FR2838991A1 - Procede de rainurage de l'alesage d'un tube et porte outil de rainurage. - Google Patents

Procede de rainurage de l'alesage d'un tube et porte outil de rainurage. Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé de réalisation de rainures 3 alternativement concaves et convexes régulièrement réparties à l'intérieur d'un tube 1.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 manoeuvre à l'aide d'un moyen de liaison, les différents outils d'ébauche étant mis en oeuvre 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.

Description

vent ajoutes.
Le secteur technique de la presente invention est celui des procedes de mise en forme et de rainurage de la paroi interne des tubes, et plus particulierement des tubes d'echangeurs thermiques realises en materiau a hautes
s caracteristiques mecaniques.
On connait, notamment par le brevet US4294568, un procede de brochage de rainures sur la paroi externe d'un cylindre. Selon ce procede, on realise un brochage simultane de deux rainures adjacentes, une avec un outil d'ebauche et 1lautre avec un outil de finition. L'outil d'ebauche presente un profil etage et l'outil de finition epouse le profil final de la rainure. Si ce procede permet d'effectuer des rainures ayant un profil complexe, il n'est pas adaptable a la realisation de facon simple et rapide
d'un rainurage complexe sur la paroi interne d'un tube.
On connait egalement par le brevet US4411569 un procede de brochage des rainures d'un tube d'arme dans lequel plusieurs broches vent liees axialement a une tige tout en etant libre en rotation. La traction de la tige entraine l'usinage des rainures. Chaque broche presente un profil different, la premiere broche assurant un usinage d'ebauche et la derriere l'usinage de finition. L' inconvenient de ce procede est qu'il ne peut realiser qu'un profil de rainure simple. Il n'est pas utilisable pour realiser un profil de rainure complexe couvrant toute la surface interne du tube et comprenant une succession de profile concaves et convexes. Le but de la presente invention est de realiser de facon economique un profil interne d'un tube et notamment d'un tube metallique a hautes caracteristiques mecaniques, en acier refractaire par exemple, ayant une forme complexe comprenant notamment une succession de rainures a profil
concave separees par des profile convexes.
L' invention a done pour objet un procede de realisation de rainures alternativement concaves et convexes regulierement reparties a l'interieur d'un tube, procede caracterise en ce qutil comprend au moins une etape de brochage simultane de ['ensemble des rainures du tube a ['aide d'au moins un outil d'ebauche et/ou au moins un outil de finition, outils rendus solidaires d'une barre de maneuvre a l' aide d'un moyen de liaison, les differents outils d'ebauche etant mis en muvre successivement et presentant un profil convexe permettant d'approcher progressivement le profil concave des rainures, au moins un outil de finition presentant un profil concave pour
realiser le profil convexe des rainures.
Suivant une mise en muvre du procede, au moins un outil d'ebauche ou de finition presente au moins une plaquette permettant de realiser le profil concave ou convexe des rainures. Chaque plaquette realisant le profil concave pourra avantageusement etre circulaire et aura pour rayon le rayon
de la rainure qu'elle doit usiner.
Suivant une autre mise en muvre du procede, au moins un
outil d'ebauche ou de finition est monobloc.
La barre pourra comporter des portees de guidage par
rapport au tube.
Une application du procede vise la realisation de rainures a l'interieur d'un tube de diametre inferieur ou egal a 38 mm, chaque outil d'ebauche et de finition etant monobloc. Une autre application du procede vise la realisation de rainures a l'interieur d'un tube de diametre superieur a 38mm, chaque outil d'ebauche et de finition portent des
plaquettes de coupe rapportees.
Une autre application du procede vise la realisation de rainures longitudinales l'interieur d'un tube ou la barre est entrainee uniquement en translation ou bien la realisation de rainures helicoidales ou la barre est
entrainee en translation et en rotation.
L' invention concerne egalement un porte-outil pour la realisation de rainures a l'interieur d'un tube, porte coutil comprenant au moins deux outils couteaux solidaires d'une barre et separes deux a deux par au moins une entretoise. Selon une caracteristique, les entretoises se
presentent sous la forme de tubes lisses.
Selon une autre caracteristique, chaque entretoise comprend un tube portent des palettes radiales delimitant
entre elles des logements.
sLes 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 procede selon l' invention reside dans sa capacite a realiser un profil interne ayant
une forme complexe.
Un autre avantage reside dans 1 T aptitude a rainurer des
tubes de longueur importante de l'ordre de 2 a 6 m.
Un autre avantage reside dans le fait que le procede
permet de realiser de facon economique le profil recherche.
D'autres caracteristiques, details et avantages de
l' invention ressortiront plus clairement de la description
donnee ci-apres a titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels: - la figure 1 represente le profil de rainurage d'un tube obtenu avec le procede selon ['invention, - la figure 2 represente schematiquement une machine outil permettant de mettre en uvre le procede selon l' invention, - la figure 3 est une coupe qui illustre la realisation d'un porte-outil, - la figure 4 illustre un autre mode de realisation du porte-outil, - la figure 5 est une coupe transversale d'un porte outil conforme a la figure 4, - la figure 6 represente une vue d'une entretoise utilisee dans ['invention, - les figures 7 a 9 montrent differents outils couteaux
possibles.
Sur la figure 1, on a represente partiellement un tube 1, par exemple le tube metallique d'un echangeur thermique a hautes caracteristiques mecaniques, en acier refractaire par exemple. Ce tube 1 est prealablement perce suivant un profil 2 sensiblement cylindrique. Le profil final de rainurage recherche comporte une succession de rainures 3 a
profil concave separees par des sommets 4 a profil convexe.
s Le profil global obtenu selon l' invention a pour particularite de couvrir toute la surface interne du tube 1. Les rainures 3 et les sommets 4 presentent ici un profil circulaire de rayon R. La profondeur maximale X de la rainure est inferieure ou egale a 2R. Il est bien entendu possible de realiser des profile avec un rayon different
pour les rainures concaves et convexes.
Il va de soi que les rainures 3 peuvent etre realisees suivant une generatrice du tube avec un angle nul ou different de zero par rapport a la generatrice, pour se presenter droite ou helicoidale. Dans le premier cas, l'outil est anime 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 inclinees d'un angle egal a 1langle de la rainure
helicoidale par rapport a la generatrice du tube.
La figure 2 montre schematiquement une machine outil
permettant de mettre en muvre le procede selon ['invention.
La machine comprend un bane 6 sur lequel est bride le tube cylindrique 1 a rainurer. Ce bane comporte une barre 5 reliee a une tete 8 porte-barre de la machine qui permet de firer un porte outil 9 multicouteaux au travers du tube 1 pre-alese cylindriquement. Le porte outil multi couteaux 9 est attache a la barre 5 liee a la tete porte barre 8 a ['aide d'un moyen de liaison rapide 10. Le porte outil multi couteaux 9 comporte au moins un outil couteau d'ebauche 11 et un outil couteau de finition 12 pour
realiser les rainures 3 du tube 1.
Le porte outil 9 comporte egalement des outils couteaux intermediaires 13 et 14 permettant de passer de l'ebauche a 3s la finition. Bien entendu, les autres composants de la machine vent connus, notamment les moyens pour firer l'outil 9 et il n'est pas necessaire de les decrire plus completement. Sur la figure 3, on a represente un premier mode de realisation d'un porte outil 9 multicouteaux, par exemple portent des outils couteaux d'ebauche. Celui-ci comporte a titre d'exemple trots outils couteaux 15 munis chacun de s plusieurs plaquettes 16. Chaque couteau 15 est rendu solidaire en rotation de la barre 5 a ['aide d'une clavette 17. Les couteaux 15 vent egalement lies en translation par des entretoises 18 sous forme de tubes lisses, et ['ensemble est dispose entre deux portees de guidage/centrage 19 et 20. Un ecrou 21 assure le blocage
audit ensemble par rapport a la barre 5.
La premiere portee de guidage/centrage 19 est formee par une partie prolongeant la barre 5, la seconde portee 20 est formee par une bague. Les portees 19 et 20 presentent un diametre exterieur sensiblement egal au diametre initial du tube 1. Ces deux portees assurent le guidage du porte outil 9 dans le tube a rainurer. De facon connue, de l'huile de coupe est injectee par exemple au travers de la barre 5 et des entretoises 18 par des trous non
representes.
Un autre mode de realisation est illustre sur les figures 4, 5 et 6. Dans ce mode de realisation, les entretoises lisses vent remplacees par des entretoises 22 qui comprennent un tube portent des palettes radiales 24 2s delimitant entre elles des logements 25. Chaque logement recoit les copeaux usines par la plaquette ou le profil coupant de l'outil qui est dispose entre les deux palettes
delimitant le logement.
On evite ainsi que les copeaux engendres pendant le rainurage ne viennent staccumuler en partie basse du tube 1 et ne viennent degrader la surface de celui cf. Les entretoises 22 vent positionnees angulairement par rapport a l'outil 9 par des clavettes 31 de telle facon que chaque plaquette ou profil coupant de l'outil soit dispose 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 profile convexes et elles
delimiteront des logements 25 pour recevoir les copeaux.
Dans ce mode de realisation, on a prevu autant de palettes 24 que de rainures. Il va sans dire que le nombre S de palettes pourrait etre reduit. La longueur L de l'entretoise 22 depend de la longueur d'alesage a rainurer et du nombre d'outils couteaux 15 fixes sur la barre 5, ce
que lthomme du metier determinera aisement.
Les figures 7 a 9 montrent differents outils couteaux susceptibles d'etre utilises dans l' invention selon une vue
superieure en section et une vue inferieure en coupe.
Lloutil 26 represente sur figure 7 est un couteau d'ebauche equipe de 8 plaquettes 16 circulaires convexes en carbure de tungstene et presentant un logement 27 de clavette. Ces s plaquettes 16 permettent de realiser les formes concaves de
la rainure 3.
L'outil 28 represente sur la figure 8 est un outil
couteau de finition 15 equipe de 8 plaquettes concaves 29.
Ces plaquettes 29 permettent de realiser les formes convexes 4 du rainurage. L'outil 28 presente comme precedemment un logement 27 destine a recevoir une clavette. Dans tous les cas les plaquettes 16, 29 vent fixces par un moyen classique non represente (par exemple par vissage) 2s Les couteaux selon les figures 7 et 8 vent preferentiellement utilises pour le rainurage des tubes de diametre interieur important, par exemple superieur a 38 mm. La figure 9 represente un couteau monobloc 30 utilisable preferentiellement pour le rainurage des tubes
de petit diametre, par exemple inferieur a 38mm.
L'Homme du Metier determinera aisement le nombre d'outils couteaux a monter sur la barre 5 en fonction de la capacite en traction de la machine outil, des caracteristiques mecaniques du materiau du tube (usinabilite) et de la surface de copeau enlevee a chaque passe. A titre d'exemple une machine developpant 7 tonnes de
traction peut firer de 1 a 6 outils.
En fonction de la geometric du tube a usiner (diametre initial, profondeur et nombre de rainures) on sera amene a mettre en uvre des porte outils incorporant un nombre plus ou moins important d'outils couteaux et de natures
differentes (ebauche ou finition, concave ou convexe).
On pourra ainsi pour un tube portent des rainures de faible profondeur (inferieure ou egale a 5 mm) utiliser un porte outil assurant en un seul passage l'ebauche et la finition. Les premiers outils couteaux portes par ce porte outil seront des outils couteaux d'ebauche pour le profil concave, les derniers outils couteaux seront des outils de
finition pour le profil convexe.
Pour un tube presentant des rainures de pro fondeur plus importante (superieure a 5 mm), plusieurs montages de porte outils seront necessaires. Les premieres passes d'usinage seront realisees avec des porte-outils ne portent que des
outils couteaux d'ebauche pour le profil concave.
Les derrieres passes seront realisees avec des porte outils ne portent que des outils (ebauche puis finition)
usinant les profile convexes.
A titre d'exemple, pour realiser un alesage rainure tel que represente sur la figure 1 (8 rayures de 5 mm de rayon pour une profondeur X de 10 mm realisees dans un tube ayant un alesage lisse de 40mm de diametre), on prevoira 100 outils couteaux portent chacun des plaquettes de rayon 5 mm, outils couteaux dont les positions relatives des plaquettes seront deplacees radialement les unes par rapport aux autres de facon a assurer un pas d'usinage de
O. 1 mm au rayon entre deux couteaux successifs.
Le profil final sera obtenu, a partir du tube lisse initial, par 50 passages d'un porte-outil 9 comportant 1 a 6 outils couteaux ayant des diametres de coupe relatifs
croissants d'une extremite a l'autre de la barre.
L'Homme du Metier choisira le nombre d'outils compatibles avec la puissance de la machine tirant la barre
porte outils.
On notera par exemple que pour les premieres passes d'usinage une faible surface de copeaux est deroulee par chaque outil couteau, le nombre dloutils du porte-outil
pourra done etre maximal.
Pour les derrieres passes, une surface de copeau importante est retiree a chaque passe, l' effort demande a la machine est plus important et on reduira done le nombre
d'outils portes par la barre de traction.
L'usinage des formes convexes sera obtenu apres usinage du profil concave par le passage d'un train equipe de 4 outils de forme concave et ayant des diametres de coupes relatifs qui vent croissants d'une extremite a l'autre de
la barre 5.
Avantageusement, on peut commander le deplacement de la barre 5 en translation de maniere a realiser des rainures 3 longitudinales ou bien commander la barre en translation et
en rotation de facon a realiser des rainures helicoidales.
Le pas des rainures ainsi obtenues depend de la vitesse de rotation de la barre par rapport a son avance. Ce type de rainure peut etre facilement realise a ['aide d'une commande numerique qui recevra une programmation appropriee du rapport de la vitesse de rotation de la barre sur sa
vitesse d'avance.

Claims (13)

REVEND I CAT IONS
1. Procede de realisation de rainures (3) alternativement concaves et convexes regulierement reparties a 1linterieur dlun tube (1), caracterise en ce qulil comprend au moins une etape de brochage simultane de 1lensemble des rainures du tube a 1laide d'au moins un outil dlebauche et/ou au moins un outil de finition, outils rendus solidaires dlune barre de manuvre (5) a 1laide dlun moyen de liaison (17), les differents outils dlebauche etant mis en muvre successivement et presentant un profil convexe permettant dlapprocher progressivement le profil concave des rainures, au moins un outil de finition presentant un profil concave pour realiser le profil
convexe des rainures.
1S 2. Procede de realisation de rainures a l'interieur dlun tube selon la revendication 1, caracterise en ce qulau moins un outil (15) d'ebauche ou de finition presente au moins une plaquette (16) permettant de realiser le profil
concave (3) ou convexe des rainures.
3. Procede de realisation de rainures a l'interieur dlun tube selon la revendication 2, caracterise en ce que chaque plaquette realisant le profil concave est circulaire
et a pour rayon le rayon de la rainure qu'elle doit usiner.
4. Procede de realisation de rainures selon la revendication 1, caracterise en ce qu'au moins un outil
d'ebauche ou de finition (30) est monobloc.
5. Procede de realisation de rainures a l'interieur
dlun tube selon une des revendications 1 a 4, caracterise
en ce que la barre (5) comporte des portees de guidage
(19,20) par rapport au tube (1).
6. Application du procede de realisation de rainures a 1linterieur dlun tube selon l'une quelconque des
revendications precedentes, caracterise en ce que, pour un
tube de diametre inferieur ou egal a 38mm, chaque outil
dlebauche et de finition est monobloc.
7. Application du procede de realisation de rainures a l'interieur d'un tube selon l'une quelconque des
revendications 1 a 5, caracterise en ce que, pour un tube
de diamAtre supArieur 38mm, chaque outil d'Abauche et de
finition porte des plaquettes de coupe rapportes.
8. Application du procAdA selon 1'une quelconque des
revendications 1 5 la rbalisation de rainures
longitudinales l'intArieur dion tube, caractArisA en ce que
la barre (5) est entralnAe uniquement en translation.
g. Application du procAdA selon 1'une quelconque des
revendications 1 5 la rdalisation de rainures
hAlicoidales, caractAris en ce que la barre (5) est
]o entrainde en translation et en rotation.
10. Porte outil pour la rdalisation de rainures
l'intArieur d'un tube selon le procAdA des revendications 1
, caractArisA en ce qu'il comporte au moins deux outils couteaux (15) solidaires dinne barre (5) et sAparAs deux
deux par au moins une entretoise (18, 22).
11. Porte outil selon la revendication 10, caractArisA
en ce que les entretoises (18) vent des tubes lisses.
12. Porte outilbelon la revendication 10, caractArisA en ce que chaque entretoise (18) comprend un tube portent des palettes (24) radiales dAlimitant entre elles des
logements (25).
13. Porte outil selon la revendication 12, caractArisA en ce que les palettes (24) radiales ont une lrgeur telle qu'elles viennent en contact avec la surface interne du
tube avant usinage des rainures.
14. Porte outil selon une des revendications 12 ou 13,
caractAri sA en ce que chaque entreto i se es t sol idai re en
rotation de la barre (5).
15. Porte outil selon l'une quelconque des
JO revendications 10 14, caractris en ce qu'il comporte au
moins deux outils couteaux prAsentant au moins un profil convexe. I6. Porte outil selon l'une quelconque des
revendications 10 15, caractArisA en ce qu'il comporte au
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