Procédé de conformation de l'extrémité d'une pièce métallique tubulaire, appareil pour la mise en aeuvre du procédé et pièce tubulaire obtenue par ce procédé La présente invention comprend un procédé de conformation de l'extrémité d'une pièce métallique tubulaire.
Lorsqu'une pièce, par exemple un tronçon de tube en acier, est soumise à un coup frappé sur son extrémité, le métal de la paroi du tube a tendance à se déplacer vers l'intérieur. Qu'il se produise ou non un refoulement, cela dépend de différents. fac teurs tels que la force avec laquelle le coup est appli qué, l'épaisseur de la paroi du tube, etc., mais en général il se produit un refoulement. Ce refoulement se manifeste par un élargissement ou un bourrelet dans la paroi du tube, qui modifie le diamètre exté rieur uniforme de la pièce et change la longueur totale de celle-ci du fait du métal déplacé dans le refoulement.
En conséquence, ce refoulement ne peut être accepté lorsqu'il est bon ou nécessaire de main tenir entre des limites étroites le diamètre extérieur ou la longueur totale de la pièce, par exemple dans le cas d'une tige tubulaire avec extrémités semi- sphériques servant à actionner des soupapes de mo teur, et couramment dénommée poussoir.
Le procédé que comprend l'invention vise à remédier à cet inconvénient et est caractérisé en ce qu'on conforme la partie d'extrémité en lui donnant une forme dont la section transversale est inférieure à celle de la paroi tubulaire normale, on met la pièce dans une ouverture de matriçage, en plaçant une partie de cette extrémité conformée dans cette ouver ture, on frappe sur le bout de la pièce en lui donnant un coup dirigé suivant l'axe de la pièce pour la con former davantage, le refoulement vers l'extérieur du métal de la partie conformée,
qui se trouve à l'inté- rieur de l'ouverture de la matrice, étant limité par celle-ci.
L'invention comprend en outre un appareil pour la mise en #uvre de ce procédé, et une pièce tubu laire obtenue par le procédé.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil que comprend l'invention.
La fig. 1 est une vue, en partie en élévation de côté et en coupe de ladite forme d'exécution de l'ap pareil.
La fig. 2 est une vue en plan représentant un dispositif de serrage en position ouverte.
La fig. 3 représente l'extrémité d'une pièce avant qu'on ait agi sur elle.
La fig. 4 est une vue partielle analogue à la fig. 1, représentant la disposition permettant de confor mer les, deux extrémités des pièces.
La fig. 5 représente une variante de l'appareil. La fig. 6 est une vue analogue à la fig. 1, repré sentant une variante servant à conformer simultané ment les deux extrémités des pièces.
La fig. 7 est une vue représentant la pièce dans une position x et représentant celle-ci à la fois avant et après la conformation effectuée en position x.
La fig. 8 est une vue analogue à la fig. 7, repré sentant la pièce en position y, à la fois avant et après la conformation effectuée dans la position y.
La fig. 9 est une vue analogue à la fig. 8, repré sentant la pièce en position z et représentant celle-ci à la fois avant et après la transformation effectuée en position z.
La fig. 10 est une vue représentant le produit fini sous forme d'un poussoir. La forme d'exécution de l'appareil représenté en fig. 1 et 2 sert à la fabrication d'un poussoir à partir d'une pièce tubulaire w, telle que représentée sur la fig. 3, qui est exactement coupée en longueur avec ses extrémités ébarbées. Cette pièce peut être un tube soudé bord à bord obtenu à partir d'une bande de métal tel que de l'acier, mise sous forme tubulaire avec ses bords se touchant et soudés l'un à l'autre.
L'appareil représenté sur les. fig. 1 et 2 comprend un dispositif de serrage 1 comportant des parties séparées. 2 et 3 dans lesquelles sont ménagées des rainures concordantes servant à recevoir la pièce. La partie 2 peut être relativement fixe tandis que la partie complémentaire 3 est mobile. La fig. 2 repré sente ces parties séparées. Ces deux parties de ser rage, qui jouent également le rôle de matrice ainsi qu'on le verra plus loin, présentent des rainures. ser vant à recevoir trois pièces.
Comme on le voit sur la fig. 1, l'appareil pré sente une butée 5 à trois faces contre lesquelles vien nent porter les pièces. Ces faces sont dans des plans différents, celle pour la première opération effectuée sur la pièce est représentée en 6, la face pour la deuxième opération en 7 et celle pour la troisième en 8.
Un système de conformation mobile, fait comme représenté sur la fig. 1, comporte trois outils de con formation que l'on peut appeler des poinçons , mais qui en réalité jouent le rôle de matrices. Un support 10 comporte un premier outil ou instrument 11 qui coulisse dans un manchon 12 et qui est sou tenu à l'arrière par un ressort 13 monté dans un support 14. Cet outil présente une cavité 16 de forme conique comme représenté.
Un deuxième outil 20 coulisse de façon analogue dans un manchon 21 et il est supporté par un ressort 22 maintenu par un guidage 23. Cet outil comporte également une cavité 24 dont la paroi 25 peut avoir un angle plus pro noncé que la cavité 16, et en fait la cavité 24 peut avoir une forme telle que ses parois internes. fassent des angles différents suivant une portion 25 et une autre portion 26.
Un troisième outil 30 comporte une cavité 31 semi-sphérique. Cet outil coulisse dans un manchon 32 soutenu à l'arrière par un ressort 33 porté par un support 34. L'outil 30 comporte une tige de guidage 35 faisant saillie dans la cavité 31 et portée par une pièce 36 contre laquelle agit le ressort 33.
Pour la commodité, lorsqu'on fait les différents outils, ils peuvent tous avoir une forme analogue et les outils 11 et 20 peuvent être munis de pièces insérées en 37 et 38, bien que ces outils 11 et 20 ne comportent pas de tige de guidage.
Les pièces progressent dans la machine et dans la première position x une pièce s'appuie sur la sur face 6 ; elle vient ensuite dans la deuxième position y où elle porte sur la surface 7, puis en troisième posi tion z où elle porte sur la surface 8.
Il y a donc trois pièces sur lesquelles on agit en même temps et, entre les opérations, les pièces de serrage tournent, comme représenté sur la fig. 2, et des dispositifs d'avance ou de transfert avec doigts d'avance 40 font passer les pièces d'une position à la suivante tandis qu'une pièce nouvelle se place en position x et que la pièce qui se trouve en troisième position z est enlevée. Ce dispositif de transfert ou d'avance est connu dans les opérations de poinçonnage et de matriçage.
Les outils de conformation montés dans le sup port 10 avancent par déplacement de ce support; le premier outil 11 frappe la pièce dans la position x et conforme son extrémité en la refoulant intérieure ment pour lui donner une forme tronconique comme on le voit en a. Dans cette opération, l'outil recule en faisant céder le ressort 13 et il vient s'appuyer contre le manchon 12, ce qui donne le choc en direc tion de l'axe sur le tube pour conformer son extré mité.
Les organes de serrage dans le dispositif de la fig. 1 serrant suffisamment les pièces pour résister à la plus grande partie des forces axiales, de sorte que les parties des pièces découvertes entre les élé ments de serrage et la butée 5 ne sont pas soumises à une compression susceptible de les incurver.
La pièce ainsi conformée est alors amenée dans la deuxième position y, ceci se faisant lorsque la pièce de serrage est ouverte et que le support 10 a reculé. Lors de la course suivante, l'outil 20 façonne l'extrémité de la pièce comme représenté en b, la forme étant sensiblement la même que celle de la cavité 24. Lorsque l'outil de conformation avance, la pièce est poussée contre la surface 7 et le ressort 22 cède de sorte que la pièce est mise en position en étant serrée fortement entre les organes de ser rage.
Il en est de même lorsque les pièces sont dans les positions x et z. Lorsque le deuxième outil vient frapper la pièce, les forces exercées tendent à refou ler le métal du tube vers l'extérieur, de sorte que le métal tend à venir se placer sensiblement suivant la ligne de rencontre de la paroi normale du tube et de l'extrémité oblique formée à l'endroit c (fig. 8). En d'autres termes, le. métal a tendance à être refoulé à la base du tronc de cône.
Cette tendance augmente du fait que le métal qui est le plus voisin, du sommet du tronc de cône a été davantage travaillé à froid que le métal de la base. Toutefois, au voisinage du point c, le métal est maintenant confiné à l'intérieur des pièces de serrage et il y a un léger jeu d autour de la base du tronc de cône. En conséquence, lorsque ce métal est refoulé, il ne peut le faire que dans la mesure délimitée par les parois en d. On voit par suite que les pièces de serrage jouent le rôle de matrices.
Le support recule alors, les pièces de serrage 2 et 3 s'ouvrent et la pièce vient dans la position z (fig. 9). Ici encore, la pièce est poussée contre la surface 8 en laissant le jeu de matriçage e, de sorte que lors que l'outil 30 conforme l'extrémité de la pièce pour lui donner une forme semi-sphérique, le métal qui se trouve au voisinage de la zone f se dilate ou se déforme uniquement dans la mesure permise par les éléments de serrage.
De cette façon, le bout de la pièce peut prendre une forme semi-sphérique dont le diamètre extérieur est maintenu entre des toléran ces nécessairement étroites, et en conservant la lon gueur totale. La tige 35 pénètre dans le tube et délimite une ouverture disposée au centre de la tête semi-sphérique.
Les extrémités opposées de pièce peuvent être conformées de la même façon par un appareil ana logue à celui que l'on vient de décrire et représenté sur la fig. 4. On a utilisé les mêmes numéros de réfé, rence pour désigner les mêmes pièces avec la seule différence que dans, ce cas les surfaces<I>6a, 7a</I> et 8a sont creusées en 41 pour recevoir les extrémités conformées.
Dans la variante de la fig. 5, la butée 45 com porte une face d'arrêt 46 ne comportant qu'un seul plan, mais la pièce de serrage 2a comporte des faces 47, 48 et 49 qui sont disposées dans trois plans parallèles différents. Les. outils de conformation peu vent reculer à trois niveaux différents. Ainsi, au lieu de déplacer les pièces par rapport aux organes de serrage, les faces de ceux-ci varient ainsi que la posi tion des outils l la, 20a et 30a.
Les pièces représentées sur la fig. 5 sont par ail leurs les mêmes et elles portent les mêmes numéros de référence.
Dans la variante de l'appareil représenté sur 1a fig. 6, les deux extrémités des pièces peuvent être conformées simultanément. Dans cet appareil, la structure de serrage 50 reçoit les pièces en laissant découvertes leurs extrémités et les faces de cette structure sont disposées dans trois plans 51, 52 et 53 d'un côté et 54, 55 et 56 de l'autre.
Les outils de conformation de chaque côté peuvent être identi ques les uns aux autres et ils sont portés par des organes mobiles 60, les outils de conformation pour la première opération étant représentés en 61, ceux pour la seconde opération en 62 et ceux pour la troi sième en 63.
Dans ce type d'appareil, la structure de serrage 50 serre les pièces suffisamment pour les empêcher de s'incurver étant donné que les outils de conformation réagissent l'un sur l'autre. Etant donné que la position des pièces ne change pas en direction de l'axe, les différents outils de conforma tion sont décalés les uns par rapport aux autres à des niveaux différents, comme représenté. En ce cas, les outils de conformation sont montés rigidement sur leur support 60 car il n'est pas besoin de ressort.
On remarquera qu'en conformant l'extrémité d'un poussoir de cette façon qui constitue une sorte d'opération de matriçage, le métal de l'extrémité for mée est renforcé. Ceci résulte de l'examen des fig. 7, 8 et 9. Dans la première opération (fig. 7), il y a un épaississement à peine appréciable du métal. Dans, la deuxième (fig. 8), l'extrémité complètement for mée a une paroi sensiblement plus épaisse, et dans la troisième opération (fig. 9) la paroi a une paroi notablement épaissie.
Ce métal épaissi se raccorde à la paroi tubulaire auprès de la jonction de la paroi normale du tube avec le bout arrondi, ce qui ren force l'extrémité. On comprend qu'en fonctionne ment, les coups appliqués sur le poussoir agissent sur et par l'intermédiaire des extrémités de celui-ci, puisque chaque extrémité d'un poussoir fonctionne dans un alvéole.
De plus, la paroi d'extrémité plus épaisse augmente la résistance à l'usure à l'endroit où les bouts arrondis pénètrent dans des alvéoles, tant dans le dispositif de commande que dans celui qui est actionné, tels que la came et le basculeur.
On a représenté en w (fig. 10) un poussoir ter miné pour soupape de moteur. En service, les extré- mités arrondies se logent dans des alvéoles d'un mécanisme opératoire et le poussoir transmet la poussée.
On voit que le poussoir peut être formé rapidement et facilement en lui donnant des têtes semi-sphériques destinées à fonctionner dans des alvéoles et que le diamètre extérieur et la longueur totale restent dans les limites de tolérances étroites nécessaires dans les pièces de ce genre. Avant de l'utiliser, il peut être bon ou nécessaire de tremper le métal, en particulier les extrémités reçues dans, les alvéoles. Le poussoir creux présentant des trous à ses extrémités peut servir à transmettre de l'huile de graissage lorsqu'il est en service.
Bien que l'on ait décrit le procédé dans le cas de la fabrication d'un poussoir tubulaire pour moteur, et en se référant à des moteurs à combustion interne, on peut l'appliquer à la conformation de l'extrémité de n'importe quel type de pièces tubulaires pour Wimporte quel usage. De plus, la pièce n'a pas besoin d'être tubulaire sur toute sa longueur et elle peut n'avoir qu'une extré- mité tubulaire.
En outre, le procédé peut servir à conformer les extrémités, de pièces tubulaires suivant d'autres formes. que celles rigoureusement semi-sphé- riques et, en particulier, on peut lui donner d'autres formes généralement arrondies, par exemple parabo liques.
Method for shaping the end of a tubular metal part, apparatus for carrying out the method and tubular part obtained by this method The present invention comprises a method for shaping the end of a tubular metal part.
When a part, for example a section of steel tube, is subjected to a blow struck on its end, the metal of the wall of the tube tends to move inward. Whether or not a repression occurs depends on different. factors such as the force with which the blow is applied, the thickness of the wall of the tube, etc., but generally backflow occurs. This backflow is manifested by a widening or bead in the wall of the tube, which changes the uniform outside diameter of the part and changes the total length thereof due to the metal displaced in the discharge.
Consequently, this repression cannot be accepted when it is good or necessary to keep the outside diameter or the total length of the part within narrow limits, for example in the case of a tubular rod with semi-spherical ends serving to actuate engine valves, and commonly referred to as a pusher.
The method that the invention comprises aims to remedy this drawback and is characterized in that the end part conforms by giving it a shape whose cross section is less than that of the normal tubular wall, the part is placed in a forging opening, by placing a part of this shaped end in this opening, the end of the part is struck by giving it a direct blow along the axis of the part to shape it further, the discharge towards the 'outside the metal of the shaped part,
which is inside the opening of the die, being limited by it.
The invention further comprises an apparatus for carrying out this method, and a tubular part obtained by the method.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the apparatus which the invention comprises.
Fig. 1 is a view, partly in side elevation and in section of said embodiment of the apparatus.
Fig. 2 is a plan view showing a clamping device in the open position.
Fig. 3 represents the end of a part before it has been acted upon.
Fig. 4 is a partial view similar to FIG. 1, showing the arrangement for confor mer the two ends of the parts.
Fig. 5 shows a variant of the apparatus. Fig. 6 is a view similar to FIG. 1, representing a variant serving to simultaneously conform the two ends of the parts.
Fig. 7 is a view showing the part in an x position and showing the latter both before and after the shaping carried out in position x.
Fig. 8 is a view similar to FIG. 7, representing the part in position y, both before and after the shaping carried out in position y.
Fig. 9 is a view similar to FIG. 8, representing the part in position z and representing it both before and after the transformation carried out in position z.
Fig. 10 is a view showing the finished product in the form of a pusher. The embodiment of the apparatus shown in FIG. 1 and 2 is used for the manufacture of a pusher from a tubular part w, as shown in FIG. 3, which is exactly cut lengthwise with its ends trimmed. This part may be a tube welded edge to edge obtained from a strip of metal such as steel, formed into a tubular form with its edges touching and welded to each other.
The device shown in. fig. 1 and 2 comprises a clamping device 1 comprising separate parts. 2 and 3 in which are formed matching grooves for receiving the part. Part 2 can be relatively fixed while complementary part 3 is mobile. Fig. 2 represents these separate parts. These two clamping parts, which also play the role of matrix as will be seen below, have grooves. serving to receive three pieces.
As seen in fig. 1, the apparatus has a three-sided stopper 5 against which the parts come to bear. These faces are in different planes, the one for the first operation performed on the part is shown at 6, the face for the second operation at 7 and that for the third at 8.
A mobile shaping system, made as shown in fig. 1, comprises three shaping tools which can be called punches, but which in reality play the role of dies. A support 10 comprises a first tool or instrument 11 which slides in a sleeve 12 and which is supported at the rear by a spring 13 mounted in a support 14. This tool has a cavity 16 of conical shape as shown.
A second tool 20 slides in a similar manner in a sleeve 21 and it is supported by a spring 22 held by a guide 23. This tool also comprises a cavity 24, the wall 25 of which may have a more pronounced angle than the cavity 16, and in fact the cavity 24 may have a shape such as its internal walls. make different angles along a portion 25 and another portion 26.
A third tool 30 has a semi-spherical cavity 31. This tool slides in a sleeve 32 supported at the rear by a spring 33 carried by a support 34. The tool 30 comprises a guide rod 35 projecting into the cavity 31 and carried by a part 36 against which the spring 33 acts. .
For convenience, when making the different tools, they can all have a similar shape and the tools 11 and 20 can be provided with inserts at 37 and 38, although these tools 11 and 20 do not have a guide rod. .
The parts advance in the machine and in the first position x a part rests on the surface 6; it then comes to the second position y where it bears on the surface 7, then in the third position z where it bears on the surface 8.
There are therefore three parts on which one acts at the same time and, between operations, the clamping parts rotate, as shown in fig. 2, and advance or transfer devices with advance fingers 40 move the parts from one position to the next while a new part is placed in position x and the part which is in third position z is removed. This transfer or advance device is known in punching and stamping operations.
The shaping tools mounted in the support 10 advance by moving this support; the first tool 11 strikes the part in the x position and conforms its end by pushing it back inside to give it a frustoconical shape as seen in a. In this operation, the tool moves back by causing the spring 13 to yield and it comes to rest against the sleeve 12, which gives the shock in the direction of the axis on the tube to conform its end.
The clamping members in the device of FIG. 1 clamping the parts sufficiently to withstand the greater part of the axial forces, so that the parts of the parts exposed between the clamping elements and the stopper 5 are not subjected to a compression liable to bend them.
The part thus shaped is then brought into the second position y, this being done when the clamping part is open and the support 10 has moved back. During the next stroke, the tool 20 shapes the end of the part as shown in b, the shape being substantially the same as that of the cavity 24. As the shaping tool advances, the part is pushed against the surface. 7 and the spring 22 yields so that the part is placed in position by being strongly clamped between the clamping members.
It is the same when the parts are in the x and z positions. When the second tool strikes the part, the forces exerted tend to push the metal back out of the tube, so that the metal tends to come and be placed substantially along the line where the normal wall of the tube and the tube meet. oblique end formed at location c (fig. 8). In other words, the. metal tends to be driven back to the base of the truncated cone.
This tendency increases because the metal which is closest to the top of the truncated cone has been cold worked more than the metal of the base. However, in the vicinity of point c, the metal is now confined within the clamping pieces and there is a slight clearance d around the base of the truncated cone. Consequently, when this metal is driven back, it can only do so to the extent delimited by the walls at d. It can therefore be seen that the clamping pieces play the role of dies.
The support then moves back, clamping pieces 2 and 3 open and the piece comes to position z (fig. 9). Here again, the part is pushed against the surface 8 leaving the die-forging clearance e, so that when the tool 30 conforms the end of the part to give it a semi-spherical shape, the metal which is at the vicinity of zone f expands or deforms only to the extent permitted by the clamping elements.
In this way, the end of the part can take a semi-spherical shape, the outside diameter of which is maintained between necessarily narrow tolerances, and while retaining the total length. The rod 35 penetrates into the tube and defines an opening arranged in the center of the semi-spherical head.
The opposite part ends can be shaped in the same way by an apparatus similar to that which has just been described and shown in FIG. 4. The same reference numbers were used to designate the same parts with the only difference that in this case the surfaces <I> 6a, 7a </I> and 8a are hollowed out at 41 to receive the shaped ends.
In the variant of FIG. 5, the stop 45 com carries a stop face 46 comprising only one plane, but the clamping piece 2a has faces 47, 48 and 49 which are arranged in three different parallel planes. The. conformation tools can retreat to three different levels. Thus, instead of moving the parts relative to the clamping members, the faces thereof vary as well as the position of the tools 11a, 20a and 30a.
The parts shown in fig. 5 are otherwise the same and bear the same reference numbers.
In the variant of the apparatus shown in 1a fig. 6, the two ends of the parts can be shaped simultaneously. In this device, the clamping structure 50 receives the parts while leaving their ends uncovered and the faces of this structure are arranged in three planes 51, 52 and 53 on one side and 54, 55 and 56 on the other.
The shaping tools on each side can be identical to each other and they are carried by movable members 60, the shaping tools for the first operation being shown at 61, those for the second operation at 62 and those for the three. sixth in 63.
In this type of apparatus, the clamping structure 50 clamps the parts sufficiently to prevent them from bending as the shaping tools interact with each other. Since the position of the parts does not change in the direction of the axis, the different shaping tools are offset with respect to each other at different levels, as shown. In this case, the shaping tools are mounted rigidly on their support 60 because there is no need for a spring.
It will be noted that by shaping the end of a pusher in this way, which constitutes a sort of forging operation, the metal of the forged end is reinforced. This results from the examination of FIGS. 7, 8 and 9. In the first operation (fig. 7), there is barely appreciable thickening of the metal. In the second (fig. 8) the fully formed end has a noticeably thicker wall, and in the third operation (fig. 9) the wall has a noticeably thickened wall.
This thickened metal connects to the tubular wall near the junction of the normal tube wall with the rounded end, which strengthens the end. It is understood that in operation, the blows applied to the pusher act on and via the ends thereof, since each end of a pusher operates in a cell.
In addition, the thicker end wall increases wear resistance where the rounded ends penetrate recesses, both in the controller and in the one being actuated, such as the cam and rocker. .
There is shown at w (fig. 10) a finished tappet for an engine valve. In service, the rounded ends are housed in the cells of an operating mechanism and the pusher transmits the thrust.
It can be seen that the pusher can be formed quickly and easily by giving it semi-spherical heads intended to operate in cells and that the outside diameter and the total length remain within the limits of narrow tolerances necessary in parts of this kind. Before using it, it may be good or necessary to soak the metal, in particular the ends received in, the cells. The hollow tappet with holes at its ends can be used to transmit lubricating oil when in use.
Although the process has been described in the case of manufacturing a tubular engine lifter, and with reference to internal combustion engines, it can be applied to the conformation of the end of any engine. what kind of tubular parts for any purpose. In addition, the part does not need to be tubular over its entire length and it may have only a tubular end.
In addition, the method can be used to shape the ends of tubular parts into other shapes. than those which are strictly semi-spherical and, in particular, it can be given other generally rounded shapes, for example parabolic.