EP0043335B1 - Dispositif de fabrication à chaud en continu d'éléments métalliques tubulaires courbes - Google Patents
Dispositif de fabrication à chaud en continu d'éléments métalliques tubulaires courbes Download PDFInfo
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- EP0043335B1 EP0043335B1 EP81420095A EP81420095A EP0043335B1 EP 0043335 B1 EP0043335 B1 EP 0043335B1 EP 81420095 A EP81420095 A EP 81420095A EP 81420095 A EP81420095 A EP 81420095A EP 0043335 B1 EP0043335 B1 EP 0043335B1
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D9/00—Bending tubes using mandrels or the like
- B21D9/12—Bending tubes using mandrels or the like by pushing over a curved mandrel; by pushing through a curved die
Definitions
- the present invention relates to a device for continuously manufacturing hot tubular curves, in particular steel.
- metal curves are made from blanks or ferrules each consisting of a section of tube, the blanks being threaded in groups and pushed by a pushing means on a mandrel comprising a straight cylindrical rod extended at its end by a curved section.
- a heating means for example an electric inductor or a gas oven, being arranged substantially in the connection zone of the straight rod of the mandrel with the forming section.
- the blanks used are made of tubes manufactured in great length, then cut.
- the object of the invention is precisely to provide a device making it possible to ensure good constant positioning of the blanks.
- the device according to the invention is characterized in that it comprises, on the straight mandrel rod, upstream of the heating zone, a ring surrounding the mandrel rod and comprising at least one cylindrical seat of the same axis as that of the mandrel rod, the diameter of this bearing surface, greater than the diameter of the mandrel rod, being at least equal to the nominal interior diameter of the tubular blanks threaded and passed.
- the ring can be made in one piece with the mandrel rod or preferably be made by turning and attached around said rod.
- the cylindrical bearing surface of the ring is connected to the mandrel rod by frustoconical bearing surfaces.
- a cold plastic deformation is produced in the blanks pushed on the rod using a pusher means, around the ring which results in giving the blanks a constant internal diameter by compensating initial dimensional irregularities.
- the blanks which, after passing over the expansion ring, constitute a train of blanks in permanent compression between the forming-expansion zone of the mandrel and the expansion ring of the rod, are thus able to continue their journey towards the heating / forming zone of the mandrel while remaining perfectly aligned and centered on the rod.
- the diameter of the rod, in this part, between the expansion ring and the mandrel forming zone, can be different from that of the upstream part of the rod, so as to reduce the play to a minimum and constant value.
- the presence of the ring according to the invention means that the blanks, advancing beyond said ring towards the heating and forming-expansion zone of the mandrel, are constantly kept pressed against each other by means of the sections d end and this, whether one exerts a push or not.
- This allows, for example, to feed the machine with blanks, by stopping the thrust, without destroying the centering or the alignment of the blanks presented to the heating.
- This maintenance in a centered position of the blanks, in the absence of thrust, is due to the frictional forces on the ring and to the geometrical constriction of the rod during the release of pusee, the whole allowing a sufficient tightening of the blanks between them to maintain them in position.
- the length of the rod extending between the ring and the heating zone of the blanks is preferably long enough to avoid any noticeable thermal effect on the ring. This length therefore depends on the heating means used. Furthermore, the ring is arranged downstream of the pushing means as close as possible to the end of this means in its most advanced position.
- the length of the cylindrical bearing surface of the ring is advantageously between approximately 0.5 and approximately 1.5 times the nominal diameter of the blanks used.
- the slope of the frustoconical bearing upstream is advantageously between approximately 7.5% and approximately 15% so as to facilitate the expansion of the metal in diameter and the slope of the frustoconical bearing downstream of the ring, that is to say -to say, towards the heating device fage is advantageously between about 5% and about 7%.
- the mandrel comprises a straight cylindrical rod (1) of considerable length extended by a curved end portion of expansion and forming (2).
- a means for heating the blanks shown diagrammatically in the form of an inductor (3).
- the tubular blanks are threaded at the left end in FIG. 1 of the rod (1) and pushed using a conventional pusher means, not shown.
- an expansion ring for the blanks (4) being able to be produced integrally with the rod (1) or attached to it and comprising a cylindrical bearing surface (5) connecting to the rod (1) by frustoconical bearing surfaces (6) upstream and respectively (7) downstream.
- FIG. 2 Illustrated in Figure 2 a blank T threaded around the rod (1) and moved using a pushing means in the direction of the arrow (A), towards the heating device (3) and the forming area (2).
- the external diameter of the cylindrical section (5) being greater than the nominal internal diameter of the blanks (T) introduced, these being pushed are deformed cold on the ring (4) and continue their movement on the rod (1) having received an internal diameter as constant as possible, so that it can be precisely aligned and centered on the downstream part of the mandrel rod (1) avoiding any risk of jamming, bending, tearing, entanglement and / or overlapping.
- the diameter of the mandrel rod (1) upstream and downstream of (4) is adjusted to the actual tolerances of the inside diameter of the blanks; thus, the diameter of the downstream part of the rod (1) will be greater than that of the upstream part of the rod (1) and the diameter of the downstream part will be calculated to have a minimum and regular clearance of the order of 5 to 10/1 oeme of mm on diameter, for example.
- the ring (4) is designed so as to allow the lubricant, which is inside the blanks (T) upstream of said ring, to pass downstream of (4) so that the blanks continue to be lubricated after passing over the ring.
- a preferred solution consists in cutting on the cylindrical part of (4) grooves (8), not parallel to the axis of the rod, but helical, for example, three or four in number.
- Such grooves (8) ensure the continuity of the internal lubrication of the blanks, while avoiding any marking and / or deformation located on the inside of the blanks.
- an expansion ring is used, the cylindrical bearing of which has a diameter of 60 mm.
- the blanks have a length of 270 mm, the cylindrical bearing surface of the ring has a length of 55 mm, the frustoconical bearing upstream a length of 15 mm and a slope of 12.6% and the frustoconical bearing downstream a length of 15 mm and a slope of 6.6%.
- the diameter of the rod (1) upstream of the ring is 58.1 mm and downstream of the ring is 59 mm.
- the length of the rod between the ring (4) and the inductor (3) is of the order of 1.5 m. As explained, any floating of the blanks in this area is avoided, even in the absence of thrust.
- a very high strength steel is used for the production of the expansion ring which is treated for example so as to reach a breaking load of the order of 2200 MPa.
- An advantageous embodiment consists in using an expansion ring which is threaded on its internal diameter.
- the mandrel then comprises a rod produced in two parts which are assembled end to end by screwing inside the expansion ring, which therefore plays the role of junction piece at the same time. It is thus easy to change the ring when it is worn.
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Description
- La présente invention est relative à un dispositif de fabrication à chaud en continu de courbes tubulaires, en particulier, en acier. On fabrique traditionnellement des courbes métalliques à partir d'ébauches ou viroles constituées chacune d'un tronçon de tube, les ébauches étant enfilées par groupes et poussées par un moyen pousseur sur un mandrin comportant une tige cylindrique droite prolongée à son extrémité par un tronçon courbe de formage sur lequel sont réalisés une expansion et un cintrage de l'ébauche jusqu'à la forme de la courbe désirée, un moyen de chauffage, par exemple un inducteur électrique ou un four à gaz, étant disposé sensiblement dans la zone de raccordement de la tige droite du mandrin avec le tronçon de formage. Les ébauches utilisées sont constituées de tubes fabriqués en grande longueur, puis tronçonnés.
- Dans la pratique, il en résulte que les ébauches enfilées sur la tige de mandrin présentent des variations en diamètre et en épaisseur par rapport aux cotes nominales, variations qui se traduisent par des jeux d'importance variable entre le diamètre intérieur de l'ébauche et le diamètre de la tige de mandrin. Ces jeux font que les ébauches se présentent sur la tige, les unes derrière les. autres, de façon géométriquement irrégulière, entraînant une irrégularité des conditions de transfert de la poussée vers la partie du mandrin assurant le formage.
- Or, dans la pratique, pour un bon fonctionnement de l'installation et pour l'obtention de courbes tubulaires de qualités métallurgiques et dimensionnelles, aussi bonnes et constantes que possible, il est nécessaire que les ébauches soient parfaitement alignées et centrées par rapport à l'axe de la tige de mandrin en amont de la partie où s'effectuent le formage et le chauffage. Il importe, en particulier, que chaque section d'extrémité d'ébauche se juxtapose à la section correspondante de l'ébauche suivante ou précédente, avec laquelle elle est en contact.
- Il faut notamment éviter la superposition partielle des surfaces, qui peut, compte tenu des pressions de poussée exercées pour le procédé (pressions qui peuvent être de l'ordre de 200 MPa) entraîner des détériorations et même des enchevêtrements des ébauches sur deux extrémités successives en contact par poussée et, de toute façon, conduire à une pression répartie irrégulièrement sur la périphérie de la section de l'ébauche ou des ébauches en cours de chauffage et formage par expansion et cintrage.
- L'invention a précisément pour but de fournir un dispositif permettant d'assurer un bon positionnement constant des ébauches.
- Le dispositif selon l'invention se caractérise par le fait qu'il comprend sur la tige droite de mandrin, en amont de la zone de chauffage, une bague entourant la tige de mandrin et comportant au moins une portée cylindrique de même axe que celui de la tige de mandrin, le diamètre de cette portée, supérieur au diamètre de la tige de mandrin, étant au moins égal au diamètre intérieur nominal des ébauches tubulaires enfilées et passées.
- La bague peut être réalisée d'un seul tenant avec la tige de mandrin ou de préférence être réalisée par décolletage et rapportée autour de ladite tige. De préférence, la portée cylindrique de la bague se raccorde à la tige de mandrin par des portées tronconiques.
- Grâce à la bague selon l'invention, on réalise dans les ébauches poussées sur la tige à l'aide d'un moyen pousseur, autour de la bague, une déformation plastique à froid qui conduit à donner aux ébauches un diamètre intérieur constant en compensant les irrégularités dimensionnelles initiales.
- Les ébauches qui, après passage sur la bague d'expansion, constituent un train d'ébauches en compression permanente entre la zone de formage-expansion du mandrin et la bague d'expansion de la tige, sont ainsi en mesure de poursuivre leur trajet vers la zone de chauffage/formage du mandrin en restant parfaitement alignées et centrées sur la tige.
- Le diamètre de la tige, dans cette partie, entre la bague d'expansion et la zone de formage du mandrin, peut être différent de celui de la partie amont de la tige, de façon à réduire le jeu à une valeur minimale et constante.
- La présence de la bague selon l'invention fait que les ébauches, avançant au-delà de ladite bague vers la zone de chauffage et de formage-expansion du mandrin, sont constamment maintenues pressées les unes contre les autres par l'intermédiaire des sections d'extrémité et ceci, que l'on exerce une poussée ou non. Cela permet, par exemple, d'alimenter en ébauches, la machine, en arrêtant la poussée, sans détruire le centrage ni l'alignement des ébauches se présentant au chauffage. Ce maintien en position centrée des ébauches, en l'absence de poussée, est dû aux forces de frottement sur la bague et au rétreint géométrique de la tige lors du relâchement de pussée, le tout permettant un serrage suffisant des ébauches entre elles pour les maintenir en position.
- On s'arrange toujours pour que la longueur de la tige s'étendant entre le bague et la zone de chauffage des ébauches, soit de préférence suffisamment longue pour éviter tout effet thermique notable sur la bague. Cette longueur est donc fonction des moyens de chauffage utilisés. Par ailleurs, la bague est disposée en aval du moyen pousser le plus près possible de l'extrémité de ce moyen dans sa position la plus avancée.
- La longueur de la portée cylindrique de la bague est avantageusement comprise entre environ 0,5 et environ 1,5 fois le diamètre nominal des ébauches utilisées. La pente de la portée tronconique en amont est avantageusement comprise entre environ 7,5% et environ 15% de façon à faciliter l'expansion du métal en diamètre et la pente de la portée tronconique en aval de la bague, c'est-à-dire, en direction du dispositif de chauffage est avantageusement comprise entre environ 5% et environ 7%.
- Dans le but de mieux faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire à titre d'exemple, en aucune manière limitatif, un mode de réalisation en se référant au dessin annexé, dans lequel:
- - la figure 1 représente schématiquement le dispositif selon l'invention,
- - la figure 2 illustre de façon agrandie la bague et la tige de mandrin sur laquelle sont enfilées les ébauches.
- Le mandrin comporte une tige (1) cylindrique droite de longueur importante prolongée par une partie d'extrémité courbe d'expansion et de formage (2).
- A l'extrémité de la tige de mandrin (1) est prévu un moyen de chauffage des ébauches, schématisé sous la forme d'un inducteur (3). Les ébauches tubulaires sont enfilées à l'estrémité de gauche sur la figure 1 de la tige (1 ) et poussées à l'aide d'un moyen pousseur conventionnel, non représenté.
- Selon l'invention, il est prévu sur la tige (1 ) une bague d'expansion des ébauches (4), ladite bague pouvant être réalisée d'un seul tenant avec la tige (1 ) ou rapportée sur celle-ci et comprenant une portée cylindrique (5) se raccordant à la tige (1 ) par des portées tronconiques (6) en amont et respectivement (7) en aval.
- Les proportions dans la figure ont été largement exagérées, en particulier, au niveau de la bague (4), pour rendre bien visible cet élément de l'invention.
- On a illustré sur la figure 2 une ébauche T enfilée autour de la tige (1) et déplacée à l'aide d'un moyen pousseur dans le sens de la flèche (A), en direction du dispositif de chauffage (3) et de la zone de formage (2).
- Le diamètre extérieur du tronçon cylindrique (5) étant supérieur au diamètre intérieur nominal des ébauches (T) introduites, celles-ci en étant poussées se déforment à froid sur la bague (4) et continuent leur déplacement sur la tige(1) en ayant reçu un diamètre intérieur aussi constant que possible, de manière à pouvoir être précisément alignées et centrées sur la partie aval de la tige (1 ) de mandrin évitant tout risque de coincement, pli, déchirement, enchevêtrement et/ou chevauchement.
- Il en résulte alors des conditions de poussée, de répartition de pression et de déformation à chaud, régulières assurant une constance des qualités métallurgiques et dimensionnelles des courbes fabriquées. Le fait de déformer une ébauche, dont les dimensions ont été préalablement standardisées, ne peut avoir qu'un effet favorable sur la qualité des produits obtenus.
- Le diamètre de la tige(1 ) de mandrin en amont et en aval de (4) est ajusté aux tolérances réelles du diamètre intérieur des ébauches; ainsi, le diamètre de la partie aval de la tige (1 ) sera supérieur à celui de la partie amont de la tige (1) et on calculera le diamètre de la partie aval pour avoir un jeu minimal et régulier de l'ordre de 5 à 10/1 Oème de mm sur diamètre, par exemple.
- Par ailleurs, la bague (4) est conçue de façon à permettre au lubrifiant, qui se trouve à l'intérieur des ébauches (T) en amont de ladite bague, de passer en aval de (4) pour que les ébauches continuent à être lubrifiées après leur passage sur la bague.
- A cet effet, une solution préférentielle consiste à tailler sur la partie cxlindrique de (4) des saignées (8), non parallèles à l'axe de la tige, mais hélicoïdales, par exemple, au nombre de trois ou quatre. De telles saignées (8) permettent d'assurer la continuité de la lubrification interne des ébauches, tout en évitant tout marquage et/ou déformation localisé sur l'intérieur des ébauches.
- Dans un exemple particulier de réalisation, pour fabriquer des courbes à partir d'ébauches présentant un diamètre extérieur de 66 millimètres et une épaisseur de 3,2 millimètres, c'est-à-dire, présentant un diamètre intérieur nominal de 59,6 millimètres, on utilise une bague d'expansion dont la portée cylindrique présente un diamètre de 60 mm. Les ébauches présentent une longueur de 270 mm, la portée cylindrique de la bague présente une longueur de 55 mm, la portée tronconique en amont une longueur de 15 mm et une pente de 12,6% et la portée tronconique en aval une longueur de 15 mm et une pente de 6,6%. Le diamètre de la tige (1 ) en amont de la bague est de 58,1 mm et en aval de la bague est de 59 mm. La longueur de la tige entre la bague (4) et l'inducteur (3) est de l'ordre de 1,5 m. Comme il a été expliqué, tout flottement des ébauches dans cette zone est évité, même en l'absence de poussée.
- On utilise de préférence pour la réalisation de la bague d'expansion un acier à très haute résistance qui est traité par exemple de façon à atteindre une charge de rupture de l'ordre de 2200 MPa.
- On préfère en général utiliser pour le mandrin un acier de caractéristiques mécaniques moins élevées.
- Un mode de réalisation avantageux, consiste à utiliser une bague d'expansion qui est filetée sur son diamètre intérieur. Le mandrin comporte alors une tige réalisée en deux parties qu'on assemble bout à bout par vissage à l'intérieur de la bague d'expansion, qui joue donc en même temps le rôle de pièce de jonction. Il est ainsi facile de changer la bague lorsqu'elle est usée.
- Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec un mode de réalisation particulier, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut lui apporter de nombreuses variantes et modifications, sans pour autant sortir ni de son cadre, ni de son aspect.
Claims (5)
1. Dispositif de fabrication à chaud en continu d'élément métalliques tubulaires courtes, en particulier en acier, comprenant un mandrin comportant une tige cylindrique droite (1 ) prolongée à son extrémité par un tronçon courbe de formage (2), un moyen de chauffage des ébauches (3) au voisinage de l'extrémité de la tige de mandrin et des moyens pour enfiler et pousser des ébauches sur le mandrin, caractérisé en ce qu'il comprend sur la tige droite de mandrin, en amont du moyen de chauffage, une bague (4) entourant la tige de mandrin et comportant au moins une portée cylindrique (5) de même axe que celui de la tige de mandrin, le diamètre de cette portée, supérieur au diamètre de la tige de mandrin étant au moins égal au diamètre intérieur nominal des ébauches tubulaires enfilées et poussées.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la portée cylindrique (5) de la bague (4) se raccorde à la tige de mandrin par des portées tronconiques (6, 7).
3. Dispositif selon revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la longueur de la portée cylindrique (5) de la bague (4) est comprise entre environ 0,5 et 1,5 fois le diamètre nominal des ébauches utilisées.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la portée cylindrique (5) de la bague (4) comporte une ou plusieurs saignées (8) qui permettent d'assurer la continuité de la lubrification.
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la tige de mandrin est en deux parties qui se raccordent au niveau de la bague (4).
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