WO2024056868A1 - Procédé de fabrication d'un dôme sans soudure de grandes dimensions, et dôme correspondant - Google Patents

Procédé de fabrication d'un dôme sans soudure de grandes dimensions, et dôme correspondant Download PDF

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WO2024056868A1
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wall
punch
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Arnaud BLANCKAERT
Philippe Sagot
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Aubert & Duval
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    • F17C2209/234—Manufacturing of particular parts or at special locations of closing end pieces, e.g. caps

Definitions

  • TITLE Process for manufacturing a large seamless dome, and corresponding dome
  • the present invention relates to a method of manufacturing a large dome-shaped hollow part.
  • Some large pressure tanks are made up of two domes assembled by welding or with the addition of a cylindrical crown between the two.
  • the ends consist of dome-shaped bottoms or covers, fixed by bolting or welding to a cylindrical body.
  • These pressure tanks are for example high-pressure cryogenic tanks of liquefied gases such as liquid hydrogen, liquid oxygen or liquid nitrogen, for applications in the field of space launchers, terrestrial or mobile storage. or in the aeronautical field.
  • One-piece domed parts can also be made by die-stamping.
  • This technique has the advantage of requiring only one shaping operation but has the disadvantage of being limited to parts of restricted dimensions, due to the limited dimensions of existing forging presses and the very significant forces which are required. necessary to deform the material and fill the final part.
  • the aim of the present invention is to remedy these drawbacks by proposing a method of manufacturing a dome-shaped part such as a cryogenic tank dome, which does not require welding, and which can be produced on presses. forgings available whose dimensions and/or capacities in terms of efforts are limited.
  • the subject of the invention is a method of manufacturing a hollow part comprising a seamless, one-piece wall in the shape of a dome extending around a central axis, the wall being made of a material made of a metal alloy, the wall having an average thickness of less than 50 mm and a greater dimension, orthogonal to the central axis, of between 1500 mm and 3700 mm, the process comprising the following consecutive steps:
  • the method according to the invention may comprise one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination:
  • the portions comprise a central portion and at least one intermediate annular portion, the central portion and the intermediate annular portion having distinct convexities.
  • the portions further comprise a peripheral annular portion, the peripheral annular portion having a convexity distinct from the convexity of the adjacent intermediate annular portion;
  • the developed surface of the preform is substantially equal to the developed surface of the wall; a ratio between the projected area of the preform on a transverse plane and the developed area of the preform is less than 90%, and the largest dimension of the projected area of the preform on a transverse plane is less than or equal to 150% of the largest dimension of the punch orthogonal to the central axis;
  • the step of deforming the preform under the press includes unfolding the preform between the die and the punch such that at the end of unfolding, the surfaces of the portions facing the punch are concave;
  • the surface of the central portion facing the punch has a concave shape
  • the hot shaping step of the pancake includes: • A first phase of shaping by hot stamping the wafer to produce a first concave blank;
  • the second shaping phase comprises a first intermediate phase of shaping by hot stamping of the first concave blank to produce a second blank comprising a concave central part and a convex peripheral part extending radially in the extension of the central part, and a second intermediate phase of hot shaping by stamping the second blank to produce the preform;
  • the portions comprise a central portion and at least one intermediate annular portion, the average thicknesses of the central portion and the intermediate annular portion being distinct, the developed surface of the preform being less than the developed surface of the wall;
  • the portions further comprise a peripheral annular portion, and the intermediate annular portion is an over-thickened portion, the average thickness of the intermediate annular portion being greater than the average thickness of the central portion and the average thickness of the portion peripheral annular;
  • the step of deforming the preform comprises a shaping phase during which at least part of the intermediate annular portion is brought into contact with the matrix by the punch, and a stamping phase corresponding to an expansion during which at least part of the preform is not in contact with the punch;
  • the thickened intermediate annular portion of the preform is compressed between the die and the punch, at least part of the central portion and/or the peripheral annular portion not being in contact with the punch, such that the material flows plastically from the intermediate annular portion towards the central portion and the peripheral annular portion then beyond the peripheral annular portion to increase the developed surface of the preform and form the wall;
  • the material is an aluminum alloy, in particular a 2XXX or 7XXX alloy.
  • the invention also relates to a hollow part comprising a seamless, one-piece wall in the shape of a dome, the wall extending around a central axis, the wall being made of a material consisting of a metal alloy , the wall having an average thickness of less than 50 mm and a greater dimension, orthogonal to the central axis, between 1500 mm and 3700 mm.
  • the wall has a homogeneous fiber pattern around the central axis, the orientation of the grains, also called fibers, of said metal alloy being such that in any transverse plane, the angle formed between the direction of elongation of a grain seen in section in this transverse plane and the tangent to the wall in this grain is substantially constant.
  • the invention also relates to a cryogenic tank comprising a part as defined above or manufactured by a process as defined above.
  • Figure 1 is a schematic perspective view of a hollow dome-shaped part according to one embodiment
  • FIG 2 Figure 2 schematically illustrates a method according to one embodiment
  • Figure 3 is a schematic view of a section along an axial plane of a preform according to a first embodiment
  • Figure 4 schematically illustrates a step of shaping a wafer to form the preform of Figure 3;
  • Figure 5 is a schematic perspective view of a preform according to a second embodiment, before its hot deformation under a press;
  • Figure 6 is a schematic view of a section along an axial plane of an initial phase of a hot deformation step of the preform of Figure 3;
  • Figure 7 illustrates the orientation of the grains in the hollow part of Figure 1.
  • Figure 1 shows a hollow part 1 in the shape of a dome, according to one embodiment, in an axial section.
  • the hollow part 1 comprises a wall 3 in one piece, seamless, in the shape of a dome.
  • wall we designate a part in its entire thickness, as opposed to the term “surface” or “face”.
  • Wall 3 comprises a convex exterior surface, oriented towards the exterior of the dome, and a concave interior surface.
  • the wall 3 has no welding, and is thus made in one piece, being made from material.
  • the hollow part 1 is for example intended to form an end dome of a pressure tank of generally cylindrical shape.
  • the wall 3 extends around a central axis A-A, between two planes orthogonal to the central axis A-A, these two planes axially delimiting the wall 3.
  • the wall 3 extends between a lower transverse plane 5 and an upper transverse plane 7.
  • the wall 3 has for example a shape of revolution, that is to say such that the section of the wall 3 by any axial plane A is of constant shape.
  • the wall 3 is for example of substantially hemispherical shape or in the form of a spherical cap.
  • the wall 3 is in the form of an ellipsoidal cap, or in the form of a Cassini dome, a Cassini cap, or more generally in the form of an ovoid cap.
  • the wall 3 has a cross section (that is to say in a plane orthogonal to the central axis A-A), of curved shape, for example of circular shape, oval, in particular Cassini oval, or of elliptical shape.
  • the wall 3 comprises a curved part such as an ellipsoidal cap, a Cassini dome, a Cassini cap, or an ovoid cap, and a cylindrical or truncated cone-shaped part in the extension of the curved part.
  • a curved part such as an ellipsoidal cap, a Cassini dome, a Cassini cap, or an ovoid cap, and a cylindrical or truncated cone-shaped part in the extension of the curved part.
  • Wall 3 is made of a material consisting of a metal alloy.
  • the metal alloy is for example an aluminum alloy, in particular a 2XXX alloy such as alloy 2050 or alloy 2219, or a 7XXX alloy such as alloy 7020.
  • the metal alloy is a titanium alloy or a steel.
  • the wall 3 has an average thickness of less than 50 mm, and generally greater than 25 mm, in particular greater than 30 mm.
  • Wall 3 has a larger dimension, orthogonal to the central axis A-A, between 1500 mm and 3700 mm.
  • largest dimension we mean the largest dimension in any transverse plane, that is to say in the example shown in Figure 1 the largest dimension in the upper transverse plane 7.
  • the largest dimension of the wall 3 is the diameter of the outer circle in the upper transverse plane 7. If the wall 3 has a cross section of elliptical shape, the largest large dimension of the wall 3 is the large diameter of the external ellipse in the upper transverse plane 7.
  • the wall 3 optionally includes functionalities arranged on the wall 3. These functionalities are for example intended for the connection of equipment such as pipes. These features include, for example, openings, reliefs on the exterior surface of the wall 3, appendages, bulges, bosses, piping and/or ribs. These functionalities are preferably integrated into the wall 3, having come from the material with the wall, therefore produced during the manufacture of the wall 3.
  • the wall 3 preferably comprises, in its lower part, a functionality such as a tubular opening 9 centered on the central axis A-A.
  • the opening 9 is for example of circular, elliptical or ovoid section shape.
  • the opening 9 is for example delimited by edges of thickness greater than the average thickness of the wall 3.
  • the method firstly comprises a step of supplying a semi-product 11 of the material from which the hollow part 1 is made.
  • the semi-product 11 (is for example a billet or a plate of said material (as seen from above in Figure 2).
  • the semi-product 11 is for example obtained by casting said material.
  • the process then comprises a step of hot forging by pressing the semi-product 11 to form a wafer 13.
  • the substantially circular wafer 13 is formed from the semi-product 11 in exerting pressure between the lower and upper faces of the semi-product 11.
  • the wafer 13 has a developed surface area greater than that of the semi-finished product 11 and less than the developed surface area of the wall 3 to be manufactured.
  • the hot forging step is carried out at a temperature which depends on the material used. For example, if the material is an aluminum alloy, the hot forging step is generally carried out at a temperature between 300°C and 500°C. If the material is a titanium alloy, the hot forging step is generally carried out at a temperature between 700°C and 1300°C.
  • the hollow part 1 to be manufactured includes an opening 9 as described above, during this step, a circular opening 14 is made in the wafer 13.
  • the wafer 13 is then shaped hot to create a preform 15.
  • the hot forming step is carried out at a temperature which depends on the material used. For example, if the material is an aluminum alloy, the hot forming step is generally carried out at a temperature between 300°C and 500°C. If the material is a titanium alloy, the hot forming step is generally carried out at a temperature between 700°C and 1300°C.
  • the preform 15 has a developed surface which is either less than or equal to the developed surface of the wall 3.
  • the preform 15 comprises at least two successive portions extending radially in the extension of one another away from the central axis AA, so that for all the portions, the average thicknesses of one first and a second successive portions are distinct and/or the first portion is convex, concave or planar, while the second portion is, respectively, concave or planar, convex or planar, or convex or concave (i.e. if the first portion is convex, the second portion is concave or planar; if the first portion is concave, the second portion is convex or planar; if the first portion is planar, the second portion is convex or concave).
  • the preform 15 is then hot deformed under a press between a die and a punch to form the wall 3 of the hollow part 1.
  • convex or concave we designate a portion such that the surface of the portion considered intended to face the punch during hot deformation is convex, respectively concave, the opposite surface being concave, respectively convex.
  • two portions have distinct convexities if one of the portions is concave and the other is convex, or if one of the portions is planar and the other is convex, or one one portion is concave and the other is flat.
  • the preform 15 therefore comprises at least two successive portions, extending radially in the extension of one another away from the central axis A-A, so that for all of these portions, the average thicknesses and/or the convexities of two successive portions are distinct.
  • the average thickness of a first portion according to at least one axial section and the average thickness of a second portion according to this axial section are such that the ratio between the greatest average thickness and the smallest thickness is greater than or equal to 1.2, preferably greater than or equal to 1.3, better still greater than or equal to 1.5, or even greater than or equal to 2. Generally, this ratio is less than or equal to to 5. In other words, the greatest average thickness is greater than or equal to 120%, preferably 130%, better still 150% or even 200% of the smallest thickness, but remains less than or equal to 500 % of the lowest thickness.
  • the preform 15 comprises a central portion 19 and at least one annular portion 21 extending radially in the extension of one another away from the central axis A-A, the central portion 19 and the annular portion 21 being of distinct convexities and/or of distinct average thicknesses.
  • the central portion 19 and the annular portion 21 have distinct convexities, the central portion 19 is generally concave, the adjacent annular portion 21 being convex. If the central portion 19 and the annular portion 21 are of distinct average thicknesses, the central portion 19 is generally of average thickness less than the average thickness of the adjacent annular portion 21.
  • the central portion 19 is an annular portion.
  • the central portion 19 thus comprises a recess 22.
  • This recess 22 is intended to form the opening 9 of the hollow part 1.
  • the preform 15 comprises a plurality of successive portions 19, 21, 23... extending radially in the extension of each other away from the central axis A-A, so that for all of the portions, the average thicknesses and/or the convexities of two successive portions are distinct.
  • the central portion 19 generally has a developed surface area of between 5% and 90% of the developed surface area of the preform 15.
  • the annular portion 21 therefore has a developed surface area of between 10% and 95% of the developed surface area of the preform 15.
  • each annular portion has a developed surface area of between 10%/(N-1) and 100%/(N-1) of the developed surface area. of preform 15.
  • Each portion considered differs from each adjacent portion in that the average thickness of the portion considered is distinct from the average thickness of this adjacent portion and/or in that the convexity of the portion considered is distinct from the convexity of this portion adjacent.
  • the portions have distinct successive convexities.
  • the preform 15 then comprises a succession of at least three portions 19, 21, 23 alternately concave and convex, which form a pattern in the form of waves or wavelets.
  • the central portion preferably has a developed surface area between 10% and 90% of the developed surface area of the preform 15, and each annular portion has a developed surface area preferably between 10%/(N- 1) and 50%/(N-1) of the developed surface of the preform 15.
  • the portions have distinct successive average thicknesses.
  • At least one portion has a convexity identical to the convexity of a first adjacent portion, but an average thickness distinct from the average thickness of the first adjacent portion, and has a convexity distinct from the convexity of a second adjacent portion, but an average thickness identical to the average thickness of the second adjacent portion.
  • the preform comprises a central portion 19, an intermediate annular portion 21 extending radially in the extension of the central portion 19 away from the central axis AA, and a peripheral annular portion 23 extending radially in the extension of the intermediate annular portion 21 away from the central axis AA, the intermediate annular portion 21 having an average thickness different from the average thicknesses of the central portion 19 and the peripheral annular portion 23, and/or a different convexity of the convexity of the central portion 19 and the peripheral annular portion 23.
  • the preform 15 is such that the portions comprise a central portion 19 and at least one intermediate annular portion 21, the central portion 19 and the intermediate annular portion 21 being of convexities distinct.
  • the portions further comprise a peripheral annular portion 23, the peripheral annular portion 23 having a convexity distinct from the convexity of the intermediate annular portion 21 which is adjacent to it.
  • the preform 15 then comprises a succession of at least three alternately concave and convex portions, which form a pattern in the form of waves or wavelets.
  • the preform 15 comprises a single intermediate annular portion 21.
  • the central portion 19, the intermediate annular portion 21 and the peripheral annular portion 23 extend radially in the extension of each other, away from the central axis A-A, the central portion 19 being adjacent to the portion intermediate annular portion 21 and the intermediate annular portion 21 being adjacent to the central portion 19 and to the peripheral annular portion 23.
  • the central portion 19 has, for example, a developed surface area of between 50% and 90% of the developed surface area of the preform 15.
  • the intermediate annular portion 21 has for example a developed surface area of between 5% and 25% of the developed surface area of the preform 15.
  • the peripheral annular portion 23 has for example a developed surface area of between 5% and 25% of the developed surface area of the preform 15.
  • the central portion 19 is an annular portion and has a recess 22.
  • the preform comprises at least two intermediate annular portions.
  • the convexities of two successive portions are distinct.
  • the preform comprises a central portion, a first intermediate annular portion, a second intermediate annular portion and a successive peripheral annular portion extending radially in the extension of each other away from the central axis AA
  • the first intermediate annular portion has a convexity distinct from the convexity of the central portion and the second intermediate annular portion
  • the peripheral annular portion has a convexity distinct from that of the second intermediate annular portion.
  • the surface of the central portion 19 facing the punch i.e. seen from top to bottom
  • the intermediate annular portion 21 is convex, while the central portion 19 and the peripheral annular portion 23 are concave.
  • the average thicknesses of the central portion 19, of the intermediate annular portion 21 and of the peripheral annular portion 23 are substantially identical, that is to say such that the ratio between the greatest average thickness and the The lowest thickness is less than 1.2.
  • the developed surface of the preform 15 is generally substantially equal to the developed surface of the wall 3.
  • the projected surface of the preform 15 on a transverse plane is less than the developed surface of the preform 15.
  • the ratio between the projected surface of the preform 15 on a transverse plane and the developed surface is generally less than 90%, preferably less than 80%, preferably less than 50%, and the largest dimension of the projected surface of the preform on a transverse plane is less than or equal to 150% of the largest dimension of the punch orthogonal to the central axis A-A, in particular less than or equal to 135% of the largest dimension of the punch orthogonal to the central axis A-A, preferably less than or equal to 120% of the largest dimension of the punch orthogonal to the central axis A-A.
  • a large hollow part 1 by means of a press of limited size, in particular at least 10%, preferably at least 20%, even better at least 50% smaller than the size which would have been necessary for stamp a flat preform with a developed surface area equal to the developed surface area of the wall 3.
  • Figure 4 illustrates a step of shaping the wafer 13 to form the preform 15 according to this first embodiment.
  • the step of hot shaping the wafer to form the preform 15 comprises a first phase of shaping by stamping or hot stamping the wafer 13 to produce a first blank concave 27.
  • This first shaping phase is preferably a shaping phase by pushing the material towards the periphery of the wafer 13, such that the developed surface of the first concave blank 27 is greater than the developed surface of the pancake 13.
  • the hot shaping step then comprises a second phase of shaping by stamping or hot stamping of the first concave blank 27 to produce the preform 15.
  • a peripheral part of the first concave blank 27 is deformed to form the intermediate annular portion 21 and the peripheral annular portion 23.
  • the material is again pushed towards the periphery of the first concave blank 27 such that the developed surface of the preform 15 is greater than the developed surface of the first blank. concave 27.
  • the first and second shaping phases are implemented by means of a first auxiliary press 29 and a second auxiliary press 37 respectively.
  • the first auxiliary press 29 comprises a first die 33 and a first punch 31.
  • the first shaping phase is preferably implemented by stamping or hot stamping of the wafer 13 between the first die 33 and the first punch 31.
  • the second shaping phase is implemented in the second auxiliary press 37 between a second die 35 and a second punch 39.
  • the shapes of the second die 35 and the second punch 39 are adapted for shaping the preform 15, in particular the intermediate annular portions 21 and peripheral 23.
  • the second shaping phase is then implemented by stamping or stamping the first concave blank 27 between the second die 35 and the second punch 39.
  • the second shaping phase comprises a first intermediate phase of shaping by stamping or hot stamping of the first concave blank to produce a second blank comprising a concave central part and a convex peripheral part extending in the extension of the central part, and a second intermediate phase of hot shaping by stamping or stamping of the second blank to produce the preform.
  • Figure 5 illustrates an example of preform 15 according to a second embodiment. This Figure represents only a portion of the preform 15, in a perspective view. Furthermore, in this Figure 5, the press 47 is shown, including the die 49 and the punch 51, just before the preform 15 is hot deformed.
  • the preform 15 is such that the portions comprise a central portion 19 and at least one intermediate annular portion 21, the average thicknesses of the central portion 19 and the intermediate annular portion 21 being distinct.
  • the developed surface of the preform 15 is less than the developed surface of the wall 3.
  • a ratio between the projected surface of the preform 15 on a transverse plane and the developed surface of the preform 15 is generally greater than 90%.
  • the largest dimension of the projected surface of the preform 15 on a transverse plane is less than or equal to 150% of the largest dimension of the punch 51, preferably less than or equal to 120% of the largest dimension of the punch 51 orthogonal to the central axis A-A.
  • the portions include at least one thickened portion intended to provide a surplus of material which will be used during the hot deformation step to increase the developed surface of the preform 15 by plastic flow.
  • the portions further comprise a peripheral annular portion 23, the peripheral annular portion 23 having an average thickness distinct from the average thickness of the intermediate annular portion 21 which is adjacent to it.
  • the preform 15 then comprises a succession of at least three portions of distinct successive average thicknesses.
  • the preform 15 comprises a single intermediate annular portion 21.
  • the central portion 19, the intermediate annular portion 21 and the peripheral annular portion 23 extend radially in the extension of each other, away from the central axis AA, the central portion 19 being adjacent to the portion intermediate annular portion 21 and the intermediate annular portion 21 being adjacent to the central portion 19 and to the peripheral annular portion 23.
  • the central portion 19 has, for example, a developed surface area of between 5% and 90% of the developed surface area of the preform 15.
  • the intermediate annular portion 21 has for example a developed surface area of between 5% and 50% of the developed surface area of the preform 15.
  • the peripheral annular portion 23 has for example a developed surface area of between 5% and 50% of the developed surface area of the preform 15.
  • the central portion 19 is an annular portion and has a recess 22.
  • the intermediate annular portion 21 has an average thickness distinct from the average thickness of the central portion 19 and the average thickness of the peripheral annular portion 23.
  • the intermediate annular portion 21 is an over-thickened portion, that is to say of average thickness greater than the average thickness of the central portion 19 and the average thickness of the peripheral annular portion 23.
  • the average thicknesses of the central portion 19, of the intermediate annular portion 21 and of the peripheral annular portion 23 are such that the ratio between the greatest average thickness and the smallest thickness is greater than or equal to to 1.2, preferably greater than or equal to 1.3, better still greater than or equal to 1.5, or even greater than or equal to 2. Preferably, this ratio is less than or equal to 5.
  • the shaping of the wafer 13 to form the preform 15 is for example carried out by upsetting forming, by means of hoops or flat discs.
  • the method comprises a step of hot deforming the preform 15 under a press 47 between a die 49 and a punch 51 to form the wall 3 .
  • the hot deformation step is carried out at a temperature which depends on the material used. For example, if the material is an aluminum alloy, the hot deformation step is generally carried out at a temperature between 300°C and 500°C. If the material is a titanium alloy, the hot deformation step is generally carried out at a temperature between 700°C and 1300°C.
  • the matrix 49 has a larger diameter less than the largest diameter of the developed surface of the wall 3.
  • the hot deformation step includes stamping and optionally stamping of the preform 15 to form the wall 3.
  • the shape of the preform 15 is modified to match the contours of the die 49 and/or the punch 51 without significant variation in thickness.
  • wall 3 is modeled, the local and average thicknesses being modified.
  • the hot deformation step includes stamping.
  • the hot deformation step consists of stamping.
  • the hot deformation step comprises unfolding the preform 15 between the die 49 and the punch 51 so that at the end of the unfolding, the surfaces of the convex portions of the preform facing the punch 51 become concave.
  • the preform 15 is unfolded during the hot deformation step such that the surface of the intermediate annular portion 21 facing the punch 51 becomes concave.
  • this hot deformation step does not involve any change in thickness. Thus, such a step requires reduced press efforts.
  • the projected surface of the preform 15 on a transverse plane being less than the developed surface of the preform 15, it is possible, during this step, to produce a large hollow part 1 by means of a press of limited size, in particular at least 50% less than the size which would have been necessary to stamp a flat preform with a developed surface area equal to the developed surface area of the wall 3.
  • the deformation step includes an initial phase of bringing the punch 51 into contact with the preform 15, in particular with the central portion 19.
  • the punch 51 then continues its course, causing the preform 15 to unfold, such that the convexity of the intermediate annular portion 21 is reversed, the intermediate annular portion 21 becoming concave.
  • the surfaces of the wall 3 in contact with the punch are concave.
  • the step of hot deformation includes for example stamping and stamping of the preform 15 between the die 49 and the punch 51.
  • the stamping of the preform 15 comprises a shaping phase during which the preform 15 is brought into contact with the die 49 by the punch 51.
  • the lower surfaces of at least one portion of the preform 15, preferably of all portions of the preform, is in contact with the matrix 49, and the upper surface of at least one least one portion is not in contact with the punch 51.
  • at least part of the intermediate annular portion 21 is in contact with the die 49 and the punch 51.
  • the upper surfaces of at least one portion of the preform 15, preferably of all portions of the preform 15, is/are in contact with the punch 51, and the lower surface of at least one portion is not in contact with the matrix 49.
  • Stamping is an expansion phase, during which the material is pushed back until the material matches the surfaces of the punch 51 and the die 49.
  • the efforts required to be exerted by the press are reduced. Furthermore, the projected surface of the preform 15 on a transverse plane being less than the developed surface of the preform 15, it is possible to produce a large hollow part 1 by means of a press of limited size, in particular at least 50% smaller than the size which would have been necessary to stamp a flat preform with a developed surface area equal to the developed surface area of wall 3.
  • the thickened intermediate annular portion 21 of the preform 15 is compressed between the die 49 and the punch 51, at least part of the central portion 19 and/or or the peripheral annular portion 23 not being in contact with the punch 51.
  • the material flows plastically from the intermediate annular portion 21 towards the central portion 19 and the peripheral annular portion 23 then beyond the portion peripheral annular ring 23 to increase the developed surface of the preform 15 and form the wall 3.
  • the method according to the invention thus makes it possible to manufacture a large dome-shaped part, such as a cryogenic tank dome, which does not require welding, which can be produced on available forging presses whose dimensions are limited and in particular of larger diameter less than the largest diameter of the developed surface of the wall 3, and/or the capacities in terms of efforts are limited.
  • a part whose fibering is homogeneous such that the mechanical characteristics of the part are homogeneous around the central axis AA and along the wall 3, from the transverse plane lower 5 towards the upper transverse plane 7, as illustrated in Figure 7.
  • the orientation of the grains is homogeneous, both around the central axis, in any axial plane including the axis A-A and in any plane transverse to the axis A-A.
  • the angle formed between the direction of elongation of the grains (long direction) seen in section in this transverse plane and the tangent to the surface of the wall in this grain, as illustrated on the Figure 7, is substantially constant (for example +/- 10°).
  • the grains elongate in a preferred direction due to the deformations applied by the process according to the invention.
  • direction of elongation of a grain seen in section in the transverse plane we mean the direction in which the greatest dimension (length) of a grain seen in section extends in this transverse plane.
  • the tangential direction is preferably more marked than the axial direction
  • the axial direction is more marked than the radial direction, which means that in general, the grains are more elongated in the tangential direction than in the axial direction, and more elongated in the axial direction than in the radial direction.
  • radial direction we generally mean here a direction which extends through the thickness of the wall, or in other words, depending on the thickness, perpendicular to a plane tangent to the wall (and therefore not necessarily perpendicular to the wall).
  • the greatest direction of elongation of the grains is in the tangential direction, included in the transverse plane and tangent to the surface of the wall 3 (i.e. The angle formed between the direction of elongation of the grains seen in section in this transverse plane and the tangent to the surface of the wall in this grain is substantially zero).
  • the mechanical characteristics of the part obtained are higher in the tangential direction, which is the highest stress mode for this type of part.
  • the grains are preferably axisymmetric around the central axis A-A.
  • the process is not limited to the manufacture of large domes intended for pressure tanks. It can be adapted to any large part likely to be manufactured by stamping/forging.
  • the part that can be manufactured by this process is generally, but not necessarily, a revolution part.
  • the wall may also include additional functionalities, in particular openings, reliefs on the surface, in particular bosses, taps, ribs. Furthermore, the two embodiments described above can be combined.
  • At least one portion has an average thickness distinct from the average thickness of another portion.

Abstract

Le procédé comprend les étapes suivantes : • fourniture d'un demi-produit (11); • forgeage à chaud par refoulement du demi-produit (11) pour former une galette (13) de surface développée supérieure à celle du demi-produit (11) et inférieure à la surface développée de la paroi (3) du dôme; • mise en forme à chaud de la galette (13) pour créer une préforme (15) ayant une surface développée inférieure ou égale à la surface développée de la paroi (3), la préforme (15) comprenant au moins deux portions (19, 21) successives s'étendant radialement dans le prolongement les unes des autres à l'écart de l'axe central (A-A), de sorte que pour l'ensemble des portions (19, 21), les épaisseurs moyennes et/ou les convexités de deux portions (19, 21) successives soient distinctes; • déformation à chaud de la préforme (15) sous une presse entre une matrice et un poinçon pour former la paroi (3).

Description

DESCRIPTION
TITRE : Procédé de fabrication d’un dôme sans soudure de grandes dimensions, et dôme correspondant
La présente invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce creuse en forme de dôme de grande dimension.
Certains réservoirs à pression de grandes dimensions sont constitués de deux dômes assemblés par soudage ou avec l’ajout d’une couronne cylindrique entre les deux. Les extrémités sont constituées par des fonds ou des couvercles en forme de dôme, fixés par boulonnage ou par soudage sur un corps cylindrique.
Ces réservoirs à pression sont par exemple des réservoirs cryogéniques haute pression de gaz liquéfiés tel que de l’hydrogène liquide, de l’oxygène liquide ou de l’azote liquide, pour des applications dans le domaine des lanceurs spatiaux, du stockage terrestre ou mobile ou dans le domaine aéronautique.
Pour fabriquer de telles pièces, il est connu de mettre en forme plusieurs tôles usinées par emboutissage pour former des pétales, qui sont ensuite assemblés pour former une corolle, puis soudées les unes aux autres pour former la pièce.
Cette technique présente l’inconvénient de nécessiter une succession d’opérations coûteuses. En particulier, l’assemblage par soudure requiert un équipement spécial de grande dimension. En outre, un contrôle rigoureux par ultrasons des soudures doit être réalisé pour assurer la bonne tenue et l’absence de défaut des zones de soudure.
Des pièces monobloc en forme de dômes peuvent également être fabriquées par matriçage. Cette technique a l’avantage de ne nécessiter qu’une opération de mise en forme mais présente l’inconvénient d’être limitée à des pièces de dimension restreintes, du fait des dimensions limitées des presses de forgeage existantes et des efforts très importants qui sont nécessaires pour déformer la matière et remplir la pièce finale.
Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de fabrication d’une pièce en forme de dôme telle qu’un dôme de réservoir cryogénique, qui ne nécessite pas de soudure, et qui puisse être réalisé sur des presses de forgeage disponibles dont les dimensions et/ou les capacités en termes d’efforts sont limitées.
A cet effet, l’invention a pour objet un procédé de fabrication d’une pièce creuse comprenant une paroi d’un seul tenant sans soudure en forme de dôme s’étendant autour d’un axe central, la paroi étant réalisée en un matériau constitué d’un alliage métallique, la paroi ayant une épaisseur moyenne inférieure à 50 mm et une plus grande dimension, orthogonalement à l’axe central, comprise entre 1500 mm et 3700 mm, le procédé comprenant les étapes consécutives suivantes :
• fourniture d’un demi-produit dudit matériau ;
• forgeage à chaud par refoulement du demi-produit pour former une galette de surface développée supérieure à celle du demi-produit et inférieure à la surface développée de la paroi ;
• mise en forme à chaud de la galette pour créer une préforme ayant une surface développée inférieure ou égale à la surface développée de la paroi, la préforme comprenant au moins deux portions successives s’étendant radialement dans le prolongement les unes des autres à l’écart de l’axe central, de sorte que pour l’ensemble des portions, les épaisseurs moyennes et/ou les convexités de deux portions successives soient distinctes ;
• déformation à chaud de la préforme sous une presse entre une matrice et un poinçon pour former la paroi.
De préférence, le procédé selon l’invention peut comprendre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible :
- les portions comprennent une portion centrale et au moins une portion annulaire intermédiaire, la portion centrale et la portion annulaire intermédiaire étant de convexités distinctes.
- les portions comprennent en outre une portion annulaire périphérique, la portion annulaire périphérique ayant une convexité distincte de la convexité de la portion annulaire intermédiaire adjacente ;
- la surface développée de la préforme est sensiblement égale à la surface développée de la paroi ; un ratio entre la surface projetée de la préforme sur un plan transversal et la surface développée de la préforme est inférieur à 90%, et la plus grande dimension de la surface projetée de la préforme sur un plan transversal est inférieure ou égale à 150% de la plus grande dimension du poinçon orthogonalement à l’axe central ;
- l’étape de déformation de la préforme sous la presse comprend un dépliage de la préforme entre la matrice et le poinçon de telle sorte qu’à l’issue du dépliage, les surfaces des portions faisant face au poinçon soient concaves ;
- la surface de la portion centrale faisant face au poinçon a une forme concave ;
- l’étape de mise en forme à chaud de la galette comprend : • Une première phase de mise en forme par matriçage à chaud de la galette pour produire une première ébauche concave ;
• Une deuxième phase de mise en forme par matriçage à chaud de la première ébauche concave pour produire la préforme ;
- la deuxième phase de mise en forme comprend une première phase intermédiaire de mise en forme par matriçage à chaud de la première ébauche concave pour produire une deuxième ébauche comprenant une partie centrale concave et une partie périphérique convexe s’étendant radialement dans le prolongement de la partie centrale, et une deuxième phase intermédiaire de mise en forme à chaud par matriçage de la deuxième ébauche pour produire la préforme ;
- les portions comprennent une portion centrale et au moins une portion annulaire intermédiaire, les épaisseurs moyennes de la portion centrale et de la portion annulaire intermédiaire étant distinctes, la surface développée de la préforme étant inférieure à la surface développée de la paroi ;
- les portions comprennent en outre une portion annulaire périphérique, et la portion annulaire intermédiaire est une portion surépaissie, l’épaisseur moyenne de la portion annulaire intermédiaire étant supérieure à l’épaisseur moyenne de la portion centrale et à l’épaisseur moyenne de la portion annulaire périphérique ;
- l’étape de déformation de la préforme comprend une phase de mise en forme lors de laquelle au moins une partie de la portion annulaire intermédiaire est mise en contact avec la matrice par le poinçon, et une phase de matriçage correspondant à une expansion lors de laquelle au moins une partie de la préforme n’est pas en contact avec le poinçon ;
- lors de la phase d’expansion, la portion annulaire intermédiaire surépaissie de la préforme est comprimée entre la matrice et le poinçon, au moins une partie de la portion centrale et/ou de la portion annulaire périphérique n’étant pas en contact avec le poinçon, de telle sorte que le matériau s’écoule plastiquement depuis la portion annulaire intermédiaire vers la portion centrale et la portion annulaire périphérique puis au-delà de la portion annulaire périphérique pour augmenter la surface développée de la préforme et former la paroi ;
- le matériau est un alliage d’aluminium, notamment un alliage 2XXX ou 7XXX.
L’invention a également pour objet une pièce creuse comprenant une paroi d’un seul tenant sans soudure en forme de dôme, la paroi s’étendant autour d’un axe central, la paroi étant réalisée en un matériau constitué d’un alliage métallique, la paroi ayant une épaisseur moyenne inférieure à 50 mm et une plus grande dimension, orthogonalement à l’axe central, comprise entre 1500 mm et 3700 mm. De préférence, la paroi présente un fibrage homogène autour de l’axe central, l’orientation des grains, également appelés fibres, dudit alliage métallique étant telle que dans tout plan transversal, l’angle formé entre la direction d’allongement d’un grain vu en coupe dans ce plan transversal et la tangente à la paroi en ce grain est sensiblement constant.
L’invention a également pour objet un réservoir cryogénique comprenant une pièce telle que définie ci-dessus ou fabriquée par un procédé tel que défini ci-dessus.
[Fig 1] La Figure 1 est une vue schématique en perspective d’une pièce creuse en forme de dôme selon un mode de réalisation ;
[Fig 2] La Figure 2 illustre schématiquement un procédé selon un mode de réalisation ;
[Fig 3] La Figure 3 est une vue schématique d’une section selon un plan axial d’une préforme selon un premier mode de réalisation ;
[Fig 4] La Figure 4 illustre schématiquement une étape de mise en forme d’une galette pour former la préforme de la Figure 3 ;
[Fig 5] La Figure 5 est une vue schématique en perspective d’une préforme selon un deuxième mode de réalisation, avant sa déformation à chaud sous une presse ;
[Fig 6] La Figure 6 est une vue schématique d’une section selon un plan axial d’une phase initiale d’une étape de déformation à chaud de la préforme de la Figure 3 ;
[Fig 7] La Figure 7 illustre l’orientation des grains dans la pièce creuse de la figure 1.
On a représenté sur la Figure 1 une pièce creuse 1 en forme de dôme, selon un mode de réalisation, selon une section axiale.
La pièce creuse 1 comprend une paroi 3 d’un seul tenant, sans soudure, en forme de dôme. Par paroi, on désigne une pièce dans toute son épaisseur, par opposition au terme « surface » ou « face ».
La paroi 3 comprend une surface extérieure convexe, orientée vers l’extérieur du dôme, et une surface intérieure concave.
La paroi 3 est dépourvue de soudure, et est ainsi réalisée d’un seul tenant, en étant venue de matière.
La pièce creuse 1 est par exemple destinée à former un dôme d’extrémité d’un réservoir à pression de forme généralement cylindrique.
La paroi 3 s’étend autour d’un axe central A-A, entre deux plans orthogonaux à l’axe central A-A, ces deux plans délimitant axialement la paroi 3.
Dans la suite, on considérera, comme c’est le cas sur les Figures, une direction axiale orientée de telle sorte que, vue du haut vers le bas, la paroi est de forme concave. Par ailleurs, on appellera « transversal » un plan orthogonal à l’axe central A-A et « axial » un plan comprenant cet axe central A-A.
Ainsi, en référence à la Figure 1 , la paroi 3 s’étend entre un plan transversal inférieur 5 et un plan transversal supérieur 7.
La paroi 3 a par exemple une forme de révolution, c’est à dire telle que la section de la paroi 3 par tout plan axial A est de forme constante.
La paroi 3 est par exemple de forme sensiblement hémisphérique ou sous forme de calotte sphérique.
En variante, la paroi 3 est sous forme de calotte ellipsoïdale, ou sous forme de dôme de Cassini, de calotte de Cassini, ou plus généralement sous forme de calotte ovoïdale.
La paroi 3 présente une section transversale (c’est à dire dans un plan orthogonal à l’axe central A-A), de forme courbe, par exemple de forme circulaire, ovale, notamment ovale de Cassini, ou de forme elliptique.
Selon un mode de réalisation, la paroi 3 comprend une partie incurvée telle qu’une calotte ellipsoïdale, un dôme de Cassini, une calotte de Cassini, ou une calotte ovoïdale, et une partie cylindrique ou en forme de tronc de cône dans le prolongement de la partie incurvée.
La paroi 3 est réalisée en un matériau constitué d’un alliage métallique.
L’alliage métallique est par exemple un alliage d’aluminium, notamment un alliage 2XXX tel que l’alliage 2050 ou l’alliage 2219, ou un alliage 7XXX tel que l’alliage 7020.
En variante, l’alliage métallique est un alliage de titane ou un acier.
La paroi 3 a une épaisseur moyenne inférieure à 50 mm, et généralement supérieure à 25 mm, en particulier supérieure à 30 mm.
La paroi 3 a une plus grande dimension, orthogonalement à l’axe central A-A, comprise entre 1500 mm et 3700 mm. Par plus grande dimension, on entend la plus grande dimension dans tout plan transversal, c’est à dire dans l’exemple représenté à la figure 1 la plus grande dimension dans le plan transversal supérieur 7.
Par exemple, si la paroi 3 présente une section transversale de forme circulaire, la plus grande dimension de la paroi 3 est le diamètre du cercle extérieur dans le plan transversal supérieur 7. Si la paroi 3 a une section transversale de forme elliptique, la plus grande dimension de la paroi 3 est le grand diamètre de l’ellipse extérieure dans le plan transversal supérieur 7.
La paroi 3 comprend optionnellement des fonctionnalités disposées sur la paroi 3. Ces fonctionnalités sont par exemple destinées au raccordement d’équipements tels que des tuyaux. Ces fonctionnalités comprennent par exemple des ouvertures, des reliefs sur la surface extérieure de la paroi 3, des appendices, des renflements, des bossages, des piquages et/ou des nervures. Ces fonctionnalités sont de préférence intégrées à la paroi 3, en étant venues de matière avec la paroi, donc réalisées lors de la fabrication de la paroi 3.
En particulier, la paroi 3 comporte de préférence, dans sa partie inférieure, une fonctionnalité telle qu’une ouverture tubulaire 9 centrée sur l’axe central A-A. L’ouverture 9 est par exemple de forme à section circulaire, elliptique ou ovoïdale.
L’ouverture 9 est par exemple délimitée par des bords d’épaisseur supérieure à l’épaisseur moyenne de la paroi 3.
On va maintenant décrire, en référence aux Figures 2 à 6, un procédé de fabrication d’une telle pièce creuse 1 selon un mode de réalisation de l’invention.
Le procédé comprend tout d’abord une étape de fourniture d’un demi-produit 11 du matériau dans lequel est réalisé la pièce creuse 1 .
Le demi-produit 1 1 (est par exemple une billette ou une plaque dudit matériau (telle que vue de dessus sur la Figure 2). Le demi-produit 11 est par exemple obtenu par coulée dudit matériau.
Le procédé comprend ensuite une étape de forgeage à chaud par refoulement du demi-produit 11 pour former une galette 13. Par exemple, dans l’exemple de la Figure 2, la galette 13 sensiblement circulaire est formée à partir du demi-produit 11 en exerçant une pression entre les faces inférieure et supérieure du demi-produit 11 .
La galette 13 présente une surface développée supérieure à celle du demi-produit 11 et inférieure à la surface développée de la paroi 3 à fabriquer.
L’étape de forgeage à chaud est réalisée à une température qui dépend du matériau utilisé. Par exemple, si le matériau est un alliage d’aluminium, l’étape de forgeage à chaud est généralement réalisée à une température comprise entre 300°C et 500°C. Si le matériau est un alliage de titane, l’étape de forgeage à chaud est généralement réalisée à une température comprise entre 700°C et 1300°C.
Si la pièce creuse 1 à fabriquer comprend une ouverture 9 telle que décrite ci- dessus, lors de cette étape, une ouverture circulaire 14 est réalisée dans la galette 13.
La galette 13 est alors mise en forme à chaud pour créer une préforme 15.
L’étape de mise en forme à chaud est réalisée à une température qui dépend du matériau utilisé. Par exemple, si le matériau est un alliage d’aluminium, l’étape de mise en forme à chaud est généralement réalisée à une température comprise entre 300°C et 500°C. Si le matériau est un alliage de titane, l’étape de mise en forme à chaud est généralement réalisée à une température comprise entre 700°C et 1300°C.
La préforme 15 a une surface développée qui est soit inférieure, soit égale à la surface développée de la paroi 3. La préforme 15 comprend au moins deux portions successives s’étendant radialement dans le prolongement l’une de l’autre à l’écart de l’axe central A-A, de sorte que pour l’ensemble des portions, les épaisseurs moyennes d’une première et d’une deuxième portions successives soient distinctes et/ou la première portion est convexe, concave ou plane, tandis que la deuxième portion est, respectivement, concave ou plane, convexe ou plane, ou convexe ou concave (c’est à dire si la première portion est convexe, la deuxième portion est concave ou plane ; si la première portion est concave, la deuxième portion est convexe ou plane ; si la première portion est plane, la deuxième portion est convexe ou concave).
Comme décrit ci-après, la préforme 15 est ensuite déformée à chaud sous une presse entre une matrice et un poinçon pour former la paroi 3 de la pièce creuse 1 .
Par convexe ou concave, on désigne une portion telle que la surface de la portion considérée destinée à faire face au poinçon lors de la déformation à chaud est convexe, respectivement concave, la surface opposée étant concave, respectivement convexe.
Par ailleurs, on considérera par la suite que deux portions sont de convexités distinctes si l’une des portions est concave et l’autre est convexe, ou si l’une des portions est plane et l’autre est convexe, ou l’une des portions est concave et l’autre est plane.
La préforme 15 comprend donc au moins deux portions successives, s’étendant radialement dans le prolongement l’une de l’autre à l’écart de l’axe central A-A, de sorte que pour l’ensemble de ces portions, les épaisseurs moyennes et/ou les convexités de deux portions successives soient distinctes.
Par épaisseurs moyennes distinctes, on entend que l’épaisseur moyenne d’une première portion selon au moins une coupe axiale et l’épaisseur moyenne d’une deuxième portion selon cette coupe axiale sont telles que le ratio entre l’épaisseur moyenne la plus grande et l’épaisseur la plus faible est supérieur ou égal à 1 ,2, de préférence supérieur ou égal à 1 ,3, mieux supérieure ou égal à 1 ,5, voire supérieur ou égal à 2. Généralement, ce ratio est inférieur ou égal à 5. En d’autres termes, l’épaisseur moyenne la plus grande est supérieure ou égale à 120%, de préférence 130%, mieux 150% voire 200% de l’épaisseur la plus faible, mais reste inférieure ou égale à 500% de l’épaisseur la plus faible.
Ainsi, la préforme 15 comprend une portion centrale 19 et au moins une portion annulaire 21 s’étendant radialement dans le prolongement l’une de l’autre à l’écart de l’axe central A-A, la portion centrale 19 et la portion annulaire 21 étant de convexités distinctes et/ou d’épaisseurs moyennes distinctes.
Si la portion centrale 19 et la portion annulaire 21 sont de convexités distinctes, la portion centrale 19 est généralement concave, la portion annulaire adjacente 21 étant convexe. Si la portion centrale 19 et la portion annulaire 21 sont d’épaisseurs moyennes distinctes, la portion centrale 19 est généralement d’épaisseur moyenne inférieure à l’épaisseur moyenne de la portion annulaire 21 adjacente.
Si la pièce creuse 1 à fabriquer comprend une ouverture 9, la portion centrale 19 est une portion annulaire. La portion centrale 19 comprend ainsi un évidement 22. Cet évidement 22 est destiné à former l’ouverture 9 de la pièce creuse 1 .
De préférence, la préforme 15 comporte une pluralité de portions 19, 21 , 23... successives s’étendant radialement dans le prolongement les unes des autres à l’écart de l’axe central A-A, de sorte que pour l’ensemble des portions, les épaisseurs moyennes et/ou les convexités de deux portions successives soit distincte(s).
La portion centrale 19 a généralement une surface développée comprise entre 5% et 90% de la surface développée de la préforme 15.
Si la préforme comprend seulement deux portions, la portion annulaire 21 a donc une surface développée comprise entre 10% et 95% de la surface développée de la préforme 15.
En outre, si N est le nombre de portions constituant la préforme 15, avec N>3, chaque portion annulaire a une surface développée comprise entre 10%/(N-1 ) et 100%/(N- 1 ) de la surface développée de la préforme 15.
Chaque portion considérée diffère de chaque portion adjacente en ce que l’épaisseur moyenne de la portion considérée est distincte de l’épaisseur moyenne de cette portion adjacente et/ou en ce que la convexité de la portion considérée est distincte de la convexité de cette portion adjacente.
Par exemple, les portions présentent des convexités successives distinctes.
De préférence, la préforme 15 comporte alors une succession d’au moins trois portions 19, 21 , 23 alternativement concaves et convexes, qui forment un motif en forme de vagues ou ondelettes. Dans ce cas, la portion centrale a de préférence une surface développée comprise entre 10% et 90% de la surface développée de la préforme 15, et chaque portion annulaire a une surface développée de préférence comprise entre 10%/(N- 1 ) et 50%/(N-1 ) de la surface développée de la préforme 15.
Selon un autre exemple, les portions présentent des épaisseurs moyennes successives distinctes.
Selon encore un autre exemple, au moins une portion présente une convexité identique à la convexité d’une première portion adjacente, mais une épaisseur moyenne distincte de l’épaisseur moyenne de la première portion adjacente, et présente une convexité distincte de la convexité d’une deuxième portion adjacente, mais une épaisseur moyenne identique à l’épaisseur moyenne de la deuxième portion adjacente. Notamment, la préforme comprend une portion centrale 19, une portion annulaire intermédiaire 21 s’étendant radialement dans le prolongement de la portion centrale 19 à l’écart de l’axe central A-A, et une portion annulaire périphérique 23 s’étendant radialement dans le prolongement de la portion annulaire intermédiaire 21 à l’écart de l’axe central A-A, la portion annulaire intermédiaire 21 présentant une épaisseur moyenne différente des épaisseurs moyennes de la portion centrale 19 et de la portion annulaire périphérique 23, et/ou une convexité différente de la convexité de la portion centrale 19 et de la portion annulaire périphérique 23.
Dans un premier mode de réalisation, dont la Figure 3 illustre un exemple, la préforme 15 est telle que les portions comprennent une portion centrale 19 et au moins une portion annulaire intermédiaire 21 , la portion centrale 19 et la portion annulaire intermédiaire 21 étant de convexités distinctes.
De préférence, comme illustré sur la Figure 3, les portions comprennent en outre une portion annulaire périphérique 23, la portion annulaire périphérique 23 ayant une convexité distincte de la convexité de la portion annulaire intermédiaire 21 qui lui est adjacente. La préforme 15 comporte alors une succession d’au moins trois portions alternativement concaves et convexes, qui forment un motif en forme de vagues ou ondelettes.
Dans l’exemple illustré sur la Figure 3, la préforme 15 comprend une unique portion annulaire intermédiaire 21.
Ainsi, la portion centrale 19, la portion annulaire intermédiaire 21 et la portion annulaire périphérique 23 s’étendent radialement dans le prolongement les unes des autres, à l’écart de l’axe central A-A, la portion centrale 19 étant adjacente à la portion annulaire intermédiaire 21 et la portion annulaire intermédiaire 21 étant adjacente à la portion centrale 19 et à la portion annulaire périphérique 23.
La portion centrale 19 a par exemple une surface développée comprise entre 50% et 90% de la surface développée de la préforme 15.
La portion annulaire intermédiaire 21 a par exemple une surface développée comprise entre 5% et 25% de la surface développée de la préforme 15.
La portion annulaire périphérique 23 a par exemple une surface développée comprise entre 5% et 25% de la surface développée de la préforme 15.
Dans cet exemple, la portion centrale 19 est une portion annulaire et comporte un évidement 22.
Dans une variante, la préforme comprend au moins deux portions annulaires intermédiaires. Dans ce premier mode de réalisation, pour l’ensemble des portions, les convexités de deux portions successives sont distinctes. Par exemple, si la préforme comprend une portion centrale, une première portion annulaire intermédiaire, une deuxième portion annulaire intermédiaire et une portion annulaire périphérique successives s’étendant radialement dans le prolongement les unes des autres à l’écart de l’axe central A-A, la première portion annulaire intermédiaire a une convexité distincte de la convexité de la portion centrale et de la deuxième portion annulaire intermédiaire, et la portion annulaire périphérique a une convexité distincte de celle de la deuxième portion annulaire intermédiaire.
De préférence, dans ce premier mode de réalisation, et comme illustré sur la Figure 3, la surface de la portion centrale 19 faisant face au poinçon (c’est à dire vue du haut vers le bas) a une forme concave.
Dans l’exemple illustré par la Figure 3, la portion annulaire intermédiaire 21 est convexe, tandis que la portion centrale 19 et la portion annulaire périphérique 23 sont concaves.
Dans cet exemple, les épaisseurs moyennes de la portion centrale 19, de la portion annulaire intermédiaire 21 et de la portion annulaire périphérique 23 sont sensiblement identiques, c’est à dire telles que le ratio entre l’épaisseur moyenne la plus grande et l’épaisseur la plus faible est inférieur à 1 ,2.
Dans ce premier mode de réalisation, la surface développée de la préforme 15 est généralement sensiblement égale à la surface développée de la paroi 3.
Ainsi, la déformation à chaud de la préforme 15 pour former la paroi 3 est réalisée sans variation d’épaisseur, et nécessite donc des efforts limités.
En outre, en raison de l’alternance de portions concaves et convexes, la surface projetée de la préforme 15 sur un plan transversal est inférieur à la surface développée de la préforme 15.
Le ratio entre la surface projetée de la préforme 15 sur un plan transversal et la surface développée est généralement inférieur à 90%, de préférence inférieur à 80%, de préférence inférieur à 50%, et la plus grande dimension de la surface projetée de la préforme sur un plan transversal est inférieure ou égale à 150% de la plus grande dimension du poinçon orthogonalement à l’axe central A-A, notamment inférieure ou égale à 135% de la plus grande dimension du poinçon orthogonalement à l’axe central A-A, de préférence inférieure ou égale à 120% de la plus grande dimension du poinçon orthogonalement à l’axe central A-A.
Dès lors, il est possible de réaliser une pièce creuse 1 de grande dimension au moyen d’une presse de taille limitée, en particulier au moins 10%, de préférence au moins 20%, encore mieux au moins 50% inférieure à la taille qui aurait été nécessaire pour emboutir une préforme plane de surface développée égale à la surface développée de la paroi 3.
On a illustré sur la Figure 4 une étape de mise en forme de la galette 13 pour former la préforme 15 selon ce premier mode de réalisation.
Dans l’exemple illustré par la Figure 4, l’étape de mise en forme à chaud de la galette pour former la préforme 15 comprend une première phase de mise en forme par matriçage ou estampage à chaud de la galette 13 pour produire une première ébauche concave 27.
Cette première phase de mise en forme est de préférence une phase de mise en forme par refoulement de la matière vers la périphérie de la galette 13, de telle sorte que la surface développée de la première ébauche concave 27 est supérieure à la surface développée de la galette 13.
L’étape de mise en forme à chaud comprend ensuite une deuxième phase de mise en forme par matriçage ou estampage à chaud de la première ébauche concave 27 pour produire la préforme 15.
Lors de cette étape, une partie périphérique de la première ébauche concave 27 est déformée pour former la portion annulaire intermédiaire 21 et la portion annulaire périphérique 23.
De préférence, lors de cette deuxième phase de mise en forme, la matière est à nouveau refoulée, vers la périphérie de la première ébauche concave 27 de telle sorte que la surface développée de la préforme 15 est supérieure à la surface développée de la première ébauche concave 27.
De préférence, les premières et deuxièmes phases de mise en forme sont mises en oeuvre au moyen d’une première presse auxiliaire 29 et d’une deuxième presse auxiliaire 37 respectivement.
Comme illustré sur la Figure 4, la première presse auxiliaire 29 comprend une première matrice 33 et un premier poinçon 31 .
La première phase de mise en forme est de préférence mise en oeuvre par matriçage ou estampage à chaud de la galette 13 entre la première matrice 33 et le premier poinçon 31 .
La deuxième phase de mise en forme est mise en oeuvre dans la deuxième presse auxiliaire 37 entre une deuxième matrice 35 et un deuxième poinçon 39.
Les formes de la deuxième matrice 35 et du deuxième poinçon 39 sont adaptées pour la mise en forme de la préforme 15, en particulier des portions annulaires intermédiaire 21 et périphérique 23. La deuxième phase de mise en forme est alors mise en oeuvre par matriçage ou estampage de la première ébauche concave 27 entre la deuxième matrice 35 et le deuxième poinçon 39.
Selon une variante, la deuxième phase de mise en forme comprend une première phase intermédiaire de mise en forme par matriçage ou estampage à chaud de la première ébauche concave pour produire une deuxième ébauche comprenant une partie centrale concave et une partie périphérique convexe s’étendant dans le prolongement de la partie centrale, et une deuxième phase intermédiaire de mise en forme à chaud par matriçage ou estampage de la deuxième ébauche pour produire la préforme.
On a illustré sur la Figure 5 un exemple de préforme 15 selon un deuxième mode de réalisation. Cette Figure représente une portion seulement de la préforme 15, selon une vue en perspective. En outre, sur cette Figure 5, on a représenté la presse 47, incluant la matrice 49 et le poinçon 51 , juste avant que la préforme 15 soit déformée à chaud.
Dans ce deuxième mode de réalisation, la préforme 15 est telle que les portions comprennent une portion centrale 19 et au moins une portion annulaire intermédiaire 21 , les épaisseurs moyennes de la portion centrale 19 et de la portion annulaire intermédiaire 21 étant distinctes.
La surface développée de la préforme 15 est inférieure à la surface développée de la paroi 3.
En outre, un ratio entre la surface projetée de la préforme 15 sur un plan transversal et la surface développée de la préforme 15 est généralement supérieur à 90%. Par ailleurs, la plus grande dimension de la surface projetée de la préforme 15 sur un plan transversal est inférieure ou égale à 150% de la plus grande dimension du poinçon 51 , de préférence inférieure ou égale à 120% de la plus grande dimension du poinçon 51 orthogonalement à l’axe central A-A.
Les portions comprennent au moins une portion surépaissie destinée à fournir un surplus de matière qui sera utilisé, lors de l’étape de déformation à chaud pour augmenter par écoulement plastique la surface développée de la préforme 15.
De préférence, comme illustré sur la Figure 5, les portions comprennent en outre une portion annulaire périphérique 23, la portion annulaire périphérique 23 ayant une épaisseur moyenne distincte de l’épaisseur moyenne de la portion annulaire intermédiaire 21 qui lui est adjacente. La préforme 15 comporte alors une succession d’au moins trois portions d’épaisseurs moyennes successives distinctes.
Dans l’exemple illustré sur la Figure 5, la préforme 15 comprend une unique portion annulaire intermédiaire 21. Ainsi, la portion centrale 19, la portion annulaire intermédiaire 21 et la portion annulaire périphérique 23 s’étendent radialement dans le prolongement les unes des autres, à l’écart de l’axe central A-A, la portion centrale 19 étant adjacente à la portion annulaire intermédiaire 21 et la portion annulaire intermédiaire 21 étant adjacente à la portion centrale 19 et à la portion annulaire périphérique 23.
La portion centrale 19 a par exemple une surface développée comprise entre 5% et 90% de la surface développée de la préforme 15.
La portion annulaire intermédiaire 21 a par exemple une surface développée comprise entre 5% et 50% de la surface développée de la préforme 15.
La portion annulaire périphérique 23 a par exemple une surface développée comprise entre 5% et 50% de la surface développée de la préforme 15.
Dans cet exemple, la portion centrale 19 est une portion annulaire et comporte un évidement 22.
En outre, dans cet exemple, la portion annulaire intermédiaire 21 présente une épaisseur moyenne distincte de l’épaisseur moyenne de la portion centrale 19 et de l’épaisseur moyenne de la portion annulaire périphérique 23.
En particulier, la portion annulaire intermédiaire 21 est une portion surépaissie, c’est à dire d’épaisseur moyenne supérieure à l’épaisseur moyenne de la portion centrale 19 et de l’épaisseur moyenne de la portion annulaire périphérique 23.
Dans cet exemple, les épaisseurs moyennes de la portion centrale 19, de la portion annulaire intermédiaire 21 et de la portion annulaire périphérique 23 sont telles que le ratio entre l’épaisseur moyenne la plus grande et l’épaisseur la plus faible est supérieur ou égal à 1 ,2, de préférence supérieur ou égal à 1 ,3, mieux supérieur ou égal à 1 ,5, voire supérieur ou égal à 2. De préférence, ce ratio est inférieur ou égal à 5.
La mise en forme de la galette 13 pour former la préforme 15 est par exemple réalisée par formage par refoulement, au moyen de frettes ou disques plats.
Après l’étape de mise en forme à chaud de la galette 13 pour créer la préforme 15, le procédé comprend une étape de déformation à chaud de la préforme 15 sous une presse 47 entre une matrice 49 et un poinçon 51 pour former la paroi 3.
L’étape de déformation à chaud est réalisée à une température qui dépend du matériau utilisé. Par exemple, si le matériau est un alliage d’aluminium, l’étape déformation à chaud est généralement réalisée à une température comprise entre 300°C et 500°C. Si le matériau est un alliage de titane, l’étape de déformation à chaud est généralement réalisée à une température comprise entre 700°C et 1300°C.
Généralement, la matrice 49 a un plus grand diamètre inférieur au plus grand diamètre de la surface développée de la paroi 3. L’étape de déformation à chaud comprend un emboutissage et optionnellement un matriçage de la préforme 15 pour former la paroi 3.
Lors de l’emboutissage, la forme de la préforme 15 est modifiée pour épouser les contours de la matrice 49 et/ou du poinçon 51 sans variation significative d’épaisseur.
Lors du matriçage, la paroi 3 est modelée, les épaisseurs locales et moyennes étant modifiées.
Dans le premier mode de réalisation décrit ci-dessus, dans lequel la préforme 15 comprend au moins deux portions de convexités distinctes, l’étape de déformation à chaud comprend un emboutissage.
Notamment, si la surface développée de la préforme 15 est égale à la surface développée de la paroi 3, l’étape de déformation à chaud consiste en un emboutissage.
En particulier, l’étape de déformation à chaud comprend un dépliage de la préforme 15 entre la matrice 49 et le poinçon 51 de telle sorte qu’à l’issue du dépliage, les surfaces des portions convexes de la préforme faisant face au poinçon 51 deviennent concaves.
Notamment, dans l’exemple illustré sur la Figure 3, la préforme 15 est dépliée lors de l’étape de déformation à chaud de telle sorte que la surface de la portion annulaire intermédiaire 21 faisant face au poinçon 51 devienne concave.
Si la préforme 15 a une surface développée égale à la surface développée de la paroi 3, cette étape de déformation à chaud n’implique aucun changement d’épaisseur. Ainsi, une telle étape nécessite des efforts de presse réduits.
En outre, la surface projetée de la préforme 15 sur un plan transversal étant inférieure à la surface développée de la préforme 15, il est possible, lors de cette étape, de réaliser une pièce creuse 1 de grande dimension au moyen d’une presse de taille limitée, en particulier au moins 50% inférieure à la taille qui aurait été nécessaire pour emboutir une préforme plane de surface développée égale à la surface développée de la paroi 3.
On a représenté schématiquement sur la Figure 6, à titre d’exemple, une phase initiale d’une étape de déformation à chaud de la préforme 15 de la Figure 3.
Comme illustré sur cette Figure, l’étape de déformation comprend une phase initiale de mise en contact du poinçon 51 avec la préforme 15, en particulier avec la portion centrale 19.
Le poinçon 51 poursuit alors sa course, entrainant un dépliage de la préforme 15, de telle sorte que la convexité de la portion annulaire intermédiaire 21 est inversée, la portion annulaire intermédiaire 21 devenant concave. A l’issue de la course du poinçon, les surfaces de la paroi 3 en contact avec le poinçon sont concaves.
Dans le deuxième mode de réalisation décrit ci-dessus, dans lequel la préforme 15 comprend au moins deux portions d’épaisseurs moyennes distinctes, l’étape de déformation à chaud comprend par exemple un emboutissage et un matriçage de la préforme 15 entre la matrice 49 et le poinçon 51 .
En particulier, l’emboutissage de la préforme 15 comprend une phase de mise en forme lors de laquelle la préforme 15 est mise en contact avec la matrice 49 par le poinçon 51.
A l’issue de cette phase, par exemple, les surfaces inférieures d’au moins une portion de la préforme 15, de préférence de toutes les portions de la préforme, est en contact avec la matrice 49, et la surface supérieure d’au moins une portion n’est pas en contact avec le poinçon 51 . De préférence, à l’issue de cette phase, au moins une partie de la portion annulaire intermédiaire 21 est en contact avec la matrice 49 et le poinçon 51 .
En variante, à l’issue de cette phase, les surfaces supérieures d’au moins une portion de la préforme 15, de préférence de toutes les portions de la préforme 15, est/sont en contact avec le poinçon 51 , et la surface inférieure d’au moins une portion n’est pas en contact avec la matrice 49.
Le matriçage est une phase d’expansion, lors de laquelle la matière est refoulée jusqu’à ce que la matière épouse les surfaces du poinçon 51 et de la matrice 49.
Selon un mode de réalisation, lors de cette phase, tant que l’expansion n’est pas finie, au moins une portion de la préforme 15 n’est pas en contact avec le poinçon 51 .
Ainsi, les efforts devant être exercés par la presse sont réduits. En outre, la surface projetée de la préforme 15 sur un plan transversal étant inférieure à la surface développée de la préforme 15, il est possible de réaliser une pièce creuse 1 de grande dimension au moyen d’une presse de taille limitée, en particulier au moins 50% inférieure à la taille qui aurait été nécessaire pour emboutir une préforme plane de surface développée égale à la surface développée de la paroi 3.
Dans l’exemple illustré sur la Figure 5, lors de la phase d’expansion, la portion annulaire intermédiaire 21 surépaissie de la préforme 15 est comprimée entre la matrice 49 et le poinçon 51 , au moins une partie de la portion centrale 19 et/ou de la portion annulaire périphérique 23 n’étant pas en contact avec le poinçon 51. Ainsi, le matériau s’écoule plastiquement depuis la portion annulaire intermédiaire 21 vers la portion centrale 19 et la portion annulaire périphérique 23 puis au-delà de la portion annulaire périphérique 23 pour augmenter la surface développée de la préforme 15 et former la paroi 3.
Le procédé selon l’invention permet ainsi de fabriquer une pièce en forme de dôme de grande dimension, telle qu’un dôme de réservoir cryogénique, qui ne nécessite pas de soudure, qui peut être réalisé sur des presses de forgeage disponibles dont les dimensions sont limitées et notamment de plus grand diamètre inférieur au plus grand diamètre de la surface développée de la paroi 3, et/ou les capacités en terme d’efforts sont limitées. En outre, il est possible de réaliser par ce procédé une pièce dont le fibrage est homogène, de telles sortes que les caractéristiques mécaniques de la pièce sont homogènes autour de l’axe central A-A et le long de la paroi 3, depuis le plan transversal inférieur 5 vers le plan transversal supérieur 7, tel qu’illustré sur la Figure 7.
En particulier, l’orientation des grains est homogène, à la fois autour de l’axe central, dans tout plan axial comprenant l’axe A-A et dans tout plan transversal à l’axe A-A.
Généralement, dans tout plan transversal, l’angle a formé entre la direction d’allongement des grains (sens long) vus en coupe dans ce plan transversal et la tangente à la surface de la paroi en ce grain, tel qu’illustré sur la Figure 7, est sensiblement constant (par exemple +/- 10°).
En effet, les grains s’allongent dans une direction privilégiée en raison des déformations appliquées par le procédé selon l’invention.
Par direction d’allongement d’un grain vu en coupe dans le plan transversal, on entend la direction dans laquelle s’étend la plus grande dimension (longueur) d’un grain vu en coupe dans ce plan transversal.
La thèse « Comportement et endommagement des alliages d’aluminium 6061 -T6 : Approche micromécanique », Yang Shen, 2012, illustre notamment la caractérisation microstructurale de grains, en particulier la direction d’allongement.
En ce qui concerne le fibrage, le sens tangentiel est de préférence plus marqué que le sens axial, et le sens axial est plus marqué que le sens radial, ce qui signifie qu’en général, les grains sont plus allongés dans le sens tangentiel que dans le sens axial, et plus allongés dans le sens axial que dans le sens radial. Par « sens radial », on entend ici généralement un sens qui s’étend à travers l'épaisseur de la paroi, ou autrement dit, selon l'épaisseur, perpendiculaire à un plan tangent à la paroi (et donc non nécessairement perpendiculaire à l’axe A-A).
Généralement, si l’on considère les grains vus en trois dimensions, la plus grande direction d’allongement des grains est dans le sens tangentiel, comprise dans le plan transversal et tangente à la surface de la paroi 3 (c’est à dire l’angle a formé entre la direction d’allongement des grains vus en coupe dans ce plan transversal et la tangente à la surface de la paroi en ce grain est sensiblement nul).
Les caractéristiques mécaniques de la pièce obtenue sont plus élevées dans le sens tangentiel, ce qui est le mode de sollicitation le plus élevé pour ce type de pièce.
Les grains sont de préférence axisymétriques autour de l’axe central A-A.
D’une façon générale, l’homme du métier pourra adapter la géométrie de la préforme et les dimensions des différentes portions de celles-ci, en particulier les diamètres et les épaisseurs, ainsi que le nombre de portions, en fonction de la forme et des dimensions de la paroi à fabriquer, et en fonction des dimensions et capacités maximales de la presse.
En outre, le procédé n’est pas limité à la fabrication de dômes de grande dimension destinés à des réservoirs de pression. Il peut être adapté à toute pièce de grande dimension susceptible d’être fabriquée par emboutissage/matriçage.
La pièce qui peut être fabriquée par ce procédé est en général, mais non nécessairement, une pièce de révolution. La paroi peut en outre comprendre des fonctionnalités supplémentaires, notamment des ouvertures, des reliefs sur la surface, notamment des bossages, des piquages, des nervures. Par ailleurs, les deux modes de réalisation décrits ci-dessus peuvent être combinés.
Notamment, en référence au premier mode de réalisation, au moins une portion a une épaisseur moyenne distincte de l’épaisseur moyenne d’une autre portion.

Claims

REVENDICATIONS Procédé de fabrication d’une pièce creuse (1 ) comprenant une paroi (3) d’un seul tenant sans soudure en forme de dôme s’étendant autour d’un axe central (A-A), la paroi (3) étant réalisée en un matériau constitué d’un alliage métallique, la paroi (3) ayant une épaisseur moyenne inférieure à 50 mm et une plus grande dimension, orthogonalement à l’axe central (A-A), comprise entre 1500 mm et 3700 mm, le procédé comprenant les étapes consécutives suivantes :
• fourniture d’un demi-produit (11 ) dudit matériau ;
• forgeage à chaud par refoulement du demi-produit (11 ) pour former une galette (13) de surface développée supérieure à celle du demi-produit (11 ) et inférieure à la surface développée de la paroi (3) ;
• mise en forme à chaud de la galette (13) pour créer une préforme (15) ayant une surface développée inférieure ou égale à la surface développée de la paroi (3), la préforme (15) comprenant au moins deux portions (19, 21 ) successives s’étendant radialement dans le prolongement les unes des autres à l’écart de l’axe central (A-A), de sorte que pour l’ensemble des portions (19, 21 ), les épaisseurs moyennes et/ou les convexités de deux portions (19, 21 ) successives soient distinctes;
• déformation à chaud de la préforme (15) sous une presse (47) entre une matrice (49) et un poinçon (51 ) pour former la paroi (3). Procédé de fabrication selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les portions comprennent une portion centrale (19) et au moins une portion annulaire intermédiaire (21 ), la portion centrale (19) et la portion annulaire intermédiaire (21 ) étant de convexités distinctes. Procédé de fabrication selon la revendication 2, caractérisé en ce que les portions comprennent en outre une portion annulaire périphérique (23), la portion annulaire périphérique (23) ayant une convexité distincte de la convexité de la portion annulaire intermédiaire (21 ) adjacente. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 2 à 3, caractérisé en ce qu’un ratio entre la surface projetée de la préforme (15) sur un plan transversal et la surface développée de la préforme (15) est inférieur à 90%, et la plus grande dimension de la surface projetée de la préforme (15) sur un plan transversal est inférieure ou égale à 150% de la plus grande dimension du poinçon (51 ) orthogonalement à l’axe central (A- A) Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l’étape de déformation de la préforme (15) sous la presse comprend un dépliage de la préforme (15) entre la matrice (49) et le poinçon (51 ) de telle sorte qu’à l’issue du dépliage, les surfaces des portions faisant face au poinçon (51 ) soient concaves. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la surface de la portion centrale (19) faisant face au poinçon (51 ) a une forme concave. Procédé de fabrication selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les portions comprennent une portion centrale (19) et au moins une portion annulaire intermédiaire (21 ), les épaisseurs moyennes de la portion centrale (19) et de la portion annulaire intermédiaire (21 ) étant distinctes, la surface développée de la préforme (15) étant inférieure à la surface développée de la paroi (3). Procédé de fabrication selon la revendication 7, caractérisé en ce que les portions comprennent en outre une portion annulaire périphérique (23), et en ce que la portion annulaire intermédiaire (21 ) est une portion surépaissie, l’épaisseur moyenne de la portion annulaire intermédiaire (21 ) étant supérieure à l’épaisseur moyenne de la portion centrale (19) et à l’épaisseur moyenne de la portion annulaire périphérique (23). Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que l’étape de déformation de la préforme (15) comprend une phase de mise en forme lors de laquelle au moins une partie de la portion annulaire intermédiaire (21 ) est mise en contact avec la matrice (49) par le poinçon (51 ), et une phase de matriçage correspondant à une expansion lors de laquelle au moins une partie de la préforme (15) n’est pas en contact avec le poinçon (51 ). Procédé de fabrication selon la revendication 9, caractérisé en ce que lors de la phase d’expansion, la portion annulaire intermédiaire (21 ) surépaissie de la préforme (15) est comprimée entre la matrice (49) et le poinçon (51 ), au moins une partie de la portion centrale (19) et/ou de la portion annulaire périphérique (23) n’étant pas en contact avec le poinçon (51 ), de telle sorte que le matériau s’écoule plastiquement depuis la portion annulaire intermédiaire (21 ) vers la portion centrale (19) et la portion annulaire périphérique (23) puis au-delà de la portion annulaire périphérique (23) pour augmenter la surface développée de la préforme et former la paroi (3). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le matériau est un alliage d’aluminium, notamment un alliage 2XXX ou 7XXX. Pièce creuse (1 ) comprenant une paroi (3) d’un seul tenant sans soudure en forme de dôme, la paroi (3) s’étendant autour d’un axe central (A-A), la paroi (3) étant réalisée en un matériau constitué d’un alliage métallique, la paroi ayant une épaisseur moyenne inférieure à 50 mm et une plus grande dimension, orthogonalement à l’axe central (A-A), comprise entre 1500 mm et 3700 mm. Pièce creuse selon la revendication 12, caractérisée en ce que la paroi (3) présente un fibrage homogène autour de l’axe central (A-A), l’orientation des grains dudit alliage métallique étant telle que dans tout plan transversal, l’angle formé entre la direction d’allongement d’un grain vu en coupe dans ce plan transversal, et la tangente à la paroi (3) en ce grain est sensiblement constant. Pièce selon l’une quelconque des revendications 12 ou 13, caractérisée en ce que le matériau est un alliage d’aluminium, notamment un alliage 2XXX ou 7XXX. Réservoir cryogénique comprenant une pièce (1 ) selon l’une quelconque des revendications 12 à 14 ou fabriquée par un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 .
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2875511A (en) * 1955-04-28 1959-03-03 Turner C Hawes Method for coining blanks for deep drawn cylinders, and product thereof
US3137057A (en) * 1959-11-13 1964-06-16 Lyon Inc Manufacture of missile casings
JPH06114479A (ja) * 1992-09-30 1994-04-26 Japan Casting & Forging Corp 鍛鋼製水室鏡の製造方法
FR2887611A1 (fr) * 2005-06-27 2006-12-29 Inst Francais Du Petrole Reservoir en acier frette pour contenir un fluide sous pression
RU2484915C1 (ru) * 2012-02-29 2013-06-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") Способ изготовления поковок в виде полусферы с горловиной
RU2715072C1 (ru) * 2019-05-24 2020-02-25 Олег Станиславович Клюнин Способ изготовления металлопластиковых баллонов

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2875511A (en) * 1955-04-28 1959-03-03 Turner C Hawes Method for coining blanks for deep drawn cylinders, and product thereof
US3137057A (en) * 1959-11-13 1964-06-16 Lyon Inc Manufacture of missile casings
JPH06114479A (ja) * 1992-09-30 1994-04-26 Japan Casting & Forging Corp 鍛鋼製水室鏡の製造方法
FR2887611A1 (fr) * 2005-06-27 2006-12-29 Inst Francais Du Petrole Reservoir en acier frette pour contenir un fluide sous pression
RU2484915C1 (ru) * 2012-02-29 2013-06-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") Способ изготовления поковок в виде полусферы с горловиной
RU2715072C1 (ru) * 2019-05-24 2020-02-25 Олег Станиславович Клюнин Способ изготовления металлопластиковых баллонов

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