Procédé et appareillage pour la formation, sur un tube de grand diamètre, d'au moins une collerette latérale allongée de raccordement, de petit diamètre. Un problème qiii se pose fréquemment dans la technique consiste à raccorder à un tube relativement épais et de grand diamètre un grand nombre de tubes plus minces et de diamètre beaucoup plus petit, par exemple à raccorder à un collecteur les tubes d'une chaudière.
Si l'on découpe dans la paroi du collec teur des trous destinés à recevoir les abouts des tubes, outre que cette opération exige des soudures ultérieures sur le collecteur, on dimi nue la. résistance de ce collecteur d'une façon d'autant plus préjudiciable que ces trous sont généralement alignés suivant. une génératrice du collecteur.
La présente invention a pour objet un procédé pour la formation, sur un tube de grand diamètre (tel qu'un collecteur), d'au moins une collerette latérale allongée de rac- eordement, de petit diamètre, par refoulement du métal chauffé, depuis l'intérieur du tube au moyen d'un poinçon.
Ce procédé est caractérisé en ce qu'on chauffe seulement la région du tube qui doit être refoulée, et en ce qu'on commande le déplacement du poinçon à l'aide d'un dispo sitif à vérin préalablement placé à l'intérieur dti tube et prenant appui sur le fond de ce tube.
L'invention comprend également un appa reillage pour la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus, pour la formation sur un tube d'une série de collerettes latérales allon gées de raccordement, de petit diamètre. Cet appareillage est caractérisé en ce qu'il com prend un poinçon porté par le piston d'un vérin susceptible d'être introduit dans le tube, une matrice destinée à être appliquée sur l'extérieur de ce tube, en regard du poinçon, des moyens pour éloigner et rapprocher auto matiquement la matrice dudit tube, des moyens pour assurer un déplacement axial du tube par rapport à l'ensemble du poinçon et de la matrice,
et des moyens de chauffage permettant de chauffer le tube avant poin- çonnage et dans la région correspondant à chaque collerette. .
L'invention a encore pour objet un tube de grand diamètre présentant au moins une collerette latérale allongée de raccordement, de petit diamètre, obtenue par le procédé ci- dessus. Ce tube est caractérisé en ce que l'épaisseur de la collerette va en diminuant à partir de son embase jusqu'à son extrémité.
Le vérin est de préférence à double effet pour permettre le retrait commandé du poin çon. Le poinçon est éventuellement refroidi par de l'eau et, s'il y a lieu, recouvert d'un lubrifiant approprié, par exemple de la soie de verre, pendant le poinçonnage.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution et des va riantes de l'appareillage, et illustre des mises en ceuvre du procédé, objets de l'invention. La fig. 1 est une vue schématique d'un tronçon d'un tube de grand diamètre, ou col lecteur, sur lequel on désire raccorder des tubes de petit diamètre représentés par une série de cercles en pointillé.
La fig. 2 est une coupe transversale, à plus grande échelle, du collecteur, montrant la dis position d'un poincon et d'une matrice exté rieure par rapport à ce collecteur.
La fig. 3 est une coupe transversale d'un. collecteur présentant une collerette de raccor dement.
La fig. 4 est une coupe analogie à celle de la fig. 3, illustrant une variante de mise en oeuvre du procédé.
La fig. 5 est une coupe longitudinale de ladite forme d'exécution de l'appareillage. La fig. 6 est une coupe selon VI-VI de la fig. 5.
La fig. 7 est une vue en plan de la ma trice de l'appareillage de la fig. 5.
La. fig. 8 est une coupe axiale, à plus grande échelle, d'une variante du poinçon. La fig. 9 est une coupe analogue à celle de la fig. 8 d'une seconde variante du poin çon.
On suppose qu'il s'agit de raccorder à un tube collecteur a de grand diamètre (fig. 1) une série de tubes b de plus petit diamètre et d'épaisseur moindre, par exemple des tubes de chaudière représentés par des cercles en pointillé. On commence par chauffer au blanc la région de paroi du collecteur a à l'endroit où l'on veut raccorder un tube b sur une portion circulaire correspondant à la quantité de métal que l'on désire déplacer pour former une collerette latérale de raccor dement de petit diamètre.
A l'aide d'un poin- con c disposé à l'intérieur du collecteur et monté sur le piston d d'tut vérin hydratdi- que dont le cylindre d1 prend appui sur le fond du collecteur a (fig. 2), on refoule en suite le-métal chauffé.
Autour de la région où l'on veut former la collerette f, on applique extérieurement une matrice e présentant une ouverture dont le diamètre correspond au diamètre extérieur de la collerette. Le déplacement. du poinçon c dans le sens de la flèche .1 provoque alors le refoulement du métal chauffé qui, pris entre la matrice e et le poinçon c, prend le profil représenté à la fig. 3.
La collerette f est relativement longue, et son épaisseur va. en diminuant graduellement à partir de son em base où elle correspond à l'épaisseur du col lecteur a jusqu'à son extrémité dont l'épais seur peut correspondre à celle du tube b qu'on peut ensuite raccorder à. la collerette, par exemple par une soudure h.. Le profil allongé que la collerette f présente confère au collec teur une augmentation de la résistance qui tend à compenser la diminution de résistance due à l'ouverture de la paroi du collecteur. En outre, le profil intérieur de la collerette peut être déterminé de façon à réduire au minimum les pertes de charge d'un fluide destiné à y circuler.
Le déplacement du poinçon c, sous l'effet du vérin hydraulique, petit n'être pas poussé jusqu'à obtenir l'ouverture de la. paroi à l'extrémité f1 du bulbe intermédiaire obtenu par refoulement du métal (fi-. 4), il suffit de sectionner cette extrémité<B>fi</B> pour obtenir la collerette.
On petit ainsi former, tout. le long d'une génératrice du collecteur, une série de colle rettes sans diminuer notablement la résistance du collecteur, qui peut continuer de consti- tuer une poutre pour l'appui ou le soutien des tubes qui lui sont raccordés par la suite.
L'appareillage représenté aux fig. 5 à. 7 comporte tout. d'abord des moyens permettant d'assurer le déplacement axial, par rapport au poinçon c et à la matrice e, du tube ou collecteur dans lequel on désire former des collerettes.
Le poinçon et la. matrice sont fixes en sens axial du collecteur a qui est supporté par un berceau i qui peut. coulisser sur un banc de travail j. Ce coulissement est obtenu au moyen d'une vis<I>k</I> s'étendant tout le long du banc<I>i</I> et en prise avec un écrou d solidaire du ber ceau<I>i.</I> De la sorte, une rotation de la vis k. obtenue par tout moyen convenable, tel par exemple qu'un moteur électrique, permet de faire avancer le collecteur a d'une distance limitée et réglable.
Sur le banc dé travail ,j est monté un por tique in qui porte quatre tiges de guidage n. sur lesquelles est enfilée la matrice e. Le poin- #-on c, porté par le piston d du vérin hydrau lique, est. situé en regard de l'ouverture cali brée de la matrice e, à l'intérieur du collec teur a.. Le vérin est supporté par deux tiges rigides o, à l'intérieur desquelles peut-passer du fluide sous pression en provenance de ré servoirs<I>p</I> et pl et commandant le piston<I>d</I> dans un sens .et dans l'autre, de manière à assurer le retrait du poinçon après poinçon nage.
Il est également prévu un circuit de refroidissement. q assurant le refroidissement du poinçon et du piston, par exemple par cir culation d'eau, à partir d'un réservoir r.
L'application de la. matrice e contre le tube a., qui assure en même temps l'immobi lisation du tube<I>a.</I> sur le berceau<I>i,</I> s'effectue au moyen d'un fluide soirs pression, par deux pistons à double effet s1 et s2, commandant par une articulation à ciseaux t1, t2 le cou lissement. de la matrice e sur les tiges de gui dage n.. L'articulation est telle que les deux branches t1, t2, qui sont articulées, d'une part, sur la tige du piston, d'autre part., sur le portique ni et. la. matrice e, se trouvent.
pres que dans le prolongement l'une de l'autre lorsque la matrice e est appliquée contre le tube. Il en résulte qu'un effort maximum est exercé à ce moment sur la matrice. Le dé placement des pistons s1, s2 en sens inverse assure le soulèvement de la matrice. En outre, en avant de la matrice e est disposé un chalu meau u porté par le portique 7n et qui vient chauffer le tube a à travers un trou prévu dans la matrice et à l'endroit où devra être formée la collerette suivante. De la. sorte, le chauffage d'un endroit a lieu pendant qu'on forme une collerette à l'endroit précédemment chauffé.
Le collecteur ça étant mis en place sur son berceau i et l'emplacement de la première col lerette ayant été chauffé, on applique la ma trice e contre le collecteur au moyen des pis tons s1, s2, puis, en agissant sur la commande hydraulique du piston d, on assure le poin çonnage. Le fonctionnement en sens inverse de ces deux commandes assure, d'une part, le retrait du piston d et, d'autre part, le soulè vement de la matrice e. Il suffit alors de faire avancer, par rotation de la vis k, le berceau <I>i</I> portant le collecteur<I>a</I> de la quantité voulue correspondant. à l'intervalle séparant deux col lerettes, puis de recommencer les opérations.
Pour éviter que le poinçon ne refroidisse la paroi exagérément, la tête t du poinçon présente une forme conique (fig. 8), l'angle au sommet du cône qui constitue la tête du poinçon étant environ égal à 120 . Cette tête conique est suivie d'une partie tronconique u.
La forme conique donnée à la tête t du poinçon fait que seul le sommet ou la pointe du cône porte sur le métal refoulé de la paroi du tube a, pour constituer la collerette. De plus, l'angle au sommet est tel que, comme on le voit sur la, fig. 8 qui illustre l'opération de poinçonnage, au moment où le poinçon n'est encore qu'à moitié engagé dans le bulbe formé et où la pointe extrême f de ce bulbe s'ouvre, le métal constituant ladite extrémité f ne s'applique pas sur la face conique du cône t, en sorte que le refroidisssement de ladite extrémité f du fait du cône du poinçon est réduit au minimum.
Il en résulte que, pen dant toute l'opération de poinçonnage, le métal reste suffisamment chaud pour s'allonger de façon continue et former le bulbe, et que celui-ci s'ouvre à peu près pour la position du poinçon représentée à la fig. 8.
A la fig. 9, on a représenté une variante du poinçon, dans laquelle la partie tronco nique<I>u</I> qui fait suite à la tête conique<I>t</I> du poinçon présente des rainures u1, u2, <B>11,3</B> dans lesquelles on peut disposer un lubrifiant calo rifuge, tel que de la soie de verre. D'une part, cette soie de verre s'oppose aux échanges ther miques entre les parois latérales du bulbe et la partie tronconique du poinçon et, d'autre part, en fondant, elle assure une lubrification qui facilite l'entrée du poinçon.
Pendant toute l'opération, le poinçon est de préférence refroidi de façon à éviter des grippages et. une usure exagérée et, à cet effet, on peut asperger le poinçon, entre deux opérations de poinçonnage successives, an moyen d'une couronne de jets d'eau conve nable. Comme représenté à la fig. 9, on peut aussi ménager à l'intérieur du poinçon même, des canaux v destinés à être parcourus par de l'eau de refroidissement.
Method and apparatus for forming, on a large diameter tube, at least one elongated side connecting flange, of small diameter. A frequent problem in the art is to connect a large number of thinner and much smaller diameter tubes to a relatively thick and large diameter tube, for example to connect the tubes of a boiler to a manifold.
If we cut holes in the wall of the collector for receiving the ends of the tubes, in addition to this operation requiring subsequent welds on the collector, we dimi naked. resistance of this collector in a manner all the more detrimental as these holes are generally aligned next. a generator of the collector.
The present invention relates to a method for forming, on a large diameter tube (such as a manifold), at least one elongated side connection flange, of small diameter, by upsetting the heated metal from there. inside the tube by means of a punch.
This process is characterized in that only the region of the tube which is to be pushed back is heated, and in that the movement of the punch is controlled by means of a device with a jack previously placed inside the tube. and resting on the bottom of this tube.
The invention also comprises an apparatus for carrying out the method defined above, for forming on a tube a series of elongated lateral connecting flanges, of small diameter. This apparatus is characterized in that it comprises a punch carried by the piston of a jack capable of being introduced into the tube, a die intended to be applied to the outside of this tube, facing the punch, means for moving the die away from and automatically closer to said tube, means for ensuring axial displacement of the tube relative to the assembly of the punch and the die,
and heating means making it possible to heat the tube before punching and in the region corresponding to each flange. .
A further subject of the invention is a tube of large diameter having at least one elongated lateral connecting flange, of small diameter, obtained by the above process. This tube is characterized in that the thickness of the collar decreases from its base to its end.
The jack is preferably double-acting to allow controlled withdrawal of the punch. The punch is optionally cooled with water and, if necessary, coated with a suitable lubricant, for example glass silk, during the punching.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment and variants of the apparatus, and illustrates implementations of the method, objects of the invention. Fig. 1 is a schematic view of a section of a large diameter tube, or drive neck, to which it is desired to connect small diameter tubes represented by a series of dotted circles.
Fig. 2 is a cross section, on a larger scale, of the manifold, showing the arrangement of a punch and an external die with respect to this manifold.
Fig. 3 is a cross section of a. manifold with a connection collar.
Fig. 4 is a section similar to that of FIG. 3, illustrating an alternative implementation of the method.
Fig. 5 is a longitudinal section of said embodiment of the apparatus. Fig. 6 is a section along VI-VI of FIG. 5.
Fig. 7 is a plan view of the matrix of the apparatus of FIG. 5.
Fig. 8 is an axial section, on a larger scale, of a variant of the punch. Fig. 9 is a section similar to that of FIG. 8 of a second variant of the punch.
It is assumed that this involves connecting to a collecting tube a of large diameter (fig. 1) a series of tubes b of smaller diameter and less thickness, for example boiler tubes represented by dotted circles. . We start by heating to white the wall region of the manifold a at the place where we want to connect a tube b on a circular portion corresponding to the quantity of metal that we want to move to form a side connection flange of small diameter.
Using a punch c placed inside the manifold and mounted on the piston d of the hydrating cylinder whose cylinder d1 rests on the bottom of the manifold a (fig. 2), we then pushes back the heated metal.
Around the region where it is desired to form the collar f, a matrix e having an opening is applied externally, the diameter of which corresponds to the outside diameter of the collar. Move. of the punch c in the direction of the arrow .1 then causes the heated metal to be pushed back which, caught between the die e and the punch c, takes the profile shown in FIG. 3.
The collar f is relatively long, and its thickness goes. by gradually decreasing from its base where it corresponds to the thickness of the drive neck a to its end, the thickness of which can correspond to that of the tube b which can then be connected to. the flange, for example by a weld h .. The elongated profile that the flange f presents gives the collector an increase in resistance which tends to compensate for the reduction in resistance due to the opening of the wall of the collector. In addition, the internal profile of the collar can be determined so as to minimize the pressure drops of a fluid intended to circulate therein.
The movement of the punch c, under the effect of the hydraulic cylinder, may not be pushed until the opening of the. wall at the end f1 of the intermediate bulb obtained by upsetting the metal (fi-. 4), it is sufficient to cut this end <B> fi </B> to obtain the collar.
We can thus train everything. along a generatrix of the collector, a series of glue rets without significantly reducing the resistance of the collector, which can continue to constitute a beam for the support or support of the tubes which are subsequently connected to it.
The apparatus shown in FIGS. 5 to. 7 has everything. first of all means making it possible to ensure the axial displacement, relative to the punch c and to the die e, of the tube or manifold in which it is desired to form the flanges.
The punch and the. matrix are fixed in the axial direction of the collector a which is supported by a cradle i which can. slide on a work bench j. This sliding is obtained by means of a screw <I> k </I> extending all along the bench <I> i </I> and engaged with a nut d integral with the cradle <I> i. </I> In this way, a rotation of the screw k. obtained by any suitable means, such as for example an electric motor, makes it possible to advance the collector at a limited and adjustable distance.
On the work bench, j is mounted a por tic in which carries four guide rods n. on which is threaded the die e. The punch- # -on c, carried by the piston d of the hydraulic cylinder, is. located opposite the calibrated opening of the matrix e, inside the collector a .. The jack is supported by two rigid rods o, inside which can pass pressurized fluid from re servoirs <I> p </I> and pl and controlling the piston <I> d </I> in one direction and in the other, so as to ensure the withdrawal of the punch after swimming punch.
A cooling circuit is also provided. q cooling the punch and the piston, for example by circulating water, from a reservoir r.
The application of the. matrix e against the tube a., which at the same time ensures the immobilization of the tube <I> a. </I> on the cradle <I> i, </I> is carried out by means of a fluid evenings pressure, by two double-acting pistons s1 and s2, controlling sliding by a scissor joint t1, t2. of the matrix e on the guide rods n .. The articulation is such that the two branches t1, t2, which are articulated, on the one hand, on the piston rod, on the other hand., on the gantry ni and. the. matrix e, are found.
almost as an extension of one another when the matrix e is applied against the tube. It follows that a maximum force is exerted at this moment on the die. The displacement of pistons s1, s2 in the opposite direction ensures the lifting of the die. In addition, in front of the die e is placed a heater u carried by the gantry 7n and which heats the tube a through a hole provided in the die and at the place where the next collar must be formed. Of the. Thus, the heating of one place takes place while a collar is formed at the previously heated place.
The collector c being placed on its cradle i and the location of the first collar having been heated, we apply the matrix e against the collector by means of the s1, s2 pis tons, then, by acting on the hydraulic control piston d, punching is ensured. Operation in the opposite direction of these two controls ensures, on the one hand, the withdrawal of the piston d and, on the other hand, the lifting of the die e. It is then sufficient to advance, by rotation of the screw k, the cradle <I> i </I> carrying the manifold <I> a </I> by the corresponding desired quantity. at the interval between two collars, then repeat the operations.
To prevent the punch from cooling the wall excessively, the head t of the punch has a conical shape (fig. 8), the angle at the top of the cone which constitutes the head of the punch being approximately equal to 120. This conical head is followed by a frustoconical part u.
The conical shape given to the head t of the punch means that only the top or the point of the cone bears on the metal forced from the wall of the tube a, to constitute the collar. In addition, the angle at the top is such that, as seen in, fig. 8 which illustrates the punching operation, when the punch is still only half engaged in the formed bulb and when the extreme point f of this bulb opens, the metal constituting said end f does not apply not on the conical face of the cone t, so that the cooling of said end f due to the cone of the punch is reduced to a minimum.
As a result, during the entire punching operation, the metal remains hot enough to continuously elongate and form the bulb, and that the latter opens approximately for the punch position shown in fig. 8.
In fig. 9, there is shown a variant of the punch, in which the frustoconical part <I> u </I> which follows the conical head <I> t </I> of the punch has grooves u1, u2, <B > 11.3 </B> in which a heat-insulating lubricant, such as glass silk, can be placed. On the one hand, this glass silk is opposed to thermal exchanges between the side walls of the bulb and the frustoconical part of the punch and, on the other hand, by melting, it provides lubrication which facilitates the entry of the punch.
During the entire operation, the punch is preferably cooled so as to avoid seizures and. excessive wear and, for this purpose, the punch can be sprayed, between two successive punching operations, by means of a crown of suitable jets of water. As shown in fig. 9, it is also possible to provide inside the punch itself, channels v intended to be traversed by the cooling water.