<B>Procédé de</B> formation, <B>sur un</B> tronçon <B>de</B> tube, <B>d'au</B> moins <B>une</B> ailette <B>hélicoïdale</B> <B>faite d'une seule pièce avec le</B> tube,
<B>et rouleau de façonnage pour la</B> mise <B>en</B> aeuvre <B>de ce procédé</B> On a déjà produit des tubes présentant au moins une ailette faite d'une seule pièce avec le tube en soumettant un tronçon de tube à l'action de plusieurs rouleaux de façonnage. On utilise généralement dans ce but trois rouleaux de façonnage respectivement montés sur des arbres susceptibles de tourner et qui sont ordinairement régulièrement répartis autour d'un tronçon de tube rectiligne et supportés sur une tête de manière à pouvoir être déplacés jusqu'en prise avec le tube et hors de prise d'avec le tube.
Chaque rouleau de façonnage présente plusieurs parties annulaires disposées axialement à distance les unes des autres et qui coopèrent les unes avec les autres pendant l'opération de roulage pour extruder ou rouler de la matière à partir de la surface extérieure du tube et de manière à munir ce dernier d'ailettes faites d'une pièce avec lui. Afin d'obtenir une ailette continue s'étendant hélicoïdalement autour de ce tronçon, les axes des arbres sont croisés par rapport à l'axe du tube brut selon un angle qui dépend de la valeur particulière de la pente de l'hélice selon laquelle on désire former l'ailette.
Lors de la fabrication de certains types de tubes pourvus d'ailettes faites d'une pièce avec ces tubes, au moyen d'appareils présentant les caractéristiques générales énoncées ci-dessus, on a éprouvé des difficultés à produire industrielle ment un produit satisfaisant et régulier. Par exemple, lors de la fabrication de tubes compor tant un grand nombre. de spires d'ailettes par unité de longueur et présentant une épaisseur relativement faible de paroi, il n'est pas excep tionnel de produire dans la matière, au cours de l'opération de roulage, des contraintes si élevées qu'il en résulte une rupture du tube ou de sérieux dommages.
La présente invention concerne un procédé et un rouleau permettant la fabrication de tube à ailette faite d'une pièce avec lui, présentant une paroi relativement mince et pourvu, par unité de longueur, de plusieurs spires d'ailette formées à faible distance les unes des autres sans risquer de rompre le tube ni de l'endommager de toute autre façon.
Ce résultat est obtenu en répartissant la contrainte sur un tronçon de tube brut de longueur relativement grande, pendant l'opération de roulage, et en agissant aux deux extrémités de cette longueur afin de permettre au tube de se libérer.
de cette contrainte en un point milieu, au cours de l'opération de roulage, de sorte que la contrainte ne s'accumule pas sur toute la longueur des rouleaux de façonnage. Le procédé objet de l'invention est caractérisé en ce qu'au cours d'une première opération de roulage, on roule partiellement ladite ailette selon un parcours s'étendant hélicoïdalement sur la surface extérieure du tube et en agissant sur des parties du tube se trouvant axialement à distance les unes des autres et le long d'une hélice, en ce qu'au cours d'une seconde opé ration de roulage, on complète l'action de rou lage sur lesdites parties du tube,
dans le but d'augmenter 1a_ hauteur des ailettes roulées au cours de la première opération, ces deux opéra tions de roulage se faisant simultanément sur des parties du tube espacées axialement, d'une distance telle que le tube puisse se soulager, dans le sens de l'axe, des contraintes résultant de la première opération de roulage.
L'invention a aussi pour objet un rouleau de façonnage pour la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus. Ce rouleau est caractérisé en, ce qu'il comprend un premier et un second groupe de parties annulaires coaxiales, les parties annu laires de chaque groupe se trouvant à distance les unes des autres dans la direction de l'axe du rouleau et étant conformées de manière à ména ger des espaces annulaires, le pas séparant ces parties annulaires étant uniforme, et en ce que les deux groupes de parties annulaires sont à distance l'un de l'autre en direction axiale.
Du fait de l'espace séparant les deux groupes de parties annulaires de formation d'ailette, le tube brut peut s'allonger relativement librement entre les phases initiale et finale de l'opération de roulage. D'autre part, le tube brut est soulagé entre les deux phases de roulage des contraintes de torsion qui lui sont imparties, et les contraintes de torsion globales appliquées au tube brut par les rouleaux sont par conséquent réduites dans des proportions telles qu'elles n'ont pas d'effet nuisible sur le tube terminé et muni d'ailette.
Le dessin représente, à titre d'exemple, un appareil permettant la mise en oeuvre du procédé objet de l'invention et illustre ce procédé.
La fig. 1 est une coupe transversale sein!- schématique d'une partie dudit appareil.
La fig. 2 est une vue latérale à plus grande échelle de l'un des rouleaux de façonnage de l'appareil partiellement représenté à la fig. 1 et montre l'inclinaison qui existe entre les axes des rouleaux de l'appareil de la fig. 1 et l'axe de tronçon de tube brut; et la fig. 3 est une coupe axiale partielle du rou leau de façonnage représenté à la fig. 2.
Pour des raisons qui deviendront évidentes par la suite, le procédé selon l'invention est par- ticulièrement avantageux lorsqu'il est utilisé pour la fabrication de tubes à paroi relativement mince présentant deux ailettes hélicoïdales con tinues, ou davantage, faites d'une pièce avec lui. Cependant, ce procédé n'est pas limité à la pro duction de tube de ce type car on a constaté également des améliorations considérables dans la fabrication de tubes à ailettes faites d'une pièce avec eux, à épaisseurs de paroi comprises dans un large domaine et munis d'une ou de plusieurs ailettes hélicoïdales continues.
A la fig. 1 du dessin, le signe de référence 11 désigne un tronçon de tube brut supporté d'une façon qu'on décrira ci-dessous, de manière à pouvoir être déplacé dans la direction de -son axe, et fait d'une matière telle qu'il est possible de rouler des ailettes à partir de la surface de ce tronçon de tube. Trois glissières 12 supportées de manière appropriée sur une tête, non repré sentée, sont disposées à égale distance les unes des autres autour de l'axe du tube 11 et sont mobiles radialemënt par rapport à l'axe de ce tube. Un arbre 13 dont l'axe forme un petit angle avec la direction de l'axe du tube 11 est monté à rotation sur chaque glissière 12.
Cet arbre présente une partie 14, de plus forte section, entre ses extrémités. Les axes des arbres 13 sont disposés à égale distance les uns des autres çir- oonférentiellement autour du tube brut 11 et de manière à croiser l'axe de ce tube selon un angle qui dépend de la pente de l'hélice de l'ailette ou de chacune des ailettes qu'on désire former sur le tronçon de tube 11.
Un rouleau de façonnage 15 pour la forma tion d'ailettes est monté sur chacun des arbres 13, l'extrémité intérieure de ce rouleau butant contre une pièce de distance 16 montée sur l'arbre 13 du côté extérieur de sa partie 14, et son extrémité extérieure étant en prise avec une pièce de fixa- tion 17. Les pièces 17 sont respectivement fixées aux extrémités extérieures des arbres 13 par des. boulons 18 comportant chacun une tige filetée susceptible d'être vissée dans un alésage taraudé pratiqué dans l'extrémité extérieure de l'arbre 13 correspondant.
Chacun de ces boulons comporte en outre une tête 19 susceptible de venir en prise avec la pièce de fixation 17 correspondante.
Les trois rouleaux de façonnage 15 sont de construction identique de sorte qu'il suffira de décrire un seul d'entre eux. Le rouleau de façon nage 15 représenté aux fig. 2 et 3. comprend un premier groupe de disques 20, un second groupe de disques 21 et une pièce de distance 22 sépa rant ces deux groupes de disques. Les disques de chaque groupe sont clavetés ou fixés de toute autre façon à l'arbre 13 correspondant de ma nière à tourner solidairement avec cet arbre, et la pièce de distance 22 est montée sur l'arbre entre les disques terminaux se faisant face des deux groupes.
Le nombre de disques de chaque groupe de disques peut varier considérablement, selon le nombre de spires d'ailette qu'on désire former par unité de longueur sur le tronçon de tube 11. Par exemple, chacun des rouleaux de façonnage 15 représenté comporte quatre disques dans le premier groupe 20 et huit disques dans son second groupe 21. Les disques du second groupe sont désignés par les signes de référence 23 à 30 inclusivement et les disques du premier groupe sont désignés par les signes de 31 à 34 inclusivement.
On a constaté que des rouleaux de façonnage comportant les nombres de disques particuliers mentionnés ci-dessus et disposés de façon à croiser l'axe du tronçon de tube 11 de la façon représentée sont très satisfaisants pour la pro duction de tubes à ailettes présentant 75. spires d'ailette par décimètre, ces spires étant consti tuées par deux ailettes hélicoïdales continues. Les valeurs particulières indiquées ci-dessus ne sont données qu'à titre d'exemple; le nombre total de disques de même que le nombre de disques de chaque groupe de. disques peut varier selon le type particulier de tube à ailettes qu'on désire former.
On se rendra compte que l'angle selon lequel les arbres 13 croisent l'axe du tronçon de tube 11 peut varier selon la pente de l'hélice formée par l'ailette ou par chacune des ailettes qu'on désire façonner. Les disques de chaque groupe de disques sont d'épaisseur uniforme et sont fixés ensemble et en contact face contre face au moyen de la pièce de fixation 17 en coopération avec les pièces de distance 16 et 22. Le diamètre extérieur des disques des deux groupes décroît successive ment à partir du disque 23 du second groupe 21 jusqu'au disque 34 du premier groupe 20.
Les parois latérales opposéés des disques convergent à la périphérie de ces derniers vers leurs plans médians respectifs, de manière que ces disques présentent des bords 35 formant des espaces annulaires 36. Les plans médians respectifs des divers disques sont désignés par le signe de référence 37 et on remarquera que ce sont des plans de symétrie des bords respectifs 35 de chaque disque. Par conséquent on considérera que les disques des deux groupes présentent un pas uniforme. L'angle d'inclinaison des parois latérales opposées des parties périphériques des disques varie de manière telle que les espaces annulaires 36 présentent une largeur qui décroît graduellement à partir de l'extrémité intérieure du rouleau de façonnage 15 jusqu'à son extré mité extérieure.
Aux fig. 2 et 3, une forme d'exécution parti culière de rouleau de façonnage est représentée de façon plus détaillée, pour illustrer ce qu'on vient de dire. La relation angulaire des parois convergentes des parties périphériques des disques est déterminée à partir d'une ligne de référence 38 qui s'étend parallèlement à l'axe du rouleau 15, comme représenté à la fig. 3.
Par rapport à la ligne de référence 38, les côtés convergents opposés des disques 23, 24, 25, 26 et 27 sont inclinés selon un angle d'environ 1,50, les côtés convergents opposés des disques 28, 29 et 30 sont inclinés selon un angle d'environ 9 , les côtés convergents opposés des disques 31 et 32 sont inclinés selon un angle de 180 et les côtés convergents opposés des disques 33 et 34 sont inclinés selon un angle de 100. D'après ce qui précède, on voit que l'angle de convergence des parois latérales de plusieurs des disques par rapport à la ligne de référence 38 est le même.
En dépit de ce fait, on remarquera cependant que les diamètres des disques décroissent à partir du disque 23 jusqu'au disque 34, de sorte que les parties des espaces annulaires 36 dans les quelles de la matière fiue au cours de l'opération de roulage ou, en d'autres termes, les largeurs effectives desdits espaces, sont telles que l'ailette en cours de façonnage est graduellement réduite quant à son épaisseur, au fur et à mesure qu'elle s'approche de l'espace annulaire 36 situé entre les disques 23 et 24.
Le tronçon de tube brut 11 s'étendant entre les rouleaux de façonnage 15 est supporté sur un mandrin 39 présentant un diamètre inférieur au diamètre intérieur du tube 11 et de valeur déterminée pour donner au tube achevé un diamètre intérieur prescrit, et aussi de manière que ce tronçon de tube puisse glisser sur ledit mandrin.
Les positions radiales des rouleaux 15 par rapport au tube brut 11 sont réglées de manière que les disques des deux groupes exer cent une pression de roulage circonférentielle dans une direction orientée radialement vers l'intérieur et sur des parties alignées le long d'une hélice et situées axialement à distance les unes des autres de la surface extérieure du tronçon<B>dé</B> tube 11, pendant la rotation des rouleaux 15 entraînés par les arbres 13.
11 en résulte que de la matière de la surface extérieure du tronçon de tube brut 11 située entre les bords 35 des disques est extrudée ou déplacée radialement vers l'extérieur jusque dans les espaces 36, pour former des nervures ou ailettes. On remarquera que le tronçon de tube brut est avancé sur le mandrin 39, dans la direction de son axe, par une poussée axiale exercée sur lui pendant l'opération de roulage.
" Ainsi qu'on l'a dit plus haut, les diamètres des disques des deux groupes de disques vont en croissant à partir du disque intérieur 34 du premier groupe jusqu'au disque extérieur 23 du second groupe, et cette disposition, conjointe ment avec la forme précédemment décrite des parties périphériques des disques, assure un accroissement progressif de la hauteur de même qu'une réduction de la largeur des ailettes roulées à partir du tube brut 11 au moyen des rouleaux 15.
Les disques du premier groupe 20 coopèrent les uns avec les autres de façon à façonner partiellement les ailettes et, en outre, à réduire également le diamètre du tronçon de tube 11 suffisamment pour que la surface inté rieure de ce tube vienne en contact avec le mandrin 39. De la sorte, le tube brut 11 est fermement supporté par le mandrin 39 lorsqu'il vient en prise avec les disques du second groupe 21; on a constaté que cette particularité a pour effet de réduire la tendance que présente le tube de perdre la forme circulaire de sa section trans versale pendant l'opération de roulage.
On croit qu'en réduisant ainsi le diamètre intérieur du tube 11 de manière à l'appliquer contre le man drin 39 au moyen des disques du premier groupe 20, on assure que la plus grande partie de l'allongement du tube 11 ait lieu dans l'es pace ménagé au moyen de la pièce de distance 22 entre les deux groupes de disques.
Le tube<B>Il</B> s'allonge pendant l'opération de roulage et l'espace s'étendant entre les deux groupes de disques forme une zone de soulage ment dans laquelle le tube a la possibilité de s'allonger sous l'effet de l'action de roulage exercée par le premier groupe de disques, sans subir de contraintes exagérées. En outre, du fait que le tube 11 est libre de tourner, l'espace ménagé entre les deux groupes de disques sou lage le tube des contraintes de torsion qui sont exercées sur lui par le premier groupe de disques et empêche ces contraintes de s'accumuler sur la totalité de la longueur des rouleaux 15.
La longueur de la pièce de distance 22 est au moins égale à l'allongement du tube 11 provoqué par l'action de roulage du premier groupe de disques et, en pratique, cette longueur dépasse ledit allongement d'une quantité suffi sante pour réduire également de façon notable la torsion du tube sous l'effet de contraintes de torsion.
L'étendue de l'allongement du tube 11 sous l'action du premier groupe de disques et le degré de torsion de ce tube au cours de l'opé ration de roulage dépendent de la matière dont le tube 11 est formé, -de l'épaisseur de sa paroi et, jusqu'à un certain point, de la pente de l'hélice de l'ailette ou de chacune des ailettes en cours de formation. Ainsi, la longueur de la pièce de distance 22 devrait être, choisie diffé- rente de cas en cas, mais, au cours d'essais pra- tiques,
on a obtenu les meilleurs résultats avec une pièce de distance présentant une longueur au moins égale à un multiple du pas des disques augmentée de l'allongement du tube 11 sous l'action de roulage 'du premier groupe de disques 20.
On a obtenu des résultats particulièrement satisfaisants avec une pièce de distance 22 pré sentant une longueur au moins égale à cinq fois le pas des disques (ou à cinq fois l'épaisseur d'un disque) augmentée de l'allongement du tube 11 sous l'effet de son roulage par le premier groupe de disques 20. En admettant que le tube 11 roulé présente une épaisseur de paroi de 1,47 mm et soit fait d'une matière non ferreuse, telle que du cuivre présentant une dimension de grain au broyage comprise entre 1 et 2 mm, l'allonge ment résultant de l'action de roulage du premier groupe de disques est d'environ 0,25 mm.
Si l'on admet en outre que l'épaisseur d'un disque (ou le pas des disques) est de 1,28 mm, la longueur minimum de la pièce de distance 22 devrait être égale à cinq fois 1,28 mm, soit 6,4 mm, plus 0,25 mm ou, en d'autres termes, à 6,65 mm.
Au cas où le tube 11 est fait d'une matière ferreuse telle que de l'acier et présente la même épaisseur de paroi que le tube de cuivre consi déré ci-dessus, son allongement est réduit à la moitié environ. De la sorte, la longueur mini mum de la pièce de distance devrait alors être égale à 6,52 mm. Les valeurs particulières indiquées ci-dessus sont évidemment données à titre d'exemple et peuvent varier selon les différents types de tube sur lesquels on désire former des ailettes. La longueur maximum de la pièce de distance 22 est déterminée par des considérations pratiques.
En général, on préfère utiliser des pièces de distance 22 aussi courtes que cela est compatible avec l'obtention des résultats désirés, de manière à pouvoir maintenir la charge exercée sur les paliers pour les arbres 13 dans des limites pratiques raisonnables et empêcher une flexion de ces arbres. L'emploi de pièces de distance longues a pour conséquence l'écartement des disques terminaux du second groupe 21 loin du tube; leur action de roulage peut en être affectée. De plus, des pièces de distance de longueur excessive ont tendance à gêner le fonctionnement correct des rouleaux dans les cas où il est nécessaire de former des ailettes présentant des interruptions-.
A cet égard, on remarquera que, lorsqu'on désire que le tube présente des parties cylindriques ordinaires, les rouleaux 15 peuvent être déplacés radialement vers l'extérieur, simplement en actionnant les glissières 12 qui portent les arbres 13. Au cas où la pièce de distance 22 est trop longue, les disques terminaux du second groupe ont ten dance à raser le tube et à gêner ainsi la formation correcte d'ailettes sur ce tube lorsque les rou leaux sont ramenés en prise avec lui.
Bien que la longueur<U>minim</U>um de la pièce de distance 22 soit importante pour l'obtention d'ailettes satisfaisantes, le procédé que concerne l'invention n'est nullement limité aux valeurs particulières indiquées ci-dessus. En d'autres termes, ces valeurs devraient être considérées comme des valeurs typiques pour deux matières différentes et comme servant simplement à illustrer l'ordre de grandeur de l'espace ménagé entre deux groupes de disques pour diviser l'opération de roulage en au moins deux stades, de manière que, entre ces deux stades, le tube 11 soit soulagé des contraintes exercées sur lui.
Grâce à cet espace, on peut produire des tubes à paroi mince présentant un grand nombre de spires d'ailette par unité de longueur, de manière industrielle et avec une quantité<U>minim</U>um de rebut en même temps qu'une usure moindre des disques des rouleaux.