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Corps creux métallique résistant à la pression et procédé et dispositif servant à le fabriquer.
L'invention a pour objet des corps creux métalliques, résistant à la pression, dont le métal à.une structure nouvelle et qui possèdent des propriétés nouvelles, ainsi que le procédé et un dispositif servant à les fabriquer.
Les nouveaux corps creux sont destinés en particulier à recevoir des gaz comprimés à haute pression. Cn les fabrique, tout en faisant usage en même temps de moyens connus, par élar-
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gissement de corps creux métalliques plus étroits, par exemple, de tuyaux,et ils forment un ou plusieurs corps creux, comportant des courbures dirigées dans plusieurs sens, par exemple un corps creux sphérique, auquel se raccordent des éléments tubulaires qui, dans le cas où il existe plusieurs de ces corps creux, les réunissent entre eux.
En raison de ce procédé de fabrication, l'épaisseur des parois du corps creux à élargir, par exemple d'un tuyau, n'est pas réduite par l'élargissement, ou ne l'est que dans une mesure déterminée au préalable et la résistance à la pression du nouveau corps creux ainsi formé, qui est uniforme ne subit aucun changement.
Suivant l'invention, on chauffe le corps creux à élargir, par exemple un tuyau cylindrique, à une température à laquelle le métal possède la plasticité la¯ plus avantageuse pour l'opération d'élargissement, en faisant agir en même temps un effort mécanique de poussée dirigé suivant l'axe du tuyau et la pression d'un gaz agissant élastiquement de dedans en dehors sur la paroi du tuyau qui est ainsi simultanément refoulé et élargi.
Le métal de la paroi du tuyau est. forcé de s'appliquer contre les parois des moules qui entourent le tuyau. Les particules du métal rendu plastique par chauffage peuvent venir,se superposer et cette superposition peut être réglée par l'échelonnement de la poussée axiale et de la pression élastique d'élargissement, de façon que le corps creux nouvellement formé possède la même épaisseur de paroi et la même résistance à la pression que le tuyau avant d'être élargi, ou une épaisseur de paroi plus faible déterminée au préalable.
Dans tous les procédés de déformation à chaud connus jusqu'à présent, la pièce devait être chauffée dans un four ; de ce four, on la faisait passer dans la matrice d'où résultait une perte de chaleur considérable, obligeant souvent à réchauffer la
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pièce à plusieurs reprises, en particulier lorsqu'il s'agissait de récipients à parois minces. Cette opération donnaitlieu à un grand nombre de rebuts-et augmentait le prix du traitement tout entier.
Suivant l'invention, le corps creux métallique consti- tue la résistance d'un circuit de chauffage électrique. Par ce moyen., son chauffage est rapide et uniforme-, et la plasticité ce nécessaire¯du métal peut être maintenue jusqu'à/que la défor- mation soit complètement terminée.
Le chauffage; par résistance constitue un progrès tech- nique important, non seulement en raison de la simplicité du chauffage-et du -maintien de la pièce à l'état chaud, mais en- core. de la possibilité de lui faire subir un traitement ther- mique supplémentaire, dans le cas où ce traitement-serait né- cessaire. Par exemple, s'il est nécessaire de faire subir à un corps creux en acier un traitement thermique pour lui faire acquérir sa qualité, optimum, ce traitement peut lui être donné aussitôt après l'opération de déformation , par exemple en élé- vant ou abaissant la température ou les deux dans l'ordre de succession nécessaire. La normalisation du corps creux en acier peut également être effectuée dans la matrice même, aussitôt après la. déformation.
Par conséquent, s'il s'agit par exemple de former un corps sphérique en partant d'un tuyau cylindrique, l'augmenta- tion de volume est obtenue, suivant l'invention, la surface extérieure restant en principe sans changement, non au prix d'un allongement du métal, mais sous l'effet d'une poussée su- bie par la paroi du tuyau et- qui- est proportionnelle à la for- mation d'une paroi sphérique. Par exemple, un tuyau cylindrique de 50 mm. de diamètre et de zoo mm. de longueur fournit un corps creux sphérique de 100 mm. de diamètre. La surface reste en principe sans changement, mais le volume de la sphère devient
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égal à 523 cm3 environ au lieu de 392 cm3 environ, volume du cylindre.
Comme l'étendue des surfaces reste à peu près égale, il doit en être de même pour les épaisseurs de paroi ; la paroi ne subit donc pratiquement ni diminution, ni augmentation d'épaisseur, mais il se produit en réalité un changement de position partiel des particules de métal sous l'action de la poussée axiale et de la poussée interne ou intermédiaire du métal plastique déplacé dans les portions à rendre courbes du tuyau original, qui s'élargissent.
La longueur du tuyau suivant son axe ne doit pas être réduite jusqu'à la longueur exacte que doit avoir le corps creux final. Dans ce cas, le métal s'allonge sous l'effet de la pression intérieure, mais cet allongement peut être limité à volonté enraccourcissant le corps creux original.
Le dessin ci-annexé représente à titre d'exemple plusieurs formes de réalisation de l'invention.
La figure 1 représente un tuyau cylindrique 1 en acier et en pointillé le corps creux sphérique 2 que l'on obtient en refoulant le tuyau en acier 1 chauffé à haute température, par une pression s'exerçant dans le sens de son axe sur ses deux extrémités et en le faisant gonfler simultanément sous l'action d'un gaz sous pression arrivant dans le tuyau. On voit de quelle manière les extrémités du tuyau se rapprochent L'une de l'autre sous l'effet. du refoulement et comment la presque totalité de la longueur du tuyau qui se trouve entre ses extrémités a pris la forme sphérique. L'épaisseur des parois est.restée la même en principe.
Un tuyau cylindrique peut être transformé d'une manière similaire en un corps creux consistant en plusieurs éléments sphériques réunis par de courtes portions tubulaires (fig. 2).
Chaque élément sphérique 3 est obtenu ici par chauffage, refoule-
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ment et gonflement d'une portion du tuyau 4. Le refoulement et l'élargissement peuvent s'effectuer séparément pour chaque por- tion de tuyau ou simultanément pour plusieurs portions, ainsi qu'il sera décrit ci-après.
La figure 3 représente un corps creux ellipsoïdal 5 ob- tenu de la même manière en partant d'un tuyau 6.
La figure 4 représente un corps creux 7 en forme de roue avec deux éléments tubulaires 8 se raccordant sur lui.
La figure 5 représente la fabrication d'un corps creux 9, en forme de poire avec deux portions tubulaires 10 se rac- cordant sur lui et obtenu en introduisant un gaz sous pression d ans le tuyau chauffé à haute température et fermé à une de ses extrémités par une conduite sous pression 11 et en rappro- chant simultanément l'une de l'autre les deux moitiés 12 et 13 d'une matrice, dans lesquelles sont serrées les extrémités du tuyau.
La figure 6 représente un corps creux métallique formé de trois sphères creusets 14, 15, 16 de diamètres différents qui sont réunies par des portions 17 du tuyau initial et com- portent des tubulures de raccordement 18. Pour que les trois corps creux sphériques possèdent la même résistance à la pres- sion, il faut que l'épaiss.eur de la paroi de chacun d'eux soit proportionnelle à son diamètre. Il faut donc par exemple que le corps creux du plus grand diamètre ait une épaisseur de paroi égale à celle du tuyau primitif. Le corps creux intermédiaire devra être formé par une portion de tuyau dont la longueur sera réduite, de façon que sa paroi s'allonge en conséquence au mo- ment de l'élargissement et devienne plus mince.
De même, le corps creux du plus petit diamètre sera formé par un élément de tuyau encore plus court.
La figure 7 représente schématiquement la fabrication d'un tuyau comportant deux corps creux sphériques contigus. Le tuyau 19 dont les deux extrémités sont fermées est entouré par
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trois éléments de matrice 21, 22 et 23, qui le maintiennent solidement et est chauffé de la manière décrite ci-dessous. En même temps, on fait arriver un gaz sous forte pression, par la conduite sous pression 24 dans le tuyau et on fait agir une pression axiale sur les moitiés de matrice 21 et 23, de façon à les rapprocher de l'élément de matrice 22.
Le tuyau, qui s'est gonflé sous forme de'deux corps creux, trouve ainsi un appui dans les matrices 21, 22 et 23,22, qui se sont fermées, contre lequel s'appliquent ses portions chauffées et élargies, de sorte qu'on obtient une pièce se composant de deux corps creux sphériques, dont les parois ont la même épaisseur que celle du tuyau 19 et qui sont réunis l'un à l'autre par un court bout de tuyau et comportent chacun une tubulure de raccordement.
Mais on peut aussi faire agir la poussée axiale sur le tuyau à déformer d'un côté ou des deux dans une matrice fermée entourant le tuyau. Dans ce cas, la matrice de la figure 4, par exemple, peut être fermée dès le début et le tuyau introduit sans serrage dans la matrice peut y être refoulé d'un côté au des deux par une poussée dirigée suivant l'axe.
La figure 8 représente à titre d'exemple une forme de réalisation pratique d'un dispositif fonctionnant avec chauffage électrique du tuyau.
Sur un bâti de machine 30, est fixée une moitié 31 d'une matrice sphérique résistant à la pression. L'autre demi matrice 32 peut être déplacée dans des glissières de guidage 33 par la tige 34 d'un piston, poussé en avant par la pression de l'huile agissant dans le cylindre de refoulement 35 et qui y est refoulée en sortant d'un réservoir d'huile 37 par une pompe foulante 36. Les demi-matrices comportent des trous laissant passer le tuyau en acier 36 à déformer,'qui est fermé à l'une de ses extrémités , tandis que par l'autre on fait arriver du gaz sous pression dans le tuyau par la conduite 39.
Derrière les demi-
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matrices et séparées d'elles par des isolants 40, se trouvent les électrodes 41,42, qui, comme chaque demi-matrice, se composent d'une portion supérieure et d'une portion inférieure entourant le tuyau et pouvant être fixées sur lui par des mâchoires excentriques.43. Les électrodes reçoivent le courant provenant du circuit secondaire d'un transformateur 44 par des conducteurs 45, suivant la position d'un commutateur à plots 46.
Une fois le tuyau serré dans les électrodes et les demimatrices, on fait arriver le courant. Le tuyau qui constitue une, résistance s'échauffe sous l'action du courant et lorsque le métal a atteint la température lui conférant la plasticité nécessaire, on met la pompe à huile 36 en marche, de sorte que le piston, poussé en avant dans le cylindre de refoulement, fait avancer la demi-matrice 32 vers la demi-matrice 31 en refoulant la paftie plastique de la paroi du tuyau à déformer qui se trouve entre les deux demièmatrices.
En même temps, on fait arriver le gaz sous pression dans le tuyau par la conduite 39, ce qui a pour effet de faire gonfler le tuyau, de sorte que, lorsque les deux demi-matrices sont arrivées l'une contre l'autre, la sphère creuse s'est déjà formée. Après avoir coupé le courant, cette coupure pouvant se faire automatiquement, fait échpper le gaz sous pression et arrêté la pompe à huile, on peut soulever les portions supérieures des matrices et les électrodes du tuyau et retirer ce tuyau des portions inférieures des matrices.
Dans l'exemple de la figure 1, la portion chauffée du tuyau a été élargie sous forme de sphère creuse.
Les figures 9, 10 et 11 représentent des dispositifs servant à assurer un avancement uniforme des éléments de matrices au cours de la fabrication d'un corps creux ayant la forme de la figure 12 et qui consiste en trois corps creux sphériques réunis par trois bouts de tuyaux. La matrice complète fermant les trois sphères se compose de quatre demi-matrices inférieures 47, 48,
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49 et 50 et de quatre demi-matrices supérieures 51, 52, 53 et 54. Les demi-matrices inférieures sont accouplées l'une à l'autre par des éléments mobiles 55, 56 ayant la forme de ciseaux articulés, qui peuvent se rapprocher ou s'éloigner l'un de l'autre simultanément et uniformément . Les demi-matrices supérieures sont réunies par un guidage 57, qui y pénètre.
Le tuyau 58 est serré dans les éléments extrêmes 47, 51 et 50, 54 de la matrice par des vis 59. La description qui précède permet de se rendre compte de la manière dont le tuyau se déforme pour prendre la forme de corps creux de la figure 12.