<Desc/Clms Page number 1>
Eo WEISSE, résidant à HANOVRE (Allemagne) PROCEDE ET DISPOSITIF PERMETTANT DE RETREINDRE DES TUBES SANS FORMATION DE PLIS LORS DE LA FABRICATION DE RECIPIENTS METALLIQUES.
Il est possible, à l'aide de dispositifs connus, de rétreindre un tube métallique à paroi épaisse pour y exécuter un col rétréci. Par con- tre, cette opération ne peut être ainsi effectuée sur un tube à paroi mince, c'est-à-dire dont l'épaisseur est égale ou inférieure au cinquantième envi- ron de son diamètre, car le rétreint des tubes à paroi mince entraîne la formation de plis longitudinaux et transversaux qui rendent impossible tout travail ultérieur des tubes,
L'invention concerne un procédé et des dispositifs permettant de rétreindre, en une fois et sans produire de plis, des tubes à minces pa- rois en métaux dont les températures de recristallisation sont inférieures à 600 C, par une opération continue à la presse, pour la fabrication de ré- cipients métalliques,
en particulier pour rétreindre des tubes dont la pa- roi a une épaisseur environ égale ou inférieure au cinquantième du diamètre du tube.
L'invention est basée sur la constatation que, pendant l'opéra- tion de rétreint, un tube se déforme sans plissage lorsque la pression de façonnage ne peut s'exercer que dans la portion du tube devant être façon- née. Cette idée de base de l'invention est mise en pratique de la manière suivante :
La partie du tube devant subir le façonnage le plus important, est chauffée dans le creux de la matrice pendant le façonnage à une tempé- rature au moins égale à la température de recristallisation au moyen d'une matrice chauffée à une température analogue.
La partie du tube qui s'y rac-
<Desc/Clms Page number 2>
corde et qui se trouve à l'intérieur et à l'extérieur de la matrice au voisi- nage de son bec, est maintenue suffisamment froide par un dispositif de re- froidissement,pour que le tube conserve une résistance suffisante malgré la transmission de chaleur de la matrice à travers la paroi du tube, et qu'il ne puisse se produire aucun pli à cet endroit. Dans cette partie du tube, jusqu'au collet de la matrice, la température diminue depuis la température de recristallisation jusqu'à la température de l'agent de refroidissement.
Pour obtenir un refroidissement aussi intense, le tube pénétrant dans le bec de la matrice et le bec lui-même sont refroidis directement par un liquide de refroidissement qu'on projette contre le col de la matrice et contre le tube qui y pénètre. De cette manière,le métal est amené dans la matrice d'un part à l'endroit devant subir le façonnage le plus intense, c'est-à- dire dans le creux de la matrice, à une température à laquelle il est ducti- le. Cette partie du tube peut en conséquence être façonnée de façon parfai- te sans former de plis. D'autre part, la partie attenante du tube, c'est-à- dire celle qui se trouve au coisinage du bec de la matrice, est maintenue suffisamment froide pour qu'elle ne se ramollisse pas et ne se déforme pas, et qu'elle ne forme donc aucun pli pendant la formation du rétreint.
A ce moment de l'opération de façonnage, il faut effectivement appliquer une pres- sion de travail plus élevée que la pression du début, et cette pression doit être absorbée sans former de plis par la partie du tube se trouvant sur le bec de la matrice. Grâce au précédé de l'invention, il est possible de réa- liser en une opération de presse continue et sans étages, une grande diminu- tion de diamètre sur un tube à minces parois, sans former de plis.
L'outil de façonnage, en particulier la matrice utilisée dans ce but, est chauffée à l'électricité ou au gaz sur la plus grande partie de sa zone de façonnage. Son bec est cependant refroidi directement par un agent de refroidissement. En outre, le tube est également fortement refroidi di- rectement par le liquide de refroidissement, de préférence à l'eau, à son entrée dans le bec de la matrice, et l'extrémité du tube peut encore être chauffée séparément par l'intérieur, pour la rendre la plus ductile possi- ble. Le tube peut aussi être refroidi à l'eau par l'intérieur, éventuelle- ment uniquement ou en plus du refroidissement extérieur ; au moins jusqu'à la hauteur du bec de la matrice, pour qu'il demeure suffisamment rigide.
Sui- vant le mode opératoire conforme à l'invention, on s'efforce d'obtenir et on réalise un gradiant élevé de chute de température le long de la partie du tube devant être façonnée et de la partie façonnée du tube au voisinage du bec de la matrice.
L'idée de l'invention est expliquée à titre d'exemple dans ce qui suit en l'appliquant au rétrient d'un col de bouteille sur un tube en aluminium en une seule opération de presse continue et sans étages. Dans ce but, on utilise une matrice dont la forme correspond à celle du col de la bouteille, dont le diamètre d'entrée correspond au diamètre extérieur de l'ébauche en forme de tube et qui est chauffée à l'électricité ou au gaz à une température supérieure à 400 C.
L'extrémité du tube s'échauffe très rapidement à la température de la matrice par son contact intime avec sa paroi quand on le fait péné- trer dans la matrice chauffée. De ce fait, la résistance au façonnage du matériau du tube diminue, surtout dans le creux de la matrice, jusqu'à une fraction de sa valeur à froid. L'ébauche cylindrique est ainsi façonnée progressivement à son extrémité en un col de bouteille sous l'action de la pression de pénétration continue, agissant en une fois. Pendant cette opé- ration, l'extrémité du tube se déforme sans produire de plis aussi bien dans le sens axial que dans le sens radial si la vitesse de l'outil de pres- se au moyen duquel la pression de pénétration est obtenue n'est pas trop é- levée. La matrice qui sert au façonnage de l'extrémité du tube est fixée à la pièce supérieure mobile de la presse.
Il existe éventuellement dans la matrice un noyau central servant au calibrage de la paroi intérieure du col-
<Desc/Clms Page number 3>
let. Le corps cylindrique du tube ne devant pas être déformé, s'appuie en partie sur une matrice inférieure qui entoure l'ébauche en la fermant. L'en- droit de transition demeurant libre entre les deux matrices et la partie du tube qui y pénètre doivent absorber la pression de pénétration axiale sans qu'il ne se produise de plis. La zone dangereuse du tube au -point de vue de la formation de plis, se trouve à l'intérieur de la matrice au voisinage de son bec et un peu en dessous à l'extérieur du bec. Pour que le tube demeure sans pli à cet endroit, le tube et le bec de la matrice sont refroidis di- rectement par un liquide de refroidissement.
Pour le refroidissement de l'en- droit de transition, on fixe, de préférence à la matrice supérieure, entre la matrice inférieure froide et la matrice supérieure chauffée, immédiate- ment en dessous du bec de cette dernière, un'tube à eau en forme de bague, qui projette l'eau obliquement contre la zone d'entrée dangereuse et contre le bec de la matrice, et on maintient ces zones suffisamment froides pour que le tube ne forme aucun pli ni dans la matrice ni à l'extérieur. Le tube demeure ainsi rigide à la zone dangereuse parce qu'il ne peut être ramolli à cet endroit par la chaleur se propageant en provenance de la matrice chauf- fée. Au lieu d'un refroidissement extérieur à l'eau ou en plus de celui-ci, un tube vertical dont l'extrémité supérieure est dédormée, peut également ê- tre rempli d'eau conformément à l'invention.
Au moyen d'un tube d'amenée et d'un tube de décharge, on veille dans ce cas à assurer la circulation de l'eau, et on maintient en même temps un niveau d'eau variable en fonction de la levée de la matrice supérieure, au moins à la hauteur de son bec. Grâ- ce au dispositif conforme à l'invention, il est possible sans plus de rétrein- dre des tubes ayant un diamètre intérieur de 180 mm et une épaisseur de pa- roi de 1,5 mm seulement, à un diamètre de collet de 65 mm, c'est-à-dire en- viron dans le rapport 1 : 3 par pressage continu et sans étages, en une seu- le opération. Cela n'était pas possible par les procédés connus jusqu'à pré- sent.
Ce rapport peut même être réduit encore davantage. Dans ce but, le procédé conforme à l'invention, continu et exécuté en une fois est appli- qué plusieurs fois successives au moyen de matrices de plus en plus petites.
A chaque étage successif, le matériau du col existant est façonné en produi- sant un allongement d'épaules sans transition et un nouveau col plus petit.
Dans ce but, la matrice suivante a une forme telle que sa partie produisant l'allongement des épaules et son creux intérieur destiné à former le nouveau col de bouteille, façonnent le matériau du collet devant être façonné en lui conférant un allongement d'épaules sans transition et un nouveau col plus petit. La matrice suivante possède par conséquent d'une part un diamètre de bec supérieur, et d'autre part un creux cylindrique inférieur au diamètre du creux de la première matrice ou respectivement du col existant. Le bec de la seconde matrice et la partie d'épaule de l'ébauche prédéformée qui y pénètre, sont refroidis directement par un liquide de refroidissement, comme on l'a déjà décrit plus haut, au cours d'une opération de presse continue et sans étages.
L'opération de presse à cet étage est terminée quand la ma- trice s'appuie sur la partie existante de l'épaule de l'ébauche. De cette façon, la pression de pénétration axiale, importante, nécessaire au rétreint à partir d'un grand diamètre de tube jusqu'à un diamètre de col très petit, que le tube ne pourrait supporter sans former de plis, est subdivisée en plusieurs pressions partielles. Par une gradation appropriée des matrices, les pressions partielles peuvent être maintenues égales et suffisamment pe- tites pour que la partie de tube non façonnée et également la partie façon- née ne forment aucun pli dans la zone dangereuse du bec de la matrice.
Le procédé selon l'invention peut également être appliqué avec avantage lorsqu'il s'agit de fermer un corps tubulaire à la forme d'un hé- misphère ou d'un ellipsoïde de révolution. Pour la fabrication de bouteilles de gaz comprimé sans soudure à paroi mince, le procédé selon l'invention peut être utilisé lorsqu'il s'agit, en même temps que de réaliser la forme
<Desc/Clms Page number 4>
sphérique ou l'ellipsoïde de révolution, de monter à la presse un collet des- tiné à porter le filetage pour le robinet de la bouteille et muni d'une gorge annulaire recevant le rebord du col. Le métal fluant vers l'intérieur vient s'insérer fortement dans la gorge annulaire du collet, qui se trouve alors assujetti de manière inséparable au corps de la bouteille, et qui, afin d'as- surer l'étanchéité est soudé extérieurement sur ledit corps.
Pour la fabrication de bouteilles de gaz comprimé sans soudure à paroi mince, l'extrémité du col peut aussi être conformée en une bague.
Après avoir été estampée suivant le procédé ci-dessus décrit, la bague de col est bordée vers l'intérieur et introduite par serrage, au moyen d'un outil spécial agissant de l'extérieur, dans la gorge annulaire du collet d'extrémité.
Le procédé selon l'invention permet également d'augmenter de ma- nière quelconque l'épaisseur du col d'une bouteille, lors de l'étirage de celui-ci ou de la fabrication d'un fond sphérique ou en forme d'ellipsoïde de révolution. L'accroissement d'épaisseur est d'autant plus grand que le frottement entre la matrice et la paroi extérieure du tube est pllus forte.
En employant un bon lubréfiant, tel que du graphite colloïdal, le frotte- ment est réduit et l'étirage et le pressage du métal sont, de préférence, opérés en direction axiale. Malgré le refoulage l'épaisseur n'augmente que très faiblement. Avec une mauvaise lubréfaction, c'est-à-dire, un frotte- ment plus fort, on obtient, au contraire, une déformation plus marquée dans le sens radial, et les épaisseurs obtenues sont notablement supérieures à celle du tube initial.
Le procédé selon l'invention permet, en outre, de conférer au col rétreint de la bouteille une surépaisseur telle que ledit col peut re- cevoir un filetage extérieur ou intérieur fin destiné à la fixation d'un collet lequel porte, à son tour, le filetage pour le robinet de la bouteil- le. Dans ce cas, le collet est avantageusement aménagé en collet double enserrant le col de la bouteille intérieurement et extérieurement en vue d'éviter tout évasement du col sous l'action de la pression intérieure ré- gnant dans la bouteille. Ces filetages ne sont cependant jamais parfaite- ment étanches au gaz. Il faut donc réaliser une étanchéité spéciale du col- let sur le corps de la bouteille. Ceci pourrait être obtenu par interposi- tion d'un joint d'étanchéité de type courant.
Le vieillissement au cours des années et les variations de températures rendent cependant à la longue ces moyens d'étanchéité inefficaces, ce qui présente de graves dangers, en particulier pour les bouteilles servant à l'emmagasinage de gaz combustibles liquides.
Pour cette raison, il est prévu, de préférence, conformément à l'invention un joint métallique. Dans ce but, la bague de col du corps de la bouteille est chanfreiné, à un angle de 50 par exemple, et le collet est muni d'une gorge annulaire de diamètre égal à celui de la bague de col chanfreiné mais dont le fond est creusé à un angle plus grand que celui du chanfrein, par exemple à 60 . Lorsqu'on visse fortement le collet, l'arête vive du col s'écrase et vient s'insérer fortement et de manière parfaite- ment étanche dans la gorge annulaire du collet. Ce mode d'obturation est absolument étanche au gaz. Le collet n'a pas besoin d'être soudé au corps de la bouteille. Il est cependant avantageux de le souder au col, par un cordon de quelques millimètres seulement de longueur, afin d'éviter que le collet ne soit desserré intempestivement.
Dans le cas où la bouteille serait bosselée en cours d'usage,le petit cordon de soudure peut être coupé à la scie, le collet dévissé et le corps de la bouteille plané. Le collet peut, de même, être remplacé lorsque le filetage du robinet a été usé par suite d'un usage prolongé.
Le collet est avantageusement muni d'oeillets recevant un étrier
<Desc/Clms Page number 5>
de transport. Par rapport au mode de fixation, couramment utilisé jusqu'à présent, de l'étrier de transport au chapeau du robinet, la fixation selon l'invention offre l'avantage important de permettre le transport commode des bouteilles à l'atelier de remplissage, sans que les chapeaux de robinet soient mis en place.
En général, les bouteilles de gaz comprimé soudées ou sans sou- dure, à paroi mince, sont jusqu'à présent exécutées, dans leur partie cylin- drique, à une épaisseur notablement supérieure à celle prescrite par les règlements en vigueur, conformément au calcul de leur résistance. Les bou- teilles ainsi exécutées, soumises à un service très dur, résistent mieux aux risques de bosselage, mais leur poids et la dépense de matière première pour les fabriquer sont plus grandes qu'il ne serait nécessaire.Selon une autre caractéristique de l'invention cet inconvénient est éliminé grâce au fait que la paroi des bouteilles ne présente de surépaisseur qu'aux endroits soumis aux efforts les plus importants, ceci afin de conférer à ladite paroi la résistance nécessaire au bosselage, tandis que, partout ailleurs,
l'é- paisseur de la paroi est juste égale à celle qui est imposée par le calcul de résistance.Les endroits soumis aux fatigues les plus importantes sont, avant tout, le raccordement de la partie cylindrique du col et, éventuelle- ment, au pied. En ces points, la bouteille reçoit une bague de renfort.
Pour des ébauches de bouteilles étirées, cette bague peut être obtenue sans difficulté par emboutissage sur épaulement, par planage ou par poinçon can- nelé. Le renfort peut être disposé à l'extérieur, ou, de manière invisible, à l'intérieur du corps de la bouteille.Ces bagues étant de hauteur relati- vement faible par rapport à la hauteur de la partie cylindrique de la bou- teille, il en résulte une économie appréciable de matière première et, par suite une diminution importante du poids.
Les dessins annexés, servent à la compréhension de l'exposé ci- dessus
Sur ces dessins
La figure 1 représente, en coupe, la partie supérieure de la bouteille et la matrice utilisée pour l'étirage du col.
La figure 2 représente, en coupe, la partie supérieure de la bouteille et une deuxième matrice utilisée pour un second étirage du col exécuté après la première opération de formage, effectuée au moyen de la matrice de la figure 1.
La figure 3 est une vue en coupe de la partie supérieure de la bouteille et de la matrice utilisée pour former une calotte de fermeture sphérique ou en ellipsoïde de révolution.
La figure 4. représente, en coupe, la partie supérieure de la bouteille et la matrice destinée au formage sphérique ou en ellipsoïde de révolution, avec montage à la presse d'un collet dans l'extrémité du tube.
La figure 5 représente, en coupe, la partie supérieure de la bouteille et un outil spécial destiné au montage à la presse du collet dans le collet de la bouteille.
La figure 6 est une coupe partielle du col de la bouteille et du collet fileté vissé dans le col en écrasant l'arête métallique formant j oint
La figure 7 est une vue analogue à la précédente, mais avec un collet fileté vissé sur le col et non dans celui-ci.
<Desc/Clms Page number 6>
La figure 8 représente, en coupe partielle, un corps de bouteille muni de bagues extérieures de renforcement contre les déformations.
La figure 9 est une vue analogue à la précédente, mais avec des bagues de renforcement intérieures.
La signification des chiffres de référence des figures est la suivante
1 matrice supérieure
2 dispositif de chauffage de la matrice supérieure
3 forme de l'ébauche
4 forme rétreinte de l'ébauche
5 tube de pulvérisation
6 collet
7 accrochage du collet
8 clavette de réglage
9 outil de presse
10 oeillet support
11 étrier de transport
12 bague-renfort extérieure
13 bague-renfort intérieure
14 cordon de soudure
15 filetage
16 arête d'étanchéité.
REVENDICATIONS..
1/ Procédé de rétreinte du tubes à parois minces en métaux dont la température de recristallisation est inférieure à 600 C, en particulier de tubes dont l'épaisseur de parois est environ égale ou inférieure au cin- quantième du diamètre, au moyen d'une presse, en maintenant le creux de la matrice à la température de façonnage du matériau et en refroidissant le tu- be pénétrant dans la matrice, caractérisé en ce que l'extrémité du tube est façonnée en une seule phase sans former de plis, par une opération de presse continue et progressive en chauffant le creux de la matrice à une tempéra- ture égale ou supérieure à la température de recristallisation du matériau et du tube et en refroidissant directement le bec de la matrice et le tube qui y pénètre par un liquide de refroidissement projeté contre eux.