Procédé de forgeage d'un tube métallique La présente invention a pour objet un procédé de forgeage d'un tube métallique pour modifier sa sec tion avec renforcement local de son épaisseur.
Ce procédé est caractérisé en ce que l'on forge le tube en le déplaçant dans le sens de son axe entre des couples de demi-matrices animés d'un mouve ment alternatif rapide dans le sens perpendiculaire à l'axe du tube, les demi-matrices du couple aval au moins présentant sur leurs faces venant en contact avec le tube, une forme correspondant à la forme à donner au tube.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, divers modes de mise en aeuvre du procédé selon l'invention.
La fig. 1 représente schématiquement en coupe transversale deux demi-matrices pour la mise en oeuvre du procédé et le tube engagé dans celles-ci.
La fig. 2 est une coupe par II-II du tube à l'entrée dans la machine.
La fig. 3 est une coupe par III-III de la fig. 1. La fig. 4 est une coupe par IV-IV de la même fig. 1.
La fig. 5 est une coupe par V-V, à la sortie de la machine. La fig. 6 est une coupe d'un tube de section circulaire pouvant être traité dans la machine, de manière à obtenir les profils de tube représentés sur les fig. 7 et 8.
La fig. 9 représente en coupe longitudinale un tube dont la surface extérieure comporte des ailettes transversales ménagées sur le tube.
La fig. 10 représente en coupe longitudinale un tube dont la surface extérieure porte des chevrons. La fig. 11 représente un tube vu latéralement, en élévation, à la sortie de la machine, et comportant des rainures obliques. La fig. 12 représente un des tubes de la chau dière, profilé d'abord en tube de mur d'eau, et ensuite en tube de surchauffeur.
Les fig. 13, 14, 15 sont respectivmcent des cou pes par VI-VI, VII-VII et VIII-VIII de la fig. 12. La fig. 16 représente en coupe un cintre de tube avec ailette unilatérale dans l'extrados.
La fig. 17 représente, en coupe, un tube ovalisé que l'on va traiter pour obtenir un tube présentant des surépaisseurs.
Les fi-. 18 et 19 représentent, en coupe, le tube de la fig. 17 lors de son passage entre les matrices de la machine à mouvement alternatif rapide. Sur la fig. 19 le tube est terminé.
Dans l'exemple qui va être décrit en regard des fig. 1 à 5, on se propose de transformer un tube ordinaire de section circulaire en un tube de section circulaire, de rayon plus petit, présentant deux ailet tes longitudinales diamétralement opposées,
courtes et épaisses. Au cours de son passage entre les demi- matrices dont les gorges sont taillées en conséquence, le tube prend successivement en une seule opération les formes suivantes :
au début le tube, préalable ment chauffé suivant deux génératrices diamétrale ment opposées et situées dans le plan de jonction des demi-matrices, est transformé en tube de rayon légèrement inférieur qui assure le tassement du métal dans la partie chaude et constitue un gonflement de la paroi du tube dans les régions diamétralement opposées ; ensuite, le travail de forgeage des gorges accentue la diminution du diamètre du tube, provo quant la formation d'embryons d'ailettes débordant de part et d'autre la paroi du tube ;
enfin, dans la dernière partie de la demi-matrice, le tube prend une forme circulaire, de diamètre inférieur au diamètre du tube initial, tandis que les deux ailettes sont para chevées et chanfreinées.
Le tube à traiter a de section circulaire est engagé dans le sens de la flèche F entre les demi-matrices b et c de la machine à forger à mouvement alternatif rapide. Dans l'exemple choisi, la demi-matrice infé rieure b est une matrice dormante et c'est la demi- matrice supérieure c qui est animée d'un mouvement alternatif rapide dans le sens de la double flèche G. Ce mouvement est par exemple de dix aller et retour par seconde.
Comme on le voit plus précisément sur les fig. 3, 4, 5, les gorges des demi-matrices b, c sont taillées de façon à présenter de l'entrée à la sortie des demi- matrices une section transversale progressivement variable, pour donner au tube a les profils successifs représentés sur lesdites fi-. 3 à 5. On remarquera que, de préférence, la demi-matrice c présente des faces taillées en forme de coins c', c' qui s'engagent sur des parties inclinées de la matrice dormante b, de manière à assurer, à chaque retombée, le centrage exact de la demi-matrice en mouvement par rapport à la demi-matrice dormante.
Le tube a est chauffé avant son entrée dans les matrices le long des deux génératrices opposées dl, d'-', suivant les régions hachurées sur la fig. 2, qui vont être soumises aux transformations indiquées ci-dessous.
Le chauffage a lieu soit extérieurement de part et d'autre du tube, soit encore intérieurement, par l'intermédiaire d'une tige porteuse e d'un mandrin intérieur terminé par une olive f, qui calibre l'intérieur du tube à sa sortie de la machine. Le fluide de chauffage sortira par exemple par les orifices k qui sont prévus dans la tige e avant l'entrée du tube a entre les matrices. Ces orifices k peuvent être prévus sur la tige e dans des régions situées à l'intérieur du tube a engagé dans les matrices, pour chauffer s'il y a lieu de l'intérieur certaines régions du tube a soumises à une transformation plus intense pendant le passage du tube à l'intérieur des matrices.
La progression du tube, dans le sens de la flèche F, est assurée soit par poussée, soit par traction, soit<I>par ces</I> deux moyens combinés. Cette progression peut être continue ou discontinue. Dans le dispositif mécanique qui assure l'avance du tube a, il est prévu d'interposer un ou des tampons élastiques, par exem ple sous forme de ressorts ou de plaques en caout chouc, qui, particulièrement dans le cas de progres sion continue du tube, laissent au dispositif d'avance ment du tube une certaine élasticité durant les moments où la percussion des matrices s'effectue.
La force et la vitesse avec lesquelles le tube est tiré ou poussé entre les matrices sont liées à la pro gressivité de la variation de section des gorges pré vues dans les matrices, de manière par exemple que l'on passe de façon continue ou discontinue d'une certaine forme de section du tube à une autre forme de section sans qu'il en résulte des plissements de métal dans la paroi du tube. La progressivité de la variation de section des gorges prévues dans les matrices est rapide dans les régions où l'on veut accroître l'épaisseur de la paroi du tube.
Au contraire, là où l'on désire maintenir l'épaisseur initiale du tube, tout en modifiant sa sec tion, cette progressivité est lente, c'est-à-dire que le profil :de la gorge dans le sens longitudinal des matri ces est à pente très douce.
Le tube initial a de section circulaire, quand il a atteint dans sa progression entre les matrices la ligne de coupe III-III de la fig. 1, présente sur ses faces supérieure et inférieure un rayon de courbure légère ment plus petit que celui du tube initial, tandis que les régions latérales situées dans le plan médian AA sont surépaissies comme on le voit sur la fig. 3.
Entre les lignes de section III-III et IV-IV de la fig. 1, la progressivité des gorges des matrices fait que deux embryons d'ailettes g1, g-' se forment à partir des surépaisseurs sur les génératrices diamétralement opposées du tube, tandis que le rayon de courbure du tube à sa partie inférieure et à sa partie supérieure est encore légèrement diminué.
Entre ces lignes de coupe IV-IV et V-V de la fig. 1 la forme des ailettes g', g' a été parachevée et a été chanfreinée, tandis que le rayon du tube, plus petit que son rayon d'ori gine, n'a pas changé depuis la ligne IV-IV de la fig. 1.
On peut aussi, avec une machine de ce genre, et en partant d'un tube de section circulaire, tel que représenté fi-. 6, obtenir à la sortie des demi-matrices un tube h, de section elliptique, dont l'épaisseur de paroi est renforcée aux extrémités du grand axe comme représenté sur la fig. 7. On peut aussi obtenir, à la sortie des demi-matrices convenablement tail lées, un tube de forme générale lenticulaire i, à profil dissymétrique dont une des faces est plus bombée que l'autre, le tube étant simultanément renforcé aux extrémités de son grand axe.
Au lieu d'une demi-matrice dormante et d'une demi-matrice à mouvement rapide, on peut utiliser deux demi-matrices mobiles à oscillations rapides.
Il est également prévu que, au lieu de n'avoir que deux longues demi-matrices, comme représenté sur la fig. 1, la machine comporte une série de couples de demi-matrices, séparées par des intervalles libres, dans lesquels la périphérie du tube, en totalité ou dans certaines régions, peut être réchauffée, ou refroi die de l'extérieur, suivant les cas.
A la sortie du couple de demi-matrices, ou dans le dernier couple de demi-matrices (si l'on utilise une machine comportant plusieurs couples de demi- matrices), les gorges prévues à l'intérieur des demi- matrices présentent des rainures, nervures ou aspéri tés, qui peuvent imprimer et forger, sur la face exté rieure du tube, tous creux ou reliefs de profil désiré.
C'est ainsi qu'on peut obtenir un tube présentant de petites ailettes transversales comme montré sur la la fig. 10 ; ou encore des ailettes obliques, dirigées par exemple dans un sens pour la demi-matrice supé rieure, et dans un autre sens pour la demi-matrice inférieure, ce qui donne finalement à la surface du tube l'aspect représenté fig. 11.
Quand on dispose à l'intérieur du tube un man drin tel que e, l'olive f de ce mandrin peut recevoir tout contour voulu, et elle est éventuellement refroi die par une circulation d'eau, ou d'air, dont l'arrivée est schématiquement représentée par le tuyau j. L'olive f calibre alors l'intérieur du tube final, faisant disparaître toute trace d'inégalités ou de plis. L'olive f peut également présenter des aspérités qui ménagent des stries dans la paroi interne du tube.
Les avantages du procédé décrit sont en parti culier les suivants a) le martelage du tube entre les matrices, par exemple à raison de dix mouvements de martelage à la seconde, présente l'avantage de moins refroi dir le tube qu'un matriçage normal, car il y a échauffement du tube sous l'effet de chocs répé tés et un effet de refroidissement très réduit par contact, ce qui facilite le forgeage. D'autre part, entre deux coups de martelage, la chaleur a le temps de se répandre à nouveau dans le tube, et la transformation de la forme de la paroi du tube se fait à une température plus homogène dans chaque section, ce qui évite les plis.
Enfin, comme dans son passage entre les matrices, le tube passe progressivement par plusieurs contours et éven tuellement plusieurs épaisseurs de paroi différen tes, le fait que l'opération se poursuit au fur et à mesure que le tube avance, fait que chaque section qui vient d'âtre amenée à une nouvelle forme, soutient la section qui la suit pendant que celle-ci est soumise à l'opération de déformation, ce qui évite les effondrements de paroi, donc également des plis ;
b) la longueur du passage du tube entre les demi- matrices b et c fait que, lorsque l'on veut forger des tubes présentant des ailettes longitudinales telles que g1, g', il est impossible au tube de se vriller pendant l'opération de forgeage, en sorte qu'on obtient finalement un tube parfaitement rectiligne à la sortie des matrices.
Le guidage du tube à l'entrée et à la sortie de la machine à forger peut être assuré par tout moyen voulu ; galets, coulisses, etc.
Il est également prévu que, au lieu de ne traiter qu'un seul tube, les demi-matrices soient conçues de manière à forger simultanément une série de tubes parallèles qui pénètrent côte à côte dans l'appareil, et en sortent de même, ce qui assure une fabrication plus rapide et plus économique.
Le tube rectiligne de section circulaire, tel qu'on le voit sur la fig. 12, est traité dans sa portion AB à l'aide du procédé ci-dessus décrit, de manière à prendre un profil de tube tel que celui représenté sur la fig. 13, pourvu de petites ailettes longitudi nales g1, g2 diamétralement opposées. Dans la por tion BC qui doit être cintrée, on peut, par exemple, laisser au tube sa section circulaire, ou encore le traiter de manière qu'il ne présente qu'une seule ailette r (fig. 14).
Enfin, dans la portion CD qui correspond à une des branches du surchauffeur situé au-dessus du foyer, le tube est traité, toujours à l'aide du procédé décrit ci-dessus, de façon à prendre un profil lenticulaire i, comme on le voit fig. 15.
Pour réaliser le tube de la fig. 12, on engagera par exemple la portion AB dans la machine à mou vement alternatif rapide pourvue de matrices ci-des sus décrite, et destinée à donner au tube le profil que l'on désire, puis, soit par un changement de matrices, soit en passant dans une autre machine, on traitera la portion BC, puis la portion CD, et ainsi de suite.
Il est particulièrement prévu, pour l'exécution du procédé, que les portions du tube qui doivent âtre cintrées, peuvent être traitées avant les autres por tions du tube initial de section circulaire, et cela de telle manière que la section circulaire du tube dans ces portions soit légèrement réduite en diamètre, et surépaiss,ie, soit également sur tout le périmètre, soit seulement suivant certaines zones.
Ce dernier résultat est obtenu grâce à un chauffage lui-même dissymé trique du tube avant ou pendant son passage dans les matrices décrites ci-dessus. De la sorte, lorsque l'on passera le tube ainsi traité dans la machine à forger à mouvement alternatif rapide pour exécuter les profils des autres portions, les portions telles que BC du tube, dont le diamètre se trouve réduit, passe ront à travers les matrices sans aucun changement,
et sans qu'il y ait lieu de déplacer le tube pour l'amener d'une machine dans une autre.
Le tube est ensuite cintré comme on le voit sur la fig. 16, dans le cas d'un cintrage à 1800, de telle manière que l'ailette longitudinale r se trouve dans la région externe du cintre.
Lors du cintrage la paroi interne située dans l'intrados du tube a et qui peut être chauffée, surépaissit en o, tandis que la présence de l'ailette extérieure r raidit la région de l'extrados du cintre et empêche une diminution d'épaisseur de paroi en s dans cette région, qui peut être également chauffée pendant le cintrage pour réduire les ten sions internes.
Lorsque l'on se sert, dans les parties destinées à être cintrées, d'un tube dont le profil circulaire est de diamètre extérieur réduit, et qui présente une surépaisseur de paroi dissymétrique comme on l'a envisagé ci-dessus, la plus grande épaisseur de paroi est placée dans la région qui deviendra la région externe du cintre.
Dans le cas où les dernières couples de demi- matrices, entre lesquelles passe le tube, ont pour objet de former sur la surface du tube des ailettes, rainures ou stries, il est prévu qu'on peut chauffer spécialement la surface extérieure des tubes juste avant l'opération, par exemple dans l'intervalle situé entre l'avant-dernier et le dernier couple,de demi-matrices. Simultanément,
on peut refroidir à l'intérieur la sur face du tube, par de l'eau pulvérisée ou de l'air pro venant par exemple de l'olive fou d'un dispositif spécial approprié, ce qui a pour objet de rendre plus rigide la surface intérieure du tube et de la faire agir comme une sorte d'enclume plus résistante située sous la surface extérieure du tube et permet finalement de faire saillir davantage, ou de conformer avec plus de précision, les ailettes.
L'olive utilisée en combinaison avec ce procédé peut présenter un profil fuyant dans le sens de la progression du tube, de manière que, lors de la poussée exercée sur le tube qui progresse, le décro chement soit plus facile entre le métal et la sur face de l'olive.
En outre, l'olive utilisée présente de préférence un profil légèrement inférieur au profil interne du tube, en particulier dans la direction perpendiculaire au mouvement de rapprochement des demi-matrices. Et il est prévu que, pendant le mouvement d'écar tement des demi-matrices qui assurent le forgeage, une autre couple de demi-matrices animées d'un mouvement alternatif dans une direction d'environ 901, de la direction du mouvement des premières,
vient s'appliquer sur les côtés du tube situé à 900 environ de ceux qui viennent d'être forgés, de manière à provoquer un gonflement dudit tube et, par consé quent, un détachement de la paroi de ce tube qui se trouvait fretté sur l'olive pendant l'opération de forgeage précédente.
Le mouvement alternatif périodique de la machine à forger se compose donc alors de trois temps pendant un premier temps, il y a frappe des demi- matrices de forgeage pour provoquer l'impression des ailettes sur le tube ; pendant un second temps où les premières matrices précédentes se soulèvent, il y a rapprochement des matrices situées à 90 environ pour provoquer le gonflement nécessaire du tube pour le détacher de l'olive ;
et, enfin, pendant un troisième temps, le tube progresse d'une nouvelle quantité, et l'opération recommence.
Les dispositions qui viennent d'être indiquées s'appliquent également au cas où l'olive centrale a un travail d'impression à effectuer à l'intérieur du tube, puisque la pression de gonflement décroche, dans ce cas également, le tube de l'olive.
L'olive, qui est supportée par une tige à l'inté rieur du tube, peut recevoir par un canal une injec tion de graphite, ou de pâte à forger, qui facilite le travail de forgeage et de décrochage.
Le mouvement des demi-matrices de forgeage, ainsi que le mouvement des demi-matrices de décro chage, et enfin le mouvement d'avance du tube, sont synchronisés par tout moyen mécanique convenable, et bien connu, tel que pignons, excentriques synchro nisés, par exemple.
Dans une variante, tout en partant également d'un tube de diamètre supérieur au diamètre du tube final, on commence au cours d'une première opéra tion, conduite de préférence à froid, à ovaliser le tube de manière à lui donner une section telle que, en bout du grand axe de l'ovale, le rayon des por tions cylindriques du tube soit égal ou sensiblement égal au rayon du tube final.
Après quoi, le tube, chauffé le long des deux régions situées aux extré mités du petit axe de l'ovale, passe entre les matrices de la machine à mouvement alternatif rapide qui créent par martelage des surépaisseurs, ou embryons d'ailettes, dans les portions chauffées.
Ces dispositions sont représentées sur les fig. 17 à 19.
La première opération consiste à ovaliser un tube ordinaire dont la section circulaire est de rayon légèrement supérieur au rayon du tube final. Cette ovalisation est conduite de préférence à froid.<B>Elle</B> peut être obtenue extérieurement à la machine à mouvement alternatif rapide, ou même dans la machine, par passage d'un tube initial, de section circulaire, dans des matrices conformées pour lui donner la forme ovale. Cette forme ovale est repré sentée sur les fig. 17.
Elle est telle que les deux portions de tube qui sont situées au bout du grand axe de l'ovale sont respectivement des portions cylin driques d'axe<B>01</B> et d'axe O , dont le rayon est égal au rayon du tube final. Cela étant, le tube est chauffé dans les régions d, d2, situées aux extrémités du petit axe du tube ovale, et est conduit entre les matrices b et c de la machine, comme on le voit sur la fig. 18, cette fig. 18 étant analogue à la fig. 3.
Sous l'effet du rapprochement des deux matrices animées d'un mouvement alternatif rapide, les régions chauffées dl, d2 se transforment progressivement en surépaisseurs, et l'on obtient finalement le tube pourvu des embryons d'ailettes g1, g représenté sur la fig. 19, tube dont l'axe O est réalisé par rap prochement progressif des axes<B>01,</B> O= du tube ovale initial.
A l'intérieur du tube a on peut disposer pendant le passage dans la machine un mandrin cylindrique t, qui calibre l'intérieur du tube final, et empêche, dans les régions chauffées dl, d2, le métal de la paroi de gonfler vers l'intérieur du tube sous l'effet du martelage des matrices.
L'avantage du procédé qui vient d'être décrit réside en ce que le tassement du métal de la paroi du tube, pour provoquer les surépaisseurs ou embryons d'ailettes, est effectué beaucoup plus méthodique ment, et de façon plus régulière, lorsque les fonds des matrices b, c, s'emboîtent dès le début de l'opé ration de forgeage, sur des régions du tube traité dont le rayon est celui du tube final.
Le tube initial peut être ovalisé dans une machine distincte par le moyen de galets par exemple. Dans ce cas, lorsque le tube ovalisé va pénétrer dans la machine à mouvement alternatif rapide, qui va trans former le :tube ovalisé en tube à embryons d'ailettes, on peut lui faire traverser un calibre, ou une lunette, quia pour effet d'interdire toute rotation ou torsion du tube autour de son axe pendant le mouvement de martelage des matrices.
Ce même effet de guidage peut être produit par les galets d'ovalisation eux- mêmes, si la machine à mouvement alternatif rapide est placée immédiatement à la suite des galets qui peuvent également assurer, ou au moins aider, la propulsion du tube.
Comme on. le voit sur la fig. 19, les deux embryons d'ailettes g1, g2 ne sont pas chanfreinés dans le même sens, c'est-à-dire que, pour l'embryon d'ailette g1, le chanfrein u1 est dirigé vers le bas de la fig. 19, tandis que, pour l'embryon d'ailette g', le chanfrein u-' est dirigé vers le haut.
De la sorte, la soudure entre eux des embryons d'ailettes de deux tubes contigus disposés parallèlement, pour consti tuer par exemple un mur d'eau, se trouve facilitée, même si, lors de la fabrication du tube, les ailettes obtenues n'ont pas, sur toute la longueur du tube, une hauteur, ou relief rigoureusement constant. En effet, le chanfrein d'une ailette sur un tube étant soudé avec le chanfrein dirigé en sens inverse de l'ailette du tube voisin, il peut y avoir un léger recouvrement des extrémités des ailettes, qui remédie aux variations de hauteur ou relief desdites ailettes.
Bien entendu, on peut aussi réaliser des tubes à embryons d'ailettes avec des chanfreins dirigés dans le même sens. Dans ce cas, si l'on veut obtenir un recouvrement des embryons, il suffira de disposer tête bêche deux tubes contigus.