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" Procédé et installation pour la fabrication continue à froid de tubes métalliques de petit diamètre et à paroi relativement épaisse".
L'invention concerne un procédé de fabrica- , tion continue de tubes métalliques de petit diamètre à paroi relativement épaisse, ctest-à-dire de tubes dont le diamètre extérieur est relativement grand par rap- port au diamètre intérieur et ce, à partir de profilés métalliques plats d'épaisseur relativement grande.
Par tubes métalliques de petit diamètre, il faut comprendre dans le présent brevet des tubes ayant au maximum environ 20 millimètres de diamètre exté- rieur. Par "paroi relativement épaissé", il faut com- prendre dans le présent brevet une paroi d'une épais- seur telle que le diamètre extérieur du tube formé soit au moins le double du diamètre intérieur de ce
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tube.
La fabrication de tubes à partir de feuil- lards minces, et qui ont un diamètre extérieur voisin du diamètre intérieur, par recourbement du feuillard à froid sur lui-même dans le sens transversal à sa direction d'avancement entre des rouleaux profileurs est connue et ne présente pas de difficultés. Mais ce procédé échoue si on veut l'appliquer à des fers plats épais, en vue d'obtenir des tubes de petit diamètre à paroi relativement forte. Ceci est prouvé par l'absen- ce sur le marché commercial, malgré une forte demande pour cet article, d'un tube roulé à forte paroi de petit diamètre, et à joint radial.
Un tel tube ne pouvait s'obtenir jusqu'à présent que par des méthodes de fabrication plus coûteuses ou compliquées, comme par exemple le procédé dit "sans soudure" ou bien le roulage d'un feuillard mince plusieurs fois sur lui- même, avec brasure au four.
L'invention a pour but de réaliser la fabrica- tion continue de tubes à joint radial, à forte paroi et de petit diamètre, qui soient parfaitement circu- laires extérieurement, à diamètre constant, de lon- gueur indéfinie et qui puissent être dressés et coupés aux longueurs voulues par les machines à haut rendement employées pour dresser et couper les fils métalliques de section pleine.
Dans le procédé suivant l'invention, on em- boutit progressivement un fer plat dont l'épaisseur est voisine de celle du tube fini désiré et dont la largeur correspond à la périphérie de ce tube, de façon à le transformer progressivement en un U par son pas- sage dans une paire de rouleaux d'emboutissage, on transforme ensuite l'U ainsi obtenu en un profil annu-
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laire dont la fibre, moyenne a une longueur voisine du fer plat de départe en fermant cet U par son pas- sage entre des rouleaux profiteurs du genre de ceux employés pour le profilage de tubes à paroi relative- ment mince à partir d'un feuillard, et on étire fina- lement le profilé annulaire ainsi obtenu de façon à le transformer en un'tube dont le tiamètre extérieur cor- respond à celui du tube désiré.
L'emboutissage en forme de U, préalable au profilage et à l'étirage permet d'obtenir rapidement et exactement un tube ayant exactement le diamètre désiré et l'épaisseur voulue car, chose surprenante à première vue, l'expérience prouve que cet étirage n'a pas comme effet de réduire l'épaisseur de la paroi.
L'expérience montre que tout se passe comme si la paroi refluait vers.l'axe du tube pendant que celui-ci s'al- longe au cours de l'étirage.
De plus, selon l'invention, l'emboutissage progressif susdit du fer plat destiné à former le tube, est réalisé de fa--çon que les deux bords latéraux de I'U formé soient courbés chacun sur une distance en substance égale au quart de la longueur de la circon- férence correspondant à la fibre neutre du tube achevé et suivant un rayon correspondant en substance à celui de cette circonférence, Grâce à ce profil particulier de l'U embouti ci-dessus défini, le nombre des paires de rouleaux profileurs nécessaire pour ltobtention du profilé annulaire peut être réduit considérablement.
Dans le but de permettre la fabrication à vitesse élevée, on a intérêt à employer une installa- tion qui comprend, d'une part, une paire de rouleaux en rotation dont l'un esun rouleau femelle présen- tant une cannelure correspondant à la forme extérieure
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du profilé embouti tandis que l'autre est un rouleau mâle présentant un anneau correspondant à la forme in- térieure du profilé embouti et s'emboîtant dans la cannelure susdite à une distance de celle-ci égale à l'épaisseur du fer plat à emboutir de façon à refouler progressivement celui-ci dans la cannelure au cours de son mouvement d'avancement pendant que les bords du fer plat sont tirés progressivement vers le fond de la cannelure et, d'autre part,
des moyens de gui- dage latéral du profilé en cours d'emboutissage.
Suivant une forme de réalisation avantageuse, les moyens de guidage susdits comprennent des parois du rouleau femelle qui sont distantes d'une quantité égale à la la-rgeur du fer plat à emboutir.
Une autre particularité avantageuse de l'in- stallation suivant l'invention consiste en ce que l'entrée de la cannelure du rouleau femelle est rac- cordée aux parois de guidage du fer plat à emboutir par des arrondis dont le rayon de courbure est égal à la largeur des épaulements formés entre les parois de guidage et la$ cannelure.
D'autres particularités et détails de l'inven- tion apparaîtront au cours de la description des des- sins annexés au présent mémoire, qui représentent schématiquement, et à titre d'exemple seulement, une forme de réalisation d'une installation suivant l'in- vent,ion.
La figure 1 est une vue schématique de cette installation.
La figure 2 est à échelle plus grande une coupe transversale dans les parties adjacentes des rouleaux d'emboutissage.
La figure 3 est, dans le rouleau femelle, une
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coupe diamétrale suivant la ligne III-III et, dans le rouleau mâle, une coupe diamétrale suivant la ligne III'-III' de la figure 2.
La figure 4 représenté d'une façon analogue à la figure 3, des coupes suivant les lignes IVIV et IV'-IV' de la figure 2.
La figure 5 est une coupe suivant la ligne V-V de la figure 2.
La figure 6 est une coupe diamétrale dans les parties adjacentes d'une paire de rouleaux de profi- lage de l'installation suivant la figure 1.
La figure 7 est une coupe diamétrale dans les parties adjacentes d'une deuxième paire de rouleaux de profilage de l'installation suivant la figure 1.
La figure 8 représente en coupe transversale un tube obtenu à la sortie de l'installation suivant la figure 1.
La figure 9 représente schématiquement, en coupe transversale, un stade intermédiaire d'un tube fabriqué par le procédé suivant l'invention, dans le cas où il comprend deux fers plats enroulés l'un sur 1'autre. '
La figure 10 est une coupe transversale du tube achevé dont le stade intermédiaire est représenté à la figure 9.
Dans ces différentes figures, les mêmes nota- tions de référence désignent les éléments identiques.
A la figure 1, on a représenté une installa- tion suivant l'invention dans laquelle on traite un fer plat 2 de longueur indéfinie provenant, par exem- ple, d'une bobine,dont l'épaisseur est voisine de celle du tube fini désiré et dont la largeur corres- pond à la périphérie de ce tube.
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Dans cette installation, on emboutit le fer plat 2 de façon à transformer son profil progressive- ment en un U par son passage dans une paire de rou- leaux d'emboutissage 3 et 4. On transforme ensuite l'U ainsi obtenu en un profil annulaire dont la fibre moyenne à une longueur voisine de la largeur du fer plat de départ. Cette transformation est réalisée en recourbant lU obtenu par emboutissage, transversale- ment, de manière progressive, par son passage entre deux paires de rouleaux profileurs dont un seul est visible pour chaque paire. Les rouleaux visibles sont désignés par 5 et par 6. Ces paires de rouleaux sont du genre de ceux employés pour le profilage d'un tube à paroi relativement mince à partir d'un feuillard.
Après cette opération de profilage, on étire le pro- filé annulaire ainsi obtenu de façon à le transformer en un tube dont le diamètre extérieur correspond à celui du tube désiré. L'opération d'étirage est sché- matisée par une filière 7.
Le rouleau d'emboutissage 3 est un rouleau femelle présentant une cannelure 8 correspondant à la forme extérieure du profilé embouti tandis que le rouleau 4 est un rouleau mâle présentant un anneau 9 correspondant à la forme intérieure du profilé embou- ti. Cet anneau s'emboîte dans la cannelure 8 jusqu'à une distance de celle-ci égale à l'épaisseur du fer plat 2 à emboutir.
La section transversale de la cannelure 8 est caractérisée à ses extrémités par deux quarts de cir- conférence 20 et 21 correspondant en substance à la circonférence extérieure du tube à former. La section transversale de l'anneau 9 est limitée à ses deux ex- trémités par deux quarts de circonférence 22 et 23 qui
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correspondent en substance au quart de la circonfé- rence intérieure du tube à former.
En s'engageant entre les rouleaux 3 et 4, le fer plat 2 ne prend d'abord appui que sur deux épaule- ments 10 du rouleau femelle 3 et sur la périphérie 11 de l'anneau 9. Déjà avant de venir en contact avec ces épaulements 10, le fer plat 2 est guidé latérale- ment de façon à être maintenu dans l'axe de la canne- lure 8, par des parois 12 du rouleau femelle 3 distan- tes d'une quantité égale à la largeur du fer plat (figure 3).
Au fur et à mesure qu'il est entraîné plus avant par les rouleaux 3 et 4, le fer plat 2 reçoit une pression croissante du rouleau mâle 4 qui donne au fer plat une courbure générale telle que celle re- présentée à la figure 4. Cette courbure n'est cepen- dant que temporaire étant donné que le profilé est redressé entre les rouleaux 3 et 4, comme représenté à la figure 5. Pendant le refoulement progressif du fer plat dans l'espace entre le fond de la cannelure 8 et la périphérie 11 de l'anneau 9, les bords du fer plat sont tirés progressivement vers le fond de la cannelure, ce qui donne lieu à un cintrage prononcé qui peut exister jusque près des bords du fer plat.
La fibre neutre du profil embouti obtenu par le passage du fer plat 2 entre les rouleaux 3 et 4 est représentée à la figure 5 par une ligne en traits mix- tes désignée par 24. La longueur de cette fibre neutre est égale à la largeur du fer plat de la figure 3.
Cette fibre neutre est formée de trois parties dont- les deux parties d'extrémité sont constituées chacune par un quart de la circonférence correspondant à la fibre neutre du tube achevé.
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Peur que ce cintrage puisse être réalisé facilement, il faut prendre deux précautions, la pre- mière consiste dans le guidage du fer plat 2 à embou- tir dans l'axe de la cannelure 8. Ce guidage, qui est réalisé par les parois 12 du rouleau femelle, peut être suffisant pour ne pas nécessiter la disposition d'un guide 13 (figure 1) en avant des rouleaux d'em- boutissage et, éventuellement, d'un guide supplémen- taire 14 en arrière de ces rouleaux. Dans le cas d'em- ploi de ce dernier guide, celui-ci comprend avantageu- sement des galets dont un pénètre à l'intérieur du profilé en U formé par emboutissage. Cependant lors- qu'on emploie ces guides 13 et 14, ceux-ci sont dispo- sés le plus près possible des rouleaux d'emboutissage 3 et 4.
L'autre précaution à prendre pour réaliser un cintrage facile est l'élimination du cisaillage des bords du fer plat par les épaulements 10 au cours du refoulement progressif de ce fer plat dans la canne- lure 8. A cet effet les épaulements 10 sont arron- dis suivant un rayon de courbure égal à leur largeur (voir figure 3). L'expérience a montré qu'avec un ar- rondi semblable, on évite tout cisaillage des bords du fer plat.
La transformation du profilé en U obtenu par emboutissage eh un profilé annulaire, commence par le passage de l'U entre des rouleaux profileurs 5 et 15 (figure 6) qui ferment l'U en le comprimant latérale- ment. Le profilé obtenu de cette façon passe ensuite entre des rouleaux 6 et 16 (figure 7) qui accentuent la compression latérale de façon à donner lieu au pro- filé annulaire 17.
Les cannelures des rouleaux 5, 6, 15 et 16
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sont de préférence, mais pas nécessairement, semi-cir- culaires. Elles présentent une dépouille 25 suffisante pour éviter le pinçage de bavures sur le tube.
Comme on peut le constater à la figure 7, le profilé obtenu est un tube à joint pratiquement fermé mais dont la fermeture n'est réalisée qu'en un point de chaque section transversale. Ce tube n'est pas étanche et n'a pas une section parfaitement circulaire.
Afin de le rendre étanche et de lui donner une sec- tion circulaire parfaite, on lui fait subir l'opéra- tion d'étirage schématisée en 7, à la figure 1. On utilise à cet effet des filières à trou rond comme celles employées pour le tréfilage de fils de section pleine. Plusieurs passes peuvent être nécessaires.
Cet étirage ferme le joint sur toute l'épaisseur du profilé de façon à donner lieu à un tube 18 du genre de celui représenté à la figure 8.
On constate en pratique qu'au cours de l'opé- ration d'étirage d'un profilé annulaire 17, le trou est réduit en diamètre mais l'épaisseur de la paroi reste pratiquement constante. L'étirage se fait donc au profit d'un allongement du tube et non par réduc- tion de l'épaisseur de la paroi.
Pour obtenir,par exemple, un tube ayant un diamètre extérieur fini de /l6ème de pouce et un dia- mètre intérieur de 1/16ème de pouce, on part, d'un fer plat de 10/l6ème de pouce de largeur et de 1/16ème de pouce d'épaisseur. Après emboutissage et profilage, le profilé annulaire obtenu présente un diamètre exté- rieur d'environ 4/16ème de pouce et un diamètre inté- rieur d'environ 2/16ème de pouce. Après deux passes successives d'étirage, on obtient le tube désiré dont les diamètres extérieur et intérieur sont respective- ,
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ment de 3 16ème de pouce et de 1/16ème de pouce.
On peut également réaliser, d'une façon con- tinue, à froid, des tubes métalliques de petit diamè- tre à paroi particulièrement épaisse, qui ne peuvent être obtenus par aucun autre procédé connu, en embou- tissant un fer plat de la façon qui a été indiquée ci- dessus en se référant aux figures 1 à 5 et en enrou- lant ensuite ce fer plat sur lui-même entre des rou- lea.ux profileurs tels que ceux représentés aux figures 1, 6 et 7. Mais ensuite, au lieu de procéder directe- ment à un étirage du profilé annulaire 17 de la figure 7, on fait servir celui-ci de noyau pour y enrouler un autre profilé en U obtenu également par emboutis- sage d'un fer plat. On obtient élors un profilé annu- laire composite du genre de celui représenté à la fi- gure 9, qui comprend un noyau 17 et un fer plat enrou- lé 19.
On étire finalement ce profilé annulaire compo- site de façon à le transformer en un tube dont le dia- mètre extérieur correspond à celui du tube désiré. Un tel tube est représenté à la figure 10.
Il va de soi que le profilé annulaire compo- site à étirer pourrait comprendre plus de deux couches.
L'opération de profilage succédant à l'embou- tissage initial peut, selon l'invention, être encore simplifiée en ce que l'on n'utilise qu'une seule paire de rouleaux profileurs pour obtenir, directement après l'emboutissage, le profilé annulaire 17 de la figure 7.
Dans ce cas, les rouleaux profileurs uniques sont de grand diamètre. Celui-ci est par exemple de l'ordre de vingt fois la largeur du fer plat épais utilisé pour la fabrication du tube.
Il est évident que l'invention n'est pas ex- pressément limitée aux formes de réalisation décrites
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et que bien des modifications peuvent être apportées dans la forme, la disposition et la constitution de certains éléments intervenant dans sa réalisation, sans sortir de la portée du présent brevet, à condition que ces modifications ne soient pas en contradiction avec l'objet de chacune des revendications suivantes.
REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication continue à froid de tubes métalliques de petit diamètre 4 paroi relati- vement épaisse, caractérisé en ce qu'on emboutit pro- gressivement un fer plat dont l'épaisseur est voisine de celle du tube fini désiré, et dont la largeur cor respond à la périphérie de ce tube, de façon à le transformer progressivement en un U par son passage dans une paire de rouleaux d'emboutissage, en ce quon transforme ensuite l'U ainsi obtenu en un profil annu- laire dont la fibre moyenne à une longueur voisine du fer plat de départ, en fermant cet U par son passage entre des rouleaux profileurs du genre de ceux employés pour le profilage de tubes à paroi relativement mince à partir d'un feuillard,
et en ce qu'on étire finale- ment le profilé annulaire ainsi obtenu de façon à le transformer en un tube dont le diamètre extérieur cor- respond à celui du tube désiré.