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pour : "Perfectionnements aux procédés pour configurer ou conformer des tuyaux"
La présente invention a pour objet un procédé de configuration ou de conformation de tuyaux et, plus particulièrement, un procédé pour configurer ou conformer des tuyaux et pour régler l'épaisseur de leurs parois.
Conformément à l'invention, le procédé perfectionné de configuration d'un tuyau ayant primitivement une section transversale uniforme consistes
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à appliquer, à une section de tuyau limitée avançant progressivement, 'uns pression déformante au moyen d'un outil occupant une position telle qu'il déplace la paroi du tuyau vers l'intérieur, en même temps que l'on provoque un mouvement relatif de rotation entre le tuyau et l'outil; à renforcer le tuyau immédiatement en avant de la section subissant la déformation de manière à obliger le métal du tuyau à s'écouler vers l'intérieur en arrière de la ligne de renforcement en produisant un épaulement formant une hélice à faible pas ;
enfin à faire avancer de manière continue l'outil conformateur par rapport à l'épaulement en formation et contre celui-ci, le taux d'avancement par cycle de rotation relative du tuyau étant sensiblement inférieur à la longueur de la section limitée du tuyau soumise d'une manière continue à la pression déformante afin d'empêcher la formation d'une rainure hélicoïdale no- table dans le tuyau en obligeant chaque partie de celui-ci à être soumise de manière répétée et progres- sive, pendant la rotation, à la pression de l'outil conformateur pendant qu'elle passe à travers la région de d éformation.
En renforçant le tuyau non déformé immédiatement en avant de l'épaulement ou sec- tion qui subit la déformation, on limite Inaction déformante à la région immédiatement voisine du bord et de la face avant de 1.outil conformateur. Comme -résultat de cette limitation et de l'avance concurrente de l'outil conformateur contre l'épaulement formé dans le tuyau en rotation, la ligne d'attaque de la surface active de l'outil conformateur se trouve le long d'une hélice à très faible pas, ce qui fait qu'à chaque
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instant une très petite quantité de métal seulement subit effectivement la déformation et est obligée de s'écouler le long de la surface active de l'outil conformateur depuis le bords:
de l'épaulement jusquà, la base de celui-ci, point où Inaction déformante est achevée et où la configuration externe désirée a été donnée à l'extérieur du tuyau.
Pour l'obtention de ces résultats il est nécessaire que la vitesse d'avancement de l'ou- til conformateur soit relativement faible par rapport à la vitesse de rotation du tuyau, de telle manière que chaque section du tuyau, lorsqu'elle passe à travers la-zone de déformation,soit mise en contact de manière répétée mais progressive avec la surface active de l'outil conformateur pendant le déplacement de ce dernier à travers la zone de déformation que chaque section du tuyau doit traverser.
En limitant ainsi la ligne d'attaque à une région nettement restreinte, à chaque instant, et en limitant la région dans laquelle les efforts de déformation s'exercent, on a la possibilité de soumettre le tuyau à un degré extrême de déforma- tion, ce qui se traduit, dans le tuyau résultant, par une réduction profonde de diamètre,bien que le degré de cette réduction soit contrôle à tout moment par la position radiale de l'outil conformateur par rapport à l'axe du tuyau, position qui, dans le cas actuel, est déterminée par la configuration d'un calibre ou gabarit allongé dont le bord actif représente le contour ou profil que l'on désire donner à l'exté- rieur de la section déformée du tuyau.
L'opération de déformation, avec
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la diminution résultante de diamètre,donne lieu à une redistribution du métal, ce qui de toute nécessité doit avoir pour conséquence soit un allongement du tuyau soit un épaississement des parois, soit encore diverses combinaisons de ces deux résultantes, pour compenser la réduction de diamètre à laquelle le tuyau est soumis.
La présente invention prévoit des moyens pour le contrôle prédéterminé de ces fac- teurs entre des limites convenablesde telle manière qu'il soit possible, non seulement de donner la confi- guration externe désirée à chaque portion de la sec- tion déformée du tuyau, mais encore de régler l'épais- seur de sa paroi en dirigeant ou.en réglant convenable- ment, en direction et en volume, l'écoulement du métal d'une manière qui correspond, à chaque instant, aux efforts de déformation, ainsi que cela sera décrit ci-après en détail.
Par un réglage convenable des divers facteurs intervenant dans la redistribution du métal, il est possible non seulement de donner rapidement et avec précision la configuration et 1=épaisseur de paroi désirées à des métaux relative- ment mous et ductilesp comme le cuivre et l'aluminium, mais encore de déformer profondément le contour et de régler l'épaisseur de paroi de tuyaux en acier relativement dur et de leur donner des formes compor- tant un degré de déformation dépassant tout ce qui avait été essayé jusqu'ici à la connaissance de la demanderesse
Les tuyaux ainsi conformés peu² vent être utilisés pour de hombreuses applications
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comprenant des éléments de construction pour les meubles ou l'ameublement de types divers,
de même que pour la réalisation de tiges de forme convenable pour la trans- mission de l'énergie dans les machines ou ailleurs ; procédé peut également être utilisé pour conformer des éléments formant d'abord une seule longueur de tuyau et coupés ensuite pour la réalisation de produits de lon'- gueur, de forme et dépaisseur de paroi égales.
On comprend diaprés la description précédente des diverses opérations que comporte le procédé objet de l'invention que lorsque des mouvements sont définis comme se produisant entre l'outil conforma- teur et le tuyau, on entend se référer aux mouvements relatifs plutôt qu'aux mouvements absolus, bien que, pour la clarté de la description, on préfère se référer à des machines ou à des appereils dans lesquels des mouvements absolus radiaux et longitudinaux sont imprimés à l'outil ou aux outils conformateurs plutôt qu'au tuyau et dans lesquels un mouvement de rotation est imprimé au tuyau plutôt qu'à l'outil.
Il est entendu également que dans la détermination des divers facteurs qui vont être décrits maintenant, cette détermination peut être avanta- geusement et rationnellement contrôlée entre des limites très écartées, ce qui fait qu'il n'est pas possible de définir en détail chaque combinaison possible de conditions pouvant se présenter;
toutefois la descrip- tion donner ci-après concerne un procédé qui a été appli- qué avec succès pour un très grand nombre de configura- tions possibles et pour des tuyaux en acier, en cuivre, en laiton et en aluminium ayant des diamètres divers et des valeurs diverses dépaisseur de paroi, lesquels sont
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tous susceptibles de subir les opérations actuellement définies entre des limites écartées de déformation et d'épaisseur de paroi, avec un choix convenable d'outils conformateurs pour répondre aux besoins particuliers conformément aux principes qui seront plus complètement précisés ci-après.
Pour rendre plus claire la nature du procédé objet de l'invention et pour mettre en lumière les divers facteurs qui interviennent, on se référera au dessin annexé qui représente, à titre d'exemple seulement, un mode de réalisation approprié d'une machine et de divers outils conformateurs pouvant être avantageusement utilisés avec ladite machine.
Sur ce dessin :
La figure 1 est une coupe longi- tudinale de la machine avec arrachement partiel de sa partie centrale;
La figure 2 est une coupe hori- zontale des principales parties actives de ladite machine, coupe faite par 2-2 de la figure 1 ;
La figure 3 est une coupe de détail montrant la surface active d'un outil conforma- teur présentant un angle relativement grand d'obliquité faciale et un rayon relativement grand de courbure sur son bord, outil servant à augmenter l'épaisseur de paroi du tuyau;
La figure 4 est une vue semblable montrant la surface active d'un outil conformateur présentant un angle nul ou négligeable d'obliquité faciale et un rayon de courbure relativement petit, pour la réduction de l'épaisseur de paroi du tuyau ;
La figure 5 ést une vue semblable
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montrant un outil qui comporte en partie une surface marginale droite pour unir ou pour lisser toutes rainures ou nervures qui pourraient subsister dans le tuyau après son passage dans la région de déformation la plus active;
La figure 6 est une vue en élevai tion latérale d'arrière d'un outil conformateur présen- tant un bord actif droi'G-6F-a-n-s'la direction longitudinales la figure montrant-en pointillé diverses formes possi- bles du bord s'écartant de la forme rectiligne précitée';
La figure 7, enfin, est une vue de face d'arrière d'un outil affectant la forme d'un galet, ou molette, et non d'une barre fixe, en vue de la réduction du frottement lorsqu'une telle réduction est désirable.
Sur le dessin, X désigne l'état primitif, ou état avant déformation, du tuyau et Y ; le tuyau dans son état fihal, ou état déformée Z étant ; la zone de déformation active dans laquelle le métal s'écoule en formant un épaulement qui avance constam- ment et qui mesure la réduction de diamètre avant et après les opérations décrites ici.
L'extrémité déformée du tuyau est saisie dans un mandrin 10 qui, comme le montre le dessin, n'a pas besoin désire commandé positivement (bien qu'il puisse l'être) mais qui doit serrer et maintenir l'extrémité du tuyau avec une force suffisan- te pour l'empêcher de se dégager et de se déplacer d'une seule pièce longitudinalement lorsqu'il est sou- mis à la tension produite par l'avancement de l'outil conformateur contre' 11 épaulement se produisant dans la zone de déformationo L'extrémité opposée du tuyau
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(extrémité de la section non déformée X) est saisie et maintenue par le mandrin 11 avec une force suffi- sante pour qu'un mouvement rapide de rotation soit imprimé au tuyau, ledit mouvement de rotation étant:
, bien entendu, communiqué à toutes les parties du tuyau et au mandrin 10.Pour l'adaptation aux variations dans la longueur du tuyau qui sont la conséquence de sa réduotion de diamètre pendant le processus de défor- mation, on fait porter le mandrin 11 par un arbre rainuré 12 qui est libre de se mouvoir longitudinalement mais sur lequel sont montées au moyen de clavettes une série de poulies 13 destinées à être commandées par des courroies et par une source de force motrice qui nont pas besoin d'être décrites en détail. L'ou- til conformateur 14 est monté sur une plaque coulis- sante 15 supportée à son tour par un chariot 16 monté de manière qu'il puisse sedéplacer longitudinalement par rapport à l'axe du tuyau.
Dans certains cas il est désirable de prévoir un jeu de deux ou plusieurs outils conformateurs qui peuvent soit agir simultané- ment sur des cotés opposés de la partie formant épau- lement du tuyau, soit, si on le désire, être réglés pour agir successivement sur la marne partie du tuyau ou encore successivement ou simultanément sur des sections différentes du tuyau ; une telle disposition multiple des organes est représentée sur la figure 2, mais il est bien entendu que la description de l'un de ces outils avec ses annexes est applicable à tous les autres.
Les outils représentés sur la figure 2 affectent la forme de barres droites fixes présentant des bords actifs arrondis et des faces avant disposées obliquement ; un outil en forme de
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galet ou de molette, semblable à celui représenté sur la figure 7, peut toutefois être utilisé.
Le chariot est mobile longitudi- nalement par rapport à un calibre ou gabarit fixe 17 dont le bord interne a une configuration représentant par son contour la configuration externe que l'on désire donner au tuyau; pour transmettre à l'outil les mouvements radiaux convenables vers l'intérieur et vers l'extérieur correspondant au dessin du gabarit, on a monté un galet 18 sur la plaque coulissante et on le maintient en contact avec le bord contourné du calibre sous l'action d'un ressort 19 qui pousse constamment la ou les plaques coulissantes vers l'extérieur.
Pour permettre l'utilisation d'un gabarit relativement mince ou léger, pouvant être facilement mis en place ou enlevé lorsqu'on désire le remplacer, et pour maintenir avec certitude sa dis- tance exacte à l'axe du tuyau dans la région soumise à la poussée de l'outil conformateur, ou au voisinage de cette région, on a prévu sur le chariot un galet 20 qui porte contre le bord rectiligne arrière du calibre, bord qui est parallèle à l'axe du tuyau; dans ces conditions, lorsque le chariot avance, le calibre est maintenu dans la relation exacte d'espacement par rapport à l'axe du tuyau, indépendamment des autres moyens qui peuvent être prévus pour maintenir ledit oalibre en place.
L'Evancement du chariot est pro- duit par l'action d'une vis 21 qui est reliée par des engrenages réducteurs 21' au mécanisme de commande de la rotation du tuyau, de telle manière que le tuyau reçoit un mouvement de rotation à vitesse relativement
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élevée par rapport à l'avancement du chariot; toute- fois le rapport des vitesses peut être modifié par remplacement des différents engrenagesdu train réduc- teur ou par variation du pas de la vis, ce qui permet de réaliser un rapport désiré de la vitesse de rotation du tuyau à la vitesse d'avancement du chariot.
Dans tous les cas, toutefois, le rapport choisi doit être tel qu'il amène chaque portion du tuyau tournant en contact répété avec la surface active de l'outil confor- mateur pendant la période au cours de laquelle le métal du tuyau s'écoule dans l'épaulement et en progres- sant le long de la zone de déformation; en d'autres termes la largeur de la zone de déformation sera mesurée longitudinalement depuis la crête de l'épaule- ment jusqu'au point extrême de sa base, ce dernier représentant le point d'extrême réduction de diamètre.
Pour dos tuyaux d'un diamètre allant jusqu'à 38 mm environ, la largeur précitée mesure d'habitude longitudinalement environ 6,4 mm ou 9,6 mm, tandis que la largeur ou pas de la ligne hélicoïdale d'attaque qui représente la quantité de métal soumise à la déformation en un moment particulier quelconque est ordinairement de 0,8 mm environ. Des tuyaux plus gros nécessitent cependant habituellement une zone plus large mesurant ordinairement environ 15 à 30 % du diamètre originel du tuyau.
Dans la plu- part des cas un rapport convenable serait d'un tour du tuyau pour chaque avance de 0,8 mm de l'outil conformateur, ce qui correspond à huit tours du tuyau à faire passer à travers une zone de déformation de 6,4 mm de large ou à douze tours à travers une zone de 9,6 mm.
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Avec certaines qualités de métal, un pas quelque peu plus rapide pour la ligne hélicoï- dale d'attaque peut être adopté avec avantage mais la demanderesse ne croit pas qu'un nombre de tours du tuyau inférieur à quatre pendant son passage à travers la zone de d éformation puisse être avantageu- sement utilisée notamment dans les cas où l'onse sert d'un seul outil conformateur, et pour des métaux plus durs, tels que 1?'acier, une ligne d'attaque de pas, relativement petit;: semble nécessaire ou hautement désirable.
Lorsqu'on utilise deux ou plusieurs outils conformateurs agissant concurremment et sous des angles circonférentiels différents contre l'épaulement, la vitesse de déformation peut être accrue de manière correspondante; une telle organisation peut être trouvée désirable pour résister plus efficacement à toute tendance du tuyau à se cintrer ou à fléchir pen- dant Inaction de déformation :en effet lorsqu on utilise deux ou plusieurs outils conformateurs ils coopèrent pour maintenir le tuyau exactement centré.
' En raison du fait qu'il est nécessaire de localiser et de limiter toute l'action déformante entre la crte et la base de l'épaulement en formation, il est nécessaire de renforcer la sec- tion non déformée du tuyau immédiatement à l'endroit de la crête de l'épaulement de manière que l'écoulement du métal commence en ce point et qu'il se poursuive vers l'intérieur jusqu'à ce qu'il passe sous la partie la plus avancée du bord de l'outil conformateur.
A cet effet la demanderesse a prévu un manchon 22 affec- tant la forme d'une bague tournante montée à l'inté- rieur de roulements à billes que porte un bloc ou
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support 23 du chariot, ladite bague entourant exacte- ment et embrassant le tuyau en un point correspondant réellement ou pratiquement à la face avant de l'outil conformateur, de telle manière que le seul chemin possible pour le métal, lorsque l'oeil conformateur avance , soit l'écoulement en avant de la face avant et sous le bord interne de l'outil conformateur.
La déformation commence ainsi brusquement en ce point et ne se trouve pas distribuée en avant de celui-ci ; d'autre part l'extrémité déformée du tuyau saisit par le mandrin 10 résiste à la poussée de l'outil confor- mateur avançant contre l'épaulement en formation et empêche le tuyau, dans son ensemble, d'être tiré en avant avec l'outil ;
c'estlà un facteur entièrement indépendant du mouvement compensateur du mandrin 11 produit par la variation de longueur du tuyau résul- tant, de la réduction de son diamètre,
Dans le procédé tel qu'il est décrit jusqu'ici, il n'a pas été question des facteurs particuliers qui contrôlent l'épaisseur résultante d e paroi dans le tuyau déformé, épaisseur résultante qui peut être contrôlée si l'on donne au métal s'écoulant dans l'épaulement en formation soit une ligne brusque, soit'une ligne aisée d'écoulement, suivant la configu- ration de l'outil conformateur utilisé.
On peut contrôler aussi l'épaisseur de paroi, entre certaines limites, soit en s'opposant à la tendance naturelle du tuyau à s'allonger pendant la réduction de son diamètre si l'on désire augmenter l'épaisseur de la paroi, soit en aidant la tendance naturelle à l'allon- gement si l'on désire un amincissement de la paroi.
Par une combinaison convenable
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de ces deux facteurs, à savoir l'application d'un effort longitudinal réglé sur le tuyau dans son en- semble et la détermination de l'angle d'écoulement du métal dans l'épaulement en formation, il est possi- ble d'obtenir une épaisseur de paroi désirée entre des limites écartées, indépendamment de la configura- tion donnée à l'extérieur du tuyau, ce qui fait que 'l'on peut donner à chaque partie du tuyau non seule- ment une configuration désirée quelconque mais aussi l'épaisseur de paroi voulue.
Quel que soit le moyen permet- tant d'obtenir ce résultat, on constate que le réglage de l'épaisseur de paroi résultante est la conséquence du contrôle exercé sur le taux d'écoulement en volume du métal dans l'épaulement en formation par unité d'avancement de l'outil conformateur, que ce résultat soit obtenu par la forme de ]!outil ou qu'il le soit par l'application d'un effort réglé au tuyau dans son ensemble, ou encore qu'il résulte d'une combinaison de ces deux facteurs.
La vitesse d'avancement de l'outil mesure la vitesse de production de la section déformée par l'outil et l'épaisseur de paroi dépend de la quantité de métal passant à travers la zone de déformation et qui, par suite, se trouve distribuée dans la paroi du tuyau résultant@. Bien entendu ces facteurs dépendent à leur tour du diamètre donné à la section de tuyau, à un instant particulier quel- conque, par la,-position radiale de l'outil conforma- teur mais, par une coordination appropriée du taux d'écoulement en volume du métal pour un diamètre résultant quelconque, tous les facteurs doivent être soumis au contrôle de manière que l'épaisseur de paroi
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puisse être réglée entre des limites écartées.
On a constaté, lorsque la réduc- tion de diamètre est faible, ou en d'autres termes lorsque l'écoulement du métal est limité à des propor- tions relativement faibles, que les facteurs gouvernant la détermination de l'épaisseur de paroi sont relati- vement impuissants mais que, lorsqu'on désire une réduc- tion considérable de diamètre, ces facteurs prennent
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'de immédiatementritimportancet étant donné que le volumie de métal, actif ou en écoulement, en un instant parti- culier quelconque, dévient considérable, ce qui fait que les forces régulatrices sont concentrées sur le métal s'écoulaht activement et deviennent efficaces en ce qui concerne l'écoulement actif du métal ;
a une importance particulière lorsqu'un effort longi- tudinal est appliqué au tuyau dans son ensemble et n'a d'effet que dans la région où le métal est actif. En d'autres termes, une compression ne tend pas à épais- sir la paroi tout le long du tuyau ; son effet est seulement concentré en totalité dans la région dans laquelle le métal subit activement la déformation; des résultats analogues correspondent à l'application d'une tension au tuyau dans son ensemble.
Il doit être entendu, toutefois, que l'application d'efforts longitudinaux au tuyau, soit en compression, soit en tension, est un facteur qui dans beaucoup de cas n'a pas besoin d'être utilisé, étant donné que des résultats très avantageux ont été obtenus dans la déformation de tuyaux de qualités très diverses de métal par utilisation d'outils conforma- teurs de configuration convenable dans les cas où on permettait au tuyau de se dilater ou de se contracter
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naturellement à la suite de sa diminution de diamètre sans qu'aucune tentative soit faite pour contrôler ce facteur.
Toutefois lorsque la nature du tuyau exige que tous les facteurs disponibles soient mis en jeu pour la détermination de l'épaisseur de paroi, l'appli- cation d'un effort longitudinal peut être utilisée aveco grand avantage pour s'ajouter aux effets normaux de la configuration par l'outil, ou même pour contrarier ou pour compenser de tels effets.
Lorsquon désire appliquer un effort longitudinal au tuyau pendant sa déformation, on peut utiliser à cet effet tous moyens appropriés; dans le cas présent, à titre d*illustration, on a utilisé un piston 24 monté à l'extrémité de l'arbre rainuré; 12 qui porte le mandrin 11 saisissant l'extré- mité non déformée du tuyau; ledi piston travaille dans un cylindre 25 dans lequel un fluide sous pres- sion peut être introduit par des orifices 26 et 27 munis de soupapes.
Les soupapes peuvent être automati- -28 quement actionnées par un calibre/de forme appropriée et fixé au chariotavançant avec lui de telle manière que le fluide sous pression, agissant dans le sens désiré et avec l'intensité voulue, puisse être admis à l'extrémité convenable du cylindre pour appliquer la compression ou la tension requises à l'extrémité du tuyau. Ce-ci constitue une gène à la dilatation (ou à la contraction) normale du tuyau;
lorsqu'une compres- sion est appliquée, elle tend à presser le tuyau vers l'arrière et à accélérer ainsi l'écoulement de métal dans l'épaulement en formation ce qui fait que la quantité de métal déplacée par unité d'avancement de l'outil conformateur est augmentée et qu'il en résulte
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un épaississement de la paroi dans la section défor- mée. Inversement une traction exercée sur l'extrémité du tuyau retarde l'écoulement en volume du métal dans l'épaulement par unité d'avancement de l'outil, ce qui fait qu'une quantité moindre de métal est fournie à la paroi résultante et que l'épaisseur de celle-ci est en conséquence diminuée.
En donnant au calibre fixe 17 une forme correspondant à la configuration externe désirée et en donnant une forme appropriée au calibre mobile 28 pour accélérer ou retarder l'écoulement du métal, on peut calculer et obtenir l'épaisseur désirée de paroi et la configuration voulue pour chaque sec- tion du tuyau entre des limites relativement écartées, indépendamment de l'angle d'écoulement du métal dans l'épaulement en formation, ce qui, toutefois, consti- tue un facteur important que l'on peut harmoniser avec l'application d'un effort longitudinal de la manière décrite, laquelle sera exposée ci-après avec plus de détails.
L'outil conformateur 14 peut avoir des formes très diverses, comme on l'a indiqué sur les figures 3 à 7. La surface active de l'outil conformateur 14 comprend la face avant 29 disposée le long du bord de l'outil ou autour dudit bord, en combinaison avec la partie, dirigée vers l'avant, du bord arrondi 30. Ces surfaces se raccordent nécessai- rement en formant une surface unieen avant de laquelle et sous laquelle le métal est obligé de s'écouler pendant la période de déformation. En donnant à ces surfaces la configuration convenable on peut retarder ou accélérer entre des limites
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écartées l'écoulement 'du métal et réduire ou augmenter en conséquence l'épaisseur résultante de la paroi.
La figure 4 montre un outil comportant une face avant 29 abrupte, représentée sous la forme d'une face plane sans aucune obliquité; cette face se raccorde à un bord arrondi à rayon de courbure relativement faible. En raison de cette configuration, le métal est obligé de s'écouler en formant un épaulement très abrupt, qui peut être à angle droit ou sous un angle quelconque plus petdtt et qui est obligé de passer autour du bord interne de l'outil conformateur suivant une courbe de faible rayon. En conséquence le métal est soumis, dans cet exemple, à une poussée vers 1'l'avant ayant une grande composante longitudinale; il s'ensuit que l'écoulement est retardé et que le métal est allongé lorsqu'il s'écoule dans l'épaulement; il en résulte un amincis- sement de la paroi.
La figure 3 représente la série opposée de conditions en ce sens que l'on donne à la face avant un grand angle d'obliquité et que l'on donne au bord un grand rayon de courbure, avec ce ,résultat que l'écoulement de métal dans l'épaulement en formation est facilité, que le taux d'écoulement en volume est accéléré et qu'une quantité plus grande de métal passe dans l'épaulement par unité d'avance- ment de l'outil conformateur : il en résulte un épaississement de la paroi par rapport aux conditions exposéesantérieurement.
L'angle d'obliquité représenté sur la figure 3 n'est pas nécessairement l'angle limite, bien qu'il soit sensiblement égal à 45 ;
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habituellement on choisit un angle aussi grand que cela est possible avec avantagea Dans l'autre cas extrême, que montre la figure 4; l'angle d'obliquité est égal à zéro et il est bien entendu qu'entre ces limites il est possible de faire varier ledit angle et de combiner les divers angles de la face précitée avec des rayons variables de courbure du bord, suivant les conditions qui se présentent, lesquelles compren- nent, parmi d'autres facteurs, l'importance de la réduco tion de diamètre à laquelle le tuyau est soumis à un instant quelconque au cours de la déformation.
Il est bien entendu que l'angle d'obliquité dont il a été parlé ci-dessus est l'angle sous-tendu entre la partie médiane plane de la face avant et le plan oblique de la partie marginale incli- née qui se raccordeau bord courbe. Habituellement l'outil avance avec sa face médiane avant dans un plan coïncidant avec le plan transversal perpendicu- laire passant par l'axe du tuyau bien qu'il puisse être désirable, pour certaines applications, de faire varier l'angle de l'outil dans son ensemble par rapport à ce plan. Toutefois, pour la plupart des cas, le plan d'avancement de l'outil coïncidera avec le plan transversal du tuyau; si l'on s'écarte de cette condition, cela peut introduire des facteurs modifica- teurs qui, cependant, ne font pas varier les particu- larités essentielles du procédé décrit ici.
Dans certains cas il peut être désirable d'augmenter la largeur du bord actif de l'outil en ménageant une surface aplatie 31, comme le montre la figure 5, ce qui augpente l'étendue du bord actif de l'outil avec la pièce travaillée : cela peut
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être désirable dans les cas où une conicité ou amin- cissement relativement uniformes doivent être obtenus et où l'on désire former une surface plus parfaitement unie par suppression de toutes rides ou nervures perceptibles pouvant rester à la surface du tuyau après que le processus de déformation a été essentiellement achevé.
Habituellement les rainures sont trop faibles pour être facilement perceptibles ou pour être nuisi- bles, en raison du très faible pas de la ligne héli- coïdale d'attaque, mais si l'on désire une surface extrêmement unie, et dans des conditions appropriées, un outil du genre,de celui de la figure 5 peut être utilisé avec avantage
Les contours facial et marginal ci-dessus décrits peuvent être appliqués à un outil ayant la forme d'une barre droite semblable à celle représentée en particulier sur la figure 6. Ces configu- rations peuvent aussi être appliquées au galet ou molette plus particulièrement représenté sur la figure 7.
Pour plusieurs applications la forme de barre de l'outil conformateur, ou la forme de galet ou molette, peuvent être utilisées de manière interchangeable bien que les facteurs tendant à retarder l'écoulement du métal aient leur action habituellement accentuée si l'on utilise la forme de barre ce qui fait que le remplacement d'un galet ou molette par une barre ayant un bord de même forme, ou vice-versa, peut donner lieu à des variations dans l'épaisseur de la paroi.
Toute- fois lorsqu'on désire obtenir une déformation extrême de tuyaux lourds et épais, par exemple de tuyaux en acier, on cohstatea généralement que la forme de galet est préférable parce que le frottement est réduit et que les quantités de lubrifiant nécessaire sont égale- ment réduites.
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Comme illustration des résultats obtenus par l'utilisation des différents outils d'une série, chacun d'eux agissant sur un tuyau de métal de même qualité, les outils différant les uns des autres par l'angle d'obliquité et (ou) par leur. bord actif. , on a établi le tableau suivant :
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<tb> Essai <SEP> Epaissir <SEP> Angle <SEP> et <SEP> rayon <SEP> de <SEP> l'outil
<tb> de <SEP> paroi <SEP> conformateur
<tb> résultante
<tb>
<tb> 1 <SEP> 2,21 <SEP> mm <SEP> 60 <SEP> de <SEP> face <SEP> 4,762 <SEP> mm <SEP> de <SEP> rayon
<tb>
<tb> 2 <SEP> 1,77 <SEP> 30 <SEP> " <SEP> 7,937 <SEP> " <SEP> "
<tb>
<tb> 3 <SEP> 1,77 <SEP> 00 <SEP> " <SEP> " <SEP> 11,112 <SEP> " <SEP> "
<tb>
<tb> 4 <SEP> 1,67 <SEP> 00 <SEP> " <SEP> 9,528 <SEP> " <SEP> "
<tb>
<tb> 5 <SEP> 1,57 <SEP> 00 <SEP> " <SEP> " <SEP> 7,937 <SEP> "
<tb>
<tb> 6 <SEP> 1,39 <SEP> 00 <SEP> " <SEP> 5556 <SEP> " <SEP> "
<tb>
<tb> 7 <SEP> 1,16 <SEP> 00 <SEP> " <SEP> " <SEP> 3,968 <SEP> " <SEP> "
<tb>
<tb> 8 <SEP> 0,91 <SEP> 00 <SEP> " <SEP> " <SEP> 3,174 <SEP> "
<tb>
<tb> 9 <SEP> 0,45 <SEP> 00 <SEP> " <SEP> " <SEP> 3,
174 <SEP> " <SEP> "
<tb>
Les échantillons 1 et 2 montrent l'effet d'un angle de face dans l'accroissement de l'épaisseur de paroi;, On remarquera que, bien que pour l'échantillon 2 on ait utilisé un plus petit rayon que pour l'échantillon 3, l'addition de l'effet d'un angle positif pour la face a eu pour conséquence une épaisseur de paroi égale. Les échantillons 3 à 9 montrent des parois d'épaisseur progressivement dé- croissante à mesure que les rayons des outils conforma- teurs décroissent et le métal a été progressivement soumis aux plus grands efforts occasionnés par le retournement plus abrupt nécessité pour passer sous le bord del'outil conformateur.
Sur la figure 2 on a représenté un dispositif commode pour l'utilisation d'outils
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ayant des configurations différentes et agissant successivement sur différentes sections du tuyau métallique. Ceci montre comment les différents outils peuvent être successivement mis en action au moment convenable grâce à la configuration des calibres qui agissent sur les outils correspondants. Sur la figure, l'outil supérieur se trouve en fonction, étant dpnné que le contour ondulé du calibre tend à ce moment à forcer le'outil supérieur vers l'intérieur, tandis qu'au même instant l'outil inférieur est retiré et rendu inactif, étant donné qu'il se trouve sur une partie uniformément en creux du calibre.
Toutefois lorsque le chariot avance, le calibre supérieur est retiré, tandis que le calibre inférieur est déplacé vers l'in- térieur au même moment, ce qui fait que l'outil infé- rieur continue'sans interruption le travail en donnant au tuyau l'épaisseur de paroi différente caractéris- tique de Inaction dudit outil inférieuro De cette manière lépaisseur de paroi peut être automatiquement réglée par l'action successive des outils, l'effet des dits outils pouvant, si on le désire, être complété par Inapplication d'un effort longitudinal approprié à chaque instant au but poursuivi.
On voit par la description pré- cédente que 12'invention contrôle et utilise certains facteurs qui déterminent l'écoulement en volume du métal dans l'épaulement en formation, lequel, de quelque manière qu'il soit contrôlé, est le facteur qui' détermine en dernière analyse l'épaisseur de paroi résultante de la section de tuyau en un point de diamètre donné quelconque.
Bien entendu le caractère ou la texture du métal du tuyau constituent un facteur
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qui influe sur les conditions dans lesquelles le métal répond à une série particulière quelconque de condi- tions mais, sous cette réserve, le contrôle des di- vers facteurs, réalisé de la manière ci-dessus indiqué, permet de modifier entre des limites écartées la configuration donnée à la section déformée du tuyau et permet, également entre des limites écartées, d'obtenir des épaisseurs variables de paroi si on le désire ; ledit contrôle permet au contraire la produc- tion d'une épaisseur uniforme de paroi tout le long d'une section de tuyau qui présente un contour exté- rieur différent en divers points.
Bien que, dans la plupart des cas, il soit désirable de renforcer la section non déformée du tuyau par l'utilisation d'un manchon, ou organe équivalentdans un plan immédiatement adjacent à la créte de l'épaulement produit lors de l'avancement de l'outil conformateur (ou dans un plan coïncidant avec ladite crête) ou que, en d'autrestermes,il soit désirable d'amener le manchon en contact réel avec la face de l'outil conformateur, un faible jeu peut néanmoins être toléré dans certains cas pourvu qu'il ne soit pas de largeur suffisante pour permettre au métal de se répandre ou de former des nervures dans une mesure quelconque vers l'extérieur dans le jeu précité :
il est en effet nécessaire, dans tous les cas, que le métal soit suffisamment maintenu en ce point pour que son écoulement soit réglé de manière uniforme autour dtune crête ou angle nettement et uniformément définis et pour empêcher tout déplacement du métal en un point situé en avant.
Il doit être entendup par suite, que, lorsqu'il est question ici
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d'un renforcement du tuyau au voisinage immédiat de l'outil conformateur, la demanderesse entend exprimer l'idée soit du contact réel entre l'outil conformateur et le manchon (ou organe équivalent)soit une proximi- té suffisante entre ces éléments coopérants pour assurer la production uniforme dun épaulement nette- ment défini exempt d'irrégularités qui pourraient gêner l'écoulement uniforme du métal dans l'épaulement 7 et dans la section déformée de moindre diamètre.
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for: "Improvements in processes for configuring or shaping pipes"
The present invention relates to a method for configuring or shaping pipes and, more particularly, a method for shaping or shaping pipes and for adjusting the thickness of their walls.
In accordance with the invention, the improved method of configuring a pipe originally having a uniform cross section consists of
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to apply, to a progressively advancing limited section of pipe, a deforming pressure by means of a tool occupying a position such that it moves the wall of the pipe inwards, at the same time as a relative movement is brought about of rotation between the pipe and the tool; reinforcing the pipe immediately in front of the section undergoing the deformation so as to cause the metal of the pipe to flow inwardly behind the line of reinforcement producing a shoulder forming a low pitch helix;
finally, in continuously advancing the shaping tool with respect to the forming shoulder and against it, the rate of advance per cycle of relative rotation of the pipe being substantially less than the length of the limited section of the pipe subjected continuously under the deforming pressure in order to prevent the formation of a notable helical groove in the pipe by forcing each part of it to be subjected repeatedly and gradually, during rotation, to the pressure of the shaping tool as it passes through the deformation region.
By reinforcing the undeformed pipe immediately in front of the shoulder or section undergoing the deformation, the deforming action is limited to the region immediately adjacent to the edge and front face of the shaping tool. As a result of this limitation and the concurrent advance of the shaping tool against the shoulder formed in the rotating pipe, the line of attack of the active surface of the shaping tool lies along a helix. at very low steps, so that each time
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moment only a very small amount of metal actually undergoes deformation and is forced to flow along the active surface of the shaping tool from the edges:
from the shoulder to the base thereof, the point where deforming inaction is complete and the desired external configuration has been given to the outside of the pipe.
To obtain these results, it is necessary that the speed of advance of the shaping tool is relatively low compared to the speed of rotation of the pipe, so that each section of the pipe, when it passes through through the deformation zone, is brought into contact repeatedly but gradually with the active surface of the shaping tool during movement of the latter through the deformation zone which each section of the pipe must pass.
By thus limiting the line of attack to a clearly restricted region at all times and by limiting the region in which the deformation forces are exerted, it is possible to subject the pipe to an extreme degree of deformation, which results, in the resulting pipe, by a deep reduction in diameter, although the degree of this reduction is controlled at all times by the radial position of the shaping tool with respect to the axis of the pipe, a position which, in the present case, is determined by the configuration of an elongated gauge or jig, the active edge of which represents the contour or profile that it is desired to give to the exterior of the deformed section of the pipe.
The deformation operation, with
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the resulting reduction in diameter gives rise to a redistribution of the metal, which of necessity must result in either an elongation of the pipe or a thickening of the walls, or again various combinations of these two results, to compensate for the reduction in diameter at which the pipe is subjected to.
The present invention provides means for the predetermined control of these factors between suitable limits so that it is possible not only to give the desired external configuration to each portion of the deformed section of the pipe, but also to regulate the thickness of its wall by directing or by adjusting suitably, in direction and in volume, the flow of the metal in a manner which corresponds, at all times, to the deformation forces, as well as this will be described in detail below.
By proper adjustment of the various factors involved in the redistribution of the metal, it is not only possible to quickly and precisely give the desired configuration and 1 = wall thickness to relatively soft and ductile metals such as copper and aluminum. , but still to deeply deform the contour and adjust the wall thickness of relatively hard steel pipes and shape them with a degree of deformation exceeding anything that had been tried heretofore to the knowledge of the plaintiff
The pipes thus formed can be used for many applications.
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comprising construction elements for furniture or furnishings of various types,
as well as for the production of rods of suitable shape for the transmission of energy in machines or elsewhere; The method can also be used to shape members first forming a single length of pipe and then cut to produce products of equal length, shape and wall thickness.
It will be understood from the preceding description of the various operations involved in the method which is the subject of the invention that when movements are defined as occurring between the shaping tool and the pipe, it is meant to refer to the relative movements rather than to the movements. absolute, although for clarity of description it is preferred to refer to machines or apparatus in which absolute radial and longitudinal movements are imparted to the tool or shaping tools rather than to the pipe and in which a rotational movement is imparted to the pipe rather than to the tool.
It is also understood that in determining the various factors which will now be described, this determination can be advantageously and rationally controlled within wide limits, so that it is not possible to define in detail each combination. possible conditions that may arise;
however, the description given below relates to a process which has been successfully applied for a very large number of possible configurations and for steel, copper, brass and aluminum pipes of various diameters and various values of wall thickness, which are
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all capable of undergoing the operations currently defined between wide limits of deformation and wall thickness, with a suitable choice of shaping tools to meet particular needs in accordance with the principles which will be more fully specified below.
To make the nature of the process that is the subject of the invention clearer and to highlight the various factors involved, reference will be made to the appended drawing which represents, by way of example only, a suitable embodiment of a machine and various shaping tools which can be advantageously used with said machine.
On this drawing :
Figure 1 is a longitudinal section of the machine with partial cutaway of its central part;
Figure 2 is a horizontal section of the main active parts of said machine, section taken at 2-2 of Figure 1;
Figure 3 is a detail sectional view showing the active surface of a shaping tool having a relatively large angle of facial obliquity and a relatively large radius of curvature on its edge, a tool for increasing the wall thickness of the pipe. ;
Fig. 4 is a similar view showing the active surface of a shaping tool having zero or negligible facial skew angle and a relatively small radius of curvature, for pipe wall thickness reduction;
Figure 5 is a similar view
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showing a tool which has part of a straight marginal surface to unite or smooth any grooves or ribs which may remain in the pipe after it has passed through the most active deformation region;
Figure 6 is a rear side elevational view of a shaping tool showing an active edge straight in the longitudinal direction; the figure showing in dotted lines various possible shapes of the edge. deviating from the aforementioned rectilinear shape ';
Figure 7, finally, is a rear front view of a tool taking the form of a roller, or knurl, and not of a fixed bar, with a view to reducing friction when such reduction is desirable.
In the drawing, X denotes the original state, or state before deformation, of the pipe and Y; the pipe in its fihal state, or deformed state Z being; the active deformation zone in which the metal flows forming a shoulder which constantly advances and which measures the reduction in diameter before and after the operations described here.
The deformed end of the pipe is gripped in a mandrel 10 which, as shown in the drawing, does not need positively controlled desires (although it can be) but which must clamp and hold the end of the pipe with it. force sufficient to prevent it from disengaging and moving in one piece longitudinally when subjected to the tension produced by the advancement of the shaping tool against the shoulder occurring in the deformation zone o The opposite end of the pipe
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(end of the undeformed section X) is grasped and held by the mandrel 11 with a force sufficient for a rapid rotational movement to be imparted to the pipe, said rotational movement being:
, of course, communicated to all parts of the pipe and to the mandrel 10. To adapt to the variations in the length of the pipe which are the consequence of its reduction in diameter during the deformation process, the mandrel 11 is worn. by a grooved shaft 12 which is free to move longitudinally but on which are mounted by means of keys a series of pulleys 13 intended to be controlled by belts and by a source of motive force which need not be described in detail . The shaping tool 14 is mounted on a sliding plate 15 supported in turn by a carriage 16 mounted so that it can move longitudinally with respect to the axis of the pipe.
In some cases it is desirable to provide a set of two or more shaping tools which can either act simultaneously on opposite sides of the shoulder portion of the pipe, or, if desired, be set to act successively on. the marl part of the pipe or else successively or simultaneously on different sections of the pipe; such a multiple arrangement of the members is shown in FIG. 2, but it is understood that the description of one of these tools with its appendices is applicable to all the others.
The tools shown in Figure 2 take the form of fixed straight bars having rounded active edges and front faces disposed obliquely; a tool in the form of
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roller or wheel, similar to that shown in Figure 7, can however be used.
The carriage is movable longitudinally with respect to a fixed gauge or template 17, the internal edge of which has a configuration representing by its contour the external configuration which it is desired to give to the pipe; in order to transmit to the tool the suitable radial movements inward and outward corresponding to the drawing of the jig, a roller 18 has been mounted on the sliding plate and is kept in contact with the contoured edge of the gauge under the action of a spring 19 which constantly pushes the sliding plate or plates outward.
To allow the use of a relatively thin or light jig, which can be easily fitted or removed when it is desired to replace it, and to maintain with certainty its exact distance from the axis of the pipe in the region subjected to the thrust of the shaping tool, or in the vicinity of this region, there is provided on the carriage a roller 20 which bears against the rear straight edge of the gauge, which edge is parallel to the axis of the pipe; under these conditions, as the carriage advances, the gauge is maintained in the exact relation of spacing to the axis of the pipe, independent of any other means which may be provided to hold said caliber in place.
The advancement of the carriage is produced by the action of a screw 21 which is connected by reduction gears 21 'to the mechanism for controlling the rotation of the pipe, so that the pipe receives a rotational movement at speed. relatively
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high in relation to the advancement of the carriage; however the speed ratio can be modified by replacing the various gears of the reduction train or by varying the pitch of the screw, which makes it possible to achieve a desired ratio of the speed of rotation of the pipe to the speed of advance of the cart.
In all cases, however, the ratio chosen should be such as to bring each portion of the rotating pipe into repeated contact with the active surface of the shaping tool during the period in which the metal of the pipe is flowing. in the shoulder and working along the deformation zone; in other words, the width of the deformation zone will be measured longitudinally from the crest of the shoulder to the extreme point of its base, the latter representing the point of extreme reduction in diameter.
For pipes with a diameter of up to about 38 mm, the aforementioned width usually measures longitudinally about 6.4 mm or 9.6 mm, while the width or pitch of the helical leading line which represents the amount of metal subjected to deformation at any particular time is usually about 0.8 mm. Larger pipes, however, usually require a larger area usually measuring about 15-30% of the original pipe diameter.
In most cases a suitable ratio would be one revolution of the pipe for every 0.8 mm advance of the shaping tool, which corresponds to eight turns of the pipe to pass through a deformation zone of 6. , 4mm wide or twelve turns across a 9.6mm area.
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With certain grades of metal, a somewhat faster pitch for the lead helical line may be adopted with advantage, but Applicants do not believe that a number of turns of the pipe less than four as it passes through the zone. deformation can be advantageously used especially in cases where the adse serves as a single shaping tool, and for harder metals, such as steel, a relatively small pitch line of attack; : seems necessary or highly desirable.
When using two or more shaping tools acting concurrently and at different circumferential angles against the shoulder, the strain rate can be correspondingly increased; such an organization may be found desirable in order to resist more effectively any tendency of the pipe to bend or flex during deformation inaction: indeed when two or more shaping tools are used they cooperate to keep the pipe exactly centered.
'Due to the fact that it is necessary to locate and limit any deforming action between the ridge and the base of the forming shoulder, it is necessary to strengthen the undeformed section of the pipe immediately to the location of the crest of the shoulder so that the flow of metal begins at this point and continues inward until it passes under the most advanced part of the edge of the tool conformator.
For this purpose, the Applicant has provided a sleeve 22 having the shape of a rotating ring mounted inside ball bearings which a block or.
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support 23 of the carriage, said ring exactly surrounding and embracing the pipe at a point corresponding actually or practically to the front face of the shaping tool, so that the only possible path for the metal when the shaping eye advances , or the flow in front of the front face and under the internal edge of the shaping tool.
The deformation thus begins suddenly at this point and is not found distributed in front of it; on the other hand the deformed end of the pipe gripped by the mandrel 10 resists the thrust of the shaping tool advancing against the forming shoulder and prevents the pipe as a whole from being pulled forward with the 'tool;
this is a factor entirely independent of the compensating movement of the mandrel 11 produced by the variation in length of the resulting pipe, from the reduction in its diameter,
In the process as heretofore described, there has been no discussion of the particular factors which control the resulting wall thickness in the deformed pipe, which resulting thickness can be controlled by giving the metal s 'flowing through the forming shoulder is either a sharp line or an easy line of flow, depending on the configuration of the shaping tool used.
The wall thickness can also be controlled, within certain limits, either by opposing the natural tendency of the pipe to lengthen during the reduction of its diameter if one wishes to increase the thickness of the wall, or by helping the natural tendency to lengthen if thinning of the wall is desired.
By a suitable combination
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of these two factors, namely the application of a controlled longitudinal force on the pipe as a whole and the determination of the angle of flow of the metal in the shoulder being formed, it is possible to to achieve a desired wall thickness between spread limits, regardless of the configuration given to the outside of the pipe, so that each part of the pipe can be given not only any desired configuration but also the desired wall thickness.
Regardless of the means by which this result can be obtained, it is found that the adjustment of the resulting wall thickness is the consequence of the control exerted on the rate of flow by volume of the metal in the shoulder being formed per unit. advancement of the shaping tool, whether this result is obtained by the shape of the tool or whether it is achieved by the application of a regulated force to the pipe as a whole, or else it results from a combination of these two factors.
The advancement speed of the tool measures the production speed of the section deformed by the tool and the wall thickness depends on the amount of metal passing through the deformation zone and which, therefore, is distributed in the wall of the resulting pipe @. Of course these factors in turn depend on the diameter given to the section of pipe, at any particular instant, by the radial position of the shaping tool, but by appropriate coordination of the flow rate in. volume of metal for any resulting diameter, all factors should be checked so that the wall thickness
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can be set between wide limits.
It has been found, when the reduction in diameter is small, or in other words when the flow of metal is limited to relatively small proportions, that the factors governing the determination of the wall thickness are relati - extremely powerless but that, when a considerable reduction in diameter is desired, these factors take
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'of immediate importance since the volume of metal, active or flowing, at any particular instant deviates considerably, so that the regulating forces are concentrated on the metal actively flowing and become effective with regard to the active flow of metal;
is of particular importance when a longitudinal stress is applied to the pipe as a whole and has an effect only in the region where the metal is active. In other words, compression does not tend to thicken the wall all the way down the pipe; its effect is only fully concentrated in the region in which the metal is actively undergoing deformation; similar results correspond to the application of tension to the pipe as a whole.
It should be understood, however, that the application of longitudinal forces to the pipe, either in compression or in tension, is a factor which in many cases does not need to be used, since very Advantages have been obtained in the deformation of pipes of a wide variety of metal qualities by the use of shaping tools of suitable configuration in cases where the pipe was allowed to expand or contract
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naturally as a result of its decrease in diameter without any attempt being made to control this factor.
However, when the nature of the pipe requires that all available factors be brought into play in determining the wall thickness, the application of longitudinal stress can be used with great advantage in addition to the normal effects of configuration by the tool, or even to thwart or compensate for such effects.
When it is desired to apply a longitudinal force to the pipe during its deformation, any suitable means can be used for this purpose; in the present case, by way of illustration, a piston 24 mounted at the end of the grooved shaft was used; 12 which carries the mandrel 11 gripping the undeformed end of the pipe; The piston works in a cylinder 25 into which a pressurized fluid can be introduced through orifices 26 and 27 provided with valves.
The valves can be automatically actuated by a suitable gauge / shape and attached to the carriage advancing with it in such a way that the pressurized fluid, acting in the desired direction and with the desired intensity, can be admitted to the valve. suitable end of the cylinder to apply the required compression or tension to the end of the pipe. This is a hindrance to the normal expansion (or contraction) of the pipe;
when compression is applied it tends to squeeze the pipe backward and thereby accelerate the flow of metal into the shoulder being formed so that the amount of metal displaced per unit advance of l the shaping tool is increased and resulting in
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thickening of the wall in the deformed section. Conversely, a pull exerted on the end of the pipe retards the volume flow of the metal in the shoulder per unit of advancement of the tool, so that less metal is supplied to the resulting wall and that the thickness thereof is consequently reduced.
By shaping the fixed gauge 17 to a shape corresponding to the desired external configuration and by shaping the movable gauge 28 to speed up or retard the flow of metal, one can calculate and obtain the desired wall thickness and the desired configuration for each section of the pipe between relatively wide limits, regardless of the flow angle of the metal in the forming shoulder, which, however, is an important factor which can be matched with the application a longitudinal force in the manner described, which will be explained below in more detail.
The shaping tool 14 can have a wide variety of shapes, as indicated in Figures 3 to 7. The active surface of the shaping tool 14 comprises the front face 29 disposed along the edge of the tool or around it. said edge, in combination with the forward-facing portion of the rounded edge 30. These surfaces necessarily merge to form a smooth surface in front of which and under which the metal is forced to flow during the period of deformation. By giving these surfaces the proper configuration one can delay or accelerate between limits.
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the flow of metal and reduce or increase the resulting wall thickness accordingly.
FIG. 4 shows a tool having a steep front face 29, shown as a planar face without any obliquity; this face connects to a rounded edge with a relatively small radius of curvature. Due to this configuration, the metal is forced to flow forming a very steep shoulder, which may be at right angles or at any angle smaller and which is forced to pass around the inner edge of the next shaping tool. a curve of small radius. Accordingly the metal is subjected, in this example, to a forward thrust having a large longitudinal component; it follows that the flow is retarded and that the metal is elongated as it flows in the shoulder; this results in thinning of the wall.
Figure 3 shows the opposite set of conditions in that the front face is given a large skew angle and the edge is given a large radius of curvature, with the result that the flow of metal in the shoulder being formed is facilitated, that the rate of flow by volume is accelerated and that a greater quantity of metal passes into the shoulder per unit of advance of the shaping tool: this results in thickening of the wall compared to the conditions discussed previously.
The skew angle shown in Fig. 3 is not necessarily the limiting angle, although it is substantially equal to 45;
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usually an angle as large as possible is chosen with advantageea In the other extreme case, shown in figure 4; the angle of obliquity is equal to zero and it is understood that between these limits it is possible to vary said angle and to combine the various angles of the aforementioned face with varying radii of curvature of the edge, depending on the conditions which occur, which include, among other factors, the magnitude of the reduction in diameter to which the pipe is subjected at any time during deformation.
It is understood that the angle of obliquity mentioned above is the angle subtended between the flat median part of the front face and the oblique plane of the inclined marginal part which connects to the edge. curve. Usually the tool advances with its front center face in a plane coincident with the perpendicular transverse plane passing through the axis of the pipe although it may be desirable in some applications to vary the angle of the tool. as a whole in relation to this plan. However, in most cases the plane of the tool advance will coincide with the transverse plane of the pipe; deviation from this condition may introduce modifying factors which, however, do not vary the essential features of the process described herein.
In some cases it may be desirable to increase the width of the active edge of the tool by providing a flattened surface 31, as shown in Figure 5, which increases the extent of the active edge of the tool with the workpiece. : this may
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be desirable in cases where a relatively uniform taper or taper is to be achieved and where it is desired to form a more perfectly smooth surface by removing any noticeable wrinkles or ribs which may remain on the surface of the pipe after the deformation process has essentially been completed.
Usually the grooves are too small to be easily perceptible or to be harmful, because of the very small pitch of the leading helical line, but if an extremely smooth surface is desired, and under suitable conditions, a tool of the kind, of that of figure 5, can be used with advantage
The facial and marginal contours described above can be applied to a tool having the shape of a straight bar similar to that shown in particular in FIG. 6. These configurations can also be applied to the roller or wheel more particularly shown in FIG. figure 7.
For several applications the bar shape of the shaping tool, or the roller or knurl shape, can be used interchangeably although the factors tending to retard the flow of metal have their action usually accentuated when using the bar shape which means that replacing a roller or wheel with a bar having an edge of the same shape, or vice versa, may give rise to variations in the thickness of the wall.
However, when it is desired to obtain extreme deformation of heavy and thick pipes, for example steel pipes, it is generally found that the roller shape is preferable because the friction is reduced and the quantities of lubricant required are equal. reduced.
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As an illustration of the results obtained by using the different tools in a series, each of them acting on a metal pipe of the same quality, the tools differing from each other by the angle of obliquity and (or) by their. active edge. , we have established the following table:
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<tb> Test <SEP> Thicken <SEP> Angle <SEP> and <SEP> radius <SEP> of <SEP> tool
<tb> of <SEP> wall <SEP> conformator
<tb> resulting
<tb>
<tb> 1 <SEP> 2.21 <SEP> mm <SEP> 60 <SEP> of <SEP> face <SEP> 4,762 <SEP> mm <SEP> of <SEP> radius
<tb>
<tb> 2 <SEP> 1.77 <SEP> 30 <SEP> "<SEP> 7.937 <SEP>" <SEP> "
<tb>
<tb> 3 <SEP> 1.77 <SEP> 00 <SEP> "<SEP>" <SEP> 11.112 <SEP> "<SEP>"
<tb>
<tb> 4 <SEP> 1.67 <SEP> 00 <SEP> "<SEP> 9.528 <SEP>" <SEP> "
<tb>
<tb> 5 <SEP> 1.57 <SEP> 00 <SEP> "<SEP>" <SEP> 7.937 <SEP> "
<tb>
<tb> 6 <SEP> 1.39 <SEP> 00 <SEP> "<SEP> 5556 <SEP>" <SEP> "
<tb>
<tb> 7 <SEP> 1,16 <SEP> 00 <SEP> "<SEP>" <SEP> 3,968 <SEP> "<SEP>"
<tb>
<tb> 8 <SEP> 0.91 <SEP> 00 <SEP> "<SEP>" <SEP> 3.174 <SEP> "
<tb>
<tb> 9 <SEP> 0.45 <SEP> 00 <SEP> "<SEP>" <SEP> 3,
174 <SEP> "<SEP>"
<tb>
Samples 1 and 2 show the effect of a face angle in increasing the wall thickness ;, Note that although for sample 2 a smaller radius was used than for sample 3, adding the effect of a positive angle to the face resulted in an equal wall thickness. Samples 3 to 9 show walls of progressively decreasing thickness as the radii of the shaping tools decrease and the metal has been progressively subjected to the greatest stresses caused by the steeper reversal required to pass under the edge. shaping tool.
In Figure 2 there is shown a convenient device for using tools
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having different configurations and acting successively on different sections of the metal pipe. This shows how the different tools can be successively put into action at the appropriate time thanks to the configuration of the gauges which act on the corresponding tools. In the figure, the upper tool is on, being determined that the corrugated contour of the gauge tends at this moment to force the upper tool inwards, while at the same instant the lower tool is withdrawn and returned. inactive, since it is on a uniformly recessed portion of the gauge.
However, as the carriage moves forward, the upper gauge is withdrawn, while the lower gauge is moved inward at the same time, so that the lower tool continues to work uninterrupted giving the pipe l 'Different wall thickness characteristic of Inaction of said lower tool In this way the wall thickness can be automatically adjusted by the successive action of the tools, the effect of said tools being able, if desired, to be supplemented by the application of a longitudinal force appropriate at all times to the goal pursued.
It will be seen from the foregoing description that the invention controls and utilizes certain factors which determine the volume flow of metal in the forming shoulder, which, however controlled, is the determining factor. ultimately the resulting wall thickness of the pipe section at any given point of diameter.
Of course the character or texture of the metal of the pipe is a factor.
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which influences the conditions under which the metal meets any particular series of conditions but, with this reservation, the control of the various factors, carried out in the manner above indicated, allows the variation between different limits. configuration given to the deformed section of the pipe and allows, also between spread limits, to obtain variable wall thicknesses if desired; on the contrary, said control allows the production of a uniform wall thickness along a section of pipe which has a different outer contour at various points.
Although, in most cases, it will be desirable to strengthen the undeformed section of the pipe by the use of a sleeve, or the like, in a plane immediately adjacent to the crest of the shoulder produced during the advancement of the pipe. the shaping tool (or in a plane coinciding with said ridge) or that, in other words, it is desirable to bring the sleeve into real contact with the face of the shaping tool, a small clearance can nevertheless be tolerated in some cases provided that it is not of sufficient width to allow the metal to spread or to form ribs to any extent outward in the aforementioned clearance:
it is indeed necessary, in all cases, that the metal is sufficiently maintained at this point so that its flow is regulated in a uniform manner around a clearly and uniformly defined ridge or angle and to prevent any displacement of the metal at a point situated in before.
It must be understood therefore, that when it comes here
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reinforcement of the pipe in the immediate vicinity of the shaping tool, the applicant intends to express the idea either of actual contact between the shaping tool and the sleeve (or equivalent member) or of sufficient proximity between these cooperating elements to to ensure the uniform production of a sharply defined shoulder free from irregularities which could interfere with the uniform flow of metal in the shoulder 7 and in the deformed section of lesser diameter.