contrôlées par des axes numériques, • le déplacement linéaire du mors de serrage se fait en interpolant ces trois axes. Le système de serrage se comporte comme une bielle d'où un déplacement rapide pendant la course, où les efforts sont faibles, et plus lents en fin de course, où les efforts sont importants du fait de la triangulation des axes. De plus, le fait d'utiliser trois rotations synchronisées permet de programmer la position du mors selon deux axes perpendiculaires et une rotation. Le contrôle de l'orientation du mors de serrage par rotation permet d'optimiser le serrage. On comprendra mieux le fonctionnement de cette tête de cintrage à l'aide de la description détaillée qui suit. La tête de cintrage circulaire (1) (voir figure 10 et 11) comporte un plateau principal circulaire (2) tournant autour de son axe central (A1). Les outils de cintrage sont composés d'un galet de formage (3) monté concentriquement sur l'axe (A1) et au-dessus du plateau principal (2), d'un mors de serrage (4) à déplacement rectiligne relativement de l'axe (A3) dans un repère (Ox, Oy). to Ce mouvement rectiligne résulte du montage du mors selon un principe de l'excentrique. Le mors (4) est monté en rotation autour d'un axe (A3) monté lui-même en périphérie d'un plateau satellite (5) monté à rotation sur un axe (A2) porté par le plateau principal et à une distance prédéterminée de l'axe (A1). 15 Une réglette (6) est prévue pour guider classiquement le tube. Sur le schéma de principe de la figure 11 la tête de cintrage est composée d'un plateau principal (1) tournant autour de l'axe central (A,). Une seconde rotation (A2) solidaire de la première rotation, excentrée par rapport à l'axe (A,) permet de déplacer un point excentré de l'axe (A2) relativement à l'axe de la première rotation 20 (A,). Ce déplacement dans un plan perpendiculaire (PL,) à l'axe central (A,) permet un déplacement relatif du point (PT1) par rapport au point (PT2). L'association et/ou le déplacement combiné de ces deux axes permet de générer des trajectoires quelconques dans le plan (PL,). On définit ainsi l'origine d'un vecteur. La direction du vecteur indispensable pour le fonctionnement d'un outillage de cintrage est fourni par 25 la troisième rotation (A3) qui permet d'orienter le vecteur dans le système de coordonnées défini selon l'axe (A,). On dispose donc d'un système permettant au vecteur de se déplacer de façon quelconque dans le plan (PL,). Ce principe mécanique est applicable pour déplacer un vecteur dans un plan. 30 Ce déplacement se décompose pour le cintrage des tubes en une phase de déplacement linéaire pour serrer le tube sur la forme de cintrage, une autre phase de déplacement circulaire pour le cintrage du tube, une phase de déplacement linéaire pour le desserrage du tube. On décrit ci-après en référence aux figures 12 à 14 les phases de cintrage dans un sens et en référence aux figures 15 à 17 les phases de cintrage en sens inverse. La figure 12 correspond à une phase de chargement d'un tube (6) : le galet de formage (3) et la réglette (7) étant alignés, le mors de serrage (4) est écarté pour permettre le chargement du tube (6) par l'avant, et se trouve dans une position de départ (P1) située à une distance (S) de l'axe (A1X) de la machine. La figure 13 correspond à une phase de bridage du tube : le galet 3 ne bouge pas, la réglette vient au contact du tube (6), et la conjugaison et la synchronisation des rotations du plateau principal (2) dans le sens anti-horaire autour de (A1), du plateau satellite (5) dans le sens horaire autour de (A2) et du mors (4) dans le sens anti-horaire autour de (A3) génère un déplacement rectiligne du mors qui vient brider le tube (6) contre le galet de formage. Cette configuration du mors (3) sur un axe excentré sur le plateau satellite permet d'obtenir des efforts de bridage très importants. La figure 14 correspond à la phase de cintrage du tube : le tube (6), serré sur le galet (3) par le mors (4), est enroulé sur le galet (3) par rotation du galet dans le sens horaire autour de l'axe (A1) et par rotation du plateau satellite dans le sens horaire autour du même axe (A1), le mors pivotant autour de (A3) pour rester constamment en position optimale de serrage. La phase de débridage n'est pas représentée, dans cette phase, le galet reste fixe, une synchronisation inverse des rotations utilisées en phase de bridage permet au mors de serrage de s'écarter du galet de formage. Lorsque le mors est écarté, la réglette (7) s'écarte et recule, le plateau principal (2) revient en position pour le cintre suivant, le tube avance et le galet de formage revient en position. Une nouvelle phase de bridage peut cornmencer. Les figures 15, 16, 17 représentent les mêmes phases de fonctionnement à partir d'une réglette et d'un plateau satellite positionnés symétriquement sur la figure 15 par rapport à leurs positions de départ de la figure 12. La figure 15 représente donc une phase de chargement, la figure 16 une phase de bridage, et la figure 17 une phase de cintrage en sens inverse du cintrage obtenu avec les phases des figures 12 à 14. Le point (P2) repère la position de départ du mors qui est situé à une distance (S') de l'axe (AIX) de la machine, et symétriquement par rapport à la position de départ (P1). Les figures 18, 19, 20, représentent schématiquement les rotations (AXEZ) autour de l'axe (A1), (AXE2) autour de l'axe (A2), et (A)(E3) autour de l'axe (A3) pour 5 un cintrage en sens horaire, et montrent respectivement : - en figure 18, la position des axes lorsque le mors est ouvert, (S) indiquant le réglage initial de serrage, en figure 19, la position des axes lorsque le mors est fermé, les cotes (x) et (y) indiquant le réglage final de serrage, 10 en figure 20, la triangulation des efforts en position fermée du mors avec (Fa) pour la composante de serrage sur un axe et (Fc) pour la composante de serrage sur le tube, et (a) l'angle de rotation du mors, Tg (composante) qui montre que pour un effort (Fa) donné, lorsque l'angle alpha tend vers O, l'effort de serrage sur le tube (Ft) croit très 15 fortement (tend vers l'infini donc limité par la rigidité de l'ensemble). Le fait d'utiliser trois rotations synchronisées permet de programmer le déplacement rectiligne du mors selon deux directions perpendiculaires (0x) et (0y) et selon sa rotation d'angle (a), qui correspond à la rotation nécessaire du mors autour de son axe (A3) pour qu'il reste toujours positionné de façon optimale par rapport au 20 galet et optimiser ainsi le serrage du tube pendant la rotation dudit galet (3). Dans le cas du cintrage des tubes ou profilés décrit ci-après pour exemple, l'ensemble des fonctions et des mouvements nécessaires pour constituer une machine optimale complète intégrant une tête de cintrage selon l'invention, est détaillé ci-après en liaison avec les figures 21, 22. 25 Les moyens nécessaires sont les suivants : moyen (9) de guidage-réglette par exemple : pour le serrage et l'accompagnement du tube ou profilé, moyen ou chariot (8) de positionnement du tube : pour le serrage, l'avance et l'orientation du tube, 30 moyen de guidage (10) : pour la mise en position du mandrin (11) dans le tube avant cintrage puis son retrait après cintrage, moyen de positionnement du tube : pour son positionnement à droite ou à gauche et le retournement de la tête de serrage pour la mettre en position symétrique. Un contrôle par commande numérique permet la rotation simultanée et synchronisée des trois axes principaux mais aussi les mouvements complémentaires nécessaires, à savoir : . AXE 1 : Rotation pour cintrage du tube, . AXE 2 : Rotation pour serrage mors (4), . AXE 3 : Rotation pour orientation mors (4), Io . MVT 4 : Rotation du galet formeur (3), . MVT 5 : Serrage réglette (7) en translation, . MVT 6 : Avance réglette (7) en translation, . MVT 7 : Déplacement linéaire d'un chariot porte tube (8), . MVT 8 : Rotation pour orientation du chariot (8) pour un cintrage dans 15 un autre plan, . MVT 9 : Serrage tube. . MVT 10 : Avance et retrait de mandrin (11) . MVT 11 : Rayon de cintrage chariot (8), 20 Il est précisé que, dans l'exemple représenté, tous les mouvements de rotation sont plans et horizontaux, les axes de rotations étant verticaux et que le guidage du mandrin est classiquement horizontal, dans l'axe du tube depuis une position d'effacement ou de recul de la figure 21, selon laquelle il est retiré du tube (non visible sur la figure 21) et jusqu'à une position de travail selon laquelle il est 25 introduit à l'intérieur du tube pour éviter son écrasement pendant le cintrage. On pourrait prévoir d'autres configurations, sans sortir du cadre de l'invention, par exemple une configuration où la tête de cintrage serait verticale avec des mouvements de rotation dans un plan vertical. Une machine selon l'invention a préférentiellement une capacité de cintrage 30 des tubes de 40 à 80 mm de diamètre avec une épaisseur maximale de 2 mm pour un diamètre de 80 rnm. REVENDICATIONS 1 Tête de cintrage par exemple pour une technique de cintrage par enroulement-tension, du type comportant un ensemble (forme de cintrage-mors) mis en rotation autour d'un axe (A1), un ou des galets maintenant un tube ou un profilé (6) serré contre la forme de cintrage pendant le cintrage, caractérisée en ce qu'elle comporte un ensemble unique (forme de cintrage-mors) pouvant être positionné selon l'une ou l'autre de deux positions de départ de cintrage (P1) et (P2), symétriques par rapport à l'axe ~o du tube de façon à permettre soit à partir de (Pi) un cintrage dans un sens de cintrage, soit à partir de (P2) un cintrage en sens inverse. 2. Tête de cintrage selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'ensemble unique est une tête de cintrage (1) composée d'un plateau 15 principal (2) tournant autour de l'axe central (A1), d'un galet (3) monté concentriquement sur l'axe (A1), et au-dessus du plateau principal (2), d'un mors de serrage (4) monté en rotation autour d'un axe (A3) monté lui-même excentré sur un plateau satellite (5) monté en rotation sur un axe(A2) porté par le plateau principal et à une distance prédéterminée de 20 l'axe (AI). 3. Machine de cintrage par exemple pour une technique de cintrage par enroulement-tension, du type comportant un ensemble (forme de cintrage-mors) mis en rotation autour d'un axe (A1), un ou des galets maintenant un 25 tube ou un profilé (6) serré contre la forme de cintrage pendant le cintrage, caractérisée en ce qu'elle comporte une tête de cintrage selon l'une des revendications 1 à 2, et une commande numérique gérant l'ensemble des mouvements des composants de la machine. 30 4. Machine de cintrage selon la revendication 3, caractérisée en ce que la commande numérique calcule les déplacements des composants et les paramètres de cintrage à partir des deux coordonnées planaires (x et y) et de l'angle de rotation (a) définissant les déplacements du mors (3).'o 5. Machine de cintrage selon la revendication 3, caractérisée en ce que la commande numérique commande en outre classiquement un moyen de guidage-réglette (9), un moyen de positionnement (8) du tube, un moyen de guidage (10) du mandrin et un moyen de positionnement du tube. 6. Machine de cintrage selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce qu'elle a une structure symétrique dont les changements de sens de cintrage s'effectuent par simple rotation des axes (A,,A2,A3).