FR3095357A1 - Machine de mise en forme d’un élément tubulaire - Google Patents

Abstract

Machine de mise en forme d’un élément tubulaire L’invention concerne une machine de mise en forme d’un élément tubulaire, comprenant un actionneur (3) apte à déplacer un outil (4) en translation selon une première direction (D1), où une interface de l’actionneur (3) et une interface de l’outil (4) présentent, dans un plan de coupe comprenant la première direction (D1), des profils complémentaires comportant au moins une première portion (7) et au moins une deuxième portion (8) sécantes à la première direction (D1) et de normales de sens opposés, de manière à permettre une transmission d’un effort selon la première direction (D1) dans les deux sens et un changement de l’outil (4) par une translation relative selon une deuxième direction (D2) perpendiculaire à la première direction (D1). Figure pour l'abrégé : Figure 5

Description

Machine de mise en forme d’un élément tubulaire

L’invention concerne le domaine des machines de mise en forme d’élément tubulaire. Ces machines encore dénommées machine de « sizing » en anglais sont utilisées, par exemple dans l’automobile pour réaliser des composants, tels des filtres catalytiques, au moyen d’une succession de différentes opérations de mise en forme, appliquées à un élément sensiblement tubulaire.

Tel qu’illustrées à la figure 1, ces opérations peuvent être multiples et comprennent principalement des opérations d’élargissement ou de rétreint, agissant sur la section diamétrale, sur tout ou partie de la longueur de l’élément tubulaire. La fabrication d’un composant, à partir d’un élément tubulaire, nécessite plusieurs opérations, selon un nombre et dans un ordre pouvant varier d’un composant à l’autre.

Ces opérations ont toutes en commun un mouvement rectiligne mobilisant un outil relativement à un élément tubulaire.

Les machines de mise en forme actuelles sont capables de réaliser au moins une opération, parmi celles illustrées, mais il n’existe pas de machine verticale de mise en forme capable de réaliser à la fois une opération d’élargissement et une opération de rétreint. Ceci nuit gravement à la versatilité d’une machine et nécessite d’organiser une chaîne de production autour d’une machine spécifique.

Le problème est principalement lié à une incompatibilité des interfaces des outils entre l’élargissement et le rétreint. Ceci est envisageable pour des machines horizontales, mais devient difficile pour des grandes longueurs d’élément tubulaire (au-delà de 250 mm), du fait de portées augmentées en relation avec la gravité.

Pour résoudre cet inconvénient, l’invention a pour objet une disposition permettant de réaliser un changement d’outil de manière particulièrement simple et efficace.

L’invention concerne une machine de mise en forme d’un élément tubulaire, comprenant un actionneur apte à déplacer un outil en translation selon une première direction, où une interface de l’actionneur et une interface de l’outil présentent, dans un plan de coupe comprenant la première direction, des profils complémentaires comportant au moins une première portion et au moins une deuxième portion sécantes à la première direction et de normales de sens opposés, de manière à permettre une transmission d’un effort selon la première direction dans les deux sens et un changement de l’outil par une translation relative selon une deuxième direction perpendiculaire à la première direction.

Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont :

• une interface intérieure parmi l’interface de l’actionneur et l’interface de l’outil présente une forme mâle, avantageusement de révolution relativement à la première direction et une interface extérieure parmi l’interface de l’actionneur et l’interface de l’outil présente une forme femelle entourant la forme de la première interface, sauf sur au moins une découpe selon la deuxième direction de la première interface sur la deuxième interface,

• la première direction est verticale,

• un outil comprend une partie fixe et une partie mobile relativement à la partie fixe selon la première direction, et un moyen d’immobilisation de la partie mobile relativement à la partie fixe en une position de référence,

• la machine comprend encore une platine de consignation apte à accueillir le moyen d’immobilisation lorsqu’il est retiré de l’outil, la consignation du moyen d’immobilisation sur la platine de consignation étant nécessaire pour autoriser un mouvement de l’actionneur,

• la machine comprend encore un moyen de verrouillage apte à sélectivement immobiliser la partie fixe de l’outil relativement au reste de la machine,

• un outil comprend encore un moyen d’identification et la machine comprend encore un moyen de lecture apte à lire le moyen d’identification,

• une distance entre la première direction et un côté de la machine par laquelle la machine est alimentée en élément tubulaire est inférieure à 500 mm, préférentiellement comprise entre 150 et 500 mm.

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d’exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles :

représente, en vue coupée, différents dispositifs permettant différentes opérations de mise en forme ;

représente différents profils d’interface illustratifs,

représente, en vue de profil, un mode de réalisation de l’interface de l’outil,

représente, en vue de profil, un mode de réalisation de l’interface de l’actionneur,

représente, en vue perspective, l’interface de l’outil engagée dans l’interface de l’actionneur,

représente, en vue perspective, une machine prête à accueillir un outil,

représente, en vue perspective, une machine avec un outil en place,

représente, en vue de profil, une machine et un chariot lors d’un changement d’outil.

A la Figure 1, sont représentés dix exemples illustratifs de dispositif de mise en forme O1-O10. O1 permet d’élargir partiellement l’élément tubulaire 2, à son extrémité. Il en est de même pour O7. O8 permet d’élargir l’élément tubulaire 2 sur toute sa longueur. O1, O7, O8 sont des dispositifs d’élargissement. O2 permet de rétreindre l’élément tubulaire 2 sur toute sa longueur. Il en est de même pour O9. O3 permet de rétreindre partiellement l’élément tubulaire 2, à son extrémité. Il en est de même pour O4 et O6. O2, O3, O4, O6 et O9 sont des dispositifs de rétreint. O5 est un autre dispositif permettant de mettre en forme la face extrémale de l’élément tubulaire 2. O10 est un autre dispositif permettant de percer un trou dans la paroi latérale de l’élément tubulaire 2.

Il est entendu dans la présente qu’un élément tubulaire 2 présente une section quelconque. Cette section peut être circulaire, ovale, trapézoïdale, écran de télévision (rectangle avec coins et/ou bords arrondis), piste de course, ou autre. La dimension de sa section est typiquement comprise entre 70 et 400 mm.

Dans tous les cas il est appliqué un effort selon une première direction D1 rectiligne, ici verticale, de bas en haut. Un outillage différent est nécessaire pour réaliser chaque type d’opération. Aussi, afin de disposer d’une machine versatile, facilitant une reconfiguration d’un atelier de fabrication pour un nouveau produit, il convient de pouvoir changer d’outil 4.

Le principe de certains outils de mise en forme est basé sur des éléments ou lames disposées de manière axisymétrique. Il est ainsi possible d’adapter le nombre de lames à la forme souhaitée de profil de l’élément tubulaire 2.

Une machine 1 de mise en forme d’un élément tubulaire 2 selon l’invention comprend un actionneur 3 apte à déplacer un outil 4 en translation selon une première direction D1. Afin de pouvoir simplement réaliser un changement d’outil 4, une interface de l’actionneur 3 et une interface de l’outil 4 présentent des formes complémentaires.

Ces formes sont telles qu’elles permettent de transmettre un effort selon la première direction D1, préférentiellement dans les deux sens. Ces formes permettent encore de sélectivement engager/dégager une des formes relativement à l’autre par une translation selon une deuxième direction D2 sensiblement perpendiculaire à la première direction D1.

Pour cela, tels qu’illustrés par trois exemples à la figure 2, dans un plan de coupe comprenant la première direction D1, les profils 5, 6 respectifs de l’interface de l’outil 4 et de l’interface de l’actionneur 3 sont complémentaires et comportent au moins une première portion 7 et au moins une deuxième portion 8 sécantes à la première direction D1. La normale moyenne à la première portion 7 et la normale moyenne à la deuxième portion 8 sont de sens opposés, tant pour l’outil 4 que pour l’actionneur 3. Les normales sont figurées par les flèches et sont représentées rentrantes pour plus de clarté. Ainsi les premières portions 7 respectives s’opposent lors d’un déplacement selon la première direction D1 selon un premier sens et permettent une transmission d’un effort selon ce premier sens. A contrario les deuxièmes portions 8 respectives s’opposent lors d’un déplacement selon la première direction D1 selon un deuxième sens et permettent une transmission d’un effort selon ce deuxième sens, opposé au premier.

Les portions 7 et 8 ne sont pas nécessairement symétriques, telles que représentées. Elles peuvent être courbes ou rectilignes. Selon un mode de réalisation préféré, les portions 7, 8 sont avantageusement perpendiculaires à la première direction D1 afin d’offrir la meilleure transmission d’effort.

La surface décrite par l’une des portions est avantageusement dimensionnée en fonction de l’effort à transmettre. Il apparait une grande différence d’effort à transmettre en fonction du sens. Ainsi dans un premier sens, où l’outil 4 travaille un effort important est nécessaire. Au contraire dans le second sens, servant à retirer/réarmer l’outil 4, un effort bien moindre est nécessaire. Il s’ensuit que la taille de la surface de transmission peut être adaptée en conséquence. Ainsi, en référence à la figure 3, la surface en bout issue de la portion 8, bien plus grande, est utilisée en poussée pour transmettre l’effort de formage. La surface annulaire issue de la portion 7, plus réduite, est utilisée pour transmettre un effort permettant le retour de l’outil 4.

Les formes respectives des sections 5, 6 peuvent être très variées. Les formes des interfaces peuvent être obtenues en faisant décrire aux sections 5, 6 un mouvement, par exemple rectiligne ou encore circulaire. D’autres contraintes peuvent apparaitre. Ainsi si le mouvement est circulaire, la forme est de révolution. Il convient alors que les sections 5, 6 présentent des dessins emboitables ou « démoulables ». Ainsi les sections 5, 6 de l’exemple central sont applicables à un mouvement rectiligne, les deux interfaces étant engagées par glissière. Cependant cet exemple central n’est pas « démoulable » et ne peut être appliqué à une forme de révolution.

Selon un mode de réalisation, une interface 3, 4 parmi l’interface de l’actionneur 3 et l’interface de l’outil 4 présente une forme mâle, avantageusement de révolution relativement à la première direction D1 et est dite interface intérieure. L’autre interface, dite interface extérieure 4, 3, présente une forme femelle entourant la forme de l’interface intérieure 3, 4. Ceci est plus particulièrement visible aux figures 3 et 4 qui présentent un mode possible de réalisation.

Pour permettre une translation relative selon la deuxième direction D2, l’interface parmi celle de l’outil 4 ou celle de l’actionneur 3 qui est extérieure à l’autre, soit l’interface extérieure, est interrompue au moins sur une découpe 9 selon la deuxième direction D2 de l’interface intérieure sur l’interface extérieure. Ceci est plus particulièrement visible à la figure 5 qui montre une interface intérieure male, ici de l’outil 3, engagée dans une interface extérieure femelle, ici de l’actionneur 4. La forme de l’interface extérieure 4 est découpée, ici par un plan parallèle à D1 et sensiblement diamétral, de manière à faire apparaître une découpe 9 de même forme qu’une projection selon D2 de la forme de l’interface de l’outil 4, afin de permettre une sortie et/ou une entrée de l’interface de l’outil 3 par une translation selon D2.

Selon une caractéristique avantageuse, la première direction D1 est verticale. Jusqu’à présent, la majorité des machines de mise en forme d’élément tubulaire travaillent selon une direction horizontale. Ceci entraîne de manière préjudiciable des problèmes d’alignement ou de flambage dès que l’élément tubulaire 2 présente une longueur importante. De plus, ceci conduit à une emprise au sol de la machine nettement plus importante. Aussi l’adoption d’une direction D1 verticale permet d’améliorer ces deux points. De plus la gravité peut être mise à profit pour mettre en place ou retirer un élément tubulaire 2 ou encore pour faciliter l’opération ou le retour d’un outil 4. A l’échelle d’une unité de fabrication le gain de place obtenue par cette réduction d’emprise est important.

Aux figures 6 et 7, une machine 1 selon un mode de réalisation possible est représentée vue de l’arrière, du côté par lequel s’effectue le changement d’outil. Selon une caractéristique avantageuse, l’alimentation de la machine 1 en élément tubulaire 2 s’effectue, que ce soit par un opérateur ou par un moyen automatique, tel un robot ou tout autre moyen de transfert, du côté opposé. Cette caractéristique est particulièrement avantageuse en termes d’ergonomie et de sécurité. De plus elle permet de réduire le temps mort nécessaire avant une reprise de fabrication suite à un changement d’outil.

La machine 1 selon l’invention comprend encore un premier moyen glissière 10, 11, par exemple sous forme d’une paire de règles verticales et d’une paire de tables à bille horizontales, d’axe parallèle à la deuxième direction D2. Ce moyen glissière 10, 11 coopère avec un plan de l’outil 4, de manière à supporter l’outil 4 et surtout à permettre un déplacement de l’outil 4 aisé et guidé selon D2, lors d’un changement d’outil.

Tel que plus particulièrement visible à la figure 7, un outil 4 comprend une partie fixe 12 et une partie mobile 13 relativement à la partie fixe 12. Cette mobilité s’effectue selon la première direction D1, par exemple au moyen d’au moins un moyen de guidage en translation et permet d’opérer la mise en forme de l’élément tubulaire 2. La partie fixe 13 est avantageusement utilisée, en relation avec le premier moyen glissière 10, 11 pour déplacer l’outil 4. Afin de pouvoir aisément déplacer l’outil 4 lors d’un changement d’outil, il est utile d’immobiliser la partie mobile 13 relativement à la partie fixe 12. Aussi, l’outil 4 comprend avantageusement un moyen d’immobilisation 14 de la partie mobile 13 relativement à la partie fixe 12. Cette immobilisation est avantageusement réalisée en une position de référence, prédéterminée et dans laquelle la machine 1 peut placer l’actionneur 3 de manière à permettre l’engagement de l’interface de l’outil 4 avec l’interface de l’actionneur 3. Ce moyen d’immobilisation 14 peut être à titre indicatif un frein ou préférentiellement une goupille bloquant ledit au moins un moyen de guidage de la partie mobile 13.

Avantageusement le moyen d’immobilisation 14 est un élément amovible telle une goupille.

Selon une caractéristique, la machine 1 comprend encore avantageusement une platine de consignation 15. Cette platine de consignation 15 est apte à accueillir ledit élément amovible du moyen d’immobilisation 14 lorsqu’il est retiré de l’outil 4. Ainsi, la consignation du moyen d’immobilisation 14 sur la platine de consignation 15 est avantageusement requise pour autoriser un mouvement de l’actionneur 3. La consignation permet ici de ne pas tenter de mobiliser la partie mobile 13 en agissant sur l’actionneur 3, alors même qu’elle est immobilisée. L’actionneur 3 est par exemple mis en mouvement au moyen d’un moteur rotatif 23 et d’un dispositif à vis.

Il a été vu que l’outil 4 est mobile selon la deuxième direction D2. De plus l’engagement mutuel de l’interface outil 4 avec l’interface actionneur 3 n’est pas verrouillé. Aussi selon une autre caractéristique, la machine 1 comprend avantageusement un moyen de verrouillage 21, 22. Ce moyen est commandable entre un état verrouillé dans lequel il immobilise la partie fixe 12 de l’outil 4 relativement au reste de la machine 1, de manière à permettre une opération de l’outil 4 pour une mise en forme, et un état déverrouillé où l’outil 4 est mobile et peut être changé. Selon un mode de réalisation, tel qu’illustré aux figures 6, 7, ce moyen de verrouillage 21, 22 comprend au moins un vérin, par exemple hydraulique, actionnant un levier de manière à pincer la partie fixe 12 contre la glissière 10, 11 et/ou la table de la machine 1, de manière à réaliser un bridage.

Afin de faciliter la gestion des outils, selon une autre caractéristique, un outil 4 comprend encore un moyen d’identification 16. La machine 1 comprend alors avantageusement un moyen de lecture 17 apte à lire le moyen d’identification 16. Selon un mode de réalisation, le moyen de lecture 17 est solidaire du bâti de la machine 1 et est disposé de manière à se retrouver en regard de la partie fixe 12, lorsque l’outil 4 est en position de travail, en place dans la machine 1.

Un moyen de lecture 17 est présent sur chaque machine 1. Il est encore possible de disposer un moyen de lecture 17 à tout autre endroit utile, tel un magasin d’outil.

Les moyens d’identification 16 et de lecture 17 complémentaires peuvent être RFID (identification radio fréquence ou en anglais : Radio Frequency IDentification) selon un mode de réalisation. Selon un autre mode de réalisation, plus particulièrement illustré aux figures 6, 8, le moyen d’identification 16 peut être une combinaison d’aiguilles dont la présence ou l’absence est détectable par des capteurs correspondant d’un lecteur. Ainsi le mode de réalisation illustré présente 4 détecteurs et permet de coder 24 soit 16 outils différents.

Un outil 4 est un dispositif lourd, pesant de l’ordre de 200 kg. Aussi selon une caractéristique, une machine 1 comprend encore un chariot 18 mobile. Cette mobilité permet de déplacer un outil 4 depuis ou vers un endroit de stockage, telle un magasin d’outil, depuis ou vers une machine 1, ou encore d’une machine à une autre.

Tel qu’illustré à la figure 8, un tel chariot 18 est conformé pour venir au contact de la machine 1. Il dispose avantageusement d’un moyen de verrouillage ou d’arrimage à cette dernière dans cette position au contact. Il comprend une table en regard, à la même hauteur que la table de la machine 1. Le chariot 18 comprend avantageusement un deuxième moyen glissière 19, 20 similaire au premier moyen glissière 10, 11. Ce moyen 19, 20, lorsque le chariot 18 est au contact et éventuellement arrimé au reste de la machine 1, se trouve en regard du premier moyen glissière 10, 11. Ceci permet un transfert aisé de l’outil 4 de ou vers la table de la machine 1.

Selon une autre caractéristique, la machine 1 est conformée de telle manière à présenter une distance de chargement, soit une distance entre la première direction D1, coïncidant avec l’axe de travail de l’outil, et le côté de la machine 1 par laquelle elle est alimentée en élément tubulaire 2, inférieure à 500 mm. Ceci permet avantageusement à un opérateur, lors d’un chargement manuel d’élément tubulaire 2, de s’approcher suffisamment pour réaliser le chargement avec aisance. De préférence, cette distance de chargement est comprise entre 150 et 500 mm.

L’invention concerne encore un procédé de retrait d’outil 4 sur une machine 1 selon l’un quelconque des modes de réalisation précédemment décrits, comprenant les étapes suivantes. Au cours d’une première étape, l’actionneur 3 est déplacé de manière à placer l’outil 4 en position de référence. Dans cette position de référence, l’outil 4 (sa partie mobile 13) peut être immobilisé au moyen du moyen d’immobilisation 14, au cours d’une deuxième étape. Pour ce faire, le moyen d’immobilisation 14 est avantageusement retiré de la platine de consignation 15, ce qui interdit tout mouvement ultérieur de l’actionneur 3. Au cours d’une troisième étape, un chariot vide (sans outil), est approché, mis en place en regard du reste de la machine 1 et, le cas échéant verrouillé. Au cours d’une quatrième étape les moyens de verrouillage 21, 22 sont déverrouillés pour libérer l’outil 4. L’outil 4 peut alors être déplacé vers le chariot 18 au cours d’une cinquième étape. Dans une sixième étape il est éventuellement procédé au déverrouillage du chariot 18, afin de pouvoir le déplacer à l’écart.

L’invention concerne encore un procédé, sensiblement inverse, de mise en place d’outil 4 sur une machine 1 selon l’un quelconque des modes de réalisation précédemment décrits, comprenant les étapes suivantes. Au cours d’une première étape, un chariot 18 contenant un outil 4 est mis en place et le cas échéant, verrouillé en regard du reste de la machine 1. Au cours d’un deuxième étape, l’outil 4 est déplacé du chariot 18 vers le reste de la machine 1. Un amortisseur 24 optionnel arrête avantageusement l’outil 4 en fin de course de ce déplacement. L’interface de l’outil 4 engage l’interface de l’actionneur 3 qui était restée en position de référence. Durant une troisième étape, les moyens de verrouillage 21, 22 sont actionnés afin d’immobiliser l’outil 4. Au cours de son transport, l’outil 4 était immobilisé. Une quatrième étape consiste à retirer le moyen d’immobilisation 14 et éventuellement à le consigner sur la platine de consignation 15. La machine 1 est alors opérationnelle pour une mise en forme.

L’invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d’exemple et non comme limitant l’invention a cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles.

• 1 : machine,

• 2 : élément tubulaire,

• 3 : actionneur,

• 4 : outil,

• 5, 6 : profils d’interface,

• 7, 8 : 1ère et 2éme portions de profil,

• 9 : découpe,

• 10, 11 : moyen glissière machine,

• 12 : partie fixe,

• 13 : partie mobile,

• 14 : moyen d’immobilisation,

• 15 : platine de consignation,

• 16 : moyen d’identification,

• 17 : moyen de lecture,

• 18 : chariot,

• 19, 20 : moyen glissière chariot,

• 21, 22 : moyen de verrouillage,

• 23 : moteur,

• 24 : amortisseur.

Claims (8)

1. Machine (1) de mise en forme d’un élément tubulaire (2), comprenant un actionneur (3) apte à déplacer un outil (4) en translation selon une première direction (D1), caractérisé en ce qu’une interface de l’actionneur (3) et une interface de l’outil (4) présentent, dans un plan de coupe comprenant la première direction (D1), des profils (5, 6) complémentaires comportant au moins une première portion (7) et au moins une deuxième portion (8) sécantes à la première direction (D1) et de normales de sens opposés, de manière à permettre une transmission d’un effort selon la première direction (D1) dans les deux sens et un changement de l’outil (4) par une translation relative selon une deuxième direction (D2) perpendiculaire à la première direction (D1)
2. Machine (1) selon la revendication 1, où une interface intérieure (3, 4) parmi l’interface de l’actionneur (3) et l’interface de l’outil (4) présente une forme mâle, avantageusement de révolution relativement à la première direction (D1) et une interface extérieure (4, 3) parmi l’interface de l’actionneur (3) et l’interface de l’outil (4) présente une forme femelle entourant la forme de la première interface (3, 4), sauf sur au moins une découpe (9) selon la deuxième direction (D2) de la première interface (3, 4) sur la deuxième interface (4, 3).
3. Machine (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où la première direction (D1) est verticale.
4. Machine (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où un outil (4) comprend une partie fixe (12) et une partie mobile (13) relativement à la partie fixe (12) selon la première direction (D1), et un moyen d’immobilisation (14) de la partie mobile (13) relativement à la partie fixe (12) en une position de référence.
5. Machine (1) selon la revendication précédente, comprenant encore une platine de consignation (15) apte à accueillir le moyen d’immobilisation (14) lorsqu’il est retiré de l’outil (4), la consignation du moyen d’immobilisation (14) sur la platine de consignation (15) étant nécessaire pour autoriser un mouvement de l’actionneur (3).
6. Machine (1) selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, comprenant encore un moyen de verrouillage (21, 22) apte à sélectivement immobiliser la partie fixe (12) de l’outil (4) relativement au reste de la machine (1).
7. Machine (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où un outil (4) comprend encore un moyen d’identification (16) et où la machine (1) comprend encore un moyen de lecture (17) apte à lire le moyen d’identification (16).
8. Machine (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où une distance entre la première direction (D1) et un côté de la machine (1) par laquelle la machine (1) est alimentée en élément tubulaire est inférieure à 500 mm, préférentiellement comprise entre 150 et 500 mm.