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Dispositif de cintrage de tubes ou profilés à structure symétrigue pour double
sens de cintrage et
machine équipée du dispositif.
La présente invention concerne un nouveau dispositif pour le cintrage de
tubes ou de profilés et une machine comportant ce dispositif.
L'invention se rapporte particulièrement mais non limitativement à la
technique
dite de cintrage par enroulement-tension dont le principe est rappelé ici en
liaison
avec les figures 1 à 3.
Un tube (A) est immobilisé sur une forme (B) de cintrage par un mors (C).
L'ensemble (forme de cintrage-mors) est mis en rotation, une réglette (D) ou
des galets (E) maintiennent le tube (A) dans l'axe de la machine.
C'est la technique la plus utilisée pour la fabrication de pièces
industrielles.
Elle permet le cintrage à rayons courts (facteur R 0,8), de tubes à parois
minces (facteur E de 200).
La qualité et la précision des pièces réalisées avec cette technique sont
dépendantes du maintien du tube par le mors sur la forme de cintrage.
Tout glissement engendre deux effets :
- Création de plis à l'intrados (F) (ou intérieur)du cintre,
- Altération des parties droites (G) entre cintres, d'où une dégradation de la
géométrie des pièces.
Le mors de serrage doit, pour être efficace, avoir une force de serrage
suffisante et une grande rigidité pour transmettre la force de serrage.
Sur les machines existantes,.le mouvement est réalisé soit par un vérin
(hydraulique ou pneumatique) associé à un système mécanique généralement un
système de genouillère, soit par un moteur (électrique) associé à un système
vis-
écrou.
Cet ensemble est monté sur un bras de cintrage tournant autour de la forme
de cintrage.
La conception des pièces en tube à parois minces est actuellement "bridée"
par la capacité des moyens disponibles sur le marché d'enchaîner avec plus ou
moins de difficultés des cintrages dans le sens horaire (voir figure 4) et des
cintrages
dans le sens anti-horaire (voir figure 5).
Cette situation impose donc, lorsque le besoin de deux sens de cintrage est
nécessaire, d'envisager une conception modulaire avec plusieurs pièces, dont
chacune n'a qu'un sens de cintrage, ou l'utilisation de solutions plus lourdes
et/ou
plus complexes, ainsi l'état de la technique propose plusieurs solutions à
savoir :
FEUILLE DE REMPLACEMENT (REGLE 26)
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= réaliser les deux sens de cintrage avec un équipement disposant de deux
têtes de cintrages dont le principe est représenté à la figure 6. Le tube est
successivement cintré dans un premier sens par une première tête (a) de
cintrage
puis en sens contraire par passage dans une deuxième tête de cintrage (b).
= réaliser les deux sens de cintrage avec un équipement comportant deux
outils (c, d) montés de part et d'autre d'une tête de cintrage, et dont le
principe est
représenté en figure 7. Les deux outils (c, d) sont montés sur le même axe (e)
de
cintrage, le changement de sens de cintrage nécessite une combinaison complexe
de
mouvements.
= réaliser les deux sens de cintrage avec deux outils (f, g) à axes de
rotation
commutables selon le principe de la figure 8. Dans ce cas, la commutation du
sens
de cintrage est très rapide, mais la mécanique est complexe. De plus, cette
solution
ne permet pas de changement de rayon de cintrage.
= réaliser les deux sens de cintrage avec deux outils (h, i) situés sur des
plans
différents selon le principe de la figure 9. Dans ce cas, le changement de
sens de
cintrage nécessité des mouvements complexes.
Toutes ces solutions de l'art antérieur impliquent une mécanique plus ou
moins complexe et nécessitent toutes deux outils de cintrage.
De ce fait, pour les marchés les plus porteurs tels que l'automobile et
l'aéronautique, toujours en recherche de solutions économiques et adaptées aux
changements simples et rapides de séries, le besoin des concepteurs n'est pas
pleinement satisfait.
L'objectif de la présente invention est de proposer une solution plus
économique que celles de l'art antérieur et qui réponde aux besoins des
concepteurs.
L'invention atteint cet objectif et consiste en une tête de cintrage par
exemple
pour une technique de cintrage par enroulement-tension, du type comportant un
ensemble (forme de cintrage-mors) mis en rotation autour d'un premier axe, un
ou
des galets maintenant un tube ou un profilé serré contre la forme de cintrage
pendant
le cintrage, caractérisée en ce qu'elle comporte un ensemble unique (forme de
cintrage-mors) pouvant être positionné selon l'une ou l'autre de deux
positions de
départ de cintrage, symétriques par rapport à l'axe du tube de façon à
permettre, soit
à partir d'une des deux positions, un cintrage dans un sens de cintrage, soit
à partir
l'autre position, un cintrage en sens inverse, l'ensemble unique étant une
tête de
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cintrage composée d'un plateau principal tournant autour du premier axe
central, d'un
galet monté concentriquement sur ledit premier axe, et parallèlement au
plateau
principal, d'un mors de serrage monté en rotation autour d'un troisième axe
monté lui-
même excentré sur un plateau satellite monté en rotation sur un deuxième axe
porté
par le plateau principal et à une distance prédéterminée du premier axe.
L'invention porte également sur une machine équipée d'une tête de cintrage
de ce type, commandée par une commande numérique gérant l'ensemble des
mouvements des composants de la machine.
Plus particulièrement la commande numérique calcule les déplacements des
composants et les paramètres de cintrage à partir des deux coordonnées
planaires (x
et y) et de l'angle de rotation (a) définissant les déplacements du mors.
La commande numérique commande en outre classiquement un moyen de
guidage-réglette, un moyen de positionnement du tube, un moyen de guidage du
mandrin et un moyen de positionnement du tube.
Enfin, la machine présente une structure symétrique dont les changements de
sens de cintrage s'effectuent par simple rotation des axes.
On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description ci-après faite en
référence aux figures annexées suivantes :
- figures 1 et 2 : schémas de principe d'un ensemble de cintrage par
enroulement-tension,
- figure 3 : exemple de tube cintré par un ensemble des figures 1 ou 2,
- figures 4 et 5 : schémas de principe de cintrage en sens-horaire, ou anti-
horaire,
- figure 6 : schéma d'un équipement à deux têtes pour cintrage dans les
deux sens,
- figure 7 schéma d'un équipement à deux outils symétriques,
- figure 8 schéma d'un équipement à deux outils commutables,
- figure 9 schéma d'un équipement à deux outils dans des plans différents,
- figure 10 : schéma de principe d'une tête de cintrage symétrique selon
l'invention,
- figure 11 : schéma montrant les trois mouvements de rotation principaux,
- figure 12 : détail des positions des éléments constitutifs de la tête en
position de départ,
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- figure 13 : détail des positions en phase de bridage du tube,
- figure 14 : détail des positions en phase de cintrage du tube,
- figures 15, 16, 17 : détail des positions pour un cintrage en sens contraire
de celui obtenu avec les figures 12, 13,14,
- figures 18, 19 : détail des positions lorsque le mors est ouvert puis fermé,
- figure 20 : représentation graphique des efforts
- figures 21, 22 : schémas d'une machine complète et des mouvements de
ses différents composants.
L'idée inventive a consisté à développer une nouvelle architecture remplaçant
le bras de cintrage actuel et qui permettrait de réaliser le cintrage de tubes
à parois
minces dans les deux sens (horaire et anti-horaire) avec un même outillage.
Cette nouvelle architecture doit donc comporter un moyen de cintrage à
structure symétrique.
Sur la base de cette idée de symétrie, l'idée inventive a évolué vers le
concept
d'une tête de cintrage circulaire dont les caractéristiques sont représentées
sur les
figures 10 à 17 et qui sont les suivantes :
= le bras de cintrage est remplacé par une couronne, d'où une structure
symétrique de la rotation,
= la rigidité est nettement meilleure car le diamètre de guidage est beaucoup
plus important qu'avec un bras de cintrage,
= le déplacement (serrage) du mors en translation est obtenu par trois
rotations contrôlées par des axes numériques,
= le déplacement linéaire du mors de serrage se fait en interpolant ces trois
axes.
Le système de serrage se comporte comme une bielle d'où un déplacement
rapide pendant la course, où les efforts sont faibles, et plus lents en fin de
course, où
les efforts sont importants du fait de la triangulation des axes.
De plus, le fait d'utiliser trois rotations synchronisées permet de programmer
la
position du mors selon deux axes perpendiculaires et une rotation.
Le contrôle de l'orientation du mors de serrage par rotation permet
d'optimiser
le serrage.
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On comprendra mieux le fonctionnement de cette tête de cintrage à l'aide de
la description détaillée qui suit.
La tête de cintrage circulaire (1) (voir figure 10 et 11) comporte un plateau
principal circulaire (2) tournant autour de son axe central (Ai). Les outils
de cintrage
sont composés d'un galet de formage (3) monté concentriquement sur l'axe (Ai)
et
au-dessus du plateau principal (2), d'un mors de serrage (4) à déplacement
rectiligne
relativement de l'axe (A3) dans un repère (Ox, Oy).
Ce mouvement rectiligne résulte du montage du mors selon un principe de
l'excentrique.
Le mors (4) est monté en rotation autour d'un axe (A3) monté lui-même en
périphérie d'un plateau satellite (5) monté à rotation sur un axe (A2) porté
par le
plateau principal et à une distance prédéterminée de l'axe (Ai).
Une réglette (6) est prévue pour guider classiquement le tube.
Sur le schéma de principe de la figure 11 la tête de cintrage est composée
d'un plateau principal (1) tournant autour de l'axe central (A,). Une seconde
rotation
(A2) solidaire de la première rotation, excentrée par rapport à l'axe (A,)
permet de
déplacer un point excentré de l'axe (A2) relativement à l'axe de la première
rotation
(A,). Ce déplacement dans un plan perpendiculaire (PL,) à l'axe central (A,)
permet
un déplacement relatif du point (PT,) par rapport au point (PT2).
L'association et/ou le
déplacement combiné de ces deux axes permet de générer des trajectoires
quelconques dans le plan (PL,). On définit ainsi l'origine d'un vecteur. La
direction du
vecteur indispensable pour le fonctionnement d'un outillage de cintrage est
fourni par
la troisième rotation (A3) qui permet d'orienter le vecteur dans le système de
coordonnées défini selon l'axe (A,).
On dispose donc d'un système permettant au vecteur de se déplacer de façon
quelconque dans le plan (PL,).
Ce principe mécanique est applicable pour déplacer un vecteur dans un plan.
Ce déplacement se décompose pour le cintrage des tubes en une phase de
déplacement linéaire pour serrer le tube sur la forme de cintrage, une autre
phase de
déplacement circulaire pour le cintrage du tube, une phase de déplacement
linéaire
pour le desserrage du tube.
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On décrit ci-après en référence aux figures 12 à 14 les phases de cintrage
dans un sens et en référence aux figures 15 à 17 les phases de cintrage en
sens
inverse.
La figure 12 correspond à une phase de chargement d'un tube (6) : le galet de
formage (3) et la réglette (7) étant alignés, le mors de serrage (4) est
écarté pour
permettre le chargement du tube (6) par l'avant, et se trouve dans une
position de
départ (Pi) située à une distance (S) de l'axe (AiX) de la machine.
La figure 13 correspond à une phase de bridage du tube : le galet 3 ne bouge
pas, la réglette vient au contact du tube (6), et la conjugaison et la
synchronisation
des rotations du plateau principal (2) dans le sens anti-horaire autour de
(Ai), du
plateau satellite (5) dans le sens horaire autour de (A2) et du mors (4) dans
le sens
anti-horaire autour de (A3) génère un déplacement rectiligne du mors qui vient
brider
le tube (6) contre le galet de formage.
Cette configuration du mors (3) sur un axe excentré sur le plateau satellite
permet d'obtenir des efforts de bridage très importants.
La figure 14 correspond à la phase de cintrage du tube : le tube (6), serré
sur le
galet (3) par le mors (4), est enroulé sur le galet (3) par rotation du galet
dans le sens
horaire autour de l'axe (Ai) et par rotation du plateau satellite dans le sens
horaire
autour du même axe (Ai), le mors pivotant autour de (A3) pour rester
constamment en
position optimale de serrage.
La phase de débridage n'est pas représentée, dans cette phase, le galet reste
fixe, une synchronisation inverse des rotations utilisées en phase de bridage
permet
au mors de serrage de s'écarter du galet de formage. Lorsque le mors est
écarté, la
réglette (7) s'écarte et recule, le plateau principal (2) revient en position
pour le cintre
suivant, le tube avance et le galet de formage revient en position. Une
nouvelle phase
de bridage peut commencer.
Les figures 15, 16, 17 représentent les mêmes phases de fonctionnement à
partir d'une réglette et d'un plateau satellite positionnés symétriquement sur
la figure
15 par rapport à leurs positions de départ de la figure 12. La figure 15
représente
donc une phase de chargement, la figure 16 une phase de bridage, et la figure
17
une phase de cintrage en sens inverse du cintrage obtenu avec les phases des
figures 12 à 14. Le point (P2) repère la position de départ du mors qui est
situé à une
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distance (S') de l'axe (AiX) de la machine, et symétriquement par rapport à la
position
de départ (Pi).
Les figures 18, 19, 20, représentent schématiquement les rotations (AXE1)
autour de l'axe (Ai), (AXE2) autour de l'axe (A2), et (AXE3) autour de l'axe
(A3) pour
un cintrage en sens horaire, et montrent respectivement :
- en figure 18, la position des axes lorsque le mors est ouvert, (S) indiquant
le réglage initial de serrage,
- en figure 19, la position des axes lorsque le mors est fermé, les cotes (x)
et (y) indiquant le réglage final de serrage,
- en figure 20, la triangulation des efforts en position fermée du mors avec
(Fa) pour la composante de serrage sur un axe et
(Fc) pour la composante de serrage sur le tube, et (a) l'angle de rotation
~
du mors, Tg (composante) qui montre que pour un effort (Fa) donné, lorsque
l'angle alpha tend vers O, l'effort de serrage sur le tube (Ft) croit très
fortement (tend vers l'infini donc limité par la rigidité de l'ensemble).
Le fait d'utiliser trois rotations synchronisées permet de programmer le
déplacement rectiligne du mors selon deux directions perpendiculaires (Ox) et
(Oy) et
selon sa rotation d'angle (a), qui correspond à la rotation nécessaire du mors
autour
de son axe (A3) pour qu'il reste toujours positionné de façon optimale par
rapport au
galet et optimiser ainsi le serrage du tube pendant la rotation dudit galet
(3).
Dans le cas du cintrage des tubes ou profilés décrit ci-après pour exemple,
l'ensemble des fonctions et des mouvements nécessaires pour constituer une
machine optimale complète intégrant une tête de cintrage selon l'invention,
est
détaillé ci-après en liaison avec les figures 21, 22.
Les moyens nécessaires sont les suivants
- moyen (9) de guidage-réglette par exemple : pour le serrage et
l'accompagnement du tube ou profilé,
- moyen ou chariot (8) de positionnement du tube : pour le serrage, l'avance
et l'orientation du tube,
- moyen de guidage (10) : pour la mise en position du mandrin (11) dans le
tube avant cintrage puis son retrait après cintrage,
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- moyen de positionnement du tube : pour son positionnement à droite ou à
gauche et le retournement de la tête de serrage pour la mettre en position
symétrique.
Un contrôle par commande numérique permet la rotation simultanée et
synchronisée des trois axes principaux mais aussi les mouvements
complémentaires
nécessaires, à savoir :
AXE 1: Rotation pour cintrage du tube,
AXE 2: Rotation pour serrage mors (4),
AXE 3: Rotation pour orientation mors (4),
MVT 4: Rotation du galet formeur (3),
MVT 5: Serrage réglette (7) en translation,
MVT 6: Avance réglette (7) en translation,
MVT 7: Déplacement linéaire d'un chariot porte tube (8),
MVT 8: Rotation pour orientation du chariot (8) pour un cintrage dans
un autre plan,
MVT 9: Serrage tube.
MVT 10: Avance et retrait de mandrin (11)
MVT 11 : Rayon de cintrage chariot (8),
Il est précisé que, dans l'exemple représenté, tous les mouvements de
rotation sont plans et horizontaux, les axes de rotations étant verticaux et
que le
guidage du mandrin est classiquement horizontal, dans l'axe du tube depuis une
position d'effacement ou de recul de la figure 21, selon laquelle il est
retiré du tube
(non visible sur la figure 21) et jusqu'à une position de travail selon
laquelle il est
introduit à l'intérieur du tube pour éviter son écrasement pendant le
cintrage.
On pourrait prévoir d'autres configurations, sans sortir du cadre de
l'invention,
par exemple une configuration où la tête de cintrage serait verticale avec des
mouvements de rotation dans un plan vertical.
On pourrait également prévoir de placer le galet (3) et les autres éléments
satellites de l'excentrique en dessous du plateau principal (2).
Une machine selon l'invention a préférentiellement une capacité de cintrage
des tubes de 40 à 80 mm de diamètre avec une épaisseur maximale de 2 mm pour
un diamètre de 80 mm.
