PROCEDE DE RAINURAGE DE L'ALESAGE D'UN TUBE ET PORTE OUTIL DE RAINURAGE
Le secteur technique de la présente invention est celui des procédés de mise en forme et de rainurage de la paroi interne des tubes, et plus particulièrement des tubes d'échangeurs thermiques réalisés en matériau à hautes caractéristiques mécaniques.
On connaît, notamment par le brevet US4294568, un procédé de brochage de rainures sur la paroi externe d'un cylindre. Selon ce procédé, on réalise un brochage simultané de deux rainures adjacentes, une avec un outil d'ébauche et l'autre avec un outil de finition. L'outil d'ébauche présente un profil étage et l'outil de finition épouse le profil final de la rainure. Si ce procédé permet d'effectuer des rainures ayant un profil complexe, il n'est pas adaptable à la réalisation de façon simple et rapide d'un rainurage complexe sur la paroi interne d'un tube.
On connaît également par le brevet US4411569 un procédé de brochage des rainures d'un tube d'arme dans lequel plusieurs broches sont liées axialement à une tige tout en étant libre en rotation. La traction de la tige entraîne l'usinage des rainures. Chaque broche présente un profil différent, la première broche assurant un usinage d'ébauche et la dernière l'usinage de finition. L'inconvénient de ce procédé est qu'il ne peut réaliser qu'un profil de rainure simple. Il n'est pas utilisable pour réaliser un profil de rainure complexe couvrant toute la surface interne du tube et comprenant une succession de profils concaves et convexes. Le but de la présente invention est de réaliser de façon économique un profil interne d'un tube et notamment d'un tube métallique à hautes caractéristiques mécaniques, en acier réfractaire par exemple, ayant une forme complexe comprenant notamment une succession de rainures à profil concave séparées par des profils convexes.
L'invention a donc pour objet un procédé de réalisation de rainures alternativement concaves et convexes régulièrement réparties à l'intérieur d'un tube, procédé
caractérisé en ce qu'il comprend au moins une étape de brochage simultané de l'ensemble des rainures du tube à l'aide d'au moins un outil d'ébauche et/ou au moins un outil de finition, outils rendus solidaires d'une barre de manœuvre à l'aide d'un moyen de liaison, les différents outils d'ébauche étant mis en œuvre successivement et présentant un profil convexe permettant d'approcher progressivement le profil concave des rainures, au moins un outil de finition présentant un profil concave pour réaliser le profil convexe des rainures.
Suivant une mise en œuvre du procédé, au moins un outil d'ébauche ou de finition présente au moins une plaquette permettant de réaliser le profil concave ou convexe des rainures. Chaque plaquette réalisant le profil concave pourra avantageusement être circulaire et aura pour rayon le rayon de la rainure qu'elle doit usiner.
Suivant une autre mise en œuvre du procédé, au moins un outil d'ébauche ou de finition est monobloc. La barre pourra comporter des portées de guidage par rapport au tube.
Une application du procédé vise la réalisation de rainures à l'intérieur d'un tube de diamètre inférieur ou égal à 38 mm, chaque outil d'ébauche et de finition étant monobloc.
Une autre application du procédé vise la réalisation de rainures à l'intérieur d'un tube de diamètre supérieur à 38mm, chaque outil d'ébauche et de finition portant des plaquettes de coupe rapportées. Une autre application du procédé vise la réalisation de rainures longitudinales l'intérieur d'un tube où la barre est entraînée uniquement en translation ou bien la réalisation de rainures hélicoïdales où la barre est entraînée en translation et en rotation. L'inventio concerne également un porte-outil pour la réalisation de rainures à l'intérieur d'un tube, porte coutil comprenant au moins deux outils couteaux solidaires d'une barre et séparés deux à deux par au moins une entretoise.
Selon une caractéristique, les entretoises se présentent sous la forme de tubes lisses.
Selon une autre caractéristique, chaque entretoise comprend un tube portant des palettes radiales délimitant entre elles des logements.
Les palettes radiales auront une largeur telle qu'elles viennent en contact avec la surface interne du tube avant usinage des rainures.
Chaque entretoise sera alors solidaire en rotation de la barre.
Un tout premier avantage du procédé selon l'invention réside dans sa capacité à réaliser un profil interne ayant une forme complexe.
Un autre avantage réside dans l'aptitude à rainurer des tubes de longueur importante de l'ordre de 2 à 6 m.
Un autre avantage réside dans le fait que le procédé permet de réaliser de façon économique le profil recherché.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels :
- la figure 1 représente le profil de rainurage d'un tube obtenu avec le procédé selon l'invention,
- la figure 2 représente schématiquement une machine outil permettant de mettre en œuvre le procédé selon l'invention,
- la figure 3 est une coupe qui illustre la réalisation d'un porte-outil,
- la figure 4 illustre un autre mode de réalisation du porte-outil,
- la figure 5 est une coupe transversale d'un porte-outil conforme à la figure 4, la figure 6 représente une vue d'une entretoise utilisée dans l'invention, - les figures 7 à 9 montrent différents outils couteaux possibles .
Sur la figure 1, on a représenté partiellement un tube 1, par exemple le tube métallique d'un échangeur thermique à
hautes caractéristiques mécaniques, en acier réfractaire par exemple. Ce tube 1 est préalablement percé suivant un profil 2 sensiblement cylindrique. Le profil final de rainurage recherché comporte une succession de rainures 3 à profil concave séparées par des sommets 4 à profil convexe. Le profil global obtenu selon l'invention a pour particularité de couvrir toute la surface interne du tube 1. Les rainures 3 et les sommets 4 présentent ici un profil circulaire de rayon R. La profondeur maximale X de la rainure est inférieure ou égale à 2R. Il est bien entendu possible de réaliser des profils avec un rayon différent pour les rainures concaves et convexes .
Il va de soi que les rainures 3 peuvent être réalisées suivant une génératrice du tube avec un angle nul ou différent de zéro par rapport à la génératrice, pour se présenter droite ou hélicoïdale. Dans le premier cas, l'outil est animé d'un mouvement de translation et dans l'autre cas d'un mouvement de translation et de rotation. Dans ce dernier cas les dents des outils couteaux seront inclinées d'un angle égal à l'angle de la rainure hélicoïdale par rapport à la génératrice du tube.
La figure 2 montre schématiquement une machine outil permettant de mettre en œuvre le procédé selon l'invention. La machine comprend un banc 6 sur lequel est bridé le tube cylindrique 1 à rainurer. Ce banc comporte une barre 5 reliée à une tête 8 porte-barre de la machine qui permet de tirer un porte outil 9 ulticouteaux au travers du tube 1 pré-alésé cylindrique ent . Le porte outil ulti couteaux 9 est attaché à la barre 5 liée à la tête porte barre 8 à l'aide d'un moyen de liaison rapide 10. Le porte outil multi couteaux 9 comporte au moins un outil couteau d'ébauche 11 et un outil couteau de finition 12 pour réaliser les rainures 3 du tube 1.
Le porte outil 9 comporte également des outils couteaux intermédiaires 13 et 14 permettant de passer de l'ébauche à la finition. Bien entendu, les autres composants de la machine sont connus, notamment les moyens pour tirer l'outil 9 et il n'est pas nécessaire de les décrire plus
complètement .
Sur la figure 3, on a représenté un premier mode de réalisation d'un porte outil 9 multicouteaux, par exemple portant des outils couteaux d'ébauche. Celui-ci comporte à titre d'exemple trois outils couteaux 15 munis chacun de plusieurs plaquettes 16. Chaque couteau 15 est rendu solidaire en rotation de la barre 5 à l'aide d'une clavette 17. Les couteaux 15 sont également liés en translation par des entretoises 18 sous forme de tubes lisses, et l'ensemble est disposé entre deux portées de guidage/centrage 19 et 20. Un écrou 21 assure le blocage dudit ensemble par rapport à la barre 5.
La première portée de guidage/centrage 19 est formée par une partie prolongeant la barre 5, la seconde portée 20 est formée par une bague. Les portées 19 et 20 présentent un diamètre extérieur sensiblement égal au diamètre initial du tube 1. Ces deux portées assurent le guidage du porte outil 9 dans le tube à rainurer. De façon connue, de l'huile de coupe est injectée par exemple au travers de la barre 5 et des entretoises 18 par des trous non représentés.
Un autre mode de réalisation est illustré sur les figures 4, 5 et 6. Dans ce mode de réalisation, les entretoises lisses sont remplacées par des entretoises 22 qui comprennent un tube portant des palettes radiales 24 délimitant entre elles des logements 25. Chaque logement reçoit les copeaux usinés par la plaquette ou le profil coupant de l'outil qui est disposé entre les deux palettes délimitant le logement.
On évite ainsi que les copeaux engendrés pendant le rainurage ne viennent s'accumuler en partie basse du tube 1 et ne viennent dégrader la surface de celui ci. Les entretoises 22 sont positionnées angulairement par rapport à l'outil 9 par des clavettes 31 de telle façon que chaque plaquette ou profil coupant de l'outil soit disposé entre deux palettes successives. Les palettes radiales 24 ont une largeur telle qu'elles viennent en contact avec la surface interne du tube 1 avant usinage des rainures. Ainsi, les palettes se trouveront en appui au niveau des sommets des profils convexes et elles
délimiteront des logements 25 pour recevoir les copeaux.
Dans ce mode de réalisation, on a prévu autant de palettes 24 que de rainures. Il va sans dire que le nombre de palettes pourrait être réduit. La longueur L de l' entretoise 22 dépend de la longueur d'alésage à rainurer et du nombre d'outils couteaux 15 fixés sur la barre 5, ce que l'homme du métier déterminera aisément.
Les figures 7 à 9 montrent différents outils couteaux susceptibles d'être utilisés dans l'invention selon une vue supérieure en section et une vue inférieure en coupe. L'outil
26 représenté sur figure 7 est un couteau d'ébauche équipé de
8 plaquettes 16 circulaires convexes en carbure de tungstène et présentant un logement 27 de clavette. Ces plaquettes 16 permettent de réaliser les formes concaves de la rainure 3. L'outil 28 représenté sur la figure 8 est un outil couteau de finition 15 équipé de 8 plaquettes concaves 29.
Ces plaquettes 29 permettent de réaliser les formes convexes
4 du rainurage. L'outil 28 présente comme précédemment un logement 27 destiné à recevoir une clavette. Dans tous les cas les plaquettes 16, 29 sont fixées par un moyen classique non représenté (par exemple par vissage)
Les couteaux selon les figures 7 et 8 sont préférentiellement utilisés pour le rainurage des tubes de diamètre intérieur important, par exemple supérieur à 38 mm. La figure 9 représente un couteau monobloc 30 utilisable préférentiellement pour le rainurage des tubes de petit diamètre, par exemple inférieur à 38mm.
L'Homme du Métier déterminera aisément le nombre d'outils couteaux à monter sur la barre 5 en fonction de la capacité en traction de la machine outil, des caractéristiques mécaniques du matériau du tube (usinabilité) et de la surface de copeau enlevée à chaque passe.
A titre d'exemple une machine développant 7 tonnes de traction peut tirer de 1 à 6 outils. En fonction de la géométrie du tube à usiner (diamètre initial, profondeur et nombre de rainures) on sera amené à mettre en œuvre des porte outils incorporant un nombre plus ou moins important d'outils couteaux et de natures
différentes (ébauche ou finition, concave ou convexe) .
On pourra ainsi pour un tube portant des rainures de faible profondeur (inférieure ou égale à 5 mm) utiliser un porte outil assurant en un seul passage l'ébauche et la finition. Les premiers outils couteaux portés par ce porte outil seront des outils couteaux d'ébauche pour le profil concave, les derniers outils couteaux seront des outils de finition pour le profil convexe.
Pour un tube présentant des rainures de profondeur plus importante (supérieure à 5 mm) , plusieurs montages de porte outils seront nécessaires. Les premières passes d'usinage seront réalisées avec des porte-outils ne portant que des outils couteaux d'ébauche pour le profil concave.
Les dernières passes seront réalisées avec des porte- outils ne portant que des outils (ébauche puis finition) usinant les profils convexes.
A titre d'exemple, pour réaliser un alésage rainure tel que représenté sur la figure 1 (8 rayures de 5 mm de rayon pour une profondeur X de 10 mm réalisées dans un tube ayant un alésage lisse de 40mm de diamètre) , on prévoira 100 outils couteaux portant chacun des plaquettes de rayon 5 mm, outils couteaux dont les positions relatives des plaquettes seront déplacées radialement les unes par rapport aux autres de façon à assurer un pas d'usinage de 0,1 mm au rayon entre deux couteaux successifs.
Le profil final sera obtenu, à partir du tube lisse initial, par 50 passages d'un porte-outil 9 comportant 1 à 6 outils couteaux ayant des diamètres de coupe relatifs croissants d'une extrémité à l'autre de la barre. L'Homme du Métier choisira le nombre d'outils compatibles avec la puissance de la machine tirant la barre porte outils.
On notera par exemple que pour les premières passes d'usinage une faible surface de copeaux est déroulée par chaque outil couteau, le nombre d'outils du porte-outil pourra donc être maximal .
Pour les dernières passes, une surface de copeau importante est retirée à chaque passe, l'effort demandé à la
machine est plus important et on réduira donc le nombre d'outils portés par la barre de traction.
L'usinage des formes convexes sera obtenu après usinage du profil concave par le passage d'un train équipé de 4 outils de forme concave et ayant des diamètres de coupes relatifs qui sont croissants d'une extrémité à l'autre de la barre 5.
Avantageusement, on peut commander le déplacement de la barre 5 en translation de manière à réaliser des rainures 3 longitudinales ou bien commander la barre en translation et en rotation de façon à réaliser des rainures hélicoïdales.
Le pas des rainures ainsi obtenues dépend de la vitesse de rotation de la barre par rapport à son avance. Ce type de rainure peut être facilement réalisé à l'aide d'une commande numérique qui recevra une programmation appropriée du rapport de la vitesse de rotation de la barre sur sa vitesse d' avance .