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CA 02292823 1999-12-17
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PROCEDE ET DISPOSITIF DE REALISATION PAR HYDROFORMAGE
D'UN PIQUAGE INCLINE A PARTIR D'UN TUBE METALLIQUE
La présente invention concerne un procédé et un
dispositif de réalisation par hydroformage d'un piquage in-
cliné à partir d'un tube métallique.
Dans de nombreux domaines, on utilise des pièces
tubulaires métalliques qui comportent une portion principale
sur laquelle vient se raccorder un piquage. Ces pièces sont
couramment employées par exemple pour constituer des rac
cords ou des branchements de conduits de circulation d'un
lOfluide.
Pour réaliser ce genre de pièces, il est connu
d'utiliser un procédé de formage, appelé hydroformage, qui
consiste à placer un tube métallique, rectiligne ou cintré,.
dans une empreinte d'une matrice comportant une dérivation
correspondant à la forme désirée du piquage à réaliser et à
faire progressivement fluer le métal dans ce piquage par
l'application d'une pression à l'intérieur du tube métalli-
que.
A cet effet, on injecte dans le tube un fluide
sous haute pression et simultanément on applique de façon
20étanche sur chaque extrémité du tube des pistons mobiles
dans la matrice pour exercer sur ces extrémités une poussée
et forcer le métal à flûer dans la dérivation de cette ma-
trice.
Ensuite, l'extrémité libre du piquage est décou-
pée pour ouvrir cette extrémitë.
Le fluage du métal dans la dérivation est con-
trôlé par un contre-pousseur disposé dans ladite dérivation
et se déplaçant en translation en même temps que le métal
qui forme progressivement le piquage, sous l'effet de la
pression exercée à l'intérieur du tube.
30 Par ailleurs, le contre-pousseur est relié à un
élément qui exerce une résistance ou une force antagoniste
au fluage du métal au cours du déplacement de ce contre-
pousseur dans la dérivation pour permettre au métal de
s'écouler uniformément.
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Mais, les dispositifs utilisés jusqu'â .présent
pour réaliser un piquage incliné à partir d'un tube métalli-
que présente des inconvénients.
En effet, le contre-pousseur est déplaçable en
translation dans la dérivation de la matrice entre une pre
mière position située à proximité de la zone de raccordement
entre la portion c~lindrique et cette dérivation et une se
conde position écartée de ladite zone d'une distance corres
pondant à la longueur du piquage à rêaliser.
Selon le dispositif utilisé, le contre-pousseur
s'étend dans la dérivation, soit perpendiculairement à l'axe
de ladite dérivation, soit parallèlement à l'axe de la por-
tion cylindrique de l'empreinte de la matrice.
Dans le cas où le contre-pousseur s'étend per
pendiculairement à l'axe de la dérivation, il subsiste dans
la premiêre position du contre-pousseur entre celui-ci et la
portion du tube en regard de la dérivation, un espace libre
ce qui ne permet pas de contrôler le fluage du métal dès
l'amorçage de la déformation dans la dérivation et ce qui
peut entraîner des risques d'explosion de ce métal.
Dans le cas où le contre-pousseur s'étend paral-
lèlement à l'axe de la portion cylindrique de l'empreinte de
la matrice, le piquage réalisé par fluage du métal dans la
dérivation comporte une paroi d'extrémité s'étendant égale-
ment parallêlement à l'axe du tube.
Le découpage de l'extrémité libre du piquage est
réalisé selon une direction perpendiculaire â l'axe de ce
piquage si bien qu'une partie dudit piquage est enlevé dimi-
nuant ainsi sa longueur.
L'invention a pour but de proposer un procédé et
un dispositif de réalisation par hydroformage d'un piquage
incliné à partir d'un tube métallique qui évite les inconvé-
nients précédemment mentionnés.
L'invention a donc pour objet un procédé de réa
lisation par hydroformage d'un piquage incliné à partir d'un
tube métallique, dans lequel on place le tube dans une ma
trice comportant une empreinte formée d'une portion cylin
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drique destinêe à recevoir le tube et d'une dérivation cor-
respondant à la forme désirée dudit piquage, on injecte dans
le tube un fluide sous haute pression et simultanément on
exerce une poussée sur chaque extrémité dudit tube pour for-
s cer le métal â fluer dans cette dérivation, caractérisé en
ce que dês l'amorçage du fluage du métal dans la dérivation,
on retient la surface frontale du métal dans cette dériva-
tion selon une surface parallèle à l'axe du tube, et, au
cours du fluage du métal dans ladite dérivation, on oriente
la surface frontale du métal selon une surface perpendicu-
laire à l'axe de la dérivation.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention,
- on oriente la surface frontale du métal per-
pendiculairement à l'axe de la dérivation pendant le fluage
de ce métal dans ladite dérivation,
- on oriente la surface frontale du métal per-
pendiculairement à l'axe de la dérivation au début du fluage
de ce métal dans ladite dérivation,
- on oriente la surface frontale du métal per
pendiculairement à l'axe de la dérivation à la fin du fluage
de ce métal dans ladite dérivation.
L'invention a également pour objet un dispositif
de réalisation par hydroformage d'un piquage rectiligne et
incliné à partir d'un tube métallique, comprenant .
- une matrice comportant une empreinte formée
d'une portion cylindrique destinée à recevoir le tube et
d'une dérivation débouchant dans la portion cylindrique et
de forme correspondant au piquage,
- des pistons opposés mobiles dans la matrice
pour exercer sur chaque extrémité du tube une poussée,
- des moyens d'injection dans le tube d'un
fluide sous haute pression pour forcer le métal â fluer dans
la dérivation,
caractérisé en ce qu'il comprend, d'une part, un contre
pousseur disposé dans la dérivation et en contact avec la
portion du tube en regard de cette dérivation et, d'autre
part, des moyens d'entraînement en translation et en rota
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tion du contre-pousseur pour déplacer ledit contre-pousseur
entre une première position parallèle â l'axe du tube à
l'amorçage du fluage du métal dans la dérivation et une se-
conde position perpendiculaire à l'axe de cette dérivation
au cours du fluage du métal dans ladite dérivation.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention .
- les moyens de déplacement du contre-pousseur
sont formés par un vérin déplaçable en rotation de 180° et
comportant une tige de piston reliée au contre-pousseur par
une manivelle,
- l'axe de la tige de piston du vérin forme avec
la verticale un angle égal à la moitié de l'angle d'incli-
naison du piquage,
- l' axe de la tige de piston du vérin passe par
un point situé sur l'axe du piquage et au milieu de la dis
tance séparant le centre de la surface de contact du contre
pousseur avec la portion du tube avant le fluage du.métal et
le centre de la surface de contact dudit contre-pousseur
avec la surface frontale du métal à la fin du fluage de ce
métal dans la dérivation,
- la projection sur l'axe du tube de la distance
entre le point d'intersection de l'axe de la tige de piston
et l'axe du piquage et le centre de la surface de contact du
contre-pousseur avec la portion du tube avant le fluage du
métal est égale à la projection sur ledit axe du tube-de la
distance entre ledit point d'intersection et le centre de la
surface de contact dudit contre-pousseur' avec la surface
frontale du métal à la fin du fluage de ce métal dans la dé-
rivation.
. L'invention sera mieux comprise â la lecture de
la description qui va suivre, donnée uniquement à titre
d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur
lesquels .
- la Fig. 1 est une vue schématique en perspec
tive d'un exemple d'une pièce obtenue par un dispositif con
forme â l'invention,
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- les Figs. 2 et 3 sont des vues schématiques en
coupe transversale du dispositif conforme à l'invention et
montrant les différentes étapes de réalisation de la pièce
représentée â la Fig. 1.
5 Dans ce qui suit, la description est limitêe à
la réalisation d'un piquage incliné sur un tube rectiligne.
L'invention s'applique également à la réalisation d'un pi-
quage incliné sur un tube préalablement cintré. par exemple
pour former un coude.
Sur la Fig. l, on a représenté une pièce rëali-
sée par le dispositif conforme à l'invention et qui com-
porte, d'une part, une partie principale 1 tubulaire et,
d'autre part, un piquage 2 rectiligne et incliné selon un
angle déterminé.
Ce piquage 2 est réalisé par hydroformage à par-
tir d'un tube métallique 3 et au moyen d'un dispositif re-
présenté aux Figs. 2 et 3.
Ce dispositif d'hydroformage comprend une ma
trice 10 comportant une empreinte désignée dans son ensemble
par la référence 11 et qui est formée d'une portion cylin
drique 12 destinée â recevoir le tube 3 et d'une dérivation
13 débouchant dans la portion cylindrique 12 et de forme
correspondant au piquage 2.
Cette dérivation 13 est inclinée selon un axe
YY' par rapport à la verticale d'un angle a égal â l'angle
d'inclinaison du piquage 2.
De manière classique, le dispositif d'hydrofor-
mage comporte également deux pistons opposés 14, mobiles
dans la portion cylindrique 12 ménagée dans la matrice 10 et
des moyens d'injection 15 d'un fluide sous haute pression à
l'intérieur du tube mêtallique 3.
Enfin, le dispositif d'hydroformage comprend un
contre-pousseur 20 disposé dans la dérivation 13 ménagée
dans la matrice 10 et, des moyens désignés par la référence
générale 30 de déplacement en translation et en rotation du
contre-pousseur 20.
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Ces moyens 30 sont constitués par un vérin 31
monté déplaçable en rotation sur un bâti, non représenté, et
qui comporte une tige de piston 32.
Le vérin 31 est entraînë en rotation de 180° à
l'aide par exemple d'un moteur électrique 33 dont l'arbre de
sortie est équipé d'un pignon 34 qui engrène avec une roue
dentée 35 montée sur le corps du vérin 31.
Le déplacement en rotation du vérin 31 peut être
assuré par tout autre système approprié.
L'extrémité libre de la tige de piston 32 est
reliée au contre-pousseur 20 par l'intermédiaire d'une mani-
velle 21.
Cette manivelle 21 comporte donc une première
extrémité 21a reliée au contre-pousseur 20 et une seconde
extrémité 21b reliée à la tige de piston 32 du vérin 31.
L'axe ZZ' de la tige de piston 32 du vérin 31
forme avec la verticale un angle ~ égal à la moitié de l'an-
gle a d'inclinaison du piquage 2.
Dans l'exemple de réalisation représenté sur les
Figs. 2 et 3, le déplacement simultané en translation et en
rotation de la tige de piston 32, d'une part, au moyen du
vérin 31 et, d'autre part, au moyen du moteur 33, du pignon
34 et de la couronne dentée 35, entraîne, grâce à la mani-
velle 21, également la translation et la rotation du contre-
pousseur 20 qui se déplace entre une première position pa-
rallèle à l'axe XX' du tube 3, comme représentée à la Fig.
2, et une seconde position perpendiculaire à l'axe YY' de la
dérivation 13, comme représentée à la Fig. 3.
Le déplacement du contre-pousseur 20 entre les
deux positions correspond à une rotation de 180° de la mani
velle 21.
Tout d'abord, on place le tube cylindrique 3
dans la portion cylindrique 12 de l'empreinte ll et on ap
plique sur chaque extrémitê de ce tube cylindrique 3 un pis
ton 14.
Ensuite, on rapproche les pistons 14 l'un de
l'autre de façon â comprimer le tube cylindrique 3 et, si-
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multanément, on injecte le fluide sous haute pression à
l'intérieur du tube 3 par l'intermédiaire des conduits 15.
Lorsque la pression exercée par les pistons 14
sur le tube cylindrique 3 augmente, la pression exercée par
le fluide à l'intérieur de ce tube 3 augmente également.
Au début de cette phase, le contre-pousseur 20
est dans la position représentée à la Fig. 2, dans laquelle
la surface de contact de ce contre-pousseur 20 est en appui
sur la portion du tube 3 située en regard de la dérivation
13 de l'empreinte 11.
Ainsi, sous l'effet conjugué de la pression
exercée par les pistons 14 sur le tube 3 et du fluide hy
draulique à l'intérieur de ce tube 3, le métal constituant
ce tube cylindrique 3 à tendance à fluer dans la dérivation
13.
Dès le fluage du métal dans cette dérivation 13,
la surface frontale 3a du métal fluant dans ladite dériva
tion 13 est retenue selon une surface parallèle à l' axe XX'
du tube 3 du fait que ce contre-pousseur 21 s'étend parallé
lement à cet axe XX'.
Simultanément au rapprochement des pistons 14 et
à l'injection de fluide à l'intérieur du tube 3, le vérin 31
et le moteur 33 sont actionnés ce qui provoque, la rotation
et la translation dans le sens du fluage du métal dans la
dérivation 13, de l'ensemble constitué par la tige de pis-
ton 32, la manivelle 21 et le contre-pousseur 20.
Ainsi, le contre-pousseur 20 se déplace au cours
du fluage du métal dans la dérivation 13 entre la première
position dans laquelle ce contre-pousseur 20 est parallèle
à l'axe XX' du tube 3 et la seconde position dans laquelle
ledit contre-pousseur 20 s'étend perpendiculairement à l'axe
YY' du piquage 2 de façon à orienter la surface frontale 3a
du piquage 2 perpendiculairement à l'axe YY' de ladite déri-
vation 13, comme représenté â la Fig. 3.
Sur toute la course du fluage du métal dans la
dérivation 13, la surface frontale 3a est en contact avec la
surface de contact du contre-pousseur 20 évitant de ce fait
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la formation de plis ou de fissures dans le métal fluant
dans cette dérivation 13.
Le fluage du métal dans la dérivation 13 est
contrôlée par le contre-pousseur 20 qui exerce sous l'effet
du vérin 31 une résistance ou une force antagoniste à ce
fluage au cours du déplacement de ce contre-pousseur pour
permettre au mëtal de s'écouler uniformément.
L'axe ZZ' de la tige de piston 32 du vérin 31
passe par un point O situé sur l'axe YY' du piquage 2 et au
milieu de la distance sêparant le centre A1 de la surface de
contact du contre-pousseur 20 avec la portion du tube 3
avant le fluage du métal et le centre A2 de la surface de
contact dudit contre pousseur 20 avec la surface frontale
3a du métal â la f in du f luage de ce métal dans la dériva
tion 13.
De plus, la projection 0'A'1 sur l'axe XX' du
tube 3 de la distance entre le point O d'intersection de
l'axe ZZ' de la tige de piston 32 et l'axe YY' du piquage 2
et le centre A1 de la surface de contact du contre-pousseur
20 avec la portion du tube 3 avant le fluage du métal est
égale â la proj ection O' A' 2 sur ledit axe XX' du tube 3 de
la distance entre ledit point 0 d' intersection et le centre
A2 de la surface de contact dudit contre-pousseur 20 avec la
surface frontale du métal à la fin du fluage de ce métal
dans la dérivation 13.
Dans l'exemple de réalisation,précédemment dé
crit, la rotation du contre-pousseur 20 oriente progressive
ment la surface frontale 3a du métal perpendiculairement à
l'axe YY' du piquage 2 pendant le fluage du métal dans la
dérivation 13.
Selon une variante, la rotation du contre-
pousseur 20 est réalisée au début du mouvement de transla-
tion de ce contre-pousseur 20 pour orienter la surface fron-
tale du métal perpendiculairement à l'axe YY' du piquage 2
dès l'amorçage du fluage de ce métal dans la dérivation 13.
Selon encore une autre variante, la rotation du
contre-pousseur 20 est effectuée à la fin du fluage du métal
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dans la dérivation 13 pour orienter la surface frontale 3a
du métal perpendiculairement à l'axe de la dérivation 13 â
la fin du fluage de ce métal.
La rotation du contre-pousseur 20 peut être réa
s lisée pour toutes les positions de celui-ci entre les deux
positions extrêmes, c'est â dire la première position au dé
but du fluage et la seconde position à la fin du fluage du
métal dans la dérivation 13.
Le procédé selon l'invention s'applique égale-
ment à la réalisation d'un piquage non rectiligne.
Le dispositif selon l'invention permet de réali-
ser .un piquage incliné de plus grande longueur qu'avec un
contre-pousseur toujours orienté perpendiculairement à l'axe
du tube et d'éviter les risques de fissuration ou d'explo-
sion du métal lors de l'amorçage de la déformation dans le
cas où le contre-pousseur est toujours orienté perpendicu-
lairement à l'axe de ce piquage.
