<Desc/Clms Page number 1>
Procédé et dispositif d'hydroformage d'un élément tubulaire.
La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif d'hydroformage d'un élément tubulaire, plus particulièrement d'un élément tubulaire essentiellement rectiligne.
Les techniques d'hydroformage sont bien connues et rencontrent un succès grandissant en raison du fait qu'elles permettent, en une seule étape, de réaliser des formes complexes à partir d'une ébauche sous forme d'un élément tubulaire. L'ébauche est maintenue dans une matrice constituée de deux demi-coquilles de forme appropriée, et soumise à hydroformage par injection de fluide sous haute pression dans l'ébauche alors que la matrice est maintenue fermée à l'aide d'une presse.
Les efforts en jeu font qu'en pratique, lorsque les dimensions de l'ébauche augmentent, un outillage de plus en plus lourd doit être mis en oeuvre pour assurer le maintien de la matrice à l'état fermé.
La présente invention a pour but de permettre de faire usage de techniques d'hydroformage pour la réalisation d'éléments essentiellement rectilignes, sans nécessiter la mise en oeuvre d'un matériel important en vue du maintien de la matrice à l'état fermé. Elle a également pour but de permettre la réalisation par hydroformage, en une étape, de pièces de grande longueur.
Ces buts sont atteints par le procédé de l'invention qui consiste, dans un procédé d'hydroformage dans lequel un fluide d'hydroformage est injecté sous pression dans un
<Desc/Clms Page number 2>
élément tubulaire rectiligne maintenu dans une matrice, à réaliser la matrice sous forme d'une série d'assemblages constituant matrices élémentaires, se succédant de manière juxtaposée le long de 18U'élémeAbulaire, dans le sens longitudinal de celui-ci, à retenir en position juxtaposée les matrices élémentaires par un blocage longitudinal réalisé de part et d'autre de l'élément tubulaire,
et à assurer en cours d'hydroformage le verrouillage de chaque assemblage constituant matrice élémentaire par les forces de réaction engendrées dans le dit assemblage en réponse aux contraintes exercées par l'élément tubulaire soumis à hydroformage.
Selon un mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention, la retenue en position juxtaposée des matrices élémentaires est assurée par serrage de l'ensemble des dites matrices élémentaires entre des moyens de serrage prévus aux deux extrémités d'une barre constituant noyau, traversant axialement le dit élément tubulaire.
Selon un mode de mise en oeuvre préféré du procédé de l'invention, le fluide d'hydroformage est injecté dans l'élément tubulaire au-travers de la barre constituant noyau, et l'étanchéification des extrémités de l'élément tubulaire sur le noyau est réalisée, à chaque extrémité du noyau, par serrage de l'extrémité correspondante de l'élément tubulaire entre la dite extrémité du noyau et le moyen de serrage axial correspondant.
Toujours selon un mode de mise en oeuvre préféré du procédé de l'invention, les extrémités de l'élément tubulaire sont rétreintes sur les extrémités correspondantes du noyau, préalablement au serrage des moyens de serrage axial correspondants.
L'invention a également pour objet un dispositif pour la réalisation du procédé de l'invention, qui comprend des assemblages constituant matrices élémentaires, qui se succèdent de manière juxtaposée sur toute la longueur de l'élément tubulaire à soumettre à hydroformage pour constituer une matrice ayant la forme de l'élément à
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
obtenir, assemblages munis de moyens de fermeture autobloquants sous l'effet des contraintes exercées en cours d'hydroformage sur les matrices élémentaires, ainsi qu'une barre constituant à sa partie centrale un noyau oblong destiné à s'insérer dans l'élément tubulaire à soumettre à hydroformage, noyau dont la longueur correspond sensiblement à la longueur du dit l'élément tubulaire,
la barre se poursuivant de part et d'autre du noyau en un moyen de coopération avec des moyens de serrage axial.
Selon un mode de réalisation d'une matrice élémentaire selon l'invention, un assemblage constituant matrice élémentaire est constitué de deux demi-matrices dont les extrémités sont formées pour constituer par leur réunion, lors de la fermeture de la matrice élémentaire, des tenons destinés à coopérer avec des mortaises correspondantes formées dans des pièces de verrouillage.
Selon un mode de réalisation préféré de la matrice élémentaire, les tenons et les mortaises correspondantes présentent une légère conicité, suffisante pour faciliter l'introduction du tenon dans la mortaise, mais suffisamment réduite pour permettre un blocage tel que les forces de frottement s'opposent à l'expulsion, au cours de l'hydroformage, de la pièce de verrouillage dans laquelle est formée la mortaise.
Suivant un autre mode de réalisation d'une matrice élémentaire de l'invention, un assemblage constituant matrice élémentaire est constitué de deux assemblages de demi-matrices, juxtaposés de telle sorte que le plan de fermeture d'un des assemblages soit disposé à angle droit par rapport au plan de fermeture de l'autre assemblage, et assemblés par des goujons parallèles à l'axe de la matrice élémentaire ainsi constituée, disposés de part et d'autre de chacun des plans de fermeture des assemblages et s'insérant dans des logements correspondants des assemblages.
Suivant un mode de réalisation du dispositif de l'invention, la barre comprend un noyau cylindrique, de
<Desc/Clms Page number 4>
diamètre légèrement inférieur au diamètre interne de l'élément tubulaire et de longueur correspondant sensiblement à la longueur de l'élément tubulaire à hydroformer, noyau qui se raccorde à chacune de ses extrémités, par un épaulement conique, à une extrémité filetée, tandis que les moyens de serrage sont constitués, à chaque extrémité d'un écrou se vissant sur l'extrémité filetée de la barre et d'une plaque de poussée percée d'un orifice conique pour coopérer avec l'épaulement conique de la barre, et qu'à au moins une extrémité de la barre il est formé, au-travers de l'extrémité filetée, un conduit d'alimentation en fluide d'hydroformage qui débouche à la surface du noyau.
Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, à la transition entre le noyau et l'extrémité filetée de la barre, un épaulement droit de faible hauteur est formé entre le noyau et l'épaulement conique.
L'invention sera mieux comprise en se reportant à la description en même temps qu'au dessin annexé qui représente, uniquement à titre d'exemple, un mode de réalisation adapté à la réalisation d'éléments tubulaires comportant des déformations convenant pour la réalisation de formes d'assemblage des barreaux d'une grille. En effet, bien qu'elle s'applique à toute réalisation par hydroformage de pièces tubulaires obtenues au départ d'éléments tubulaires rectilignes, l'invention trouve une application particulière dans la réalisation par hydroformage de pièces tubulaires pourvues déformations convenant à la constitution de noeuds d'assemblage, et plus particulièrement de telles pièces tubulaires reproduisant les formes d'assemblage obtenues par expansion à chaud de barres pleines utilisées dans les grilles forgées.
Au dessin : - la fig. 1 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'un assemblage constituant matrice élémentaire, adaptée au maintien d'un élément tubulaire dans sa forme initiale,
<Desc/Clms Page number 5>
la fig. 2 est une vue en perspective d'un autre mode de réalisation d'un assemblage constituant matrice élémentaire, adaptée à la constitution dans l'élément tubulaire d'une forme d'assemblage, la fig. 3 est une vue de détail, partiellement en coupe, d'une extrémité d'une barre constituant noyau et du dispositif de serrage associé la fig. 4 est une vue d'ensemble, en coupe, d'un dispositif d'hydroformage suivant l'invention d'un élément tubulaire comme mentionné ci-avant, l'alimentation en fluide d'hydroformage n'étant pas représentée, et la fig.
5 est une vue partielle d'une grille réalisée à partir d'un élément tubulaire hydroformé suivant l'invention.
En se reportant d'abord à la vue d'ensemble de la figure 4, un dispositif d'hydroformage suivant l'invention d'un élément tubulaire rectiligne est constitué d'une matrice 1, d'une barre 2 constituant noyau traversant axialement une ébauche ou élément tubulaire 3 à hydroformer, et de moyens de serrage 4,4'. La matrice 1 est constituée selon l'invention d'une série d'assemblages 5,6 formant matrices élémentaires. Ces divers constituants seront décrits plus en détail ci-après, en se référant aux figures 1, 2 et 3.
La fig. 1 illustre un assemblage 5 constituant matrice élémentaire, adapté au maintien de la partie concernée d'un élément tubulaire dans sa forme initiale. Un tel assemblage 5 est constitué de deux assemblages partiels 7, 7' juxtaposés de demi-matrices 8,8'respectivement 8", 8"' présentant chacun un logement 9 respectivement 9'destiné à recevoir l'élément tubulaire, et un plan de fermeture 10, respectivement 10'. Les assemblages partiels 7, 7'sont juxtaposés de telle sorte que le plan de fermeture 10 de l'assemblage partiel 7 soit disposé à angle droit par
EMI5.1
rapport au plan de fermeture 10'de l'assemblage partiel 7'.
Les assemblages partiels 7, 7'sont réunis sous forme
<Desc/Clms Page number 6>
d'un assemblage 5 par des goujons 11 insérés dans les logements 12 pour se disposer parallèlement à l'axe 13 de la matrice élémentaire ainsi constituée. Les goujons se logeant dans une demi-matrice 8 d'un assemblage partiel 7, d'un même côté du plan de fermeture 10, se logent également dans les demi-matrices 8", 8"'de l'assemblage partiel juxtaposé 7', de part et d'autre du plan de fermeture 10'.
La fig. 2 illustre un assemblage 6 constituant matrice élémentaire, comportant un évidement 14 convenant pour la réalisation d'une forme d'assemblage 15 de barreaux de grille. Cet assemblage est constitué de deux demi-matrices 16, 16', se prolongeant en des saillies de section semicirculaire 17, 17'respectivement 17", 17"', orientés perpendiculairement-à l'axe 13'de la matrice élémentaire ainsi constituée. Ces saillies de section semi-circulaire sont conçues pour former par leur réunion 17, 17" respectivement 17', 17"', un tenon de section circulaire destiné à coopérer chaque fois avec une mortaise 18 correspondante dans une pièce de verrouillage 19.
Une seule pièce de verrouillage 19 avec mortaise 18, destinée à coopérer avec le tenon formé des extrémités 17', 17"', est représentée au dessin.
Suivant le mode de réalisation illustré, les tenons formés par la réunion des saillies 17, 17"et 17', 17"', et les mortaises 18 correspondantes, présentent une légère conicité. A titre d'exemple, une conicité de 1% est considérée comme une conicité suffisante pour faciliter l'introduction du tenon dans la mortaise, tout en permettant, sous l'effet des forces de frottement, un blocage du tenon dans la mortaise lors de l'hydroformage.
La fig. 3 montre une vue de détail, partiellement en coupe, de l'extrémité d'une barre 2 et des moyens de serrage 4 associés, coopérant avec l'ébauche ou élément tubulaire 3. La barre 2 proprement dite est constituée d'un corps cylindrique 19, constituant noyau, de diamètre légèrement inférieur au diamètre interne de l'élément tubulaire 3 afin de laisser subsister entre le noyau 19 et
<Desc/Clms Page number 7>
l'élément tubulaire 3, en section, un espace annulaire de dimension réduite. Ceci permet d'une part de limiter la quantité de fluide nécessaire à l'hydroformage, et d'autre part de limiter la surface d'application de pression générant dans l'élément tubulaire 3 la composante axiale des efforts.
Le corps cylindrique 19 se raccorde, par un épaulement tronconique 20, à une extrémité filetée 21 destinée à coopérer avec les moyens de serrage 4. Ces moyens de serrage 4 sont constitués d'une pièce 22 constituant écrou, agissant sur une plaque de serrage 23. La plaque de serrage 23 est percée d'un orifice 24 pour s'engager sur l'extrémité filetée 21 de la barre 2, orifice 24 se terminant par une partie tronconique 25 de conicité correspondant à celle de l'épaulement 20. De préférence l'épaulement 20 comporte une partie droite 26 de faible dimension faisant transition entre le noyau cylindrique 19 et la partie tronconique de l'épaulement 20. Un canal d'alimentation 27 pour le fluide d'hydroformage traverse l'extrémité filetée 21 pour aboutir à la surface du noyau 19.
Suivant le procédé de l'invention, appliqué au mode de réalisation illustré au dessin, en vue de la réalisation d'un barreau de grille 28 (voir fig. 5), on insère dans l'élément tubulaire 3 constituant ébauche, coupé à longueur convenable, la barre 2, de longueur prévue pour correspondre à un assemblage déterminé de matrices élémentaires 5, 6. Les extrémités 29 de l'élément tubulaire 3 sont rétreintes sur l'épaulement tronconique 20 à chaque extrémité de la barre 2. Les matrices élémentaires 5,6 sont mises en place et assemblées, et les moyens de serrage 4 sont mis en place. La poussée de l'écrou 22 sur la plaque de serrage 23 assure à la fois le maintien en position juxtaposée des matrices élémentaires et l'étanchéification de l'espace annulaire subsistant entre l'élément tubulaire 3 et le corps cylindrique 19 du noyau 2.
Cette étanchéification est assurée par la coopération de l'épaulement 20 et de l'orifice tronconique 25 pour écraser
<Desc/Clms Page number 8>
la partie rétreinte 29 de l'élément tubulaire 3. La partie droite 26 de l'épaulement 20 favorise cette étanchéification en constituant coin pour pénétrer dans la partie rétreinte 29.
Le fluide d'hydroformage est alors amené par le conduit 27 dans l'espace annulaire subsistant entre le noyau 19 et l'élément tubulaire 3. Sous l'effet de la pression, l'élément tubulaire 3 se déforme au droit des évidements 14, la forme générée étant déterminée pour utiliser la matière disponible au droit de la déformation sans apport des zones voisines. Pour présenter les qualités requises de malléabilité et de résistance aux intempéries, on fera de préférence usage, pour la réalisation de ces éléments de grille, d'ébauches en acier inoxydable.
Sous l'effet des contraintes engendrées par l'hydroformage, les matrices élémentaires 6 sont verrouillées en position de fermeture par la tendance à l'expansion des tenons 17, 17"et 17', 17"'dans les mortaises correspondantes 18. De la même manière, les matrices élémentaires 5 sont verrouillées en position de fermeture par les contraintes perpendiculaires à l'axe des goujons 11, exercées dans deux directions perpendiculaires entre elles au passage du goujon considéré dans l'assemblage partiel 7 respectivement dans l'assemblage partiel 7'.
Après hydroformage, les moyens de serrage 4 sont desserrés, les assemblages de matrices élémentaires dégagés et les extrémités du barreau hydroformé 28 découpées pour permettre le retrait du barreau 2.
Ce barreau hydroformé peut alors être usiné de manière convenable pour réaliser dans les formes d'assemblage 15 les découpes requises pour permettre l'introduction et le soudage de barreaux cylindriques 30 en vue de la constitution d'une grille.
Bien entendu l'invention s'applique également à la réalisation d'éléments tubulaires hydroformés autres que des barreaux de grilles, la réalisation de ces derniers
<Desc/Clms Page number 9>
n'ayant été décrite qu'à titre d'exemple d'un mode de réalisation préféré de l'invention.
C'est ainsi par exemple qu'en prévoyant le long de l'ébauche 3 des orientations diverses des assemblages 6 constituant matrice élémentaire, on obtient un élément comportant des déformations convenant pour la réalisation de formes d'assemblage de structures en trois dimensions, utilisables en mobilier, ou encore en structures portantes.
Il convient enfin de souligner que la réalisation d'une matrice à partir de matrices élémentaires, en raison précisément du caractère modulaire de la matrice réalisée, permet une grande souplesse d'utilisation dans l'adaptation du dispositif à différentes réalisations.