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"Dispositif pour la formation d'éléments tubulaires en ma- tières plastiques".
Cette invention est relative à la fabrication d'éléments tubulaires en matière fibreuse et en résine thermodurcissable et concerne plus particulièrement un mandrin dilatable tel que l'on peut, sans aucun danger, utiliser dans la fabrication des pressions relativement considérables, même supérieures à celles qui sont normalement individuellement supportables par les élé- ments fabriqués.
Conformément à l'invention décrite ci-après, il est fait usage de pressions radiales mutuellement opposées qui permettent l'utilisation de tubes métalliques relativement très minces dans lesquels une ébauche préalablement introduite est amenée
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en son état final.
Cette opération est réalisée en utilisant un appareil dans lequel l'élément tubulaire métallique à garnir ou l'ébau- che préalable constitue la paroi ou l'enveloppe interne d'un moule tubulaire à paroi double, l'espace compris entre ces parois délimitant une chambre de pression.
Un avantage de la présente invention consiste en ce que le même appareil et le même procédé peuvent être utilisés pour la fabrication d'éléments tubulaires présentant des dia- mètres extérieure différents, dans la mesure où la paroi in- terne est un élément amovible. Lorsque les tubes métalliques sont doublés ou revêtus, c'est-à-dire lorsque l'élément tubu- laire en matière plastique forme partie intégrante de ceux-ci, ces tubes métalliques peuvent présenter une flèche ou une ovalisation ce qui empêche leur adaptation à un moule aux di- mensions internes exactes ; toutefois, selon l'invention, de tels tubes peuvent être traités attendu que la flèche ou l'ova- lisation peut être ultérieurement éliminéepar tous moyens connus.
Ces particularités ainsi que d'autres avantages et appli- cations se dégagent de la description ci-après qui se réfère aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue latérale d'un appareil selon l'invention; les figures 2 et 2a représentent une vue en coupe hori- zontale de la figure 1, dans laquelle l'appareil est sous pres- sion au cours d'une opération de durcissement; la figure 3 est une vue en coupe verticale montrant la position des différents organes de l'appareil pendant une opé- ration de durcissement; la figure 4 est une vue d'un joug pour l'assemblage de butée avant.
En se référant aux dessins, le moule comprend une envelop
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-pe tubulaire externe Ion un métal rigide approprié présentant une épaisseur de paroi suffisante pour résister à la pression maximum à établir dans l'appareil. Des organes de fermeture ¯2 sont montés à çhaque extrémité de l'enveloppe 1 et ils sont fixée par des goujons 3, tout scellement approprié étant utili- sable entre ces organes et cette enveloppe en vue de prévoir un joint résistant à la pression et empêchant les fuites.
Chaque organe de fermeture 2¯ présente la forme d'une bague présentant une ouverture centrale 4 dont la face circon- férentielle interne est munie d'une rainure destinée à rece- voir un anneau d'étanchéité 6- formant joint. Les fermetures servent de supports au positionnement concentrique d'une gaine interne, comme décrit ci-après.
L'enveloppe externe 1 présente à l'une de ses extrémités une admission supérieure de fluide 1 (figure 1) laquelle est dotée d'une soupape de contrôle appropriée 8. A son extrémité opposée, l'enveloppe est munie d'un échappement inférieur de fluide .2 comportant une soupape de contrôle à deux directions 10 pour l'écoulement ou le raccordement de cet échappement à une source productrice de vide.
Des organes de butée avant et arrière' 11 et 12 sont montés de façon à pouvoir pivoter sur l'enveloppe 1. L'organe ' de butée avant 11 prend appui sur des tourillons 13 diamétrale- ment opposés, soudés à l'enveloppe 1. Des bras 14 présentant une extrémité filetée sont montés d'une manière pivotante sur cha- cun desdits tourillons 13. Un joug 15 (figure 4) est porté par lesdits bras 1! et présente des ouvertures espacées 16 traver- sées par les bras 14 et une échancrure centrale 17 en forme de U enserrant l'extrém@té prolongée d'un mandrin 18 décrit ci-après Le joug 15 est disposa et fixé sur les bras 14 par des écrous de fixation cpposés 19.
L'organe de butée arrière 12 comprend également des
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tourillons 13, sur lesquels sont montés d'une manière pivotante les bras 14 filetés à leurs extrémités et supportant une plaque-support 20 à vis de butée présentant des ouvertures es- pacées traversées par des bras 14 et sur lesquelles ceux-ci sont fixés par des écrous 21. Le support à vis 20 présente une ouverture filetée centrale 22 pour la réception d'une vis de butée 23. L'extrémité interne de la vis de butée 23 présente un décolletage fileté 24 et saillant à travers une ouverture centrale pratiquée dans la base d'un support terminal 25 en forme de cuvette, la face circonférentielle avant engageant l'extrémité d'un moule interne ou gaine, comme décrit ci-après.
L'enveloppe externe 1 est montée d'une manière pivotante sur un support présentant une base 26 (figure 1) munie d'au moins un bras 27 s'étendant simultanément vers le haut et vers l'arrière de cette base, ce bras 27 étant muni d'une ouverture 28 à son extrémité supérieure en vue de recevoir un pivot 29.
Ce dernier forme partie intégrante d'un bloc à pivot 30 et s'étend latéralement à partir de ce bloc lequel est soudé sur l'enveloppe 1. Un verrou 32 est monté sur un pivot 31 lui- même fixé sur le bord supérieur. du bloc 30 et engage une sure- té 33 solidaire du bras 27 en vue de maintenir l'enveloppe dans une position horizontale.
Le pivot 29 est placé au-delà du centre de gravité de l'enveloppe 1 et lorsque le verrou 32 est libéré, l'enveloppe pivote en engagement avec l'organe d'arrêt 34 s'étendant à l'arrière de la base 26 et occupe par conséquent une position inclinée angulaire d'approximativement 50 pour des raisons expliquées ci-après.
Tel que clairement visible sur les figures 2 et 2a, l'enveloppe interne du moule est un élément tubulaire métalli- que 35 flexible ou non rigide présentant une surépaisseur 36, un corps allongé mince 37 et une extrémité 38 présentant une
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ouverture centrale 39. Cette extrémité 38 présente également une épaisseur de paroi plus grande que celle du corps 37.
Cette extrémité est elle-même prolongée par un collier tubulai- re 40 s'étendant au-delà de la fermeture'finale. L'ouverture centrale de cette extrémité est obstruée par un organe d'arrêt 41 monté sur l'extrémité d'un boulon fileté 42 qui se prolonge; vers l'arrière, au travers de l'ouverture 39 en vue de recevoir' l'éorou 43 pour la fixation, en position correcte,de l'organe d'arrêt 41. Un support de scellement 44 en forme de champignon ; s'engage vers l'intérieur à partir de l'organe d'arrêt 41, forme partie intégrante de celui-ci et porte un joint de rac- cord 45 en Teflon ou en une autre matière appropriée, qui s'étend parallèlement à la partie finale 38 de l'enveloppe et qui recouvre cette partie.
L'enveloppe interne 35 présente une ? longueur telle qu'elle dépasse ou excède la longueur de l'en- veloppe extérieure. En outre, son diamètre est tel qu'elle est en contact avec les joints d'étanchéité , montés dans les rai- nures circulaires 5. Les enveloppes interne et externe déli- mitent ainsi entre ellee une chambre de pression. Par enveloppe: interne flexible ou non rigide, on entend généralement un tube à paroi mince, dans lequel le métal peut être légèrement défor- mé sans être endommagé.
Un mandrin 18 est disposé dans l'enveloppe interne et présente une partie tubulaire filetée 46, un collet 47 et un corps creux 48 qui forment,tous, un élément unique. Le contour du corps 48 est similaire à un sac ou à un flacon allongé pré- ' sentant une paroi cylindrique et une partie terminale ou de fond. Un diaphragme 49 en matière expansible, comme par exemple' du caoutchouc, recouvre entièrement ledit corps et s'adapte étroitement à celui-ci, lorsqu'il n'est pas dans la position dilatée représentée.
Le diaphragme présente la même forme que ' le corps 48 en vue de recouvrir et d'enserrer celui-ci, l'extré.
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mité ouverte de ce diaphragme s'étendant, au-delà d'une bride
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c.rconfdrsnt.eï7.e .2Q, sur l'extrémité interne de la partie tubulaire 46 où le diaphragme est fixé par l'organe de ferme- ture 51, la cuvette de fermeture 52 et l'écrou 53, lesquels éléments sont connus en soi.
L'élément tubulairé 46 du mandrin est creux et un tube
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d'admission s'étend .s.tt.e .p.^o.onge axialement au travers de cet élément tubulaire : le collet , et débouche dans le corps creux ... Le t'&.'"et accordé à une conduite de fluide hydrauliqu6QUi'"'e"'-Me, par une soupape 22, à une source appropriée 3e.ldeBÈauÏTé et sous pression..
Comme indiqué par les flèches, dans les figures 2, 2a, lorsque le fluide sous pression est admis, il afflue dans le noyau du mandrin, passe ensuite dans les ouvertures 57 prévues dans l'extrémité de ce mandrin et se heurte contre le diaphragme de - telle sorte que le flux de ce fluide se trouve inversé et rame-. né vers l'avant où il pénètre, par les ouvertures 58 du. collet dans le passage creux 59 du tube 46. Le passage 59 est relié à une conduite d'évacuation 60 contrôlée par une soupape à deux directions 61 qui peut ramener directement le fluide à sa source ou l'acheminer vers une pompe à vide (non représen- tée). Il est évident que la pression régnant dans le mandrin peut être contrôlée par ladite soupape 61.
L'élément tubulaire plastique ou ébauche 62 est consti- tué par exemple par des feuilles d'amiante traitées à l'aide d'une résine thermodurcissable et durcie à l'état "B" de la polymérisation. Dans le présent exemple une résine phénolique est utilisée et la matière a été enroalée en spirale ou sous la forme d'une circonvolution en une --- ébauche préalable
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sur un mandrin d 'a;1rf).' ". un nombre de plis suffisant
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pour assurer une épaï*'s'dÏur'ilb paloi convenable à l'élément fini, - -' *??. '8*? 1a"';' ..r 'it:r.... lequel, dans Pexemp16 .. -, -- \t servir de doublure à un
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tube cylindrique.
Etant donné que le moule interne ou gaine présente, dans cette réalisation,une surépaisseur 36 dont le diamètre interne est inférieur à celui du corps 37, l'ébauche préalable doit présenter un diamètre extérieur légèrement plus petit que celui de ladite surépaisseur 36.
Lorsque l'ébauche est placée à l'intérieur du moule, un mandrin à air est disposé à l'intérieur de ladite ébauche.
Le mandrin à air présente une construction similaire à celle du mandrin susdécrit 18, mais est raccordé à une source d'air au lieu d'une source de fluide. L'air est ensuite injecté pour dilater le diaphragme 49 du mandrin jusqu'à ce que l'ébauche préalable s'adapte hermétiq.uement contre la paroi de l'envelop-, pe 35. L'admission d'air est ensuite interrompue et le mandrin à air éliminé.
Après l'enlèvement du mandrin à air, une ;bague d'espacer ment 63 en Teflon est disposée à l'extrémité avant de l'ébauche, t et le mandrin 18 est ensuite introduit. Un élément d'espace- ment 64 en forme de cuvette est ensuite monté de façon que son bord ou extrémité interne jauxte la bague en Teflon 63.
L'extrémité avant de 1'.élément 64 présente un décolletage, en vue de s'adapter intérieurement à l'enveloppe interne 35 de façon que l'épaulement 65 jauxte l'extrémité de ladite envelop- pe. Un écrou fileté 66 monté sur l'élémènt tubulaire 46 du mandrin;peut,ensuite, être utilisé afin de mettre en place l'élément 64. Ensuite, les organes de butée avant et arrière 11-12 sont amenés en place par rotation autour de leurs pivote respectifs 13 et sont fixés comme représenté, le joug 15 étant disposé à l'extrémité avant de façon à jauxter l'écrou 66 et l'élément en cuvette 25 étant monté à l'extrémité arrière en vue de jauxter la partie extrême 38 du tube cylindrique.
Si l'enveloppe interne est ouverte à son extrémité arrière, il est évident que l'élément en cuvette 25 sera similaire à
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l'élément avant en cuvette 64 en vue d'engager l'extrémité de l'enveloppe 35. Lorsque les organes de butée 11-12 sont en place, l'enveloppe interne 35 est fixée par rapport à l'en- veloppe externe 1 et, dès lors,'le moule présente une paroi externe rigide 1 et une paroi interne flexible 35. Les organes de butée servent, en outre, à maintenir le mandrin dans sa position correcte. Grâce au type de mandrin utilisé on évite que, par exemple, une onde soudaine de pression agissant contre le fond (extrémité droite) puisse contraindre le mandrin à se détacher.
En effet, les organes de butée, simultanément, posi- tionnent et maintiennent l'enveloppe externe, l'enveloppe in- terne et le mandrin durant toute la durée du moulage.
La soupape de contrôle de fluide 56 est ensuite ouverte et le fluide hydraulique, chauffé à une température inférieure à la température de durcissement de la résine, est admis dans le mandrin, la soupape d'échappement 61 étant maintenue ouver- te jusqu'à ce que la totalité de l'air ait été éliminée du mandrin. La soupape 61 est ensuite partiellement fermée en vue de contraindre la pression à se développer à l'intérieur du mandrin et à dilater le diaphragme. La température du fluide est maintenue en dessous de la température de durcissement de la résine, jusqu'à ce que cette résine se ramolisse et que l'ébauche devienne extrêmement déformable en toutesses parties.
En vue d'obtenir l'adhérence désirée, on a constaté que des pressions élevées sont nécessaires, c'est-à-dire des pres- sions approximativement de l'ordre de 1000 psi (70,3 kg/cm2).
Toutefois, bien que l'enveloppe interne soit flexible, elle présente, néanmoins, une épaisseur de paroi de 0,019 pouce (0,5 mm) et la pression élevée utilisée contraint le métal à . , se déplacer cependant que des ondes de pression pourraient rompre le tube 62.
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En vue d'éliminer ces inconvénients, une contre-pression, est établie entre les enveloppes de moulage interne et externe 1 et 35. Par suite de cette contre-pression lorsque la soupape d'échappement 61 est graduellement fermée afin d'assurer la pression interne agissant extérieurement dans le diaphragme, la soupape d'admission 8 de l'enveloppe est ouverte et la sou- pape d'échappement 10 est fermée en vue d'assurer une pression externe agissant intérieurement dans le moule.
La pression dans le moule qui agit intérieurement sur l'enveloppe peut être relativement basse, en ce sens qu'elle doit uniquement être suffisante pour empêcher l'enveloppe in- terne de fluer ou d'être détériorée d'une autre façon. En supposant que la pression à laquelle le métal cède ou flue est de 900 psi (63,21 kg/cm2), une pression externe de 125 psi (8,8 kg/cm2) est établie, de façon que la pression interne agisse extérieurement contre une pression de 1025 lbs (464,9 kg) laquelle empêche' le fluage et agit comme facteur de sûreté contre les ondes soudaines de pression.
Lorsque les pressions sont établies, les fluides sont portées à la température de durcissement de la résine et maintenues pendant le temps de durcissement requis, par exemple, ar.proximativement deux minutes par pli. Au cours de la période , de durcissement, le dispositif est déplacé angulairement en libérant le verrou 2, ce qui permet aux gaz de s'élever et de s'échapper à partir de l'extrémité supérieure.
Lors de l'achèvement du cycle de durcissement, les températures sont réduites à 100 , âpres quoi les pressions sont interrompues et les soupapes d'admission fermées. En vue d'assurer le vide dans le mandrin et de retirer le diphragme du doublage tubulaire, la soupape 61 peut être réglée de façon à relier le passage d'échappement 59 à une source de vide assu- rant l'élimination de tout fluide, Les organes de butée sont ensuite libérés, le mandrin est retiré du tube cylindrique et
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ce dernier est également enlevé,
Comme indiqué dans la description chaleur et pression sont simultanément appliquées intérieurement et extérieurement.
Par application de la pression externe, il est possible de doubler des tubes métalliques qui, par ailleurs, flueraient ou éclateraient sous les hautes pressions internes. Par applica- tion simultanée de chaleur dans les deux chambres, un transfert rapide est réalisé, ce qui a pour résultat une excellente adhérence du tube en matière plastique au métal.
Un autre résultat, obtenu. par l'application simultanée d'une pression et d'une chaleur externe et interne, consiste en ce que l'enveloppe revient presque à sa forme cylindrique réelle et à son alignement axial. Comme précédemment exposé, les enveloppes métalliques présentent souvent une épaisseur de paroi de 0,019 pouce (0,5 mm) et au cours du traitement initial à chaud, lors de la fabrication des tubes métalliques, ceux-ci s'ovalisent et prennent la forme d'un arc, c'est-à-dire un alignement axial imprécis. La distorsion est telle que les tubes ne s'adaptent pas aux moules présentant un diamètre in- térieur fixe.
Lorsque ces tubes sont soumis à la haute pres- sion, cas dans lequel le tube est le moule, et qu'ils sont maintenus pendant le cycle entier de durcissement, l'ovalisa- tion et l'arc sont amenés, pour tous buta pratiques, dans des limites acceptables.
Bien que l'enveloppe interne ait été représentée dans le présent mémoire sous la forme d'un tube cylindrique et que le procédé ait été décrit comme un doublage de tube, l'amovi- bilité de l'enveloppe interne indique la souplesse de'l'appa- reil.
Le présent ' appareil peut être utilisé pour de nom- breuses dimensions de tubes. L'enveloppe externe doit résis- ter à la pression externe, requise la plus élevée et, à
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titre d'explication, peut présenter un diamètre interne de 4 pouces (10,16 cm) tandis que le diamètre externe de l'en- veloppe peut s'élever à 2,5 pouces (6,35 cm). En modifiant les fermetures finales 2, l'enveloppe interne peut présenter des dimensions variées et, ce, avec une limite supérieure d'un , diamètre externe inférieur à 4 pouces (10,16 cm) en vue d'assurer un espace pour la chambre de pression externe. En raison de ce qui précède, des dimensions différentes de tubes peuvent être adoptées en interchangeant les fermetures finales,. dans le but de recevoir des enveloppes internes présentant des diamètres externes différents..
En outre, lorsque l'enveloppe interne supporte la pres sion, des enveloppes relativement légères peuvent être utili- sées, ce qui permet l'emploi d'un moule en aluminium, lequel ne nécessite pas un fini interne spécial.
Cette interchangeabilité est hautement désirable au point de vue de la production. Actuellement, un moule spéci- fique est nécessaire pour chaque dimension de tube. Grâce à ! cet appareil, un moule unique doté de fermetures finales inter-, changeables et d'enveloppes internes peut être utilisé pour de nombreuses dimensions, ce qui réduit ainsi le nombre des installations nécessaires, y compris la totalité de l'équipe- ment auxiliaire indispensable à chaque installation.
En résumé, il est évident que l'utilisation de forces de compensation ou de limites de pression a pour résultat la mise en service de l'appareil sus-décrit pour la fabrication de différents types d'éléments tubulaires. Lorsque la pression atteint un degré tel qu'une détérioration de l'enveloppe peut en résulter, elle est aisément compensée par la pression oppo- sée et une rupture circonférentielle ou longitudinale provo- quée par des ondes soudaines est empêchée.
Il est évident que si 1'on désire recouvrir l'enveloppe
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interne, une ébauche préalable peut être formée directement sur celle-ci ou encore cette enveloppe peut être introduite dans une ébauche préalable. En raison du diamètre augmenté, , les fermetures finales 2 peuvent être glissées sur les extré- mités de l'enveloppe et fixées ensuite en place. Les pres- sions du procédé sont inversées lorsque le mandrin agit comme pression de compensation. Il est évident que le doublage et le revêtement peuvent être réalisés simultanément.
REVENDICATIONS.
1.- Dispositif sous la forme d'un mandrin pour appa- reil,pour la formation d'éléments tubulaires en matières plastiques, du type comprenant un moule tubulaire et un mandrin dilatable insérable dans le moule, caraotérisé en ce qu'il comprend une partie tubulaire et un corps, un manchon en matière dila- table ouvert à une extrémité et fermé à l'autre extrémité, ledit manchon s'adaptant à l'extérieur du corps par son extré- mité ouverte et s'étendant au-delà du corps en vue de re- couvrir ladite partie tubulaire des organes fixant l'extrémité , ouverte du manchon à cette partie tubulaire, cette dernière et le corps présentant un passage d'entrée de fluide vers l'intérieur du corps, et ce corps présentant une ouverture sous-jacente au manchon dilatable.