EP2012945B1 - Dispositif de cintrage de tubes ou profiles a structure symetrique pour double sens de cintrage et machine equipee du dispositif - Google Patents
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- EP2012945B1 EP2012945B1 EP07731914.3A EP07731914A EP2012945B1 EP 2012945 B1 EP2012945 B1 EP 2012945B1 EP 07731914 A EP07731914 A EP 07731914A EP 2012945 B1 EP2012945 B1 EP 2012945B1
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- B21D7/024—Bending rods, profiles, or tubes over a stationary forming member; by use of a swinging forming member or abutment by a swinging forming member
Definitions
- the present invention relates to a new device for bending tubes or profiles and a machine comprising this device, (see for example EP-A-1226 887 ).
- the invention relates particularly but not exclusively to the so-called winding-voltage bending technique whose principle is recalled here in connection with the Figures 1 to 3 .
- a tube (A) is immobilized on a bending form (B) by a jaw (C).
- the assembly (jaw-jaw form) is rotated, a strip (D) or rollers (E) maintain the tube (A) in the axis of the machine.
- the clamping jaws In order to be effective, the clamping jaws must have sufficient clamping force and high rigidity to transmit the clamping force.
- This assembly is mounted on a bending arm rotating around the bending form.
- the objective of the present invention is to provide a more economical solution than those of the prior art and which meets the needs of designers.
- the invention achieves this objective and consists of a bending head according to claim 1.
- the invention also relates to a machine equipped with a bending head of this type, controlled by a numerical control managing all the movements of the components of the machine, according to claim 2.
- the numerical control calculates the movements of the components and the bending parameters from the two planar coordinates (x and y) and the rotation angle ( ⁇ ) defining the movements of the jaw.
- the numerical control further conventionally controls a guide-ruler means, a tube positioning means, a mandrel guiding means and a tube positioning means.
- the machine has a symmetrical structure whose bending direction changes are made by simple rotation of the axes.
- the inventive idea was to develop a new architecture replacing the current bending arm and that would allow the bending of thin-walled tubes in both directions (clockwise and anti-clockwise) with the same tooling.
- This new architecture must therefore include a symmetrical bending means.
- the clamping system behaves like a connecting rod from where a fast movement during the race, where the efforts are weak, and slower at the end of the race, where the efforts are important because of the triangulation of the axes.
- the circular bending head (1) (see figure 10 and 11 ) has a circular main plate (2) rotating about its central axis (A 1 ).
- the bending tools are composed of a forming roller (3) concentrically mounted on the axis (A 1 ) and above the main plate (2), a relatively straight flattening jaw (4). the axis (A 3 ) in a reference (Ox, Oy).
- This rectilinear movement results from mounting the bit according to a principle of the eccentric.
- the jaw (4) is rotatably mounted about an axis (A 3 ) mounted itself on the periphery of a satellite plate (5) rotatably mounted on an axis (A 2 ) carried by the main plate and at a predetermined distance from the axis (A 1 ).
- a slider (6) is provided to guide the tube conventionally.
- the bending head is composed of a main plate (1) rotating around the central axis (A 1 ).
- a second rotation (A 2 ) integral with the first rotation, eccentric with respect to the axis (A 1 ) makes it possible to move an eccentric point of the axis (A 2 ) relative to the axis of the first rotation (A 1 ).
- This displacement in a plane perpendicular (PL 1 ) to the central axis (A 1 ) allows a relative displacement of the point (PT 1 ) with respect to the point (PT 2 ).
- the association and / or the combined displacement of these two axes makes it possible to generate any trajectories in the plane (PL 1 ).
- the direction of the vector essential for the operation of a bending tool is provided by the third rotation (A 3 ) which allows to orient the vector in the coordinate system defined along the axis (A 1 ).
- This mechanical principle is applicable to move a vector in a plane.
- This displacement is decomposed for the bending of the tubes in a linear displacement phase to tighten the tube on the bending form, another phase of circular displacement for the bending of the tube, a linear displacement phase for the loosening of the tube.
- the figure 12 corresponds to a loading phase of a tube (6): the forming roller (3) and the strip (7) being aligned, the clamping jaw (4) is spaced apart to allow the tube (6) to be loaded by the before, and is in a starting position (P 1 ) located at a distance (S) from the axis (A 1 X) of the machine.
- the figure 13 corresponds to a clamping phase of the tube: the roller 3 does not move, the strip comes into contact with the tube (6), and the conjugation and synchronization of the rotations of the main plate (2) anti-clockwise around ( A 1 ), the satellite tray (5) in the clockwise direction around (A 2 ) and the jaw (4) anti-clockwise around (A 3 ) generates a rectilinear movement of the jaw which clamps the tube ( 6) against the forming roller.
- This configuration of the jaw (3) on an eccentric axis on the satellite tray allows to obtain very large clamping forces.
- the figure 14 corresponds to the phase of bending of the tube: the tube (6), clamped on the roller (3) by the jaw (4), is wound on the roller (3) by rotation of the roller in the clockwise direction about the axis (A 1 ) and by rotating the satellite plate clockwise about the same axis (A 1 ), the jaw pivoting around (A 3 ) to remain constantly in the optimum clamping position.
- the unclamping phase is not shown, in this phase, the roller remains fixed, a reverse synchronization of the rotations used in the clamping phase allows the clamping jaws to move away from the forming roller.
- the slide (7) moves back and forth, the main plate (2) returns to position for the next hanger, the tube advances and the forming roller returns to position.
- a new phase of clamping can begin.
- the Figures 15, 16, 17 represent the same phases of operation from a ruler and a satellite tray positioned symmetrically on the figure 15 relative to their starting positions of the figure 12 .
- the figure 15 therefore represents a loading phase, the figure 16 a bridging phase, and the figure 17 a bending phase in the opposite direction of the bending obtained with the phases of Figures 12 to 14 .
- the point (P 2 ) marks the starting position of the bit which is located at a distance (S ') from the axis (A 1 X) of the machine, and symmetrically with respect to the starting position (P 1 ).
- roller (3) and the other satellite elements of the eccentric below the main plate (2).
- a machine according to the invention preferably has a bending capacity of tubes 40 to 80 mm in diameter with a maximum thickness of 2 mm for a diameter of 80 mm.
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- Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)
Description
- La présente invention concerne un nouveau dispositif pour le cintrage de tubes ou de profilés et une machine comportant ce dispositif, (voir par exemple
EP-A-1226 887 ). - L'invention se rapporte particulièrement mais non limitativement à la technique dite de cintrage par enroulement-tension dont le principe est rappelé ici en liaison avec les
figures 1 à 3 . - Un tube (A) est immobilisé sur une forme (B) de cintrage par un mors (C).
- L'ensemble (forme de cintrage-mors) est mis en rotation, une réglette (D) ou des galets (E) maintiennent le tube (A) dans l'axe de la machine.
- C'est la technique la plus utilisée pour la fabrication de pièces industrielles.
- Elle permet le cintrage à rayons courts (facteur R 0,8), de tubes à parois minces (facteur E de 200).
- La qualité et la précision des pièces réalisées avec cette technique sont dépendantes du maintien du tube par le mors sur la forme de cintrage.
- Tout glissement engendre deux effets :
- Création de plis à l'intrados (F) (ou intérieur)du cintre,
- Altération des parties droites (G) entre cintres, d'où une dégradation de la géométrie des pièces.
- Le mors de serrage doit, pour être efficace, avoir une force de serrage suffisante et une grande rigidité pour transmettre la force de serrage.
- Sur les machines existantes, le mouvement est réalisé soit par un vérin (hydraulique ou pneumatique) associé à un système mécanique généralement un système de genouillère, soit par un moteur (électrique) associé à un système vis-écrou.
- Cet ensemble est monté sur un bras de cintrage tournant autour de la forme de cintrage.
- La conception des pièces en tube à parois minces est actuellement "bridée" par la capacité des moyens disponibles sur le marché d'enchaîner avec plus ou moins de difficultés des cintrages dans le sens horaire (voir
figure 4 ) et des cintrages dans le sens anti-horaire (voirfigure 5 ). - Cette situation impose donc, lorsque le besoin de deux sens de cintrage est nécessaire, d'envisager une conception modulaire avec plusieurs pièces, dont chacune n'a qu'un sens de cintrage, ou l'utilisation de solutions plus lourdes et/ou plus complexes, ainsi l'état de la technique propose plusieurs solutions à savoir :
- réaliser les deux sens de cintrage avec un équipement disposant de deux têtes de cintrages dont le principe est représenté à la
figure 6 . Le tube est successivement cintré dans un premier sens par une première tête (a) de cintrage puis en sens contraire par passage dans une deuxième tête de cintrage (b). - réaliser les deux sens de cintrage avec un équipement comportant deux outils (c, d) montés de part et d'autre d'une tête de cintrage, et dont le principe est représenté en
figure 7 . Les deux outils (c, d) sont montés sur le même axe (e) de cintrage, le changement de sens de cintrage nécessite une combinaison complexe de mouvements. - réaliser les deux sens de cintrage avec deux outils (f, g) à axes de rotation commutables selon le principe de la
figure 8 . Dans ce cas, la commutation du sens de cintrage est très rapide, mais la mécanique est complexe. De plus, cette solution ne permet pas de changement de rayon de cintrage. - réaliser les deux sens de cintrage avec deux outils (h, i) situés sur des plans différents selon le principe de la
figure 9 . Dans ce cas, le changement de sens de cintrage nécessité des mouvements complexes. - Toutes ces solutions de l'art antérieur impliquent une mécanique plus ou moins complexe et nécessitent toutes deux outils de cintrage.
- De ce fait, pour les marchés les plus porteurs tels que l'automobile et l'aéronautique, toujours en recherche de solutions économiques et adaptées aux changements simples et rapides de séries, le besoin des concepteurs n'est pas pleinement satisfait.
- L'objectif de la présente invention est de proposer une solution plus économique que celles de l'art antérieur et qui réponde aux besoins des concepteurs.
- L'invention atteint cet objectif et consiste en une tête de cintrage selon la revendication 1.
- L'invention porte également sur une machine équipée d'une tête de cintrage de ce type, commandée par une commande numérique gérant l'ensemble des mouvements des composants de la machine, selon la revendication 2.
- Plus particulièrement la commande numérique calcule les déplacements des composants et les paramètres de cintrage à partir des deux coordonnées planaires (x et y) et de l'angle de rotation (α) définissant les déplacements du mors.
- La commande numérique commande en outre classiquement un moyen de guidage-réglette, un moyen de positionnement du tube, un moyen de guidage du mandrin et un moyen de positionnement du tube.
- Enfin, la machine présente une structure symétrique dont les changements de sens de cintrage s'effectuent par simple rotation des axes.
- On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description ci-après faite en référence aux figures annexées suivantes :
-
figures 1 et 2 : schémas de principe d'un ensemble de cintrage par enroulement-tension, -
figure 3 : exemple de tube cintré par un ensemble desfigures 1 ou 2 , -
figures 4 et 5 : schémas de principe de cintrage en sens-horaire, ou anti-horaire, -
figure 6 : schéma d'un équipement à deux têtes pour cintrage dans les deux sens, -
figure 7 : schéma d'un équipement à deux outils symétriques, -
figure 8 : schéma d'un équipement à deux outils commutables, -
figure 9 : schéma d'un équipement à deux outils dans des plans différents, -
figure 10 : schéma de principe d'une tête de cintrage symétrique selon l'invention, -
figure 11 : schéma montrant les trois mouvements de rotation principaux, -
figure 12 : détail des positions des éléments constitutifs de la tête en position de départ, -
figure 13 : détail des positions en phase de bridage du tube, -
figure 14 : détail des positions en phase de cintrage du tube, -
figures 15, 16, 17 : détail des positions pour un cintrage en sens contraire de celui obtenu avec lesfigures 12, 13,14 , -
figures 18, 19 : détail des positions lorsque le mors est ouvert puis fermé, -
figure 20 : représentation graphique des efforts -
figures 21, 22 : schémas d'une machine complète et des mouvements de ses différents composants. - L'idée inventive a consisté à développer une nouvelle architecture remplaçant le bras de cintrage actuel et qui permettrait de réaliser le cintrage de tubes à parois minces dans les deux sens (horaire et anti-horaire) avec un même outillage.
- Cette nouvelle architecture doit donc comporter un moyen de cintrage à structure symétrique.
- Sur la base de cette idée de symétrie, l'idée inventive a évolué vers le concept d'une tête de cintrage circulaire dont les caractéristiques sont représentées sur les
figures 10 à 17 et qui sont les suivantes : - le bras de cintrage est remplacé par une couronne, d'où une structure symétrique de la rotation,
- la rigidité est nettement meilleure car le diamètre de guidage est beaucoup plus important qu'avec un bras de cintrage,
- le déplacement (serrage) du mors en translation est obtenu par trois rotations contrôlées par des axes numériques,
- le déplacement linéaire du mors de serrage se fait en interpolant ces trois axes.
- Le système de serrage se comporte comme une bielle d'où un déplacement rapide pendant la course, où les efforts sont faibles, et plus lents en fin de course, où les efforts sont importants du fait de la triangulation des axes.
- De plus, le fait d'utiliser trois rotations synchronisées permet de programmer la position du mors selon deux axes perpendiculaires et une rotation.
- Le contrôle de l'orientation du mors de serrage par rotation permet d'optimiser le serrage.
- On comprendra mieux le fonctionnement de cette tête de cintrage à l'aide de la description détaillée qui suit.
- La tête de cintrage circulaire (1) (voir
figure 10 et 11 ) comporte un plateau principal circulaire (2) tournant autour de son axe central (A1). Les outils de cintrage sont composés d'un galet de formage (3) monté concentriquement sur l'axe (A1) et au-dessus du plateau principal (2), d'un mors de serrage (4) à déplacement rectiligne relativement de l'axe (A3) dans un repère (Ox, Oy). - Ce mouvement rectiligne résulte du montage du mors selon un principe de l'excentrique.
- Le mors (4) est monté en rotation autour d'un axe (A3) monté lui-même en périphérie d'un plateau satellite (5) monté à rotation sur un axe (A2) porté par le plateau principal et à une distance prédéterminée de l'axe (A1).
- Une réglette (6) est prévue pour guider classiquement le tube.
- Sur le schéma de principe de la
figure 11 la tête de cintrage est composée d'un plateau principal (1) tournant autour de l'axe central (A1). Une seconde rotation (A2) solidaire de la première rotation, excentrée par rapport à l'axe (A1) permet de déplacer un point excentré de l'axe (A2) relativement à l'axe de la première rotation (A1). Ce déplacement dans un plan perpendiculaire (PL1) à l'axe central (A1) permet un déplacement relatif du point (PT1) par rapport au point (PT2). L'association et/ou le déplacement combiné de ces deux axes permet de générer des trajectoires quelconques dans le plan (PL1). On définit ainsi l'origine d'un vecteur. La direction du vecteur indispensable pour le fonctionnement d'un outillage de cintrage est fourni par la troisième rotation (A3) qui permet d'orienter le vecteur dans le système de coordonnées défini selon l'axe (A1). - On dispose donc d'un système permettant au vecteur de se déplacer de façon quelconque dans le plan (PL1).
- Ce principe mécanique est applicable pour déplacer un vecteur dans un plan.
- Ce déplacement se décompose pour le cintrage des tubes en une phase de déplacement linéaire pour serrer le tube sur la forme de cintrage, une autre phase de déplacement circulaire pour le cintrage du tube, une phase de déplacement linéaire pour le desserrage du tube.
- On décrit ci-après en référence aux
figures 12 à 14 les phases de cintrage dans un sens et en référence auxfigures 15 à 17 les phases de cintrage en sens inverse. - La
figure 12 correspond à une phase de chargement d'un tube (6) : le galet de formage (3) et la réglette (7) étant alignés, le mors de serrage (4) est écarté pour permettre le chargement du tube (6) par l'avant, et se trouve dans une position de départ (P1) située à une distance (S) de l'axe (A1X) de la machine. - La
figure 13 correspond à une phase de bridage du tube : le galet 3 ne bouge pas, la réglette vient au contact du tube (6), et la conjugaison et la synchronisation des rotations du plateau principal (2) dans le sens anti-horaire autour de (A1), du plateau satellite (5) dans le sens horaire autour de (A2) et du mors (4) dans le sens anti-horaire autour de (A3) génère un déplacement rectiligne du mors qui vient brider le tube (6) contre le galet de formage. - Cette configuration du mors (3) sur un axe excentré sur le plateau satellite permet d'obtenir des efforts de bridage très importants.
- La
figure 14 correspond à la phase de cintrage du tube : le tube (6), serré sur le galet (3) par le mors (4), est enroulé sur le galet (3) par rotation du galet dans le sens horaire autour de l'axe (A1) et par rotation du plateau satellite dans le sens horaire autour du même axe (A1), le mors pivotant autour de (A3) pour rester constamment en position optimale de serrage. - La phase de débridage n'est pas représentée, dans cette phase, le galet reste fixe, une synchronisation inverse des rotations utilisées en phase de bridage permet au mors de serrage de s'écarter du galet de formage. Lorsque le mors est écarté, la réglette (7) s'écarte et recule, le plateau principal (2) revient en position pour le cintre suivant, le tube avance et le galet de formage revient en position. Une nouvelle phase de bridage peut commencer.
- Les
figures 15, 16, 17 représentent les mêmes phases de fonctionnement à partir d'une réglette et d'un plateau satellite positionnés symétriquement sur lafigure 15 par rapport à leurs positions de départ de lafigure 12 . Lafigure 15 représente donc une phase de chargement, lafigure 16 une phase de bridage, et lafigure 17 une phase de cintrage en sens inverse du cintrage obtenu avec les phases desfigures 12 à 14 . Le point (P2) repère la position de départ du mors qui est situé à une distance (S') de l'axe (A1X) de la machine, et symétriquement par rapport à la position de départ (P1). - Les
figures 18, 19, 20 , représentent schématiquement les rotations (AXE1) autour de l'axe (A1), (AXE2) autour de l'axe (A2), et (AXE3) autour de l'axe (A3) pour un cintrage en sens horaire, et montrent respectivement : - en
figure 18 , la position des axes lorsque le mors est ouvert, (S) indiquant le réglage initial de serrage, - en
figure 19 , la position des axes lorsque le mors est fermé, les cotes (x) et (y) indiquant le réglage final de serrage, - en
figure 20 , la triangulation des efforts en position fermée du mors avec (Fa ) pour la composante de serrage sur un axe et (Fc ) pour la composante de serrage sur le tube, et (α) l'angle de rotation du mors, Tg (composante) qui montre que pour un effort (Fa ) donné, lorsque l'angle alpha tend vers O, l'effort de serrage sur le tube (Ft ) croit très fortement (tend vers l'infini donc limité par la rigidité de l'ensemble). - Le fait d'utiliser trois rotations synchronisées permet de programmer le déplacement rectiligne du mors selon deux directions perpendiculaires (Ox) et (Oy) et selon sa rotation d'angle (α), qui correspond à la rotation nécessaire du mors autour de son axe (A3) pour qu'il reste toujours positionné de façon optimale par rapport au galet et optimiser ainsi le serrage du tube pendant la rotation dudit galet (3).
- Dans le cas du cintrage des tubes ou profilés décrit ci-après pour exemple, l'ensemble des fonctions et des mouvements nécessaires pour constituer une machine optimale complète intégrant une tête de cintrage selon l'invention, est détaillé ci-après en liaison avec les
figures 21, 22 . - Les moyens nécessaires sont les suivants :
- moyen (9) de guidage-réglette par exemple : pour le serrage et l'accompagnement du tube ou profilé,
- moyen ou chariot (8) de positionnement du tube : pour le serrage, l'avance et l'orientation du tube,
- moyen de guidage (10) : pour la mise en position du mandrin (11) dans le tube avant cintrage puis son retrait après cintrage,
- moyen de positionnement du tube : pour son positionnement à droite ou à gauche et le retournement de la tête de serrage pour la mettre en position symétrique.
- Un contrôle par commande numérique permet la rotation simultanée et synchronisée des trois axes principaux mais aussi les mouvements complémentaires nécessaires, à savoir :
- AXE 1 : Rotation pour cintrage du tube,
- AXE 2 : Rotation pour serrage mors (4),
- AXE 3 : Rotation pour orientation mors (4),
- MVT 4 : Rotation du galet formeur (3),
- MVT 5 : Serrage réglette (7) en translation,
- MVT 6 : Avance réglette (7) en translation,
- MVT 7 : Déplacement linéaire d'un chariot porte tube (8),
- MVT 8 : Rotation pour orientation du chariot (8) pour un cintrage dans un autre plan,
- MVT 9 : Serrage tube.
- MVT 10 : Avance et retrait de mandrin (11)
- MVT 11 : Rayon de cintrage chariot (8),
- Il est précisé que, dans l'exemple représenté, tous les mouvements de rotation sont plans et horizontaux, les axes de rotations étant verticaux et que le guidage du mandrin est classiquement horizontal, dans l'axe du tube depuis une position d'effacement ou de recul de la
figure 21 , selon laquelle il est retiré du tube (non visible sur lafigure 21 ) et jusqu'à une position de travail selon laquelle il est introduit à l'intérieur du tube pour éviter son écrasement pendant le cintrage. - On pourrait prévoir d'autres configurations, sans sortir du cadre de l'invention, par exemple une configuration où la tête de cintrage serait verticale avec des mouvements de rotation dans un plan vertical.
- On pourrait également prévoir de placer le galet (3) et les autres éléments satellites de l'excentrique en dessous du plateau principal (2).
- Une machine selon l'invention a préférentiellement une capacité de cintrage des tubes de 40 à 80 mm de diamètre avec une épaisseur maximale de 2 mm pour un diamètre de 80 mm.
Claims (5)
- Tête de cintrage par exemple pour une technique de cintrage par enroulement-tension, du type comportant un ensemble forme de cintrage-mors mis en rotation autour d'un axe (A1), un ou des galets maintenant un tube ou un profilé (6) serré contre la forme de cintrage pendant le cintrage, et
un ensemble unique forme de cintrage-mors pouvant être positionné selon l'une ou l'autre de deux positions de départ de cintrage (P1) et (P2), symétriques par rapport à l'axe du tube de façon à permettre soit à partir de (P1) un cintrage dans un sens de cintrage, soit à partir de (P2) un cintrage en sens inverse, caractérisée en ce que l'ensemble unique est une tête de cintrage (1) composée d'un plateau principal (2) tournant autour d'un premier axe central (A1), d'un galet (3) monté concentriquement sur ledit premier axe (A1), et parallèlement au plateau principal (2), d'un mors de serrage (4) monté en rotation autour d'un troisième axe (A3) monté lui-même excentré sur un plateau satellite (5) monté en rotation sur un deuxième axe (A2) porté par le plateau principal et à une distance prédéterminée du premier axe (A1). - Machine de cintrage par exemple pour une technique de cintrage par enroulement-tension, du type comportant un ensemble forme de cintrage-mors mis en rotation autour d'un axe (A1), un ou des galets maintenant un tube ou un profilé (6) serré contre la forme de cintrage pendant le cintrage, caractérisée en ce qu'elle comporte une tête de cintrage selon la revendication 1, et une commande numérique gérant l'ensemble des mouvements des composants de la machine.
- Machine de cintrage selon la revendication 2, caractérisée en ce que la commande numérique calcule les déplacements des composants et les paramètres de cintrage à partir des deux coordonnées planaires (x et y) et de l'angle de rotation (α) définissant les déplacements du mors (3).
- Machine de cintrage selon la revendication 2, caractérisée en ce que la commande numérique commande en outre classiquement un moyen de guidage-réglette (9), un moyen de positionnement (8) du tube, un moyen de guidage (10) du mandrin et un moyen de positionnement du tube.
- Machine de cintrage selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce qu'elle a une structure symétrique dont les changements de sens de cintrage s'effectuent par simple rotation des axes (A1,A2,A3).
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