Procédé et appareil pour façonner un tube métallique Le présent brevet comprend un procédé pour façonner un tube métallique et un appa reil pour la mise en oeuvre de ce procédé. Le tube dont on part peut être un cylindre de sec tion circulaire, carrée, polygonale ou de toute autre forme.
On connaît déjà un procédé de fabrica tion de raccords de tuyaux en forme de T à partir d'un tube, qui consiste à remplir le tube d'une matière susceptible d'être amenée à l'état plastique, à placer le tube et son remplissage dans une matrice de filage sous pression et à exercer une pression sur les extrémités du tube et de son remplissage de manière à effectuer le filage du tube et de son remplissage dans la matrice.
Ce procédé s'est avéré utile et commer cialement satisfaisant, mais il présente des limi tations en ce sens que le tube et la matière de remplissage sont entrainés conjointement et à la même vitesse, ce qui oblige à refouler une partie de la matière de remplissage hors du tube pendant que celui-ci et son remplissage sont pressés et transformés à la forme désirée.
On a trouvé que dans l'opération consis tant à modifier la forme d'un tube métallique pour lui donner une autre forme .désirée en remplissant le tube d'une matière susceptible d'être amenée à l'état plastique par échauffe ment et en exerçant une pression sur l'extrémité du tube et de son remplissage de manière à contraindre le tube à changer de forme,
il est extrêmement désirable que la pression exercée sur l'extrémité de la matière de remplissage fasse avancer cette matière à l'intérieur du tube à une vitesse qui diffère de celle à laquelle le tube de métal avance lui-même dans la matrice. On a découvert que la quantité de matière de remplissage nécessaire pour produire une forme donnée et la quantité de métal nécessaire pour produire la surface de cette forme, toutes deux résultant d'un raccourcissement du tube de métal et de son remplissage, ne sont pas requi ses exactement dans la même mesure et que,
par conséquent, il est extrêmement désirable de faire avancer la matière de remplissage et le tube à des vitesses différentes à l'intérieur de la matrice de filage sous pression.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'on exerce sur une portion extrême du noyau une poussée pour déplacer ladite por= tion suivant l'axe du tube en vue de déplacer une autre portion du noyau, de la première portion de la cavité de la matrice à la seconde portion de cette cavité, pendant que le noyau est emprisonné à l'intérieur du tube, de manière à modifier la forme du tube,
et en ce qu'on applique simultanément sur une des extrémités du tube une poussée séparée pour déplacer ladite extrémité du tube suivant l'axe de la pre mière portion de la cavité de la matrice et dans la même direction, mais à une vitesse différente de celle de ladite portion extrême du noyau, en vue de déplacer la matière du tube de l'une à l'autre des susdites portions de la cavité de la matrice,
lesdites poussées et les vitesses de mouvement qui en résultent de l'extrémité dudit tube et de la portion extrême dudit noyau étant réglées de telle sorte que le changement apporté à la surface de la portion du tube contenue dans la seconde portion de la cavité de la ma trice correspond à la vitesse de déplacement et de pénétration du noyau dans la seconde por tion de la cavité de la matrice. Le dessin représente, à titre d'exemple, plu sieurs formes d'exécution de l'appareil pour la mise en aeuvre du procédé objet d'une des inventions.
La fig. 1 est une coupe de la première forme d'exécution et montre les positions -de la presse, du tube et du noyau au commence ment du pressage.
La fig. 2 est une coupe par la ligne 2-2 de la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe semblable à la fig. 1, mais représentant les positions qu'occu pent la presse, le noyau et le tube à la fin de l'opération de pressage.
La fi,. 4 est une coupe par la ligne 4-4 de la fi-. 3.
La fig. 5 est une vue en perspective, en partie arrachée, représentant l'objet fini.
La fig. 6 est une coupe de la deuxième foi-me d'exécution et représente un tube qui est fermé à l'une de ses extrémités et qui contient le noyau, le tout étant disposé à l'intérieur d'une matrice et représenté avant l'opération de pres sage destiné à former un élargissement sphé rique à l'extrémité du tube.
La fig. 7 est une coupe parla ligne 7-7 de la fig. 6.
La fig. 8 est une coupe semblable à celle de la fi-. 6, mais représentant le tube et le noyau à la fin du pressage. La fig. 9 représente l'objet fini. La fi-. 10 est une coupe de la troisième forme d'exécution permettant d'appliquer le présent procédé au façonnage d'un tronçon de tube à une extrémité fermée en vue de le trans former en un raccord en T le tube et le noyau étant entraînés à des taux différents pendant le pressage. La fig. 11 est une coupe par la ligne 11-11 de la fig. 10.
La fig. 12 est une coupe semblable à celle de la fig. 10, mais représentant les positions relatives du tube et de son noyau à la fin du pressage. La fig. 13 est une coupe de la quatrième forme d'exécution et montre un tronçon de tube et son noyau disposés à l'intérieur d'une matrice, avant le pressage, le noyau et le tube avançant à des vitesses différentes à partir des deux extrémités de manière à former un rac cord en T.
La fig. 14 est une coupe semblable à celle de la fig. 13, mais représentant les positions relatives du tube, de son noyau et des organes de la presse à la fin de l'opération de pressage. Dans la première forme d'exécution repré sentée (fig. 1 à 5), l'appareil est destiné à façonner un tube 1 en métal ou alliage qui possède les propriétés physiques le rendant propre à être étiré ou pressé, ce métal ou alliage pouvant, par exemple, être l'un des sui vants : cuivre, aluminium, nickel, magnésium, alliages de ces métaux, acier, métal Monel et aciers inoxydables au chrome et au nickel.
A titre d'exemple, le présent procédé est appli cable à un tube forgé sans soudure, de même qu'à un, tube soudé.
On remplit le tube 1 d'un noyau 2, qui peut être soit coulé d'avance et inséré dans le tube 1, soit coulé en place dans le tube 1. Le noyau 2 est fait d'une substance qui est solide à la température ordinaire et qui peut être fondue et ainsi retirée du tube après le pressage, à une température qui ne modifie pas chimiquement ou physiquement le métal dont est fait le tube. Dans la pratique, on a obtenu de très bons résultats avec le métal Woods (alliage de bismuth, de plomb, d'étain et quel quefois de cadmium). Le plomb seul, ou un alliage de plomb (55 %) et de bismuth (45 %), constituent aussi des matières satisfaisantes pour former le noyau.
On place d'abord le tube 1 et son noyau 2 dans une matrice 3. Comme on désire former une protubérance sphérique dans le tube cylin drique 1, la matrice 3 présente une cavité sphé rique 4 qui communique avec des cavités cylin driques 5 et 6 ayant le même diamètre que le diamètre extérieur du tube 1. Des poussoirs tubulaires 7 et 8 sont placés au contact des extrémités du tube 1, et des poussoirs cylin driques 9 et 10 coulissent à l'intérieur des poussoirs 7 et 8, respectivement, et sont dis posés au contact des extrémités du noyau 2. Dans le dessin, le noyau 2 remplit complète ment le tube 1 mais, si on le désire, les pous soirs 9 et 10 pourraient pénétrer à l'intérieur du tube 1 dès le début de l'opération, la charge remplissant alors l'espace existant dans le tube entre ces poussoirs.
On n'a représenté que la moitié de la ma trice 3, mais l'autre moitié est identique à la première et est fixée, à l'aide de boulons par exemple, à celle représentée, après que le tube rempli a été mis en place et avant le pressage.
Les poussoirs 7, 8, 9, 10 peuvent être actionnés hydrauliquement ou de toute autre manière connue. Les poussoirs 7 et 8 se meu vent l'un vers l'autre à des vitesses égales et exercent ainsi une pression sur les extrémités du tube 1 ; en même temps, les poussoirs 9 et 10 se meuvent l'un vers l'autre à la même vitesse, vitesse qui est différente de celle des poussoirs 7 et 8. La position initiale des divers poussoirs a été représentée à la fig. 1 ; leur position finale est représentée à la fig. 3. On notera que les poussoirs 9 et 10 ont parcouru une distance plus grande que les poussoirs 7 et 8.
Comme la portion de la paroi du tube 1 qui est située dans la cavité sphérique 4 est libre à l'intérieur de cette dernière, le noyau 2 et cette portion, soumis à la poussée des poussoirs 7, 8, 9 et 10 décrivent respectivement le chemin de moindre résistance et se meuvent vers l'extérieur, à partir du centre de la matrice, de manière à remplir la cavité 4 et y former une portion sphérique 11.
Pour illuster l'application du présent pro cédé et du présent appareil à un travail parti culier, on supposera que l'élargissement cylin drique 11' possède un diamètre de 38,1 mm et que le diamètre du tube est de 19 mm.
Si l'on calcule le volume qu'occupe le noyau 2 sur 25,4 mm de longueur du tube cylindrique et la surface d'une portion de ce tube de 25,4 mm de longueur et qu'on calcule aussi le volume et la surface du renflement sphérique 11 de 38,1 mm, on trouve qu'il est nécessaire de faire avancer la matière de remplissage de 63,5 mm dans le tube 1 pour fournir la matière de rem plissage nécessaire pour produire le renflement 11, alors qu'en ce qui concerne 1è tube 1, il suffit de faire avancer ce tube de 28 mm pour obtenir la surface nécessaire pour couvrir la sphère.
Bien entendu, cette surface n'est pas. la surface :totale de la sphère 11, attendu qu'il n'est pas nécessaire d'accroître la surface de la partie de cette sphère qui se trouve dans le cylindre initial. Ainsi, dans le cas supposé, il faudra faire avancer chacun des poussoirs 7 et 8 d'environ 14 mm et chacun des poussoirs 9 et 10 d'environ 31,7 mm. L'avancement des poussoirs 7, 8, 9 et 10 est de préférence effec tué à une vitesse constante, mais la course de chacun de ces organes peut être soit une course unique continue à vitesse constante, soit une succession de courses plus petites.
De préfé rence, les poussoirs 7, 8, 9, 10 commencent et finissent leurs courses simultanément, auquel cas il est nécessaire de faire mouvoir les pous soirs 9, 10 à une vitesse plus grande que les poussoirs 7, 8, puisque les courses des pous soirs 9, 10 sont plus longues.
Lorsque les poussoirs 7, 8, 9, 10 ont atteint l'extrémité de leur course vers l'avant (fig. 3), on les ramène à leur point de départ, on enlève le couvercle de la matrice et l'on fond et enlève le noyau, par exemple en plaçant le tube et son noyau dans de l'eau ou de l'huile chaude à une température plus élevée que le point de fusion du noyau. L'appareil représenté aux fig. 6 à 9 per met l'application du présent procédé à la for mation d'un renflement sphérique 13 à l'extré mité d'un tube 14 qui est pourvu d'une extré mité fermée 15.
Dans ce cas, le tube 14 est chargé d'un noyau 16 qui remplit complète ment la portion du tube 14 située à droite du poussoir 17. On notera qu'au début de l'opé ration (fig. 6), le poussoir 17 fait saillie à l'in térieur du tube 14, alors que le poussoir 18 est en contact avec l'extrémité ouverte de ce tube. On place maintenant le tube 14 et son noyau 16 dans une matrice 68 présentant une cavité sphérique 19 et une portion cylindrique 20, et l'on fait avancer les poussoirs 17 et 18 vers la droite jusqu'à la position finale,
repré sentée à la fig. 8. Dans ce cas, il faut que le noyau 16 avance sur une distance plus grande que le tube 14. Si le diamètre du renflement sphérique est de 50,8 mm et si le diamètre du tube 14 est de 19 mm, il faudra que le noyau 16 soit entraîné sur une longueur de 90 mm, c'est-à-dire que la course du poussoir 17 sera de 90 mm, du point de .départ au point final, alors que le poussoir 18 effectuera un mouve ment d'avance de 47,5 mm du point de départ au point final. On voit qu'il est nécessaire de faire avancer le noyau 16 dans une mesure beaucoup plus grande que le tube.
L'appareil représenté aux fig. 10, 11 et 12 permet l'application du présent procédé à la fabrication d'un raccord en T 20'à partir d'un tube 21 qui est pourvu d'une extrémité fermée 22 et est rempli d'un noyau 23 jusqu'à l'extré mité d'un poussoir 24. Le poussoir 24 cou lisse à l'intérieur d'un poussoir creux 25, qui bute contre l'extrémité du tube 21. Ce dernier est monté dans une matrice 125 qui présente intérieurement une cavité 26 en forme de T, de section transversale circulaire.
Dans ce cas encore, on notera que l'extrémité du poussoir 24 pénètre à l'intérieur du tube 21 au com mencement de l'opération de pressage (fig. 10).
On a représenté un mécanisme de com mande hydraulique pour chacun des poussoirs 24, 25. Ce mécanisme affecte la forme d'un cylindre 30 dans lequel coulisse l'extrémité extérieure du poussoir 25, qui possède la forme d'un piston 31. Un ressort de compression 32 prend appui par ses extrémités contre la paroi extrême de droite du cylindre 30, d'une part, et contre le piston 31, d'autre part. Le poussoir 24 traverse le cylindre 30 et pénètre à l'inté rieur d'un cylindre 33 à l'intérieur duquel il est relié au piston 34 monté pour coulisser dans ce cylindre 33.
Un ressort de compression 35 prend appui par ses extrémités sur le piston 34 d'une part, et sur la paroi extrême de droite du cylindre 33 d'autre part. De l'huile sous pression est admise au cylindre 30 par un tuyau 36 et au cylindre 33 par un tuyau 37-. L'huile d'échappement quitte le cylindre 30 par un tuyau 38 et le cylindre 33 par un tuyau 39. Chacun des tuyaux 36 à 39 est muni d'un robinet ou autre organe propre à régler le débit et à interrompre la circulation d'huile dans ces tuyaux.
A la fig. 10, l'appareil est représenté au début de l'opération de pressage. A ce moment, on man#uvre les robinets des tuyaux 36 et 37 de manière à faire avancer le poussoir 25 de la position représentée à la fig. 10 à celle repré sentée à la fig. 12, et à faire en même temps avancer le poussoir 24 de la position qu'il occupe à la fig. 10 à celle qu'il occupe à la fig. 12. Bien entendu, les robinets des tuyaux 38 et 39 seront fermés pendant que s'effectue l'avancement des poussoirs 24 et 25.
Lorsque les poussoirs ont atteint l'extrémité de leur course vers l'avant (fig. 12) et qu'un raccord en T 20 a été formé, on ferme les robinets des tuyaux 36 et 37 et on ouvre les robinets des tuyaux 38 et 39 pour permettre à l'huile de s'échapper des cylindres 30 et 33, les ressorts 32 et 35 rappelant alors les poussoirs 25 et 24 à leurs positions initiales respectives (fig. 10).
Ainsi, pendant le fonctionnement de cet appa reil, les pistons 31 et 34 avancent de manière à faire avancer simultanément le noyau 23 et le tube 21 à des vitesses qui peuvent être différentes ou les mêmes, selon la variation de volume qui s'effectue à l'intérieur du tube entre sa position de départ et sa position de façonnage finale et selon l'étendue de surface tubulaire qui doit être déplacée pour effectuer cette variation de volume. Bien entendu, une pression hydraulique peut être substituée à l'action des ressorts 32 et 35.
L'appareil représenté aux fig. 13 et 14 permet l'application du présent procédé à la fabrication d'un raccord en T 40 à partir d'un seul tronçon de tube 41 pourvu d'un noyau 42 de la manière précédemment décrite. Les extré mités du tube sont pressées par des poussoirs cylindriques 43 qui se meuvent l'un vers l'autre de préférence à la même vitesse, et la matière du noyau est comprimée entre des poussoirs 44 qui coulissent à l'intérieur des poussoirs 43 et qui se meuvent également l'un vers l'autre à la même vitesse.
On notera que l'extrémité 45 de chacun des poussoirs 43 pénètre à l'intérieur du tube 41 et est pourvue d'un épaulement cir- conférentiel 46 prenant appui contre une des extrémités dudit tube. Dans cet appareil, on a représenté le poussoir 44 dont le diamètre est nettement inférieur au diamètre intérieur du tube 41.
La course de chacun des poussoirs 43 doit être sensiblement égale à la longueur de la branche 48 du raccord en T 40, alors que la quantité de matière du noyau nécessaire poux remplir cette branche 48 est nettement infé rieure à celle qui serait nécessaire si le noyau 42 avançait à partir de chacune des extrémités d'une distance égale à la longueur de ladite branche 48. Le parcours ou mouvement d'avan cement de chacun. des poussoirs 44 sera, par conséquent, moindre que celui de chacun des poussoirs 43, la position finale des poussoirs 43 et 44 étant représentée à la fig. 14.
Bien entendu, la matrice 50 dans laquelle s'effectue le pressage du raccord en T 40 doit présenter une cavité 51 qui possède la forme d'un T. On notera que les poussoirs 43 sont prolongés au-delà des extrémités du noyau 42 et qu'ils exercent une pression sur les extrémités dudit noyau pendant qu'ils se meuvent l'un vers l'autre.
Il ressort de ce qui précède que le présent procédé et le présent appareil permettent de façonner un tube métallique par pressage de manière à modifier sa forme, à l'aide d'un noyau en une matière susceptible d'être amenée à l'état plastique par échauffement et de pous soirs qui travaillent séparément sur une ou cha- cune des extrémités du tube et dudit noyau,
ledit procédé et ledit appareil étant tels que les poussoirs qui agissent sur le noyau et sur le tube avancent pendant l'opération de pressage à des vitesses qui diffèrent dans un rapport correspondant à la relation entre l'accroisse ment de volume de la portion façonnée du tube et l'étendue de surface du tube qui doit être fournie pour permettre ce changement de volume.
Dans le façonnage de .tube de la manière expliquée précédemment, on voit que les por tions du tube et du noyau qui sont situées ini tialement à l'intérieur de la cavité dans laquelle s'effectue l'élargissement, subissent respective ment un changement .de surface et un change ment de volume. Cet accroissement de volume du noyau et cet accroissement de surface du tube sont dérivés de portions de ladite matière et dudit tube qui se trouvent dans la partie cylindrique de la matrice dans laquelle cou lissent les poussoirs.
On calcule la course du ou des poussoirs qui fournissent cette matière de remplissage supplémentaire et la course du ou des poussoirs qui fournissent la surface de tube supplémentaire de façon que les divers pous soirs transfèrent de la portion formant :
réservoir de la cavité de matrice à la portion en cours d'élargissement de cette cavité les quantités requises de matière constituant le noyau et de surface de tube, dans un rapport convenable ment réglé dans le temps ou coordonné de façon que l'épaisseur de la paroi du tube contenu dans la cavité où s'effectue l'élargisse ment soit maintenue sensiblement la même que celle de la paroi du tube contenu dans la por tion formant réservoir de ladite cavité.
Dans certains cas, les poussoirs fournissant la matière de remplissage ont une course plus longue que les poussoirs fournissant les surfaces de tube (fig. 1 à 12), dans d'autres cas, les poussoirs fournissant les surfaces de tube à la cavité où s'effectue l'élargissement ont une course plus longue que les poussoirs fournissant la matière de remplissage (fig. 13 et 14): Dans chaque cas, il importe que le volume de matière de remplissage contenu à l'intérieur du tube soit au moins égal, et de préférence un peu supé- rieur, au volume de la portion façonnée du tube contenu dans la cavité dans laquelle s'effectue l'élargissement.
On remarquera que, dans chacune des formes d'exécution représentées, des poussées ou pressions sont exercées sur les extrémités du noyau et du tube à l'aide de poussoirs. Ces poussoirs se meuvent à des vitesses relatives telles que le taux de déplacement du noyau correspond au changement apporté à la surface de la matière du tube. L'appareil décrit permet d'éviter la nécessité d'établir des dispositifs d'étanchéité résistant à des pressions élevées, du genre de ceux qui sont nécessaires lorsqu'une pression hydraulique est utilisée pour faire mouvoir le noyau ou la matière du tube. De plus, :la force nécessaire peut être exercée sur des poussoirs d'une façon relativement simple.
Par exemple, il est facile d'exercer une charge de 30 tonnes et plus sur les poussoirs 9 et 10 représentés à la fia. 1 à l'aide des presses hydrauliques ou mécaniques couramment uti lisées, alors qu'il serait très difficile d'exercer à l'aide d'un liquide une force de cet ordre sur les extrémités du noyau. De plus, l'emploi d'un liquide sous des pressions élevées de cet ordre est extrêmement dangereux.
Method and Apparatus for Shaping a Metal Tube The present patent includes a method for shaping a metal tube and an apparatus for carrying out this method. The tube from which we start can be a cylinder of circular, square, polygonal or any other shape.
There is already known a method for manufacturing T-shaped pipe fittings from a tube, which consists in filling the tube with a material capable of being brought into the plastic state, in placing the tube and its filling in a spinning die under pressure and exerting pressure on the ends of the tube and its filling so as to effect the extrusion of the tube and its filling in the die.
This process has been found to be useful and commercially satisfactory, but it has limitations in that the tube and the filling material are driven together and at the same speed, which makes it necessary to force part of the filling material. out of the tube while the tube and its filling are squeezed and processed into the desired shape.
It has been found that in the operation consisting in modifying the shape of a metal tube to give it another desired shape by filling the tube with a material capable of being brought into the plastic state by heating and by heating. exerting pressure on the end of the tube and its filling so as to force the tube to change shape,
it is extremely desirable that the pressure exerted on the end of the filler material should advance this material inside the tube at a rate which differs from that at which the metal tube itself advances through the die. It has been found that the amount of filler material required to produce a given shape and the amount of metal required to produce the surface of that shape, both resulting from shortening of the metal tube and its filling, are not required. its exactly the same extent and that,
therefore, it is extremely desirable to advance the filling material and the tube at different speeds within the spinning die under pressure.
The method according to the invention is characterized in that a thrust is exerted on an end portion of the core to move said portion along the axis of the tube in order to move another portion of the core, from the first portion of the tube. cavity of the matrix to the second portion of this cavity, while the core is trapped inside the tube, so as to modify the shape of the tube,
and in that a separate thrust is applied simultaneously to one end of the tube to move said end of the tube along the axis of the first portion of the die cavity and in the same direction, but at a speed different from that of said end portion of the core, in order to move the material of the tube from one of the aforesaid portions of the die cavity to the other,
said thrusts and the resulting speeds of movement of the end of said tube and the end portion of said core being adjusted such that the change in the area of the portion of the tube contained in the second portion of the cavity of the tube matrix corresponds to the speed of displacement and penetration of the nucleus in the second portion of the cavity of the matrix. The drawing represents, by way of example, several embodiments of the apparatus for carrying out the method which is the subject of one of the inventions.
Fig. 1 is a section of the first embodiment and shows the positions of the press, the tube and the core at the start of pressing.
Fig. 2 is a section taken along line 2-2 of FIG. 1.
Fig. 3 is a section similar to FIG. 1, but representing the positions occupied by the press, the core and the tube at the end of the pressing operation.
The fi ,. 4 is a section through line 4-4 of fi-. 3.
Fig. 5 is a perspective view, partly cut away, showing the finished article.
Fig. 6 is a section of the second execution time and shows a tube which is closed at one of its ends and which contains the core, the whole being arranged inside a die and shown before the pressing operation intended to form a spherical enlargement at the end of the tube.
Fig. 7 is a section through line 7-7 of FIG. 6.
Fig. 8 is a section similar to that of the fi-. 6, but representing the tube and the core at the end of pressing. Fig. 9 represents the finished object. The fi-. 10 is a sectional view of the third embodiment for applying the present process to shaping a section of tubing with a closed end to form it into a T-fitting with the tubing and core being driven at different rates during pressing. Fig. 11 is a section taken along line 11-11 of FIG. 10.
Fig. 12 is a section similar to that of FIG. 10, but showing the relative positions of the tube and its core at the end of pressing. Fig. 13 is a sectional view of the fourth embodiment and shows a section of tube and its core arranged inside a die, before pressing, the core and the tube advancing at different speeds from the two ends of the die. so as to form a T-shaped connection.
Fig. 14 is a section similar to that of FIG. 13, but showing the relative positions of the tube, its core and the press members at the end of the pressing operation. In the first embodiment shown (fig. 1 to 5), the apparatus is intended to shape a tube 1 of metal or alloy which has the physical properties making it suitable for being drawn or pressed, this metal or alloy being able to , for example, be one of the following: copper, aluminum, nickel, magnesium, alloys of these metals, steel, Monel metal and stainless steels with chromium and nickel.
By way of example, the present method is applicable to a seamless forged tube, as well as to a welded tube.
Tube 1 is filled with a core 2, which can be either pre-cast and inserted into tube 1, or cast in place in tube 1. Core 2 is made of a substance which is solid at temperature. ordinary and which can be melted and thus withdrawn from the tube after pressing, at a temperature which does not chemically or physically alter the metal of which the tube is made. In practice, very good results have been obtained with the Woods metal (an alloy of bismuth, lead, tin and sometimes cadmium). Lead alone, or an alloy of lead (55%) and bismuth (45%), are also satisfactory materials for forming the core.
We first place the tube 1 and its core 2 in a die 3. As it is desired to form a spherical protuberance in the cylindrical tube 1, the die 3 has a spherical cavity 4 which communicates with cylindrical cavities 5 and 6. having the same diameter as the outer diameter of the tube 1. Tubular pushers 7 and 8 are placed in contact with the ends of the tube 1, and cylindrical pushers 9 and 10 slide inside the pushers 7 and 8, respectively, and are placed in contact with the ends of the core 2. In the drawing, the core 2 completely fills the tube 1 but, if desired, the pus evenings 9 and 10 could penetrate inside the tube 1 from the start of operation, the load then filling the space existing in the tube between these pushers.
Only half of matrix 3 has been shown, but the other half is identical to the first and is fixed, using bolts for example, to the one shown, after the filled tube has been placed in place and before pressing.
The pushers 7, 8, 9, 10 can be actuated hydraulically or in any other known manner. The pushers 7 and 8 move towards each other at equal speeds and thus exert pressure on the ends of the tube 1; at the same time, the pushers 9 and 10 move towards each other at the same speed, a speed which is different from that of the pushers 7 and 8. The initial position of the various pushers has been shown in FIG. 1; their final position is shown in fig. 3. It will be noted that pushers 9 and 10 have traveled a greater distance than pushers 7 and 8.
As the portion of the wall of the tube 1 which is located in the spherical cavity 4 is free inside the latter, the core 2 and this portion, subjected to the thrust of the pushers 7, 8, 9 and 10 respectively describe the path of least resistance and move outward, from the center of the matrix, so as to fill the cavity 4 and form a spherical portion 11 there.
To illustrate the application of the present process and the present apparatus for a particular job, it will be assumed that the cylindrical enlargement 11 'has a diameter of 38.1 mm and that the diameter of the tube is 19 mm.
If we calculate the volume occupied by the core 2 over 25.4 mm of length of the cylindrical tube and the area of a portion of this tube 25.4 mm in length and we also calculate the volume and the surface of the spherical bulge 11 of 38.1 mm, it is found that it is necessary to advance the 63.5 mm filler material into the tube 1 to provide the necessary filler material to produce the bulge 11, while 'As regards the tube 1, it suffices to advance this tube by 28 mm to obtain the surface necessary to cover the sphere.
Of course, this surface is not. the area: total of the sphere 11, since it is not necessary to increase the area of the part of this sphere which is in the initial cylinder. Thus, in the assumed case, it will be necessary to advance each of the pushers 7 and 8 by approximately 14 mm and each of the pushers 9 and 10 by approximately 31.7 mm. The advance of the pushers 7, 8, 9 and 10 is preferably effected at a constant speed, but the stroke of each of these members can be either a single continuous stroke at constant speed, or a succession of smaller strokes.
Preferably, the pushers 7, 8, 9, 10 start and end their strokes simultaneously, in which case it is necessary to make the pushers 9, 10 move at a greater speed than the pushers 7, 8, since the strokes of the for evenings 9, 10 are longer.
When the pushers 7, 8, 9, 10 have reached the end of their forward travel (fig. 3), they are brought back to their starting point, the cover of the die is removed and melted and removes the core, for example by placing the tube and its core in hot water or oil at a temperature higher than the melting point of the core. The apparatus shown in Figs. 6 to 9 allow the application of the present method to form a spherical bulge 13 at the end of a tube 14 which is provided with a closed end 15.
In this case, the tube 14 is loaded with a core 16 which completely fills the portion of the tube 14 situated to the right of the pusher 17. It will be noted that at the start of the operation (fig. 6), the pusher 17 protrudes inside the tube 14, while the pusher 18 is in contact with the open end of this tube. The tube 14 and its core 16 are now placed in a die 68 having a spherical cavity 19 and a cylindrical portion 20, and the pushers 17 and 18 are advanced to the right to the final position,
shown in fig. 8. In this case, the core 16 must advance a greater distance than the tube 14. If the diameter of the spherical bulge is 50.8 mm and the diameter of the tube 14 is 19 mm, it will be necessary that the core 16 is driven over a length of 90 mm, that is to say that the stroke of the pusher 17 will be 90 mm, from the starting point to the end point, while the pusher 18 will perform a movement of 47.5 mm feed from start point to end point. It is seen that it is necessary to advance the core 16 to a much greater extent than the tube.
The apparatus shown in Figs. 10, 11 and 12 allow the application of the present method to the manufacture of a T-fitting 20 'from a tube 21 which is provided with a closed end 22 and is filled with a core 23 to the end of a pusher 24. The pusher 24 has a smooth neck inside a hollow pusher 25, which abuts against the end of the tube 21. The latter is mounted in a die 125 which has a cavity 26 internally. T-shaped, circular in cross section.
In this case again, it will be noted that the end of the pusher 24 penetrates inside the tube 21 at the start of the pressing operation (FIG. 10).
A hydraulic control mechanism has been shown for each of the tappets 24, 25. This mechanism takes the form of a cylinder 30 in which slides the outer end of the tappet 25, which has the shape of a piston 31. A spring. compression 32 is supported by its ends against the extreme right wall of cylinder 30, on the one hand, and against piston 31, on the other hand. The pusher 24 passes through the cylinder 30 and enters the interior of a cylinder 33 inside which it is connected to the piston 34 mounted to slide in this cylinder 33.
A compression spring 35 is supported by its ends on the piston 34 on the one hand, and on the extreme right wall of the cylinder 33 on the other hand. Pressurized oil is admitted to the cylinder 30 through a pipe 36 and to the cylinder 33 through a pipe 37-. The exhaust oil leaves the cylinder 30 through a pipe 38 and the cylinder 33 through a pipe 39. Each of the pipes 36 to 39 is provided with a valve or other device suitable for regulating the flow and for interrupting the flow of gas. oil in these pipes.
In fig. 10, the apparatus is shown at the start of the pressing operation. At this time, the taps of the pipes 36 and 37 are operated so as to advance the pusher 25 from the position shown in FIG. 10 to that shown in FIG. 12, and at the same time to advance the pusher 24 from the position it occupies in FIG. 10 to that which it occupies in FIG. 12. Of course, the valves of the pipes 38 and 39 will be closed while the advancement of the pushers 24 and 25 takes place.
When the pushrods have reached the end of their forward travel (fig. 12) and a T-fitting 20 has been formed, the valves on the pipes 36 and 37 are closed and the valves on the pipes 38 and 39 to allow the oil to escape from the cylinders 30 and 33, the springs 32 and 35 then returning the pushers 25 and 24 to their respective initial positions (FIG. 10).
Thus, during the operation of this apparatus, the pistons 31 and 34 advance so as to simultaneously advance the core 23 and the tube 21 at speeds which may be different or the same, depending on the variation in volume which takes place at the interior of the tube between its starting position and its final shaping position and according to the extent of tubular surface which must be moved to effect this variation in volume. Of course, hydraulic pressure can be substituted for the action of springs 32 and 35.
The apparatus shown in Figs. 13 and 14 allow the application of the present method to the manufacture of a T-fitting 40 from a single section of tube 41 provided with a core 42 in the manner previously described. The ends of the tube are pressed by cylindrical pushers 43 which move towards each other preferably at the same speed, and the core material is compressed between pushers 44 which slide inside pushers 43 and which also move towards each other at the same speed.
It will be noted that the end 45 of each of the pushers 43 penetrates inside the tube 41 and is provided with a circumferential shoulder 46 bearing against one of the ends of said tube. In this device, the pusher 44 has been shown, the diameter of which is markedly smaller than the internal diameter of the tube 41.
The stroke of each of the pushers 43 must be substantially equal to the length of the branch 48 of the T-fitting 40, while the amount of core material required to fill this branch 48 is significantly less than that which would be necessary if the core 42 advanced from each of the ends a distance equal to the length of said branch 48. The course or movement of advance of each. of the pushers 44 will therefore be less than that of each of the pushers 43, the final position of the pushers 43 and 44 being shown in FIG. 14.
Of course, the die 50 in which the pressing of the T-fitting 40 is carried out must have a cavity 51 which has the shape of a T. It will be noted that the pushers 43 are extended beyond the ends of the core 42 and that 'they exert pressure on the ends of said core as they move towards each other.
It emerges from the foregoing that the present method and the present apparatus make it possible to shape a metal tube by pressing so as to modify its shape, using a core made of a material capable of being brought into the plastic state. by heating and evenings which work separately on one or each of the ends of the tube and of said core,
said method and said apparatus being such that the pushers which act on the core and on the tube advance during the pressing operation at speeds which differ in a ratio corresponding to the relation between the increase in volume of the shaped portion of the tube. tube and the extent of tube surface that must be provided to allow this volume change.
In shaping the tube in the manner explained above, it is seen that the portions of the tube and of the core which are located initially within the cavity in which the enlargement takes place, respectively undergo a change. surface area and a change in volume. This increase in the volume of the core and this increase in surface area of the tube are derived from portions of said material and of said tube which are located in the cylindrical part of the die in which the pushers run smooth.
The stroke of the tappet (s) which provide this additional filling material and the stroke of the tappet (s) which provide the additional tube surface are calculated so that the various pushes transfer from the portion forming:
reservoir of the die cavity to the expanding portion of that cavity the required amounts of core material and tube surface area, in a ratio suitably time-controlled or coordinated so that the thickness of the wall of the tube contained in the cavity where the widening takes place is maintained substantially the same as that of the wall of the tube contained in the portion forming the reservoir of said cavity.
In some cases the pushers supplying the filling material have a longer stroke than the pushers supplying the tube surfaces (fig. 1 to 12), in other cases the pushers supplying the tube surfaces to the cavity where s 'makes the widening have a longer stroke than the pushers supplying the filling material (fig. 13 and 14): In each case, it is important that the volume of filling material contained inside the tube is at least equal , and preferably slightly greater than the volume of the shaped portion of the tube contained in the cavity in which the enlargement takes place.
It will be noted that, in each of the embodiments shown, thrusts or pressures are exerted on the ends of the core and of the tube using pushers. These pushers move at relative speeds such that the rate of movement of the core corresponds to the change in the surface of the material of the tube. The disclosed apparatus obviates the need for high pressure resistant sealing devices of the kind required when hydraulic pressure is used to move the core or material of the tube. In addition,: the necessary force can be exerted on the pushrods in a relatively simple manner.
For example, it is easy to exert a load of 30 tons and more on the pushers 9 and 10 shown at fia. 1 using the hydraulic or mechanical presses commonly used, while it would be very difficult to exert, using a liquid, a force of this order on the ends of the core. In addition, the use of a liquid under high pressures of this order is extremely dangerous.