EP0634234B1 - Dispositifs de rainurage de tubes - Google Patents

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EP0634234B1
EP0634234B1 EP94420202A EP94420202A EP0634234B1 EP 0634234 B1 EP0634234 B1 EP 0634234B1 EP 94420202 A EP94420202 A EP 94420202A EP 94420202 A EP94420202 A EP 94420202A EP 0634234 B1 EP0634234 B1 EP 0634234B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
balls
cage
tube
arc
grooved
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP94420202A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0634234A1 (fr
Inventor
Jean-Louis Sauvonnet
Franck Delavaquerie
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Trefimetaux SAS
Original Assignee
Trefimetaux SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Trefimetaux SAS filed Critical Trefimetaux SAS
Publication of EP0634234A1 publication Critical patent/EP0634234A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0634234B1 publication Critical patent/EP0634234B1/fr
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/15—Making tubes of special shape; Making tube fittings
    • B21C37/20—Making helical or similar guides in or on tubes without removing material, e.g. by drawing same over mandrels, by pushing same through dies ; Making tubes with angled walls, ribbed tubes and tubes with decorated walls
    • B21C37/207—Making helical or similar guides in or on tubes without removing material, e.g. by drawing same over mandrels, by pushing same through dies ; Making tubes with angled walls, ribbed tubes and tubes with decorated walls with helical guides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C3/00—Profiling tools for metal drawing; Combinations of dies and mandrels
    • B21C3/16—Mandrels; Mounting or adjusting same

Definitions

  • the invention relates to the field of grooved tubes most often used as elements of heat exchangers in air conditioners.
  • the invention relates more particularly to devices for grooving the inner surface of tubes.
  • the subject of the invention is a device which solves the problems set out above, and which also allows high productivity, using a device which is economical in itself (investment) and has a long service life.
  • the tube grooving device comprises, aligned along the axis of said grooving tube, a holding die intended to hold in position inside said grooving tube a floating mandrel provided with a rod, the l the free end carries a grooved mandrel, and, downstream (reference to the direction of travel of the grooving tube) of said holding die, a grooving block comprising a rotating cage encircling balls intended to compress the wall of said tube against said mandrel grooved so as to form an internally grooved tube, and, downstream of said grooving block, a finishing die, as well as means for lubricating the contact surfaces between said balls and said cage, between said balls and the external surface of said tube to groove, and between said balls therebetween, characterized in that, said cage consists of a support part, the internal profile of which, in axial section, com takes an arc forming a rolling track of said balls and whose radius of curvature is at least equal to that of
  • the Applicant has observed a radical change in all the points raised in connection with the problems encountered with the prior art, from the moment when it simultaneously implemented the two essential means of invention, namely, on the one hand a cage whose active part (during grooving) has a particular internal profile specific to the invention, and on the other hand, lubrication of all the parts inside said cage .
  • the internal profile partly “conforms" to the curvature of the balls, which is quite different from the prior art, where there are essentially "one-off" contacts of the ball / type. plan.
  • FIGs 2a and 2b show, in axial section, a rotary cage (8) according to the invention.
  • the cage (8) is shown with the holding die (4) and the grooving mandrel (6).
  • Figure 2b shows an enlargement of the cage and balls of Figure 2a. These figures show neither the shaft (20) ensuring the rotation of the cage (8), nor, downstream, the finishing die (10), any more than the means allowing the lubrication of the interior. of the rotating cage (8).
  • FIG. 3 shows, in axial section, a complete grooving block (7) according to the invention, as well as the holding die (4) provided with means (23) for introducing a lubricant (25) upstream and in downstream of the support system.
  • Fixed parts the electromagnetic pin (19), the device (22) for lubricating the inside of the cage (8) which comprises a tube (21) coaxially supplying lubricant (25) to the downstream base (18) of said balls ( 9), as well as a casing (27) making it possible to recover the lubricant (25R) to be evacuated or recycled.
  • Rotating parts the shaft (20) which carries at its upstream end the rotary cage (8) fitted with a closing flange (12) which is mounted axially on the support part (11).
  • the flange (12) is perforated in places to allow the radial evacuation of the lubricant (25) circulating in the cage (8), under the action of centrifugal force.
  • FIGS. 4a to 4c represent, in axial half-section, three examples according to the invention of internal profile (26) of support parts (11):
  • the profile (26) consists of an arc of circle (13) tangentially connecting at a "high" point (15h) to a line segment 14h.
  • the angle alpha is 90 °
  • the angle beta angle of the bisector of the angle alpha relative to the oriented axis (3) is 135 °.
  • the profile (26) consists of an arc of a circle (13) tangentially connecting at a "high" point (15h) to a straight line (14h) and at a "low” point (15b ) to a line segment (14b).
  • the alpha angle is 70 ° and the beta angle is 125 °.
  • the gamma angle (angular coordinate of one end of said circular arc) is 160 ° and the gamma 'angle (angular coordinate of the other end of said circular arc) is 90 °.
  • the profile (26) consists only of an arc (13) of angle alpha equal to 90 °.
  • the support part (11) is provided with studs making it possible to reversibly fix the closing flange (12).
  • Figure 5 shows in section perpendicular to the axis (3) the interior of the grooving cage in the case of 6 balls (shown tangent to each other for convenience of construction).
  • said arc of circle (13) and said balls have neighboring radii of curvature.
  • neighbor is meant that the radius of curvature of the balls is less, by 5% at most, than that of said arc of a circle.
  • said interior profile (26) is preferable for said interior profile (26) to include minus a tangential connection of one end of said arc of a circle (13) and of a straight line segment (14h and / or 14b).
  • said interior profile (26) comprises a tangential connection called "top” (15h) of said arc of a circle (13) and of a line segment (14h) parallel to said axis (3), as shown in FIGS. 4b, so as to impose on said balls (9) a predetermined axial spacing, and in a way form a cage with a cylindrical wall, which is convenient for mounting and dismounting the cage, which ensures mechanical stability of the part even at very high rotational speed, and this contributes to ensuring the production of grooved tubes with stable geometric characteristics.
  • Said internal profile (26) may comprise a tangential connection called "bottom” (15b) of said arc of circle (13) and of a straight line segment (14b) making with said axis (3) an angle between 45 and 90 ° , and preferably between 70 and 90 °.
  • Such a connection creates a wedge-shaped space at the downstream base of the balls, which can facilitate the flow of the lubricant (25), brought by the tube (21) to the downstream base (18) of balls, between the balls ( 9) and the inner surface of said support part (11).
  • said circular arc (13) has an extent (angle alpha) of between 40 and 90 °, the angle of its bisectice with said axis (angle beta) being chosen so as to correspond substantially to the result of the forces of said balls against said bearing part (11), for a given running speed of said tube (2) and a given speed of rotation of said rotary cage (8).
  • angle alpha the angle of its bisectice with said axis
  • angle beta being chosen so as to correspond substantially to the result of the forces of said balls against said bearing part (11), for a given running speed of said tube (2) and a given speed of rotation of said rotary cage (8).
  • the balls have a degree of freedom in the axial direction, this is the reason why said closing flange (12), integral with said bearing part (11), leaves the balls (9) an axial clearance, typically a few mm.
  • the results are less good (faster wear) if the profile of the inside of the cage mechanically limits the degrees of freedom of the balls, as in the case of a ball bearing cage.
  • the second essential means of the invention relates to the lubrication of the balls and of the interior of said support part (11).
  • said means for lubricating the surfaces in contact allow, permanently, lubrication of the downstream base (18) of the balls so that lubricant constantly comes to come between balls and the internal surface of said bearing part (11), between balls and the grooving tube and between the balls between them.
  • Said grooving block comprises a fixed rotary spindle (19), electromagnetic or mechanical, actuating in rotation a shaft (20) integral with said cage (8), located at the upstream end of said shaft (20) (relative to the direction of scrolling of said tube).
  • Said lubricant supply of the downstream base (18) of said balls is obtained according to the invention using a lubrication device (22) of said cage (8) comprising a coaxial fixed tube (21) with a diameter between the outside diameter of said tube after grooving (2R) and the internal diameter of said shaft (20), tube supplied with lubricant at its downstream end and the upstream end of which is located at a short distance (typically a few mm) from the downstream base (18) of said balls ( 9). See figure (3).
  • the tube is supplied with lubricant at room temperature (but it could possibly be refrigerated), at a rate which varies according to the grooving conditions (speed of rotation of the cage and speed of travel of the tube), but in general at a rate which also allows the lubricant to act as a cooling agent for the balls and the cage.
  • said lubrication means also comprise a supply of lubricant to the upstream base (17) of said balls (9).
  • said supply of lubricant to the upstream base (17) of said balls is obtained using a lubrication device (23) of said holding die (4), upstream and downstream of that -this, so that the tube (2) penetrates, with a lubricated outer surface, into the grooving block.
  • said closing flange (12) of said cage (8) is chosen so that said balls cannot leave, in upstream axial direction, said bearing part (11), so that said flange (12) is easy to assemble with said support part or to separate from the latter, and to facilitate the circulation of lubricant in said cage. This is the reason why said flange has perforated or grooved parts, as can be deduced from FIG. 3.
  • the closing flange (12) allows a certain axial play to the balls.
  • the balls remain in said cage (8), even in the absence of a tube, even in the absence flange, which is a great practical convenience since the inspection or the change of the balls, the change of said rotary cage are very simple and take only a few minutes.
  • the materials of the balls and of the cage - in particular of the support part (11) - are not specific to the invention. These are generally hard materials, based on steel, but any material of low strain under stress, an alloy material other than an iron alloy, or ceramic could also be suitable.
  • the device according to the invention is suitable for grooving tubes whose diameter De can typically range from 3 mm to 30 mm or more.
  • Figures 2 to 5 describe modalities of devices according to the invention.
  • the tube had an outside diameter of 10.60 mm just upstream of the grooving block, and a diameter of 9.60 mm just downstream of the grooving block.
  • the running speed was also compared according to the various devices and it was observed that, in the case of the device of test 11, very high running speeds could be achieved, typically greater than 70 m / min and at least 30 % greater than that allowed by the device in test 22 or test 21.
  • the device according to the invention constitutes the ideal solution to all of the problems encountered by a person skilled in the art in grooving tubes with the devices of the prior art.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metal Extraction Processes (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)
  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Description

    DOMAINE DE L'INVENTION
  • L'invention concerne le domaine des tubes rainurés le plus souvent utilisés comme éléments d'échangeurs thermiques dans les climatiseurs. L'invention concerne plus particulièrement des dispositifs pour rainurer la surface intérieure de tubes.
    • ART ANTERIEUR
  • On connaît déjà des dispositifs pour rainurer des tubes dans les demandes japonaises n° 52-103905 (publication n° 61-59806), n° 54-10760 (publication n° 59-12365) et n° 55-19448 (publication n° 56-117827), dont certains sont repris dans le brevet US N° 4 373 366.
    D'une manière générale, ces dispositifs de rainurage de tubes comprennent 3 éléments alignés selon l'axe du tube à rainurer :
    • en tête de ligne, une filière de maintien destinée à maintenir en position à l'intérieur du tube à rainurer un mandrin flottant muni d'une tringle dont l'extrémité libre porte un mandrin rainuré,
    • en aval de cette filière de maintien (référence au sens de défilement du tube à rainurer), un bloc de rainurage comprenant une cage rotative ceinturant des billes (ou des éléments à fonction équivalente) destinées à comprimer la paroi du tube contre ledit mandrin rainuré de manière à former un tube rainuré intérieurement,
    • et, en aval dudit bloc de rainurage, une filière de finition.
    On appelle "cage", dans cette demande, la pièce du bloc de rainurage qui fait tourner les billes autour du tube à rainurer en les pressant contre la paroi du tube. PROBLEME POSE
  • Lors de ses travaux sur le rainurage intérieur de tubes, la demanderesse a testé sur le plan expérimental les moyens déjà connus, en particulier ceux décrits à la figure 2 de la publication japonaise n° 55-103 215 (ou figure 2 du brevet US n° 4 373 366), et a fait, à cette occasion, les constatations suivantes :
    • * d'une part, la cage à billes (référence 17 sur la figure 2 du brevet US n° 4 373 366) ne permet ni une introduction aisée des billes, ni un maintien des billes en position en l'absence de tube à rainurer. En effet, avec ce type de cage, rien ne permet de retenir les billes en position, compte tenu du jeu nécessaire pour les introduire dans la cage.
    • * d'autre part, on a noté un marquage de la cage dû à la pression des billes qui a entraîné des variations de dimensions telles qu'une production de lots de qualité régulière était difficilement envisageable.
    • * en outre, on a noté, en relation sans doute avec le point précédent, une usure rapide des billes et une détérioration de la cage,
    • * enfin, compte tenu de la nécessité de changer la cage et les billes, on a observé la difficulté d'effectuer rapidement ce type de changement.
    OBJETS DE L'INVENTION
  • L'invention a pour objet un dispositif résolvant les problèmes exposés précédemment, et permettant en outre une productivité élevée, à l'aide d'un dispositif économique en lui-même (investissement) et à longue durée de vie.
    • DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION
  • Selon l'invention, le dispositif de rainurage de tubes comprend, alignés selon l'axe dudit tube à rainurer, une filière de maintien destinée à maintenir en position à l'intérieur dudit tube à rainurer un mandrin flottant muni d'une tringle dont l'extrémité libre porte un mandrin rainuré, et, en aval (référence au sens de défilement du tube à rainurer) de ladite filière de maintien, un bloc de rainurage comprenant une cage rotative ceinturant des billes destinées à comprimer la paroi dudit tube contre ledit mandrin rainuré de manière à former un tube rainuré intérieurement, et, en aval dudit bloc de rainurage, une filière de finition, ainsi que des moyens de lubrification des surfaces de contact entre lesdites billes et ladite cage, entre lesdites billes et la surface extérieure dudit tube à rainurer, et entre lesdites billes entre elles, caractérisé en ce que, ladite cage est constituée d'une partie d'appui, dont le profil intérieur, en section axiale, comprend un arc de cercle formant piste de roulement desdites billes et dont le rayon de courbure est au moins égal à celui desdites billes, et d'un flasque de fermeture de ladite cage.
  • Comme les exemples le montreront, la demanderesse a observé un changement radical, sur tous les points évoqués à propos des problèmes rencontrés avec l'art antérieur, à partir du moment où elle a, simultanément, mis en oeuvre les deux moyens essentiels de l'invention, à savoir, d'une part une cage dont la partie active (durant le rainurage) présente un profil intérieur particulier propre à l'invention, et d'autre part, une lubrification de toutes les pièces à l'intérieur de ladite cage.
    Selon l'invention, le profil intérieur "épouse" en partie la courbure des billes, ce qui est tout à fait différent de l'art antérieur, où l'on trouve pour l'essentiel, des contacts "ponctuels" du type bille / plan. Par ailleurs, ce concept est relativement éloigné de l'opinion de l'homme du métier, selon laquelle il est préférable que les billes aient le maximum de liberté de mouvement pour, compte tenu des vitesses élevées de rotation, ne pas introduire un couplage supplémentaire (frottement) entre billes et cage. A cet égard, un contact ponctuel du type bille / plan semblait préférable.
  • Contrairement à ce que l'on pouvait penser a priori (diminuer les contacts entre billes et paroi de la cage), la demanderesse a donc observé que, pour peu que les billes soient bien lubrifiées, un contact bille / cage selon un arc de cercle et non plus, selon un point conduisait à des résultats totalement différents et très supérieurs à ceux obtenus avec un contact bille / cage selon un point, comme dans l'art antérieur.
    • DESCRIPTION DES FIGURES
  • La figure 1 représente un dispositif de rainurage (1) d'un tube (2) à rainurer selon l'art antérieur (figure 2 du brevet US n° 4 373 366 avec des références modifiées pour qu'elles soient homogènes avec celles de la présente demande).
    Ce dispositif comprend, d'amont en aval (voir sens de la flèche sur l'axe (3)), alignés selon l'axe (3) du tube :
    • * une filière de maintien (4) qui retient le mandrin flottant (5),
    • * un bloc de rainurage (7) qui comprend une cage rotative (8) à billes (9) - les billes appuyant le tube à rainurer sur un mandrin rainuré (6) maintenu à distance constante du mandrin flottant (5) grâce à la tringle (24) - solidaire d'un arbre (20) maintenu en position par des paliers / roulements à billes (non référencés) et animé d'un mouvement de rotation à l'aide d'une poulie (non référencée) sur la partie aval dudit bloc de rainurage (7);
    • * une filière de finition (10) en aval du bloc de rainurage.
  • Les figures 2a et 2b représentent, en coupe axiale, une cage rotative (8) selon l'invention.
    Sur la figure 2a, la cage (8) est représentée avec la filière de maintien (4) et le mandrin de rainurage (6).
    La figure 2b représente un agrandissement de la cage et des billes de la figure 2a.
    On n'a représenté sur ces figures ni l'arbre (20) assurant la rotation de la cage (8), ni, en aval, la filière de finition (10), pas plus que les moyens permettant la lubrification de l'intérieur de la cage rotative (8).
  • La figure 3 représente, en coupe axiale, un bloc de rainurage (7) complet, selon l'invention, ainsi que la filière de maintien (4) dotée de moyens (23) d'introduire un lubrifiant (25) en amont et en aval de la filière de maintien.
    On a représenté en traits épais les parties fixes du bloc de rainurage (7), et en trait fin les parties tournantes.
    Parties fixes : la broche électromagnétique (19), le dispositif (22) de lubrification de l'intérieur de la cage (8) qui comprend un tube (21) alimentant coaxialement en lubrifiant (25) la base aval (18) desdites billes (9), ainsi qu'un carter (27) permettant de récupérer le lubrifiant (25R) à évacuer ou recycler.
    Parties tournantes : l'arbre (20) qui porte à son extrémité amont la cage rotative (8) équipée d'un flasque de fermeture (12) qui se monte axialement sur la partie d'appui (11). Le flasque (12) est ajouré par endroits pour permettre l'évacuation radiale du lubrifiant (25) circulant dans la cage (8), sous l'action de la force centrifuge.
  • Les figures 4a à 4c représentent, en demi-coupe axiale, trois exemples selon l'invention de profil intérieur (26) de parties d'appui (11) :
    A la figure 4a, le profil (26) est constitué d'un arc de cercle (13) se raccordant tangentiellement en un point "haut" (15h) à un segment de droite 14h. Dans ce cas, l'angle alpha est de 90° et l'angle beta (angle de la bissectrice de l'angle alpha par rapport à l'axe orienté (3) est de 135°.
  • A la figure 4b, le profil (26) est constitué d'un arc de cercle (13) se raccordant tangentiellement en un point "haut" (15h) à un segment de droite (14h) et en un point "bas" (15b) à un segment de droite (14b). Dans ce cas, l'angle alpha est de 70° et l'angle beta est de 125°. L'angle gamma (coordonnée angulaire d'une extrémité dudit arc de cercle) vaut 160° et l'angle gamma' (coordonnée angulaire de l'autre extrémité dudit arc de cercle) vaut 90°.
  • A la figure 4c, le profil (26) est constitué seulement d'un arc de cercle (13) d'angle alpha égal à 90°. Dans ce cas, la partie d'appui (11) est munie de goujons permettant de fixer réversiblement le flasque (12) de fermeture.
  • La figure 5 représente en coupe perpendiculairement à l'axe (3) l'intérieur de la cage de rainurage dans le cas de 6 billes (représentées tangentes les unes aux autres par commodité de construction).
    • DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
  • De manière à transmettre auxdites billes (9) un mouvement de rotation et un effort de compression par appui selon un arc de cercle, non pas selon un point comme dans l'art antérieur, ledit arc de cercle (13) et lesdites billes ont des rayons de courbures voisins. Par "voisin", on entend que le rayon de courbure des billes est inférieur, de 5% au plus, à celui dudit arc de cercle.
  • Bien qu'on puisse avoir selon l'invention un profil intérieur (26) sans segments de droite, comme représenté à la figure 4c, il est préférable que ledit profil intérieur (26) comprenne au moins un raccordement tangentiel d'une extrémité dudit arc de cercle (13) et d'un segment de droite (14h et/ou 14b).
  • De préférence, ledit profil intérieur (26) comprend un raccordement tangentiel dit "haut" (15h) dudit arc de cercle (13) et d'un segment de droite (14h) parallèle audit axe (3), comme représenté aux figures 4a et 4b, de manière à imposer auxdites billes (9) un écartement axial prédéterminé, et à former en quelque sorte une cage à paroi cylindrique, ce qui est commode pour le montage et démontage de la cage, ce qui assure une stabilité mécanique de la partie d'appui même à très haute vitesse de rotation, et ce qui contribue à assurer une production de tubes rainurés à caractéristiques géométriques stables.
  • Ledit profil intérieur (26) peut comprendre un raccordement tangentiel dit "bas" (15b) dudit arc de cercle (13) et d'un segment de droite (14b) faisant avec ledit axe (3) un angle compris entre 45 et 90°, et de préférence compris entre 70 et 90°.
    Un tel raccordement crée un espace en forme de coin à la base aval des billes, qui peut faciliter l'écoulement du lubrifiant (25), apporté par le tube (21) à la base aval (18) de billes, entre les billes (9) et la surface intérieure de ladite partie d'appui (11).
  • Selon l'invention, ledit arc de cercle (13) présente une étendue (angle alpha) comprise entre 40 et 90°, l'angle de sa bissectice avec ledit axe (angle beta) étant choisi de manière à correspondre sensiblement à la résultante des efforts desdites billes contre ladite partie d'appui(11), pour une vitesse de défilement donnée dudit tube (2) et une vitesse de rotation donnée de ladite cage rotative (8).
    En effet, il importe que l'arc de cercle (13), qui est aussi sensiblement la courbe de contact entre billes et surface intérieure de ladite partie d'appui (11), ne soit pas trop petit, sous peine de rencontrer les problèmes de l'art antérieur (marquage de la cage, usure rapide, etc...), ni trop grand, ce qui conduirait à un guidage trop important des billes (perte d'un degré de liberté dans le sens radial pour un angle gamma supérieur à 180°, perte d'un degré de liberté dans le sens axial pour un angle gamma' inférieur à 90°).
  • Il est en effet souhaitable selon l'invention que les billes aient un degré de liberté dans le sens axial, c'est la raison pour laquelle ledit flasque de fermeture (12), solidaire de ladite partie d'appui (11), laisse aux billes (9) un jeu axial, typiquement de quelques mm.
  • De même, il a été trouvé préférable que lesdites billes aient une totale liberté, au sens d'une absence de liaison mécanique, dans le sens radial, ce qui ne serait pas le cas avec des angles gamma > 180° (angle gamma et gamma' = coordonnées angulaires dudit arc de cercle - voir figure 4b). En effet, les résultats sont moins bons (usure plus rapide) si le profil de l'intérieur de la cage limite mécaniquement les degrés de liberté des billes, comme dans le cas d'une cage de roulement à billes.
  • Le deuxième moyen essentiel de l'invention est relatif à la lubrification des billes et de l'intérieur de ladite partie d'appui (11). En particulier il est important selon l'invention que lesdits moyens de lubrification des surfaces en contact permettent, en permanence, une lubrification de la base aval (18) des billes pour que du lubrifiant vienne constamment s'interposer entre billes et la surface intérieure de ladite partie d'appui (11), entre billes et le tube à rainurer et entre les billes entre elles.
  • Ledit bloc de rainurage comprend une broche rotative fixe (19), électromagnétique ou mécanique, actionnant en rotation un arbre (20) solidaire de ladite cage (8), située à l'extrémité amont dudit arbre (20) (par rapport au sens de défilement dudit tube). Ladite alimentation en lubrifiant de la base aval (18) desdites billes est obtenue selon l'invention à l'aide d'un dispositif de lubrification (22) de ladite cage (8) comprenant un tube fixe coaxial (21) de diamètre compris entre le diamètre extérieur dudit tube après rainurage (2R) et le diamètre intérieur dudit arbre (20), tube alimenté en lubrifiant à son extrémité aval et dont l'extrémité amont est située à faible distance (typiquement quelques mm) de la base aval (18) des dites billes (9). Voir la figure (3).
    De préférence, on alimente le tube en lubrifiant à la température ambiante (mais il pourrait être éventuellement réfrigéré), à un débit, variable selon les conditions de rainurage (vitesse de rotation de la cage et vitesse de défilement du tube), mais en général à un débit qui permet aussi au lubrifiant de jouer un rôle d'agent réfrigérant pour les billes et la cage.
  • Il est préférable que lesdits moyens de lubrification comprennent aussi une alimentation en lubrifiant de la base amont (17) desdites billes (9).
    Pour cela, de préférence, ladite alimentation en lubrifiant de la base amont (17) desdites billes est obtenue à l'aide d'un dispositif de lubrification (23) de ladite filière de maintien (4), en amont et en aval de celle-ci, de sorte que le tube (2) pénètre, avec une surface extérieure lubrifiée, dans le bloc de rainurage.
  • Il est également souhaitable selon l'invention de choisir, pour un diamètre extérieur De du tube rainuré (2R) donné, un diamètre intérieur Di de la partie cylindrique de l'intérieur de ladite cage (8) (partie active de ladite partie d'appui - voir figure 4a), un nombre n et un diamètre Db de billes, tels que lesdites billes (9) soient en petit nombre (de l'ordre de 5 à 8 avec les tubes usuels), roulent dans ladite cage (8) avec un faible jeu entre elles (au plus égal à 1 mm), de manière aussi à ne pouvoir quitter ladite cage qu'axialement (après enlèvement dudit flasque (12)) et non radialement. Cela revient, dans le cas limite d'un jeu nul entre billes, à satisfaire, entre Db, De, Di et n, la relation Arc sinus Db/Di = 180/n
    Figure imgb0001
    , avec Di = De + 2 Db
    Figure imgb0002
    . Voir figure 5.
  • Selon l'invention, ledit flasque de fermeture (12) de ladite cage (8) est choisi pour que lesdites billes ne puissent quitter, en direction axiale amont, ladite partie d'appui (11), pour que ledit flasque (12) soit facile à assembler avec ladite partie d'appui ou à séparer de cette dernière, et pour que soit facilitée la circulation de lubrifiant dans ladite cage. C'est la raison pour laquelle ledit flasque présente des parties ajourées ou rainurées, comme on peut le déduire de la figure 3.
  • Comme déjà signalé, le flasque de fermeture (12) permet un certain jeu axial aux billes. Mais il est à noter que, grâce aux conditions géométriques déjà mentionnées (choix d'un petit nombre de billes de diamètre adapté), les billes restent dans ladite cage (8), même en l'absence de tube, même en l'absence de flasque, ce qui est d'une grande commodité pratique puisque l'inspection ou le changement des billes, le changement de ladite cage rotative sont d'une grande simplicité et ne prennent que quelques minutes.
  • Les matériaux des billes et de la cage - en particulier de partie d'appui (11) - ne sont pas spécifiques à l'invention. Ce sont généralement des matériaux durs, à base d'acier, mais tout matériau de faible déformation sous contrainte, un matériau en alliage autre qu'un alliage de fer, ou en céramique pourrait convenir également.
  • En ce qui concerne les dimensions du dispositif selon l'invention, elles sont liées typiquement au diamètre du tube à rainurer, comme cela résulte du simple examen de la figure 5, d'où il ressort que, dans les cage d'une cage à 6 billes, le diamètre extérieur De du tube rainuré est sensiblement égal au diamètre Db des billes, le diamètre intérieur Di de la partie cylindrique de ladite cage étant alors égal à 3De = 3Db
    Figure imgb0003
    .
  • Le dispositif selon l'invention est adapté pour rainurer des tubes dont le diamètre De peut aller typiquement de 3 mm à 30 mm ou plus.
    • EXEMPLES
  • Les figures 2 à 5 décrivent des modalités de dispositifs selon l'invention.
    La demanderesse, au cours de ses études, a réalisé de nombreux essais comparatifs de rainurage, toutes choses égales par ailleurs (tubes de cuivre (nuance Cub1) de diamètre extérieur final de 9,52 mm, cages avec 6 billes en acier de 9,50 mm à 9,60 mm selon l'épaisseur du tube et le poids / m visé pour le tube rainuré, vitesse de rotation = 30 000 t/ min, vitesse de défilement du tube = 30 m / min).
    Typiquement, le tube présentait un diamètre extérieur de 10,60 mm juste en amont du bloc de rainurage, et un diamètre de 9,60 mm juste en aval du bloc de rainurage.
  • Ces essais ont porté en particulier sur les deux points suivants :
    • Facteur A = forme de la cage selon 2 modalités :
      • A1 = selon l'invention (figure 2a et 2b)
      • A2 = selon l'art antérieur modifié (cage selon la figure 1 - mais avec un flasque pour pouvoir introduire commodément les billes et travailler avec 6 billes)
    • Facteur B = la lubrification des billes et de l'intérieur de la cage selon trois modalités :
      • B1 = lubrification par l'amont et l'aval selon l'invention
      • B2 = lubrification par l'amont des billes
      • B3 = sans lubrification
    Les essais suivants ont été réalisés (couplage des facteurs A et B) :
    Figure imgb0004
  • Pour chaque essai, on a examiné d'une part l'évolution du dispositif (usure des billes et de la cage) et évalué la durée de vie du dispositif, et d'autre part le produit obtenu et l'évolution de ses caractéristiques au cours de l'essai.
    Les résultats ont été évalués qualitativement :
    • Résultats obtenus :
  • Usure billes et cage Variation des dimensions du tube
    essai 11 très faible usure très faible variation
    essai 12 usure moyenne faible variation
    essai 13 grippage rapide -
    essai 21 marquage de la cage ovalisation des billes variation moyenne
    essai 22 marquage de la cage > essai 21 ovalisation des billes variation moyenne > essai 21
    essai 23 très forte usure arrachement métal forte variation
  • Des essais et examens complémentaires ont permis d'évaluer la quantité de tube que l'ensemble "billes + cage" permet de fabriquer en conservant des dimensions à l'intérieur des tolérances dimensionnelles normaliéses :
    • essai 11 :
    environ 10 t, soit environ 100 km de tube
    essai 21 :
    environ 1 t
    essai 23 :
    environ 200 kg
    Autres essais :
  • On a comparé également la vitesse de défilement selon les divers dispositifs et on a observé que, dans la cas du dispositif de l'essai 11, on pouvait atteindre des vitesses de défilement très élevées, typiquement supérieures à 70 m / min et au moins 30 % supérieures à celle permises par le dispositif de l'essai 22 ou de l'essai 21.
  • Il est donc clair que la combinaison des moyens essentiels de l'invention conduit à des résultats très supérieurs à ceux permis par les dispositifs de l'art antérieur.
    • AVANTAGES DE L'INVENTION
  • L'invention présente par rapport à l'art antérieur de nombreux avantages, déjà mentionnés pour la plupart, mais rassemblés ci-après :
    • * simplicité du dispositif selon l'invention, en particulier de la cage rotative, qui se traduit par un coût d'investissement et de maintenance peu élevé (aucun réglage de la cage à faire),
    • * facilité de montage et démontage de la cage et des billes : une opération de montage (assemblage billes/cage/arbre) ou de démontage dure environ 5 min (facilité d'inspection de la cage). A comparer à la difficulté de montage avec un dispositif selon la figure 1 (art antérieur).
    • * longue durée de vie de la cage et des billes : partie d'appui (11) et billes à changer environ après 10 t de production, à comparer au changement après 1 t avec le dispositif de l'art antérieur,
    • * facilité de montage/démontage qui permet aussi un changement rapide des billes (changement de diamètre) lorsqu'on souhaite, soit maintenir les caractéristiques du tube rainuré (poids / m, épaisseur de paroi) à partir d'un tube de départ différent, soit inversement, modifier les caractéristiques du tube rainuré (poids / m, épaisseur de paroi) en conservant le même tube de départ.
    • * production de qualité constante (stabilité des caractéristiques géométriques) sur les 10 t, alors qu'avec des dispositifs de l'art antérieur, des variations apparaissent très vite.
    • * cage de petites dimensions, donc de faible inertie, permise par le dispositif selon l'invention, ce qui autorise des vitesses de rotation pouvant atteindre 45000 tours / min avec la technologie actuelle et pour des tubes de 9,52 mm de diamètre extérieur (des vitesses de rotation plus élevées pouvant être atteintes avec des tubes de plus petit diamètre), ce qui est favorable à une productivité élevée.
    • * productivité : supérieure d'au moins 30 % à celle permise par un dispositif de l'art antérieur.
  • En définitive le dispositif selon l'invention constitue la solution idéale à l'ensemble des problèmes que rencontrait l'homme du métier en rainurant des tubes avec les dispositifs de l'art antérieur.

Claims (13)

  1. Dispositif de rainurage (1) de tube(s) (2) comprenant, alignés selon l'axe (3) dudit tube à rainurer (2), une filière de maintien (4) destinée à maintenir en position à l'intérieur dudit tube à rainurer (2) un mandrin flottant (5) muni d'une tringle (24) dont l'extrémité libre porte un mandrin rainuré (6), et, en aval (référence au sens de défilement du tube à rainurer) de ladite filière de maintien (4), un bloc de rainurage (7) comprenant une cage rotative (8) ceinturant des billes (9) destinées à comprimer la paroi dudit tube (2) contre ledit mandrin rainuré (6) de manière à former un tube rainuré intérieurement (2R), et, en aval dudit bloc de rainurage, une filière de finition (10), ainsi que des moyens de lubrification des surfaces de contact entre lesdites billes (9) et ladite partie d'appui (11), entre lesdites billes (9) et la surface extérieure dudit tube à rainurer (2), et entre lesdites billes entre elles, caractérisé en ce que, ladite cage (8) est constituée d'une partie d'appui (11), dont le profil intérieur (26), en section axiale, comprend un arc de cercle (13) formant piste de roulement desdites billes et dont le rayon de courbure est au moins égal à celui desdites billes, et d'un flasque de fermeture (12) de ladite cage.
  2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel, de manière à transmettre auxdites billes (9) un mouvement de rotation et un effort de compression par appui selon un arc de cercle, ledit arc de cercle (13) et lesdites billes ont des rayons de courbures voisins, en ce que le rayon de courbure des billes est au plus inférieur de 5 % à celui dudit arc de cercle.
  3. Dispositif selon la revendication 2 dans lequel ledit profil intérieur (26) comprend au moins un raccordement tangentiel d'une extrémité dudit arc de cercle (13) et d'un segment de droite.
  4. Dispositif selon la revendication 3 dans lequel ledit profil intérieur (26) comprend un raccordement tangentiel dit "haut" (15h) dudit arc de cercle (13) et d'un segment de droite (14h) parallèle audit axe (3), de manière à imposer auxdites billes (9) un écartement axial prédéterminé.
  5. Dispositif selon une quelconque des revendications 3 et 4 dans lequel ledit profil intérieur (26) comprend un raccordement tangentiel dit "bas" (15b) dudit arc de cercle (13) et d'un segment de droite (14b) faisant avec ledit axe (3) un angle compris entre 45 et 90°, et de préférence compris entre 70 et 90°.
  6. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel ledit arc de cercle (13) présente une étendue comprise entre 40 et 90°, l'angle de sa bissectice avec ledit axe (angle beta) étant choisi de manière à correspondre sensiblement à la résultante des efforts dedites billes contre ladite partie d'appui(11), pour une vitesse de défilement donnée dudit tube (2) et une vitesse de rotation donnée de ladite cage rotative (8).
  7. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel lesdits moyens de lubrification comprennent une alimentation en lubrifiant de la base aval (18) desdites billes (9).
  8. Dispositif selon la revendication 7 dans lequel lesdits moyens de lubrification comprennent une alimentation en lubrifiant de la base amont (17) desdites billes (9).
  9. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel ledit bloc de rainurage comprend une broche rotative fixe (19), électromagnétique ou mécanique, actionnant en rotation un arbre (20) solidaire, à une de ses extrémités, de ladite cage (8).
  10. Dispositif selon la revendication 9 dans lequel ladite cage (8) est située à l'extrémité amont dudit arbre (20) (par rapport au sens de défilement dudit tube), et dans lequel ladite alimentation en lubrifiant de la base aval desdites billes est obtenue à l'aide d'un dispositif de lubrification (22) de ladite cage (8) comprenant un tube fixe coaxial (21) de diamètre compris entre le diamètre extérieur dudit tube après rainurage et le diamètre intérieur dudit arbre, tube alimenté en lubrifiant à son extrémité aval et dont l'extrémité amont est située à faible distance de quelques mm de la base aval (18) des dites billes (9).
  11. Dispositif selon une quelconque des revendications 8 à 10 dans lequel ladite alimentation en lubrifiant de la base amont (17) desdites billes est obtenue à l'aide d'un dispositif de lubrification (23) de ladite filière de maintien (4), en amont et en aval de celle-ci.
  12. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 11 dans lequel lesdites billes (9), de diamètre Db, roulent dans ladite cage (8) avec un faible jeu entre elles au plus égal à 1 mm, ce qui, compte tenu du diamètre intérieur Di de la partie active de ladite partie d'appui (11), du diamètre extérieur De du tube rainuré (2R) et du nombre de billes n, revient, dans le cas d'un jeu entre billes nul, à satisfaire la relation Arc sinus Db/Di = 180/n
    Figure imgb0005
    , avec Di = De + 2 Db
    Figure imgb0006
    .
  13. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 12 dans lequel ledit flasque de fermeture (12) de ladite cage (8) est choisi pour que lesdites billes ne puissent quitter, en direction axiale amont, ladite partie d'appui (11), pour que ledit flasque (12) soit facile à assembler avec ladite partie d'appui ou à séparer de cette dernière, pour que soit facilitée la circulation de lubrifiant dans ladite cage.
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