FR2544806A1 - Method of assembling two coaxial components of revolution, of the same diameter - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un procédé d'assemblage de deux pièces de révolution coaxiales, applicable plus particulibrement mais non exclusivement à la fabrication de bouteilles ou réservoirs haute pression, ainsi que les articles obtenus par la mise en oeuvre de ce procédé. The present invention relates to a method of assembling two parts of coaxial revolution, applicable more particularly but not exclusively to the manufacture of high pressure bottles or tanks, as well as the articles obtained by the implementation of this method.
Jusqu'à présent la fabrication de bouteilles ou de réservoirs cylindriques haute pression est réalisée en partant de blocs de métal que l'on déforme a chaud , pour crier ce que l'on appelle un 1t doigt de gant", sur une presse et ensuite on étire ce doigt de gant de manière b former un corps tubulaire présentant un fond courbe à l'une de ses extrémités et ouvert b l'autre. Ce fond est projeté en fin de course sur une matrice pour lui donner une forme concave vers l'extdrieur. On procédé ensuite à une opération de fermeture de l'extrémité opposée au fond par rétrécissement progressif de la section droite.A cet effet on réchauffe l'embout du corps tubulaire h 600 environ puis soumet cet embout à une pression radiale, orientée en direction de l'axe, pour déformer progressivement la paroi et obtenir finalement une ogive. Up to now the manufacture of cylinders or cylinders high pressure is carried out starting from blocks of metal which one deforms hot, to shout what is called a 1t thimble ", on a press and then this thimble is stretched so as to form a tubular body having a curved bottom at one of its ends and open to the other. This bottom is projected at the end of the race onto a matrix to give it a concave shape towards the We then proceed to a closing operation of the opposite end to the bottom by progressive narrowing of the cross section. To this end, we heat the end of the tubular body at about 600 h then subject this end to a radial pressure, oriented in the direction of the axis, to gradually deform the wall and finally obtain a warhead.
Un tel procédé présente à l'évidence un certain nombre d'inconvénients. En premier lieu le cycle de production est extrêmement lent. En outre, il entraîne une dépense importante d'énergie en effet il est nécessaire de chauffer le bloc de métal au départ h une température d'environ 13u00, pour le transformer en "doigt de gant", et h la fin du cycle de travail, il est encore nécessaire de préchauffer le partie extrdme du corps tubulaire h une température de 600C environ, avant de commencer l'opération de réduction de le section droite.Egalement un tel procédé exige l'utiliaison d'acier de haute résistance au chrome molybdène, pour soutenir toute l'élaboration technique des diverses serions de travail et cet acier exige, à la fin du cycle de fabrication, des opérations de traitement thermique régulibres b 13009, suivies d'une trempe è l'huile et d'un recuit à 6004C, pour obtenir finalement les caractéristiques nécessaires du métal et notamment sa tenue à très haute pression.Il est à noter également que ce procédé exige une manutention importante des pièces entre les divers postes où les phases individuelles sont effectuées à savoir au départ le chauffage, puis le perçage, puis le tréfilage et enfin l'ogivage. Les phases successives précitées du procédé connu exigent une installation s'étendant sur une très grande longueur, d'environ 200 mètres, dans de grandes halles avec d'énormes investissements inamortissables dans la conjoncture actuelle, des manutentions multiples de milliers de tonnes d'acier et de très grandes dépenses d'énergie. Such a process obviously has a certain number of drawbacks. First, the production cycle is extremely slow. In addition, it involves a significant expenditure of energy indeed it is necessary to heat the metal block at the start at a temperature of about 13u00, to transform it into a "thermowell", and at the end of the work cycle , it is still necessary to preheat the extreme part of the tubular body to a temperature of about 600C, before starting the reduction operation of the cross section.Also such a process requires the use of high strength chromium molybdenum steel , to support all the technical development of the various working series and this steel requires, at the end of the manufacturing cycle, regular heat treatment operations b 13009, followed by oil quenching and annealing to 6004C, to finally obtain the necessary characteristics of the metal and in particular its resistance to very high pressure. It should also be noted that this process requires significant handling of the parts between the various stations where the individual phases are effe ctués namely at the start the heating, then the drilling, then the wire drawing and finally the warping. The aforementioned successive phases of the known process require an installation extending over a very long length, of approximately 200 meters, in large halls with enormous investments which cannot be amortized in the current situation, multiple handling of thousands of tonnes of steel. and very large energy expenses.
Une alternative de production est constituée à ce jour par le second procédé courant qui consiste dans le "forgeage"d'un tube ou d'une partie de tube, réalisant la fermeture du fond par modification progressive de cette partie du tube pour réaliser la solidité nécessaire aux hautes pressions. L'ogivage est réalisé à la partie supérieure comme dans le procédé précédent
La présente invention vise à remédier a ces inconvénient en procurant un procédé d'une mise en oeuvre considérablement simplifiée et permettant d'obtenir des pièces finales assemblées d'un faible prix de revient.An alternative production is constituted to date by the second current process which consists in the "forging" of a tube or a part of tube, realizing the closing of the bottom by progressive modification of this part of the tube to achieve solidity necessary for high pressures. The icing is carried out at the top as in the previous process
The present invention aims to remedy these drawbacks by providing a considerably simplified method of implementation and making it possible to obtain assembled final parts at a low cost price.
A cet effet ce procédé d'assemblage de deux pièces de révolution coaxiales, de meme diamètre dans leur zone d'assemblage, présentant respectivement des faces frontales annulaires le long desquelles doit être réalisé l'assembla- ge, est caractérisé en ce que l'on forme, dans la face frontale d'une première pièce, un logement annulaire délimité transversalement par une surface d'accostage constituant un épaulement dans le fond du logement annulaire et, longitudinalement, par une surface cylindrique de diamètre sensiblement égal au diamètre de la seconde pièce, on forme éga- lement, dans le logement annulaire de la première pièce, une gorge annulaire coaxiale inclinée par rapport à l'axe dont une paroi est issue de lSarete circulaire de raccordement de la surface d'accostage et de la surface cylindrique et dont l'autre paroi en regard se raccorde à la surface cylindrique à distance de ladite arête circulaire7 on applique ensuive la surface d'accostage annulaire et transversale de la sew conde pièce contre la surface d'accostage annulaire et transversale de la première pièce, on fait tourner, autour de leur axe longitudinal commun, l'une des première et seconde pièces par rapport à l'autre, de manière à provoquer une friction relative entre les deux surfaces d'accostage, friction qui provoque la pénétration de la livre ourlée, résultant de la friction des deux surfaces d'accostage, dans la gorge inclinée de la première pièce, et on termine l'assemblage par une opération de forgeage dans laquelle une partie plus importante du métal échauffée par suite de la friction flue dans la gorge inclinée pour remplir cette dernière. To this end, this method of assembling two coaxial revolution parts, of the same diameter in their assembly zone, having respectively annular front faces along which the assembly must be carried out, is characterized in that the an annular housing is defined in the front face of a first part delimited transversely by a docking surface constituting a shoulder in the bottom of the annular housing and, longitudinally, by a cylindrical surface of diameter substantially equal to the diameter of the second part, there is also formed, in the annular housing of the first part, a coaxial annular groove inclined with respect to the axis, a wall of which comes from the circular joint connecting the docking surface and the cylindrical surface and the other facing wall of which is connected to the cylindrical surface at a distance from said circular edge7 the annular and transverse docking surface of the sew c is then applied piece wave against the annular and transverse docking surface of the first piece, one rotates about their common longitudinal axis, one of the first and second pieces relative to the other, so as to cause relative friction between the two docking surfaces, friction which causes the penetration of the hemmed book, resulting from the friction of the two docking surfaces, in the inclined groove of the first part, and the assembly is completed by a forging operation in which a larger part of the metal heated by the friction flowing in the inclined groove to fill the latter.
On enlève ensuite l'autre lèpre ourlée formée à l'opposé b la lèvre engagée dans la gorge inclinée, immédiatement après l'opération de forgeage, c'est-à-dire tant que le métal constituant cette autre lèvre est encore chaud ou éventuellement on réalise un conreforgeage (partiel) destiné b compléter le reflux du métal vers l'intérieur des piècess confortant ainsi la tenue de l'assemblage. Then remove the other hemmed leprosy formed opposite b the lip engaged in the inclined groove, immediately after the forging operation, that is to say as long as the metal constituting this other lip is still hot or possibly a (partial) conreforging is carried out intended to complete the reflux of the metal towards the inside of the pieces, thereby consolidating the strength of the assembly.
On peut considérer ainsi qu'il s'agit de l'obtention d'un véritable "rétreint" du tube mais intégré par forgeage dans les pièces de fermeture du tube. Cela permet ainsi d'augmenter d'une façon importante la sécurité de ces réser- voirs haute pression dont les points faibles connus actuellement sont les points d'ogive et le point de raccordement du cylindre au fond. We can thus consider that it is a question of obtaining a true "constriction" of the tube but integrated by forging in the closing parts of the tube. This thus makes it possible to significantly increase the safety of these high pressure tanks, the weak points of which are currently known are the warhead points and the point of connection of the cylinder to the bottom.
Le procédé selon l'invention permet une simplification considérable des procédés actuels en assemblant en un temps très court des pièces élémentaires fabriquées en grande série et diminuant ainsi fortement le prix de revient direct avec des techniques parfaitement connues et maftri- sues. The method according to the invention allows a considerable simplification of the current methods by assembling in a very short time elementary parts produced in large series and thus greatly reducing the direct cost price with perfectly known and mastered techniques.
On décrira ci-après,à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel
La figure 1 est une vue en coupe axiale schématique des deux pièces devant être assemblées par le procédé suivant l'invention, les deux pièces étant écartées l'une de l'autre, dans la direction de leur axe commun, avant l'opé- ration d'accostage.Various embodiments of the present invention will be described below, by way of non-limiting examples, with reference to the appended drawing in which
Figure 1 is a schematic axial sectional view of the two parts to be assembled by the method according to the invention, the two parts being spaced from one another, in the direction of their common axis, before the operation docking ration.
La figure 2 est une demi-vue en coupe axiale des deux pièces peu après l'accostage et le début de l'opération de friction. Figure 2 is a half-view in axial section of the two parts shortly after docking and the start of the friction operation.
La figure 3 est une demi-vue en coupe axiale des deux pièces après la fin de l'opération de friction et de l'opération de forgeage. Figure 3 is a half-view in axial section of the two parts after the end of the friction operation and the forging operation.
La figure 4 est une demi-vue en coupe axiale des deux pièces assemblées après l'opération finale d'ébavurage. Figure 4 is a half view in axial section of the two parts assembled after the final deburring operation.
La figure 5 est une vue en coupe axiale des trois pièces destinées à constituer une bouteille ou un réservoir à haute pression pouvant être fabriqués par le procédé suivant l'invention, les trois pièces étant représentées écartées les unes des autres, avant le début du procédé d'as semblage. Figure 5 is an axial sectional view of the three parts intended to constitute a bottle or a high pressure tank which can be manufactured by the process according to the invention, the three parts being shown separated from each other, before the start of the process of appearance.
La figure 6 est une demi-vue en coupe axiale d'une variante d'exécution du procédé dans laquelle deux pièces tubulaires coaxialessont assemblées avec un & e fond transversal. Figure 6 is a half view in axial section of an alternative embodiment of the method in which two coaxial tubular parts are assembled with a transverse bottom.
La figure 7 est une demi-vue en coupe axiale d'une variante d'exécution du procédé dans laquelle la gorge ména- gée dans le fond est inclinée vers l'extérieur. FIG. 7 is a half-view in axial section of an alternative embodiment of the method in which the groove formed in the bottom is inclined towards the outside.
Le procédé suivant l'invention dont les différentes phases sont illustrées sur les figures 1 à 4, est destiné à assembler deux pièces de révolution 1 et 2, ayant un axe commun xx'. La premièrepièce 1 peut être constituée, par exemple, par le fond circulaire d1 une bouteille ou d'un récipient haute pression, tandis que l'autre pièce 2 est alors constituée par le corps tubulaire devant dtre rendu solidaire du fond 1.Les deux pièces 1 et 2 se terminent par des faces frontales annulaires en regard Dans la face front tale du fond 1 est formé prélablement un logement annulaire 3 qui est délimité, transversalement, par un épaulement annulaire 4 constituant une surface d'accostage du fond 19 et, longitudinalement, par une surface cylindrique 3 d'axe xx' et qui dans ce cas a un diamètre sensiblement égl au diamètre interne du corps tubulaire 2. Le diamètre externe de ce corps tubulaire 2 est lui égal au diamètre externe du fond 1. The method according to the invention, the different phases of which are illustrated in FIGS. 1 to 4, is intended to assemble two parts of revolution 1 and 2, having a common axis xx '. The first part 1 can be constituted, for example, by the circular bottom of a bottle or a high pressure container, while the other part 2 is then constituted by the tubular body which must be made integral with the bottom 1. The two parts 1 and 2 terminate in opposite annular front faces In the front tale face of the bottom 1 is previously formed an annular housing 3 which is delimited, transversely, by an annular shoulder 4 constituting a docking surface of the bottom 19 and, longitudinally , by a cylindrical surface 3 of axis xx 'and which in this case has a diameter substantially equal to the internal diameter of the tubular body 2. The external diameter of this tubular body 2 is itself equal to the external diameter of the bottom 1.
Dans le logement annulaire 3 est également formée préalablement une gorge annulaire 6 inclinée par rapport à l'axe xx' et en direction de cet axe, dans ce cas particulier. Cette gorge annulaire 6 est délimitée par une première paroi 7 sensiblement tronconique issue de l'arête circulaire 8 de raccordement de la surface d'accostage 4 et de la surface cylindrique 5 du logement 3. L'autre paroi 9, en regard de la précédente9 de la gorge 6 a également une forme sensiblement tronconique et elle se raccorde à la surface cylindrique 5 suivant une arête circulaire 11 séparée de l'arête circulaire 8 d'une distance appropriée dans le sens longitudinal. In the annular housing 3 is also previously formed an annular groove 6 inclined with respect to the axis xx 'and in the direction of this axis, in this particular case. This annular groove 6 is delimited by a first substantially frustoconical wall 7 coming from the circular edge 8 for connecting the docking surface 4 and the cylindrical surface 5 of the housing 3. The other wall 9, opposite the previous one9 of the groove 6 also has a substantially frustoconical shape and it is connected to the cylindrical surface 5 along a circular edge 11 separated from the circular edge 8 by an appropriate distance in the longitudinal direction.
Une fois le fond 1 conformé préalablement de la manière illustrée sur la figure 1, on applique la surface frontale annulaire 12 du corps tubulaire 2, qui constitue se surface d'accostage, contre le surface d'accostage annulaire correspondante 4 du fond 1, les deux surfaces d'accostage 4 et 12 ayant les mêmes diamètres internes et externes.Ensuite on fait tourner l'une des pièces 1 et 2, par exemple le corps tubulaire 2, par rapport à l'autre pièce, c'est h-dire le fond 1, maintenu immobile, comme il est illustré sur la figure 2. Pendant cette rotation le corps tubulaire 2 est appliqué légèrement sous pression axiale contre le fond 1 et par suite de la friction apparaisant entre les deux surfaces d'accostage 4 et 12, il se produit, à cet endroit, un échauffement du métal du corps tubulaire 2 et un fluage de ceiuioci vers l'intérieur et vers l'extérieur. Ce fluage donne lieu à une lèvre ourlée interne 13 qui pénètre pro gressivement, au cours de l'opération de friction, dans la gorge inclinée 6 et également à une lèvre ourlée externe 14 qui se développe progressivement vers l'extérieur. Once the bottom 1 has previously been shaped as illustrated in FIG. 1, the annular front surface 12 of the tubular body 2, which constitutes its docking surface, is applied against the corresponding annular docking surface 4 of the bottom 1, two docking surfaces 4 and 12 having the same internal and external diameters. Then one of the parts 1 and 2 is rotated, for example the tubular body 2, relative to the other part, that is to say the bottom 1, kept stationary, as illustrated in FIG. 2. During this rotation the tubular body 2 is applied slightly under axial pressure against the bottom 1 and as a result of the friction occurring between the two docking surfaces 4 and 12 , there occurs, at this location, a heating of the metal of the tubular body 2 and a creep of ceiuioci inwards and outwards. This creep gives rise to an internal hemmed lip 13 which penetrates progressively, during the friction operation, into the inclined groove 6 and also to an external hemmed lip 14 which gradually develops towards the outside.
Lorsque la livre ourlée interne 13 obtenue par friction a atteint une grandeur suffisante, on procède a une opération de forgeage en appliquant une très forte pression axiale au corps tubulaire 2, en direction du fond 1. Cette opération de forgeage permet de faire fluer dans la gorge 6 une partie plus importante du métal qui s'est trouvé échauffé par suite de l'opération de friction, ce métal chaud remplissant alors la totalité de la gorge 6 comme il apparait sur la figure 3. When the internal hemmed book 13 obtained by friction has reached a sufficient size, a forging operation is carried out by applying a very high axial pressure to the tubular body 2, in the direction of the bottom 1. This forging operation makes it possible to creep into the groove 6 a larger part of the metal which has been heated as a result of the friction operation, this hot metal then filling the entire groove 6 as it appears in FIG. 3.
Tout de suite après on procède b une élimination de la lèvre ourlée externe 14, par ébavurage, pour obtenir finalement les deux pièces 1 et 2 assemblées d'une façon parfaite, par imbrication mutuelle, comme il est illustré sur la figure 4. Immediately afterwards, the external hemmed lip 14 is removed by deburring, to finally obtain the two parts 1 and 2 assembled in a perfect manner, by mutual nesting, as illustrated in FIG. 4.
Le procédé suivant l'invention peut être utilisé pour la fabrication de n'importe quel corps creux de révolution et notamment de bouteilles et réservoirs b haute pression. La figure 5 illustre la façon dont un réservoir haute pression peut être fabriqué au moyen de trois pièces assem- blées entre elles à savoir un fond inférieur 1 qui peut être convexe ou concave, un corps tubulaire 2 formant une virole intermédiaire et une ogive supérieure 3. Le corps tubulaire 2 est raccordé au fond 1 par friction comme il a été décrit précédemment et il est également assemblé avec l'ogive supérieure 15, le long de se surface d'accostage supérieure 16 de la même façon. The process according to the invention can be used for the manufacture of any hollow body of revolution and in particular of high pressure bottles and tanks. FIG. 5 illustrates the way in which a high pressure tank can be manufactured by means of three parts assembled together, namely a lower bottom 1 which can be convex or concave, a tubular body 2 forming an intermediate ferrule and an upper warhead 3 The tubular body 2 is connected to the bottom 1 by friction as it was described previously and it is also assembled with the upper warhead 15, along its upper docking surface 16 in the same way.
La figure 6 illustre l'assemblage, avec le fond 1, d'une paroi tubulaire interne additionnelle 17 délimitant avec le corps tubulaire externe 2, un volute intermédiaire 18 pouvant servir d'enceinte contenant un gaz liquéfié pour assurer la réfrigération du produit contenu à l'intérieur du réservoir ainsi obtenu. FIG. 6 illustrates the assembly, with the bottom 1, of an additional internal tubular wall 17 delimiting with the external tubular body 2, an intermediate volute 18 which can serve as an enclosure containing a liquefied gas to ensure the refrigeration of the product contained in inside the tank thus obtained.
La figure 7 illustre une variante d'exécution du procédé suivant l'invention dans laquelle le fond 1 présente une gorge 19 inclinée vers 1 l'extérieur et qui est formée dans une surépaisseur annulaire 21 du fond 1. Dans ce cas, le logement annulaire délimité par la surface d'accostage 4 est prévu sur la périphérie interne du fond 1 et il est délimité par une surface cylindrique 22 dont le diamètre correspond au diamètre eterne du corps tubulaire 20 FIG. 7 illustrates an alternative embodiment of the method according to the invention in which the bottom 1 has a groove 19 inclined towards the outside and which is formed in an annular excess thickness 21 of the bottom 1. In this case, the annular housing delimited by the docking surface 4 is provided on the internal periphery of the bottom 1 and it is delimited by a cylindrical surface 22 whose diameter corresponds to the external diameter of the tubular body 20
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