Procédé de fabrication d'une frette creuse et appareillage pour la mise en aeuvre de ce procédé La présente invention a pour objet un procédé pour fabriquer une frette creuse. Ce procédé est ca ractérisé par le fait que l'on forme, à partir d'une barre de section uniforme un anneau creux de dia mètre intérieur prédéterminé, présentant une paroi intermédiaire dirigée circonférentiellement sur la pé riphérie intérieure de l'anneau et deux parois laté rales opposées dirigées radialement vers l'extérieur, formant ainsi un toroïde creux à extrémités libres étroitement rapprochées,
et que l'on fixe à la péri phérie extérieure du toroïde une bande circulaire étroitement ajustée sur toute la circonférence.
L'invention comprend, en outre, un appareillage pour la mise en oeuvre de ce procédé, cet appareil lage étant caractérisé en ce qu'il comprend un appa reil à cintrer comprenant une forme circulaire rota tive, un premier dispositif de guidage et d'appui fait pour agir sur la barre en un point situé à peu près en face de son point de contact avec la forme, un deuxième dispositif de guidage et d'appui fait pour agir sur la barre du même côté et en un point pré cédent celui d'action du premier dispositif, un troi sième dispositif d'appui fait pour agir sur la barre et l'amener à enserrer en spirale la périphérie de la forme,
les couples de flexion étant engendrés par des forces de rotation antagonistes dont l'une est appli quée par le deuxième dispositif de guidage et d'appui et une autre par le troisième dispositif d'appui, le premier dispositif de guidage et d'appui empêchant la barre de se tordre et de se courber et empêchant ainsi un déplacement appréciable du point d'appui sur la périphérie de la forme.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de cet appareillage. La fig. 1 illustre l'appareil servant à courber en un anneau creux des barres à section en U ou en goutte d'eau ; les fig. 2, 3 et 4 illustrent divers stades du pro cessus de formation d'anneau ; la fig. 5 montre une coupe prise suivant la ligne 5-5 de la fig. 1, certaines parties étant représentées en coupe et d'autres parties en élévation ;
la fig. 6 est une variante de la fig. 5, illustrant une partie de l'appareil de formage utilisé lorsque la barre à enroulera une section en goutte d'eau au lien d'une section en U ouverte; la fig. 7 est une vue prise suivant la ligne 7-7 de la fig. 1, montrant un bloc de formage qui sert à transformer une barre à section en U ouverte en une section en goutte d'eau juste avant l'opération de cintrage proprement dite ;
la fig. 8 est une coupe suivant la ligne 8-8 de la fig. 1, montrant la transformation d'une barre à section en U ouverte en une section en goutte d'eau, au moyen du bloc de formage de la fig. 7 ; la fig. 9 est une coupe prise suivant la ligne 9-9 de la fig. 1, montrant l'achèvement de l'opération de formage de section en goutte d'eau à partir d'une barre à section en U ouverte ;
la fig. 10 est une coupe prise suivant la ligne 10-10 de la fig. 2, montrant un mécanisme de ser rage typique servant à fixer la barre enroulée à un moule de formage de frette ; la fig. 11 est une coupe prise suivant la ligne 11-11 de la fig. 2 ; la fig. 12 est un plan de l'appareil servant à couper à la dimension un anneau enroulé comme ce lui représenté sur la fig. 4 ; la fig. 13 est une vue prise suivant la ligne 13-13 de la fig. 12 ;
la fig. 14 est une coupe prise suivant la ligne 14-14 de la fig. 12 ; la fig. 15 est un plan de l'appareil servant à mettre en place l'anneau coupé en longueur sur un gabarit de soudage ; la fig. 16 montre l'appareil de la fig. 15 avec l'anneau serré en place et la bande extérieure en position pour y être soudée ; la fig. 17 est une vue détaillée de l'appareil, montrant la partie comprise dans le cercle en trait mixte de la fig. 16 ;
la fig. 18 est une vue prise suivant la ligne 18-18 de la fig. 17, certaines parties étant représen tées en coupe et d'autres en élévation; la fig. 19 montre une frette terminée, une fois démontée du gabarit de soudage représenté par la fig. 16 ; la fig. 20 montre la frette de la fig. 19, que l'on a fendue en deux éléments semi-circulaires, des couvre-joints ayant été fixés à la bande extérieure par des soudures d'angle ;
la fig. 21 montre une coupe d'une frette termi née, montrant un couvre-joint fixé à la bande exté rieure par des soudures d'angle ; cette coupe est prise suivant la ligne 21-21 de la fig. 20 ; la fig. 22 montre une frette fendue munie d'une paire d'oreilles de chevillage soudées à la bande extérieure ; la fig. 23 est une coupe montrant une frette en place autour d'un joint de dilatation à soufflet.
Sur les diverses figures, les mêmes éléments sont désignés par les mêmes signes de référence.
Le procédé de fabrication de frettes comprend trois opérations essentiellement séparées. La pre mière de ces opérations est un processus de formage à galet dans lequel on forme un anneau à partir d'une barre rectiligne, et des détails de cette partie du procédé de fabrication sont représentés sur les onze premières figures du dessin. La deuxième partie du procédé de fabrication concerne les opérations de coupage de l'anneau à la dimension, pour pré parer cet anneau à être soudé à une bande extérieure qui forme avec l'anneau une frette d'égalisation en T, les détails de ces opérations étant représentés sur les fig. 12 à 14.
La troisième partie de la fabrication concerne le soudage de la bande extérieure à l'an- veau enroulé, et on la décrira en se référant aux fig. 15 à 18. On reviendra maintenant aux fig. 1 à 11, pour comprendre le procédé de formage à galet transformant une barre rectiligne en un anneau.
La fig. 1 illustre l'appareil utilisé dans le procédé de formage à galet. L'appareil nécessité par cette opération de formage à galet est une table actionnée mécaniquement à faible vitesse et capable de tour ner dans un plan horizontal. On a trouvé qu'un tour vertical ou à revolver muni d'une table assez grande pour recevoir le diamètre d'anneau désiré fonction nait de façon satisfaisante avec des vitesses de rota tion de table comprises entre un et trois tours par minute environ. Sur la fig. 1, cette table est appelée 30. La table est munie de fentes en croix 31, et dans ces fentes sont adaptés, de manière à pouvoir coulis ser radialement, quatre mandrins à mâchoires régla bles 32.
Les mandrins 32 serrent une matrice cir culaire 33 sur la surface de la table tournante 30. La surface extérieure de la matrice 33 est creusée pour recevoir convenablement la portion de surface courbe de la barre rectiligne qu'il s'agit de cintrer à la forme annulaire, cette section de matrice se voit clairement sur les fig. 5 et 6 et les fig. 8 à 11. Du côté droit de la fig. 1, on voit un porte-outil 34 sur lequel sont montés rigidement une molette de guidage 35 et un bloc de formage 36. Les portions centrales actives de la molette de guidage 35, d'un bloc de formage 36 et de la matrice 33 sont toutes situées dans un plan horizontal commun.
La molette de guidage 35 est montée sur un arbre 37 qui est fixé à un support 38 qui sert à la fixer rigidement au porte-outil 34. La molette de guidage 35 peut tour ner librement autour de l'arbre 37 et présente une section de forme adaptée à la barre qu'il s'agit de cintrer. Par exemple, la fig. 5 montre une molette de guidage qui a la section voulue pour servir avec une barre en U à gorge ouverte, tandis que la fig. 6 montre une molette de guidage 35' qui a la section appropriée pour guider une barre à section en goutte d'eau ou en U fermé. Le bloc de formage 36 est fixé au porte-outil 34 de telle sorte qu'il fait face à la matrice d'enroulement 33 approximativement au point de contact de celle-ci avec la barre à enrouler.
Le rôle du bloc de formage 36 est de guider exac tement la barre dans la gorge de la matrice d'enrou lement 33, et aussi, lorsqu'on utilise une barre à section en U ouvert, de donner à celle-ci une sec tion en goutte juste avant le cintrage. On peut voir le bloc de formage 36 en différentes vues sur les fig. 5 à 9 auxquelles on se référera plus loin.
Le porte-outil 34 est conçu de manière 'a per mettre l'ajustement dans la direction horizontale aussi bien que dans la direction verticale, ce qui permet de mettre exactement en place la molette de guidage 35 et le bloc de formage 36 par rapport à la gorge de la matrice d'enroulement 33, en per mettant aussi d'écarter la molette de guidage 35 et le bloc de formage 36 pour faciliter l'installation et le retrait de la barre à enrouler. La barre 39 destinée à être formée en bague annulaire enroulée, présente une section en U ou en goutte et a été précédemment façonnée à partir d'une bande ou plaque d'acier au carbone.
Quand le porte- outil 34 est écarté avec la molette de guidage 35 et le bloc de formage 36 qui y sont fixés, on fait entrer la barre 39 dans la gorge de la matrice 33 et on monte librement une pince 40 pour fixer la barre 39 à la matrice d'enroulement 33. On amène maintenant le porte-outil 34 en position, les ailes de la gouttière étant insérées dans le bloc de formage 38 et la molette de guidage 35 agissant sur la ma tière de la façon représentée sur la fig. 1.
Si la barre 39 est à section en U ouvert, il faut fermer dans un étau ou une presse un court tronçon de l'extrémité avant de la barre 39 en lui donnant une section en goutte ou ovoïde avant l'opération de mise en place initiale décrite ci-dessus. Ce formage en goutte du bord avant de la barre 39 est nécessaire pour que l'on puisse amener le bloc de formage 38 dans sa position de travail et pour que l'on puisse fixer la pince 40. On le verra plus clairement en se référant aux fig. 7 et 10 qui montrent respective ment le bloc de formage 36 et la pince 40.
Si l'on considère d'abord la fig. 7, on voit que le bord de droite 45, qui est proche de la molette de guidage 35, présente une largeur d'ouverture suffisante pour loger la barre à section en U ouvert, mais que le bord de gauche 46 présente une largeur d'ouverture beaucoup plus petite, suffisante seulement pour lo ger une barre à section en goutte. Dans ces condi tions, une portion de la barre 39 doit être formée en goutte sur une distance suffisante à partir de son extrémité avant pour qu'elle puisse se loger dans l'extrémité à ouverture étroite 46 du bloc de for mage 36.
Si l'on considère maintenant la fig. 10, on voit que la pince 40 comprend une chape à for me générale en U 44, entourant la matrice d'enrou lement 33 et dépassant celle-ci, un bloc creusé en forme de V 42, une cheville 43 servant à bloquer le bloc 42 avec la chape 44, et une vis 41 vissée à travers la chape 44 et touchant l'intérieur de la ma trice d'enroulement 33 pour attirer le bloc 42 vers la matrice d'enroulement 33 et serrer ainsi la barre 39. Le creux en V du bloc 42 est nécessaire pour que la barre 39 qui a une section en goutte à son extrémité avant puisse être fortement serrée.
La fig. 5 montre la forme de la molette de gui dage 35 qui est utilisée avec la barre à section ou verte ou en U. On voit que la molette de guidage 35 est en forme de disque à bord arrondi de sorte qu'elle s'ajuste étroitement à l'intérieur de la matière en U. Si par contre on utilise une barre en U fermé ou ovoïde, il n'est pas nécessaire de façonner en goutte le court tronçon de l'extrémité avant de la barre car la section ovoïde se loge facilement dans l'extrémité à ouverture étroite 46 du bloc de for mage 36, et du bloc 42 de la pince 40.
La seule modification de l'appareil qui soit nécessaire avec cette forme de barre consiste à remplacer la molette de guidage 35 représentée sur la fig. 5 par la molette de guidage 35' représentée sur la fig. 6.
Le porte-outil 34 étant mis dans sa position de travail, la barre 39 est tangente à la matrice 33 se logeant dans la gorge de celle-ci. On serre mainte nant fortement la pince 40 au moyen de la vis 41 qui fixe ainsi rigidement l'extrémité avant de la barre 39 à la matrice 33. On fait maintenant tourner len tement la table 30 en sens inverse des aiguilles d'une montre et on façonne la barre 39 en un anneau au tour de son axe de section longitudinale, grâce aux couples de flexion engendrés entre la pince 40, la matrice d'enroulement 33 et la molette de guidage 35. La pince 40 et la molette de guidage 35 doivent évidemment avoir une solidité suffisante pour résister à ces couples de flexion.
Pendant la rotation de la table 30, le bloc de formage 38 guide la barre 39 et empêche celle-ci de dévier ou de se tordre pendant le formage. Dans le cas où l'on forme une barre à section en U, les côtés obliques du bloc de formage 36 ferment la barre ouverte en lui donnant la forme ovoïde désirée par une action de pression sur les branches ouvertes opposées de la barre en U. Cette action de formage est illustrée clairement par la fig. 3.
Si l'on considère maintenant la fig. 2, on voit qu'une fois que la table 30 a tourné d'environ 27011, la pince 40 et l'extrémité avant de la barre 39 ten dent à gêner la continuation de l'opération de for mage en venant buter contre la barre droite restante qui n'a pas encore passé au-delà de la molette de guidage 35. On fixe alors à la barre 39 et à 1a ma trice d'enroulement 33 une deuxième pince 47 iden- tique- à la pince 40, comme le montre la fig. 2. On enlève alors la première pince 40, ce qui a pour effet de libérer l'extrémité avant de la barre 39.
Environ 180o de la frette formée étant libérée de la matrice 33, on peut facilement déplacer le bord avant et le superposer à la portion restante de la barre recti ligne 39, en reprenant alors la rotation de la table 30 jusqu'à ce que le cercle complet soit formé.
La longueur de la barre 39 doit être suffisante pour que l'on puisse enrouler un cercle complet avant que l'extrémité avant de la barre rectiligne ne dé passe la molette de guidage 35, ce qui est représenté sur la fig. 3. On écarte maintenant le porte-outil 34, dégageant ainsi la molette de guidage 35 et le bloc de formage 36 de l'anneau enroulé ; on enlève la pince 47 et on dégage l'anneau de la matrice d'en roulement 33. L'anneau obtenu présente un chevau chement suffisant des portions extrêmes pour per mettre une opération de coupage à la dimension, et il est représenté sur la fi-. 4.
Le diamètre de l'anneau représenté sur la fig. 4 est déterminé par le diamètre de la matrice d7enrou- lement 35 et par l'effet de ressort, c'est-à-dire l'accroissement de diamètre dû à l'élasticité de la matière métallique. Le diamètre de la matrice d'en roulement et la caractéristique d'élasticité sont inter dépendants, et afin de régler avec précision la gran- deur finale de l'anneau enroulé, il faut connaître la relation entre le diamètre et l'élasticité de la matière à former.
Un anneau de grand diamètre subit moins de déformation pendant le processus de formage qu'un anneau de plus petite dimension, il a donc davantage d'élasticité. Dans l'enroulement d'un petit anneau, l'effet de ressort peut être très faible, et dans certains cas si faible que l'on ne peut pas reti rer de la matrice l'anneau formé. En pareil cas, quand l'effet de ressort devient inférieur à deux fois le rayon de la gorge de la matrice d'enroulement 33, cette dernière doit être faite en deux éléments. Ces deux éléments ont la forme que l'on obtiendrait en fendant la matrice d'enroulement 33 suivant un plan horizontal passant par le fond de la gorge.
On bou lonne ces éléments ensemble avant le début de l'opé ration de formage et on les déboulonne après celle- ci, de sorte que l'on peut enlever l'élément supérieur et libérer l'anneau.
L'anneau enroulé de la fig. 4 est maintenant prêt au coupage de ses extrémités rectilignes chevauchan- tes, et à l'ajustement de son diamètre intérieur. Pour l'opération de coupage, on peut utiliser une scie à ruban à métaux, conjointement avec un gabarit spé cial sur lequel on monte l'anneau de la fig. 4. Un tel gabarit est représenté sur la fig. 12, ainsi qu'une scie à ruban à métaux qui possède une table 50 et une lame 51. Le gabarit est constitué par un socle 52 sur lequel est monté un anneau 53 dont la circon férence extérieure usinée avec précision est conforme au diamètre intérieur final que l'on désire donner à l'anneau.
Une fente 62 est pratiquée dans le socle 52 et est alignée sur la fente de la table 50 de la scie à ruban, pour permettre à la lame de scie 51 de passer librement vers l'intérieur pour couper l'anneau enroulé 39.
On place l'anneau non coupé sur. le socle 52, autour de l'anneau d'ajustement 53, les portions extrêmes chevauchantes étant centrées sur la fente 52. Afin de fixer fermement en place l'anneau en roulé et d'assurer une conformité étroite avec la sur face extérieure usinée de l'anneau d'ajustement 53, on utilise une série de cames excentriques 54 à 60, ces cames étant fixées de manière à pouvoir tourner sur le socle 52 grâce à des boulons 63. Les cames 54 à 60 sont disposées de telle sorte que les forces de frottement exercées sur l'anneau par chaque came sont toujours dirigées vers l'extrémité libre de l'an neau, poussant ainsi tout excès de matière dans les portions rectilignes chevauchantes.
On observera que les cames 54 à 57 sont toutes serrées dans le sens des aiguilles d'une montre tandis que les cames 58, 59 et 60 sont serrées en sens inverse des aiguilles d'une montre. L'ordre approprié de serrage des ca mes pour que l'anneau épouse étroitement l'anneau d'ajustement 53 serait le suivant: serrer d'abord la came 57, puis serrer deux par deux les cames res tantes en commençant par la paire 56 et 58, puis la paire 55 et 59, et enfin la paire 54 et 60.
Une fois que les cames ont été serrées, on peut faire un con- trôle avec une pige pour dépister tout jeu excessif entre l'anneau d'ajustement 53 et l'anneau 52, et s'il existe une conformité suffisamment étroite entre eux, on pratique un trait de scie rectiligne et net à travers les extrémités chevauchantes en amenant la lame de scie 51 vers l'intérieur à travers la fente 62, et en l'appliquant sur les extrémités chevauchantes en position de sciage. Quand le coupage est achevé, on enlève l'anneau coupé à la dimension, du gabarit d'ajustement de coupe, en libérant les cames 54 à 60.
L'anneau coupé à la dimension est maintenant en forme de toroïde creux et il est prêt à recevoir une bande soudée sur son pourtour extérieur pour former la bague à autocompensation terminée, en forme de T.
Après avoir retiré du gabarit d'ajustement l'an neau coupé à la dimension, on le place dans un ga barit de soudage comme celui représenté sur les fig. 15 à 18. Si l'on considère tout d'abord la fig. 15, on voit une monture 80 qui possède un élément d'ap pui dirigé verticalement 87, de configuration circu laire, qui épouse le diamètre intérieur que l'on désire donner au toroïde creux 39.
Pour mieux comprendre la relation entre le toroïde 39 et la monture 80 et les divers autres éléments du gabarit de soudage, on se référera aux fig. 17 et 18, bien que le procédé de mise en place pour le soudage soit décrit en se ré férant aux fig. 15 et 16.
Après avoir placé le toroïde 39 sur la monture 80, son diamètre intérieur entourant la portion di rigée verticalement 87, on utilise des cames ellipti ques 70 à 79 pour fixer le toroïde 39 en vue de l'opération de soudage. Toutes les cames 70 à 79, sauf les cames 70 et 75, peuvent être appliquées contre le toroïde 39 par rotation dans le sens des aiguilles d'une montre. Les deux cames 70 et 75 sont amenées en coopération par rotation en sens inverse des aiguilles d'une montre.
On utilise la came 70 avec les cames restantes, sauf 75, pour serrer initialement le toroïde 39 dans la monture de sou dage, tandis que l'on utilise la came 75 avec les autres cames excepté la came 70 pour serrer la bande extérieure 85 autour du toroïde 39 afin de l'y souder.
La première opération, qui consiste à serrer le toroïde sur la monture 30, se fait comme suit. Le toroïde 39 étant en position comme on l'a expliqué plus haut, on fait tourner la came 70 en sens inverse des aiguilles d'une montre pour la serrer, et elle tend ainsi à pousser le toroïde 39 dans le sens des aiguilles d'une montre. On serre ensuite les cames 71 à 79 sauf la came 75 par rotation dans le sens des aiguilles d'une montre. Cette nouvelle opération de serrage pousse l'extrémité libre du toroïde 39 en sens inverse des aiguilles d'une montre, lui faisant ainsi épouser étroitement la portion d'appui 67 de la monture 80.
On amène ainsi les extrémités du toroïde 39 bout à bout.
Le toroïde 39 étant ainsi fixé par cames, on fixe à la monture 80 plusieurs pinces à segment 88, ser- rées contre le toroïde. Comme on le voit mieux sur la fig. 18, les pinces à segment 88 comprennent une portion métallique façonnée 84 et un boulon 85 avec écrou 86. La portion métallique façonnée 84 pré sente, relativement à la monture 80 et au toroïde 39, la forme voulue pour serrer fortement ce dernier dans la position désirée, comme on l'a représenté. On fixe solidement la portion métallique 84 à la portion d'appui verticale 87 de la monture 30, au moyen du boulon 85 et de l'écrou 83.
Le toroïde 39 étant solidement serré sur la monture 30 par les pinces à segment 88, on peut libérer celles des cames 70 à 79 qui sont serrées, de sorte que l'on peut placer la bande 85 en position de soudage contre la circonférence extérieure du toroïde. Les positions relatives de la bande 85 et du toroïde 39 se voient mieux sur la vue en coupe de la fig. 18.
D'après la fig. 16, on observera que si les extré mités du toroïde 39 sont bout à bout entre les cames excentriques 70 et 79, les extrémités bout à bout de la bande 85 sont disposées entre les cames excen triques 74 et 75. La bande 85 étant disposée comme le montre la fig. 16, on utilise à nouveau les cames excentriques pour amener la bande 85 à épouser étroitement la circonférence extérieure du toroïde. On y parvient en serrant d'abord la came excentri que 75 inutilisée précédemment, par rotation en sens inverse des aiguilles d'une montre. On serre alors les cames restantes par rotation dans le sens des aiguilles d'une montre, en serrant dans l'ordre les cames 76 à 79, puis les cames 71 à 74.
Il y a lieu de noter que la came 70 reste dégagée pendant cette opération. On met convenablement en place verti calement la bande 85 au moyen des plaques de ser rage 81 fixées au sommet des cames excentriques 70 à 79, en serrant l'écrou 83 vers le bas sur le boulon 82 qui fixe chacune des cames à la monture 80. Comme précédemment, ces détails se voient mieux sur les vues des fig. 17 et 18.
Le toroïde creux 39 et la bande 85 étant conve nablement mis en place et solidement serrés, on fait de longues soudures d'épinglage entre les pinces à segment pour fixer la bande 85 au toroïde 39. On peut maintenant dégager le toroïde 39 et la bande 85 du gabarit de soudage, les retourner en faisant des épinglages du côté opposé. On termine mainte nant le soudage du toroïde 39 à la bande extérieure 85, par des soudages intermittents, et on peut le faire soit dans le gabarit de soudage soit après les avoir retirés du gabarit, suivant la capacité de dissipation de chaleur du gabarit de soudage.
Il est essentiel d'épingler les deux côtés de l'assemblage qui com prend le toroïde 39 et la bande 85 avant de terminer le soudage de l'un ou de l'autre côté, car autrement la contraction produite par le soudage final tendrait à ouvrir les bords fermés de la section en larme 39 et à modifier sa forme. La fig. 19 montre un assem blage complet d'un toroïde 39 et d'une bande 85, une fois retirés du gabarit de soudage. L'assemblage illustré par la fig. 19 peut servir soit de frette d'égalisation, soit de cloche d'extrémité dans une construction d'extrémité à bride ou à sou dage pour un joint de dilatation.
Si l'assemblage doit être utilisé comme cloche d'extrémité, le joint bout à bout que présente le toroïde 39 est renforcé par un gousset soudé du côté qui n'est pas en contact avec l'élément ondulé en soufflet du joint de dilata tion. Mais si l'ensemble de la fig. 19 doit servir de frette d'égalisation, il faut d'abord relâcher les, con traintes, puis couper celui-ci en deux pour former une paire d'éléments semi-circulaires cylindriques.
Pour faire ces moitiés semi-circulaires, on coupe la bande extérieure 85 dans la ligne du joint bout à bout soudé du toroïde 39, et on fait une deuxième coupe à 1800 à travers les extrémités bout à bout de la bande extérieure et à travers le toroïde. Ces deux coupes alignées traversant la bande extérieure 35 et le toroïde 39 sont représentées sur la fig. 20 par les coupes 100 et 101.
On peut appliquer les moitiés sur l'élément on dulé en soufflet d'un joint de dilatation pour former une frette d'égalisation complète, grâce à des couvre- joints soudés. On voit une paire de ces couvre-joints 90 sur la fig. 20. La fig. 23, qui est une coupe sui vant les lignes 21-21 de la fig. 20, montre le couvre- joint 90 fixé par des soudures d'angle 91, 91 à la bande extérieure 85.
La fig. 23 montre, en coupe fragmentaire, une telle frette d'égalisation mise en place autour d'un élément ondulé en soufflet 92 d'un joint de dilatation. Le couvre-joint 90 doit avoir une section suffisante pour donner la même solidité que la bande extérieure 85, et la longueur des sou dures d'angle 91 doit être telle que la résistance au cisaillement soit également équivalente à la résis tance de la bande 85.
La fig. 22 représente une variante par rapport à l'utilisation des couvre-joints soudés. 90, qui permet de démonter une frette d'égalisation après l'avoir ins tallée sur l'élément ondulé en soufflet d'un joint de dilatation. Dans cette variante, une paire d'oreilles de chevillage 89, 89 est soudée à l'ensemble de la fig. 19, suivant la configuration représentée par la fig. 22. Chacune des oreilles de chevillage 89 con tient un trou de chevillage percé d'avance 53.
Une fois que les oreilles de chevillage 89 ont été soudées à la bande extérieure 85, on relâche les contraintes de tout l'assemblage et on le coupe en deux suivant les pointillés 94-94, terminant ainsi la bague de com pensation.
Method for manufacturing a hollow hoop and equipment for implementing this method The present invention relates to a process for manufacturing a hollow hoop. This process is characterized by the fact that one forms, from a bar of uniform cross section, a hollow ring with a predetermined internal diameter, having an intermediate wall directed circumferentially on the internal periphery of the ring and two walls. opposite sides directed radially outwards, thus forming a hollow toroid with closely spaced free ends,
and that a circular band tightly fitted around the entire circumference is fixed to the outer periphery of the toroid.
The invention further comprises an apparatus for carrying out this method, this apparatus being characterized in that it comprises a bending apparatus comprising a rotating circular shape, a first guide device and support made to act on the bar at a point located approximately opposite its point of contact with the form, a second guide and support device made to act on the bar on the same side and at a point preceding that action of the first device, a third support device made to act on the bar and cause it to spirally enclose the periphery of the form,
the bending torques being generated by antagonistic rotational forces, one of which is applied by the second guide and support device and another by the third support device, the first guide and support device preventing the bar from twisting and bending and thus preventing appreciable displacement of the fulcrum on the periphery of the form.
The accompanying drawing shows, by way of example, one embodiment of this apparatus. Fig. 1 illustrates the apparatus used to bend bars with a U-shaped or teardrop section into a hollow ring; figs. 2, 3 and 4 illustrate various stages of the ring formation process; fig. 5 shows a section taken along line 5-5 of FIG. 1, some parts being shown in section and other parts in elevation;
fig. 6 is a variant of FIG. 5, illustrating a part of the forming apparatus used when the bar will wind a teardrop section to the link of an open U section; fig. 7 is a view taken along line 7-7 of FIG. 1, showing a forming block which serves to transform an open U-section bar into a teardrop section just before the actual bending operation;
fig. 8 is a section taken along line 8-8 of FIG. 1, showing the transformation of an open U-section bar into a teardrop section, by means of the forming block of FIG. 7; fig. 9 is a section taken along line 9-9 of FIG. 1, showing the completion of the teardrop section forming operation from an open U-section bar;
fig. 10 is a section taken along line 10-10 of FIG. 2, showing a typical clamping mechanism for securing the wound bar to a hoop forming mold; fig. 11 is a section taken along line 11-11 of FIG. 2; fig. 12 is a plan of the apparatus serving to cut to size a wound ring like that shown in FIG. 4; fig. 13 is a view taken along line 13-13 of FIG. 12;
fig. 14 is a section taken along line 14-14 of FIG. 12; fig. 15 is a plan of the apparatus for positioning the ring cut lengthwise on a welding jig; fig. 16 shows the apparatus of FIG. 15 with the ring clamped in place and the outer strip in position to be welded thereto; fig. 17 is a detailed view of the apparatus, showing the part included in the circle in phantom of FIG. 16;
fig. 18 is a view taken along line 18-18 of FIG. 17, some parts being shown in section and others in elevation; fig. 19 shows a finished hoop, once removed from the welding jig shown in FIG. 16; fig. 20 shows the hoop of FIG. 19, which was split into two semi-circular elements, joint covers having been fixed to the outer strip by fillet welds;
fig. 21 shows a section of a finished hoop, showing a joint cover attached to the outer band by fillet welds; this section is taken along line 21-21 of FIG. 20; fig. 22 shows a split hoop with a pair of peg lugs welded to the outer band; fig. 23 is a section showing a hoop in place around a bellows expansion joint.
In the various figures, the same elements are designated by the same reference signs.
The hoop manufacturing process comprises three essentially separate operations. The first of these operations is a roller forming process in which a ring is formed from a straight bar, and details of this part of the manufacturing process are shown in the first eleven figures of the drawing. The second part of the manufacturing process concerns the operations of cutting the ring to size, to prepare this ring to be welded to an outer strip which forms with the ring a T-shaped equalization hoop, the details of these operations being shown in FIGS. 12 to 14.
The third part of the fabrication concerns the welding of the outer strip to the wound loop, and will be described with reference to figs. 15 to 18. We will now come back to FIGS. 1 to 11, to understand the roller forming process transforming a straight bar into a ring.
Fig. 1 illustrates the apparatus used in the roller forming process. The apparatus required for this roller forming operation is a low speed mechanically operated table capable of turning in a horizontal plane. It has been found that a vertical or revolving lathe fitted with a table large enough to accommodate the desired ring diameter works satisfactorily with table rotation speeds of between about one and three revolutions per minute. In fig. 1, this table is called 30. The table is provided with cross-shaped slots 31, and in these slots are fitted, so as to be able to slide radially, four mandrels with adjustable jaws 32.
The mandrels 32 clamp a circular die 33 on the surface of the turntable 30. The outer surface of the die 33 is hollowed out to suitably receive the curved surface portion of the rectilinear bar which is to be bent to shape. annular, this die section is clearly seen in Figs. 5 and 6 and fig. 8 to 11. On the right side of fig. 1 shows a tool holder 34 on which are rigidly mounted a guide wheel 35 and a forming block 36. The active central portions of the guide wheel 35, of a forming block 36 and of the die 33 are all located in a common horizontal plane.
The guide wheel 35 is mounted on a shaft 37 which is fixed to a support 38 which serves to fix it rigidly to the tool holder 34. The guide wheel 35 can rotate freely around the shaft 37 and has a cross section of shape adapted to the bar to be bent. For example, fig. 5 shows a guide wheel which is cross-sectioned for use with an open-groove U-bar, while FIG. 6 shows a guide wheel 35 'which has the appropriate section to guide a bar with a closed teardrop or U-shaped section. The forming block 36 is attached to the tool holder 34 so that it faces the winding die 33 at approximately the point of contact thereof with the bar to be wound.
The role of the forming block 36 is to guide the bar exactly into the groove of the winding die 33, and also, when using an open U-section bar, to give the bar a cross section. droplet just before bending. The forming block 36 can be seen in different views in FIGS. 5 to 9 which will be referred to below.
The tool holder 34 is designed so as to allow adjustment in the horizontal direction as well as in the vertical direction, which allows the guide wheel 35 and the forming block 36 to be positioned exactly in relation to it. the groove of the winding die 33, also allowing the guide wheel 35 and the forming block 36 to be separated to facilitate installation and removal of the bar to be wound. The bar 39 intended to be formed into a wound annular ring, has a U-shaped or teardrop section and has been previously formed from a strip or plate of carbon steel.
When tool holder 34 is moved apart with guide wheel 35 and forming block 36 attached thereto, bar 39 is inserted into die groove 33 and clamp 40 is freely mounted to secure bar 39. to the winding die 33. The tool holder 34 is now brought into position, the wings of the gutter being inserted into the forming block 38 and the guide wheel 35 acting on the material as shown in FIG. . 1.
If the bar 39 has an open U-section, a short section of the front end of the bar 39 must be closed in a vice or press, giving it a teardrop or ovoid section before the initial placement operation. described above. This teardrop forming of the leading edge of bar 39 is necessary so that one can bring the forming block 38 into its working position and so that one can fix the clamp 40. This will be seen more clearly by referring to in fig. 7 and 10 which show the forming block 36 and the clamp 40 respectively.
If we first consider fig. 7, it can be seen that the right edge 45, which is close to the guide wheel 35, has an opening width sufficient to accommodate the open U-section bar, but that the left edge 46 has a width of much smaller opening, sufficient only to accommodate a drop section bar. Under these conditions, a portion of the bar 39 must be teardrop-shaped a sufficient distance from its front end so that it can be accommodated in the narrow opening end 46 of the forming block 36.
If we now consider fig. 10, it can be seen that the clamp 40 comprises a general U-shaped yoke 44, surrounding the winding die 33 and protruding therefrom, a hollow V-shaped block 42, a pin 43 serving to block the block 42 with the yoke 44, and a screw 41 screwed through the yoke 44 and touching the inside of the winding die 33 to attract the block 42 towards the winding die 33 and thus tighten the bar 39. The hollow V-shaped block 42 is necessary so that the bar 39 which has a teardrop section at its front end can be tightened strongly.
Fig. 5 shows the shape of the guide wheel 35 which is used with the section or green or U-bar. It is seen that the guide wheel 35 is disc-shaped with a rounded edge so that it fits tightly. inside the U-shaped material. If, on the other hand, a closed or ovoid U-bar is used, it is not necessary to tear-shape the short section of the front end of the bar because the ovoid section fits easily into the narrow opening end 46 of the drill block 36, and the block 42 of the clamp 40.
The only modification of the apparatus which is necessary with this form of bar is to replace the guide wheel 35 shown in FIG. 5 by the guide wheel 35 'shown in FIG. 6.
The tool holder 34 being placed in its working position, the bar 39 is tangent to the die 33 which is housed in the groove of the latter. The clamp 40 is now strongly tightened by means of the screw 41 which thus rigidly fixes the front end of the bar 39 to the die 33. The table 30 is now slowly rotated counterclockwise and the bar 39 is shaped into a ring around its axis of longitudinal section, thanks to the bending torques generated between the clamp 40, the winding die 33 and the guide wheel 35. The clamp 40 and the guide wheel 35 must obviously have sufficient strength to withstand these bending torques.
As table 30 rotates, forming block 38 guides bar 39 and prevents bar 39 from deflecting or twisting during forming. In the case of forming a U-section bar, the oblique sides of the forming block 36 close the open bar giving it the desired ovoid shape by a pressing action on the opposite open legs of the U-bar. This forming action is clearly illustrated by FIG. 3.
If we now consider fig. 2, it can be seen that once the table 30 has rotated about 27011, the clamp 40 and the front end of the bar 39 tend to hinder the continuation of the forging operation by abutting against the bar. remaining straight line which has not yet passed beyond the guide wheel 35. A second clamp 47, identical to the clamp 40, is then attached to the bar 39 and to the winding template 33. shows fig. 2. The first clamp 40 is then removed, which has the effect of freeing the front end of the bar 39.
About 180o of the formed hoop being released from die 33, the leading edge can easily be moved and superimposed on the remaining portion of straight bar 39, then resuming the rotation of table 30 until the circle complete be formed.
The length of the bar 39 should be sufficient so that a full circle can be wound up before the front end of the straight bar passes the guide wheel 35, which is shown in FIG. 3. The tool holder 34 is now moved aside, thus disengaging the guide wheel 35 and the forming block 36 from the wound ring; the clamp 47 is removed and the ring is released from the rolling die 33. The ring obtained has a sufficient overlap of the end portions to allow a cutting operation to size, and it is shown in the fi -. 4.
The diameter of the ring shown in fig. 4 is determined by the diameter of the winding die 35 and by the spring effect, ie the increase in diameter due to the elasticity of the metallic material. The diameter of the rolling die and the elasticity characteristic are interdependent, and in order to accurately adjust the final size of the wound ring, it is necessary to know the relation between the diameter and the elasticity of the ring. material to be formed.
A large diameter ring undergoes less deformation during the forming process than a smaller sized ring, so it has more elasticity. In winding a small ring, the spring effect may be very weak, and in some cases so weak that the formed ring cannot be removed from the die. In such a case, when the spring effect becomes less than twice the radius of the groove of the winding die 33, the latter must be made in two parts. These two elements have the shape that would be obtained by slitting the winding die 33 along a horizontal plane passing through the bottom of the groove.
These elements are bolted together before the start of the forming operation and are unbolted afterwards, so that the upper member can be removed and the ring free.
The wound ring of FIG. 4 is now ready to cut its overlapping straight ends, and to adjust its inside diameter. For the cutting operation, a metal band saw can be used, together with a special jig on which the ring of fig. 4. Such a template is shown in FIG. 12, as well as a hacksaw which has a table 50 and a blade 51. The jig consists of a base 52 on which is mounted a ring 53 whose precisely machined outer circumference conforms to the final inner diameter. that one wishes to give to the ring.
A slot 62 is made in the base 52 and is aligned with the slot in the band saw table 50, to allow the saw blade 51 to pass freely inward to cut the wound ring 39.
We place the uncut ring on. the base 52, around the adjustment ring 53, the overlapping end portions being centered on the slot 52. In order to firmly fix the rolled ring in place and ensure close conformity with the machined outer face of the adjustment ring 53, a series of eccentric cams 54 to 60 is used, these cams being fixed so as to be able to rotate on the base 52 by means of bolts 63. The cams 54 to 60 are arranged so that the cams Frictional forces exerted on the ring by each cam are always directed towards the free end of the ring, thus pushing any excess material into the overlapping rectilinear portions.
It will be observed that the cams 54 to 57 are all tightened in the direction of clockwise while the cams 58, 59 and 60 are tightened in the anti-clockwise direction. The proper order of tightening the cams so that the ring fits tightly to the adjustment ring 53 would be as follows: first tighten cam 57, then tighten the remaining cams in pairs starting with pair 56 and 58, then pair 55 and 59, and finally pair 54 and 60.
Once the cams have been tightened, a check can be done with a pin to check for any excessive play between the adjustment ring 53 and the ring 52, and if there is a sufficiently close conformity between them, a straight, clean kerf is made through the overlapping ends by bringing the saw blade 51 inward through the slot 62, and pressing it onto the overlapping ends in the sawing position. When the cut is complete, the cut to size ring is removed from the cut adjustment jig, releasing cams 54-60.
The cut-to-size ring is now in the shape of a hollow toroid and is ready to receive a strip welded around its outer perimeter to form the completed self-compensating T-shaped ring.
After having removed the ring cut to size from the adjustment jig, it is placed in a welding bar like that shown in figs. 15 to 18. If we first consider FIG. 15, a frame 80 is seen which has a vertically directed support member 87, of circular configuration, which follows the internal diameter which it is desired to give to the hollow toroid 39.
To better understand the relationship between the toroid 39 and the frame 80 and the various other elements of the welding jig, reference is made to FIGS. 17 and 18, although the positioning method for welding is described with reference to figs. 15 and 16.
After placing the toroid 39 on the frame 80, its internal diameter surrounding the vertically diagonal portion 87, elliptical cams 70 to 79 are used to fix the toroid 39 for the welding operation. All of the cams 70 through 79, except the cams 70 and 75, can be applied against the toroid 39 by clockwise rotation. The two cams 70 and 75 are brought into cooperation by rotation in the opposite direction of clockwise.
Cam 70 is used with the remaining cams except 75 to initially tighten toroid 39 in the weld mount, while cam 75 is used with the other cams except cam 70 to tighten outer band 85 around. of the toroid 39 in order to weld it there.
The first operation, which consists in tightening the toroid on the mount 30, is carried out as follows. The toroid 39 being in position as explained above, the cam 70 is rotated counterclockwise to tighten it, and it thus tends to push the toroid 39 in the clockwise direction. a watch. The cams 71 to 79 are then tightened except for the cam 75 by rotation in the direction of clockwise. This new tightening operation pushes the free end of the toroid 39 counterclockwise, thus making it closely match the bearing portion 67 of the mount 80.
The ends of the toroid 39 are thus brought end to end.
The toroid 39 thus being fixed by cams, several segment clamps 88 are fixed to the frame 80, tightened against the toroid. As can be seen better in fig. 18, the segment clamps 88 comprise a shaped metal portion 84 and a bolt 85 with nut 86. The shaped metal portion 84 has, relative to the mount 80 and to the toroid 39, the shape desired to strongly clamp the latter in position. desired, as shown. The metal portion 84 is securely fixed to the vertical bearing portion 87 of the frame 30, by means of the bolt 85 and the nut 83.
With the toroid 39 firmly clamped to the frame 30 by the segment clamps 88, those of the cams 70-79 which are clamped can be released, so that the band 85 can be placed in the welding position against the outer circumference of the ring. toroid. The relative positions of band 85 and toroid 39 are best seen in the sectional view of FIG. 18.
According to fig. 16, it will be observed that if the ends of the toroid 39 are end to end between the eccentric cams 70 and 79, the end to end ends of the strip 85 are arranged between the eccentric cams 74 and 75. The strip 85 being arranged as shown in fig. 16, the eccentric cams are again used to cause band 85 to closely match the outer circumference of the toroid. This is achieved by first tightening the eccentric cam 75 not used previously, by rotation counterclockwise. The remaining cams are then tightened by rotation in the direction of clockwise, tightening in order the cams 76 to 79, then the cams 71 to 74.
It should be noted that the cam 70 remains released during this operation. The strip 85 is suitably placed vertically by means of the clamping plates 81 fixed to the top of the eccentric cams 70 to 79, by tightening the nut 83 downwards on the bolt 82 which fixes each of the cams to the mount 80 As before, these details are better seen in the views of FIGS. 17 and 18.
With the hollow toroid 39 and band 85 properly seated and securely clamped, long pin welds are made between the segment clamps to secure band 85 to toroid 39. Toroid 39 and band can now be released. 85 of the welding jig, turn them over by pinning them on the opposite side. The welding of the toroid 39 to the outer band 85 is now completed by intermittent welds, and this can be done either in the welding jig or after removing them from the jig, depending on the heat dissipation capacity of the welding jig. .
It is essential to pin both sides of the assembly which comprises toroid 39 and band 85 before completing the weld on either side, otherwise the contraction produced by the final weld would tend to decrease. open the closed edges of the teardrop section 39 and change its shape. Fig. 19 shows a complete assembly of a toroid 39 and a band 85, once removed from the welding jig. The assembly illustrated by FIG. 19 can serve as either an equalizer band or an end bell in a flanged or welded end construction for an expansion joint.
If the assembly is to be used as an end bell, the butt joint of toroid 39 is reinforced with a welded gusset on the side which is not in contact with the corrugated bellows element of the expansion joint. . But if the whole of fig. 19 must serve as an equalization hoop, it is first necessary to release the constrains, then to cut this one in half to form a pair of cylindrical semi-circular elements.
To make these semi-circular halves, cut the outer strip 85 in the line of the welded butt joint of toroid 39, and make a second 1800 cut through the butt ends of the outer strip and through the toroid. These two aligned sections passing through the outer strip 35 and the toroid 39 are shown in FIG. 20 by sections 100 and 101.
The halves can be applied to the bellows element of an expansion joint to form a complete equalization hoop, using welded joint covers. A pair of these joint covers 90 can be seen in FIG. 20. FIG. 23, which is a section taken along lines 21-21 of FIG. 20, shows the joint cover 90 fixed by fillet welds 91, 91 to the outer band 85.
Fig. 23 shows, in fragmentary section, such an equalizing hoop positioned around a corrugated bellows element 92 of an expansion joint. The joint cover 90 must have a sufficient section to give the same strength as the outer strip 85, and the length of the corner welds 91 must be such that the shear resistance is also equivalent to the strength of the strip 85 .
Fig. 22 represents a variant with respect to the use of welded joint covers. 90, which makes it possible to remove an equalization ring after having installed it on the corrugated bellows element of an expansion joint. In this variant, a pair of ankle ears 89, 89 is welded to the assembly of FIG. 19, according to the configuration shown in FIG. 22. Each of the peg ears 89 has a pre-drilled peg hole 53.
Once the dowel ears 89 have been welded to the outer strip 85, the stresses on the entire assembly are released and cut in half along the dotted lines 94-94, thus completing the compensation ring.