La création d'une paroi supplémentaire à
l'extrémité d'un tube correspond à un besoin car elle
présente de nombreux avantages.
Tout d'abord elle améliore grandement la
solidité de la jonction d'assemblage ou d'articulation
avec le tube voisin, suivant ou précédent. En effet, la
liaison par emmanchement, soudage ou par articulation
s'effectue alors sur une partie terminale de plus
grande rigidité et solidité.
La doublure assure aussi une protection
supplémentaire de la partie intérieure de l'extrémité,
et garantit de ce fait une plus grande résistance mécanique
à la vibration et à la corrosion de cette partie
et par conséquent contribue grandement au maintien de
l'assemblage et de son étanchéité dans le temps.
Elle simplifie les raccordements en évitant
l'emploi de pièces intermédiaires car l'extrémité peut
être conformée directement selon une forme technique de
grande résistance car présentant deux épaisseurs
superposées de matière.
Finalement, elle forme une doublure
métallique de bonne solidité mécanique sur laquelle le
tube peut être maintenu sans contact direct avec le
corps du tube comme par exemple un maintien par
collier.
Les constructeurs de machines de conformation
à froid de tubes métalliques ont vainement cherché à
obtenir simplement par un seul procédé à froid, à
partir d'un tube métallique, la conformation d'une
extrémité nette et techniquement finie en double paroi
provenant de celle du tube lui-même sans aucune
adjonction de pièce(s).
La présente invention a pour but d'obtenir
par un seul procédé de conformation à froid sur une
seule machine le renforcement de l'extrémité d'un tube
métallique par la création d'une double paroi provenant
du retroussage de son extrémité.
A cet effet l'invention se rapporte à un
procédé de conformation à froid de l'extrémité d'un
tube métallique en vue de la renforcer par une deuxième
paroi, caractérisé en ce que l'on forme un bord roulé à
l'extrémité du tube en la conformant dans un outil de
repoussage à évidement annulaire, que l'on poursuit par
poussée le mouvement de formage jusqu'à la naissance
d'une paroi parallèle à la surface latérale du tube,
que l'on augmente la longueur de cette paroi par
poussée jusqu'à la longueur désirée et que l'on procède
au rapprochement de la paroi formée de la surface
latérale de l'extrémité par au moins deux passages à
l'aide d'un outil de filage et que l'on conforme
l'extrémité à double paroi pour lui conférer la forme
technique adaptée à son utilisation.
D'autres caractéristiques et avantages de
l'invention apparaítront dans la description qui suit,
donnée à titre d'exemple et accompagnée des dessins qui
représentent :
- la figure 1 : une vue en perspective du tube avant
conformation ;
- les figures 2 à 7 : des coupes transversales
schématiques qui illustrent la première phase du
procédé selon l'invention ;
- la figure 8 : une vue en coupe agrandie de la gorge
de l'outil de repoussage ;
- la figure 9 : une vue en perspective partiellement
ouverte montrant l'extrémité du tube à l'issue de la
première phase ;
- les figures 10 à 13 : des coupes transversales
illustrant la deuxième phase du procédé selon
l'invention ;
- la figure 14 : une vue en perspective montrant
l'extrémité du tube à l'issue de la deuxième phase ;
- les figures 15 à 19 : des coupes qui illustrent une
variante de deuxième phase du procédé selon
l'invention, dans le cas de l'utilisation d'une
butée ;
- les figures 20 et 21 : des vues schématiques montrant
un exemple de conformation d'extrémité par un procédé
de galetage ;
- la figure 22 : une vue en perspective avec découpe
illustrant l'extrémité du tube dans son état terminal
avant utilisation ;
- les figures 23 et 24 : des vues en perspective de
variantes à manchon de renforcement ;
- les figures 25 à 30 : des coupes transversales
schématiques qui illustrent la variante du procédé
avec doublage à l'intérieur ;
- la figure 31 : une vue fragmentaire en coupe montrant
une forme de profil de la gorge annulaire ;
- la figure 32 : une vue en coupe illustrant la phase
de mandrinage ;
- la figure 33 : une vue en perspective montrant un
tube avec doublage de retroussement à l'intérieur ;
- les figures 34 et 35 : des vues en perspective
illustrant les variantes à extrémité conique.
On engage l'extrémité d'un tube 1 métallique
dans un outil creux de repoussage 2 dont la forme est
représentée en coupe transversale sur la figure 1.
L'outil de repoussage 2 présente un front
avant 3 et comporte dans son épaisseur un évidemment
annulaire 4 conformé en gorge annulaire 5 dont le
diamètre intérieur est approximativement le diamètre
intérieur de l'extrémité 6 du tube et dont le diamètre
extérieur correspond sensiblement au diamètre extérieur
de l'extrémité à double paroi avant le resserrement de
cette paroi autour de la surface latérale adjacente du
tube, comme on le verra ci-après. Le profil de cette
gorge annulaire 5 affecte la forme générale d'une arche
7 à profil curviligne dont la partie centrale 8 en fond
de gorge 9 est sensiblement circulaire.
Le rayon de courbure de cette partie centrale
8 dépend de l'épaisseur du métal et de ses
caractéristiques et propriétés physiques.
La gorge annulaire délimite un cylindre plat
central à base évasée. Elle présente sur la face
opposée une zone de dégagement à profil légèrement
oblique.
Il est à observer que les métaux trop
malléables ou ductiles comme le cuivre, l'aluminium, le
zinc et autres ne conviennent pas.
Les exemples types non limitatifs sont les
aciers et leurs alliages et les métaux et alliages
métalliques présentant des caractéristiques analogues.
Pour différents métaux ne présentant pas
d'emblée les caractéristiques adaptées, on peut
envisager de traiter les tubes avant de procéder aux
opérations décrites ci-dessus pour leur conférer une
résistance mécanique supplémentaire.
Le tube 1 est maintenu serré dans un support
fixe et l'outil de repoussage 2 est forcé
longitudinalement contre l'extrémité 6 du tube.
On peut envisager d'opérer le mouvement
inverse selon lequel le tube 1 se rapproche de l'outil
de repoussage 2 qui est fixe ou même la composition des
deux mouvements précédents.
Au cours de cette opération, l'extrémité 6 du
tube s'évase progressivement par sa progression sur la
courbure de la surface de la gorge annulaire 5 après
avoir été guidée le long du bloc central 10 de forme en
cylindre plat 11 à base arrondie divergente, cylindre
plat 11 délimité dans l'espace central par l'évidement
4 en gorge annulaire 5.
Comme indiqué, cette gorge annulaire 5 de
profil général en arche avec partie centrale 8
sensiblement circulaire comporte un léger dégagement
oblique 12 en sortie.
Comme il apparaít sur la succession des
figures 2 à 7, la zone périphérique d'extrémité du tube
s'évase en forme de cône 13 jusqu'à retournement par un
bord arrondi roulé 14 au niveau du fond 9 de gorge. Le
bord roulé 14 garde sa courbure à la sortie de la gorge
et progresse comme représenté sur les figures jusqu'à
une certaine distance de la surface latérale 15 du
tube.
La progression ultérieure s'effectue
parallèlement à la paroi du tube et se poursuit jusqu'à
la longueur désirée qui sera approximativement la
longueur de la double paroi d'extrémité en créant une
doublure de la paroi ou deuxième paroi 16.
L'arrêt de la progression du bord roulé 14
vers le tube 1 s'effectue à une certaine distance "d"
de celui-ci, par exemple jusqu'à un intervalle de
quelques millimètres dans le cas de tubes courants
utilisés pour la tubulure d'échappement des voitures
automobiles dont le diamètre est de l'ordre de 4 à 5
cm.
Cet arrêt à distance "d" résulte de
caractéristiques mécaniques selon lesquelles le bord
roulé 14 s'oppose à la continuation du roulage
lorsqu'il a atteint une certaine forme et lorsque le
diamètre du cercle délimité par son chant périphérique
atteint une valeur minimale correspondant à sa limite
de compression. Une force s'oppose au rétreint
supplémentaire car la matière ne peut se contracter
plus.
La seconde phase principale du procédé
consiste à rabattre cette double paroi contre le tube.
Une des façons de procéder consiste à
rabattre par filage, c'est-à-dire par la pratique d'un
rétreint en diamètre à l'aide de, successivement l'une
après l'autre, plusieurs pièces adaptées de plus faible
diamètre que l'on fait coulisser le long de la double
paroi. Chaque pièce de filage présente un cône d'entrée
plus ou moins important selon la réduction à obtenir.
Pour ce faire, on réalise en au moins deux
passages un rapprochement progressif de la deuxième
paroi vers le tube à l'aide d'un premier outil 17 de
filage à cône d'entrée 18 largement ouvert puis dans
une deuxième phase à l'aide d'un deuxième outil de
filage 19 à cône d'entrée restreint 20.
Les passages de filage poussent la matière le
long du tube, la rapprochent du tube et forment une
extrémité en cône 21 après le premier passage qui
provient de l'entrée en cône 18 du premier outil de
filage 17 qui s'arrête à l'extrémité de la deuxième
paroi 16. Le bord roulé 14 se retrouve légèrement
déformé à l'extrémité en cône 21.
Le dernier outil de filage 19 presse
totalement la matière de la paroi extérieure contre la
paroi de la surface latérale 15 et vient rabattre
l'extrémité en cône 21 contre cette paroi et écraser le
bord roulé 14 sur lui-même ainsi qu'il apparaít sur les
figures 12 et 13 formant ainsi une bordure rigide 22 en
double épaisseur.
A titre de variante, comme représenté sur les
figures 15 à 19, en vue d'obtenir un bord inférieur de
la doublure sans sur-épaisseur, on peut utiliser lors
du filage à l'extrémité de la doublure 16 une butée
annulaire 23 à rampe descendante 24 contre laquelle
vient se déformer le bord roulé 14. La composition des
forces longitudinales de poussée et la réaction de la
rampe oblique 24 permet d'obtenir la déformation à plat
du bord roulé 14 qui sera plaqué contre la surface
latérale du tube au cours de la deuxième passe de
filage.
On vient ensuite, par un procédé connu,
conformer à froid la nouvelle extrémité 25 en double
paroi 16 plaquée contre l'extrémité du tube 1 pour lui
donner une forme technique adaptée à l'usage.
On peut citer à cet effet, une forme en
cuvette 26 comme représenté, obtenue par un procédé de
galetage à l'aide de galets inclinés 27 et 28 ou autre
procédé qui sert de siège à une extrémité conique en
vue d'une liaison à emmanchement ou à une extrémité
sphérique pour la réalisation d'une articulation à
rotule.
Pour renforcer la rigidité de l'extrémité
doublée par retroussement, il est possible à titre de
variante d'insérer un fourreau ou un manchon de
renforcement 29 pour tripler l'épaisseur. Celui-ci est
engagé à froid sur l'extrémité du tube 1 dès le début.
Il coulisse vers le bas au fur et à mesure de
la progression vers le bas de la doublure de
retroussage 16 pendant le déroulement du procédé de
conformation à froid.
Sa longueur dépend de l'effet recherché. La
solution la plus simple consiste à prévoir sa longueur
supérieure à la longueur de retroussage. Le bord de
l'extrémité retroussée vient alors s'arrêter à distance
de l'extrémité inférieure du manchon 29 de
renforcement. Cette distance est recouverte par le
manchon selon une plage suffisante 30 pour permettre
l'aplatissement de l'extrémité retroussée contre la
surface en regard de l'extrémité inférieure du manchon.
En finale, cette plage 30 comporte un double bord 31 et
32 comme représenté sur la figure 23 dont l'effet
esthétique est discutable.
Une alternative plus esthétique consiste à
prolonger l'extrémité retroussée au-delà du manchon de
renforcement 29 par différentes méthodes, soit en
l'insérant ultérieurement sous la doublure de
retroussage 16, soit en contrariant son coulissement
vers le bas, soit en prévoyant un écartement plus large
entre le corps du tube et la doublure de retroussage
16, soit par tout autre moyen approprié.
La figure 24 a pour but de montrer le
résultat ainsi obtenu par cette deuxième méthode. La
fermeture du bord inférieur est nette et esthétique par
une bordure inférieure unique 33.
Les figures 25 à 31 montrent de façon
détaillée le déroulement de la variante importante du
procédé qui consiste à réaliser la doublure de
retroussage non plus vers l'extérieur mais vers
l'intérieur.
Cette variante reprend les grandes phases du
procédé de base décrit ci-dessous.
On engage un outil creux de repoussage 34
dont la forme est représentée en coupe transversale sur
les figures de 25 à 30. Elle dérive de celle utilisée
précédemment pour les formes et les courbures mais les
dimensions sont telles par rapport au diamètre du tube
que le retroussage s'effectue vers l'intérieur.
Comme précédemment, l'outil creux de
repoussage 34 présente un front avant et comporte dans
son épaisseur un évidement en gorge annulaire 35 dont
le diamètre extérieur correspond sensiblement au
diamètre extérieur du tube et dont le diamètre
intérieur correspond aussi sensiblement au diamètre
intérieur de la doublure de retroussage 36 avant son
resserrement contre la surface latérale intérieure de
l'extrémité du tube.
Le profil de cette gorge annulaire 35 affecte
la forme générale d'une arche à profil curviligne dont
le tracé général se rapproche de celui d'un arc de
cercle. L'allure de la forme est reproduite sur la
figure 31. La forme de ce tracé dépend de l'épaisseur
du métal et de ses caractéristiques et propriétés
physiques.
Ce tracé se décompose en trois parties. La
première partie A est un segment en arc de cercle
évasé, la partie finale B est une zone de rabattement
et de dégagement à profil en arc de cercle contracté et
la partie intermédiaire C est une zone centrale
incurvée de raccordement sensiblement circulaire.
Concernant les matières, les mêmes réserves
que celles ci-dessus sont à formuler.
Le tube 1 est maintenu serré dans le support
fixe d'une machine et l'outil de repoussage 34 est
forcé longitudinalement à l'aide d'un moyen de poussée
par exemple à vérin hydraulique contre l'extrémité du
tube. Inversement, le tube 1 peut être forcé contre
l'outil de repoussage 34 par les mêmes moyens de
poussée par exemple hydrauliques.
Le procédé de conformation à froid dans sa
variante à doublure vers l'intérieur 36 se déroule
selon les étapes représentées sur les figures 25 à 30.
L'extrémité du tube 1 s'évase progressivement
par sa progression sur la courbure de la surface de la
gorge annulaire 35 après avoir été guidée le long de la
partie A du profil de cette gorge.
Comme il apparaít sur la succession des
figures 25 à 32, la zone périphérique d'extrémité du
tube se contracte en forme de cône jusqu'à retournement
par un bord arrondi roulé 37 au niveau du fond de
gorge. Le bord roulé 37 garde sa courbure à la sortie
de la gorge et progresse comme représenté sur les
figures jusqu'à une certaine distance de la surface
latérale intérieure du tube.
La progression ultérieure s'effectue à
l'intérieur du tube parallèlement à sa paroi et se
poursuit jusqu'à la longueur désirée qui sera
approximativement la longueur de la double paroi
intérieure en créant la doublure intérieure 36 de la
paroi.
L'arrêt de la progression du bord roulé 37
vers le tube 1 s'effectue à une certaine distance de
celui-ci, par exemple jusqu'à un intervalle de quelques
millimètres dans le cas de tubes courants utilisés pour
la tubulure d'échappement des voitures automobiles dont
le diamètre est de l'ordre de 4 à 5 cm.
Cet arrêt à distance résulte de
caractéristiques mécaniques selon lesquelles le bord
roulé 37 s'oppose à la continuation du roulage
lorsqu'il a atteint une certaine forme et lorsque le
diamètre du cercle délimité par son chant périphérique
atteint une valeur maximale correspondant à sa limite
d'extension et de compression. Une force s'oppose à
l'extension supplémentaire car la matière ne peut
s'étendre d'avantage.
La seconde phase principale du procédé
consiste à rabattre cette double paroi intérieure 36
contre la face intérieure du tube.
Une des façons de procéder consiste à
rabattre par mandrinage en une seule, mais de
préférence en deux passes, la première par un mandrin
primaire 38 et la deuxième par un mandrin ajusté 39. Le
résultat est une double paroi intérieure 36 lisse et
plaquée contre la face latérale intérieure du tube,
comme représenté sur la figure 32 délimitée vers le bas
par un bord plaqué 40 contre la face latérale
intérieure du tube et vers le haut par le bord arrondi
41 d'extrémité du tube.
L'extrémité du tube est ainsi renforcée par
un doublage invisible de l'extérieur.
Cette extrémité peut être conformée
ultérieurement selon les applications en un évasement
42 (figure 34) ou en un rétrécissement 43 (figure 35)
qui peut aller jusqu'à la fermeture totale.
Le retroussage vers l'intérieur présente de
nombreux avantages. Il est plus convivial et
économique. La présentation est d'emblée esthétique et
surtout, il évite le dépôt et l'introduction d'humidité
dans la doublure qui se trouvait précédemment à
l'extérieur.
Comme précédemment, on peut réaliser un
renforcement par l'introduction d'un ou de plusieurs
manchon(s) ou fourreau(x) intermédiaire(s).