Procédé de forgeage d'un tube métallique La présente invention a pour objet un procédé de forgeage d'un tube métallique pour modifier sa sec tion avec renforcement local de son épaisseur.
Ce procédé est caractérisé en ce que l'on forge le tube en le déplaçant dans le sens de son axe entre des couples de demi-matrices animés d'un mouve ment alternatif rapide dans le sens perpendiculaire à l'axe du tube, les demi-matrices du couple aval au moins présentant sur leurs faces venant en contact avec le tube, une forme correspondant à la forme à donner au tube.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, divers modes de mise en aeuvre du procédé selon l'invention.
La fig. 1 représente schématiquement en coupe transversale deux demi-matrices pour la mise en oeuvre du procédé et le tube engagé dans celles-ci.
La fig. 2 est une coupe par II-II du tube à l'entrée dans la machine.
La fig. 3 est une coupe par III-III de la fig. 1. La fig. 4 est une coupe par IV-IV de la même fig. 1.
La fig. 5 est une coupe par V-V, à la sortie de la machine. La fig. 6 est une coupe d'un tube de section circulaire pouvant être traité dans la machine, de manière à obtenir les profils de tube représentés sur les fig. 7 et 8.
La fig. 9 représente en coupe longitudinale un tube dont la surface extérieure comporte des ailettes transversales ménagées sur le tube.
La fig. 10 représente en coupe longitudinale un tube dont la surface extérieure porte des chevrons. La fig. 11 représente un tube vu latéralement, en élévation, à la sortie de la machine, et comportant des rainures obliques. La fig. 12 représente un des tubes de la chau dière, profilé d'abord en tube de mur d'eau, et ensuite en tube de surchauffeur.
Les fig. 13, 14, 15 sont respectivmcent des cou pes par VI-VI, VII-VII et VIII-VIII de la fig. 12. La fig. 16 représente en coupe un cintre de tube avec ailette unilatérale dans l'extrados.
La fig. 17 représente, en coupe, un tube ovalisé que l'on va traiter pour obtenir un tube présentant des surépaisseurs.
Les fi-. 18 et 19 représentent, en coupe, le tube de la fig. 17 lors de son passage entre les matrices de la machine à mouvement alternatif rapide. Sur la fig. 19 le tube est terminé.
Dans l'exemple qui va être décrit en regard des fig. 1 à 5, on se propose de transformer un tube ordinaire de section circulaire en un tube de section circulaire, de rayon plus petit, présentant deux ailet tes longitudinales diamétralement opposées,
courtes et épaisses. Au cours de son passage entre les demi- matrices dont les gorges sont taillées en conséquence, le tube prend successivement en une seule opération les formes suivantes :
au début le tube, préalable ment chauffé suivant deux génératrices diamétrale ment opposées et situées dans le plan de jonction des demi-matrices, est transformé en tube de rayon légèrement inférieur qui assure le tassement du métal dans la partie chaude et constitue un gonflement de la paroi du tube dans les régions diamétralement opposées ; ensuite, le travail de forgeage des gorges accentue la diminution du diamètre du tube, provo quant la formation d'embryons d'ailettes débordant de part et d'autre la paroi du tube ;
enfin, dans la dernière partie de la demi-matrice, le tube prend une forme circulaire, de diamètre inférieur au diamètre du tube initial, tandis que les deux ailettes sont para chevées et chanfreinées.
Le tube à traiter a de section circulaire est engagé dans le sens de la flèche F entre les demi-matrices b et c de la machine à forger à mouvement alternatif rapide. Dans l'exemple choisi, la demi-matrice infé rieure b est une matrice dormante et c'est la demi- matrice supérieure c qui est animée d'un mouvement alternatif rapide dans le sens de la double flèche G. Ce mouvement est par exemple de dix aller et retour par seconde.
Comme on le voit plus précisément sur les fig. 3, 4, 5, les gorges des demi-matrices b, c sont taillées de façon à présenter de l'entrée à la sortie des demi- matrices une section transversale progressivement variable, pour donner au tube a les profils successifs représentés sur lesdites fi-. 3 à 5. On remarquera que, de préférence, la demi-matrice c présente des faces taillées en forme de coins c', c' qui s'engagent sur des parties inclinées de la matrice dormante b, de manière à assurer, à chaque retombée, le centrage exact de la demi-matrice en mouvement par rapport à la demi-matrice dormante.
Le tube a est chauffé avant son entrée dans les matrices le long des deux génératrices opposées dl, d'-', suivant les régions hachurées sur la fig. 2, qui vont être soumises aux transformations indiquées ci-dessous.
Le chauffage a lieu soit extérieurement de part et d'autre du tube, soit encore intérieurement, par l'intermédiaire d'une tige porteuse e d'un mandrin intérieur terminé par une olive f, qui calibre l'intérieur du tube à sa sortie de la machine. Le fluide de chauffage sortira par exemple par les orifices k qui sont prévus dans la tige e avant l'entrée du tube a entre les matrices. Ces orifices k peuvent être prévus sur la tige e dans des régions situées à l'intérieur du tube a engagé dans les matrices, pour chauffer s'il y a lieu de l'intérieur certaines régions du tube a soumises à une transformation plus intense pendant le passage du tube à l'intérieur des matrices.
La progression du tube, dans le sens de la flèche F, est assurée soit par poussée, soit par traction, soit<I>par ces</I> deux moyens combinés. Cette progression peut être continue ou discontinue. Dans le dispositif mécanique qui assure l'avance du tube a, il est prévu d'interposer un ou des tampons élastiques, par exem ple sous forme de ressorts ou de plaques en caout chouc, qui, particulièrement dans le cas de progres sion continue du tube, laissent au dispositif d'avance ment du tube une certaine élasticité durant les moments où la percussion des matrices s'effectue.
La force et la vitesse avec lesquelles le tube est tiré ou poussé entre les matrices sont liées à la pro gressivité de la variation de section des gorges pré vues dans les matrices, de manière par exemple que l'on passe de façon continue ou discontinue d'une certaine forme de section du tube à une autre forme de section sans qu'il en résulte des plissements de métal dans la paroi du tube. La progressivité de la variation de section des gorges prévues dans les matrices est rapide dans les régions où l'on veut accroître l'épaisseur de la paroi du tube.
Au contraire, là où l'on désire maintenir l'épaisseur initiale du tube, tout en modifiant sa sec tion, cette progressivité est lente, c'est-à-dire que le profil :de la gorge dans le sens longitudinal des matri ces est à pente très douce.
Le tube initial a de section circulaire, quand il a atteint dans sa progression entre les matrices la ligne de coupe III-III de la fig. 1, présente sur ses faces supérieure et inférieure un rayon de courbure légère ment plus petit que celui du tube initial, tandis que les régions latérales situées dans le plan médian AA sont surépaissies comme on le voit sur la fig. 3.
Entre les lignes de section III-III et IV-IV de la fig. 1, la progressivité des gorges des matrices fait que deux embryons d'ailettes g1, g-' se forment à partir des surépaisseurs sur les génératrices diamétralement opposées du tube, tandis que le rayon de courbure du tube à sa partie inférieure et à sa partie supérieure est encore légèrement diminué.
Entre ces lignes de coupe IV-IV et V-V de la fig. 1 la forme des ailettes g', g' a été parachevée et a été chanfreinée, tandis que le rayon du tube, plus petit que son rayon d'ori gine, n'a pas changé depuis la ligne IV-IV de la fig. 1.
On peut aussi, avec une machine de ce genre, et en partant d'un tube de section circulaire, tel que représenté fi-. 6, obtenir à la sortie des demi-matrices un tube h, de section elliptique, dont l'épaisseur de paroi est renforcée aux extrémités du grand axe comme représenté sur la fig. 7. On peut aussi obtenir, à la sortie des demi-matrices convenablement tail lées, un tube de forme générale lenticulaire i, à profil dissymétrique dont une des faces est plus bombée que l'autre, le tube étant simultanément renforcé aux extrémités de son grand axe.
Au lieu d'une demi-matrice dormante et d'une demi-matrice à mouvement rapide, on peut utiliser deux demi-matrices mobiles à oscillations rapides.
Il est également prévu que, au lieu de n'avoir que deux longues demi-matrices, comme représenté sur la fig. 1, la machine comporte une série de couples de demi-matrices, séparées par des intervalles libres, dans lesquels la périphérie du tube, en totalité ou dans certaines régions, peut être réchauffée, ou refroi die de l'extérieur, suivant les cas.
A la sortie du couple de demi-matrices, ou dans le dernier couple de demi-matrices (si l'on utilise une machine comportant plusieurs couples de demi- matrices), les gorges prévues à l'intérieur des demi- matrices présentent des rainures, nervures ou aspéri tés, qui peuvent imprimer et forger, sur la face exté rieure du tube, tous creux ou reliefs de profil désiré.
C'est ainsi qu'on peut obtenir un tube présentant de petites ailettes transversales comme montré sur la la fig. 10 ; ou encore des ailettes obliques, dirigées par exemple dans un sens pour la demi-matrice supé rieure, et dans un autre sens pour la demi-matrice inférieure, ce qui donne finalement à la surface du tube l'aspect représenté fig. 11.
Quand on dispose à l'intérieur du tube un man drin tel que e, l'olive f de ce mandrin peut recevoir tout contour voulu, et elle est éventuellement refroi die par une circulation d'eau, ou d'air, dont l'arrivée est schématiquement représentée par le tuyau j. L'olive f calibre alors l'intérieur du tube final, faisant disparaître toute trace d'inégalités ou de plis. L'olive f peut également présenter des aspérités qui ménagent des stries dans la paroi interne du tube.
Les avantages du procédé décrit sont en parti culier les suivants a) le martelage du tube entre les matrices, par exemple à raison de dix mouvements de martelage à la seconde, présente l'avantage de moins refroi dir le tube qu'un matriçage normal, car il y a échauffement du tube sous l'effet de chocs répé tés et un effet de refroidissement très réduit par contact, ce qui facilite le forgeage. D'autre part, entre deux coups de martelage, la chaleur a le temps de se répandre à nouveau dans le tube, et la transformation de la forme de la paroi du tube se fait à une température plus homogène dans chaque section, ce qui évite les plis.
Enfin, comme dans son passage entre les matrices, le tube passe progressivement par plusieurs contours et éven tuellement plusieurs épaisseurs de paroi différen tes, le fait que l'opération se poursuit au fur et à mesure que le tube avance, fait que chaque section qui vient d'âtre amenée à une nouvelle forme, soutient la section qui la suit pendant que celle-ci est soumise à l'opération de déformation, ce qui évite les effondrements de paroi, donc également des plis ;
b) la longueur du passage du tube entre les demi- matrices b et c fait que, lorsque l'on veut forger des tubes présentant des ailettes longitudinales telles que g1, g', il est impossible au tube de se vriller pendant l'opération de forgeage, en sorte qu'on obtient finalement un tube parfaitement rectiligne à la sortie des matrices.
Le guidage du tube à l'entrée et à la sortie de la machine à forger peut être assuré par tout moyen voulu ; galets, coulisses, etc.
Il est également prévu que, au lieu de ne traiter qu'un seul tube, les demi-matrices soient conçues de manière à forger simultanément une série de tubes parallèles qui pénètrent côte à côte dans l'appareil, et en sortent de même, ce qui assure une fabrication plus rapide et plus économique.
Le tube rectiligne de section circulaire, tel qu'on le voit sur la fig. 12, est traité dans sa portion AB à l'aide du procédé ci-dessus décrit, de manière à prendre un profil de tube tel que celui représenté sur la fig. 13, pourvu de petites ailettes longitudi nales g1, g2 diamétralement opposées. Dans la por tion BC qui doit être cintrée, on peut, par exemple, laisser au tube sa section circulaire, ou encore le traiter de manière qu'il ne présente qu'une seule ailette r (fig. 14).
Enfin, dans la portion CD qui correspond à une des branches du surchauffeur situé au-dessus du foyer, le tube est traité, toujours à l'aide du procédé décrit ci-dessus, de façon à prendre un profil lenticulaire i, comme on le voit fig. 15.
Pour réaliser le tube de la fig. 12, on engagera par exemple la portion AB dans la machine à mou vement alternatif rapide pourvue de matrices ci-des sus décrite, et destinée à donner au tube le profil que l'on désire, puis, soit par un changement de matrices, soit en passant dans une autre machine, on traitera la portion BC, puis la portion CD, et ainsi de suite.
Il est particulièrement prévu, pour l'exécution du procédé, que les portions du tube qui doivent âtre cintrées, peuvent être traitées avant les autres por tions du tube initial de section circulaire, et cela de telle manière que la section circulaire du tube dans ces portions soit légèrement réduite en diamètre, et surépaiss,ie, soit également sur tout le périmètre, soit seulement suivant certaines zones.
Ce dernier résultat est obtenu grâce à un chauffage lui-même dissymé trique du tube avant ou pendant son passage dans les matrices décrites ci-dessus. De la sorte, lorsque l'on passera le tube ainsi traité dans la machine à forger à mouvement alternatif rapide pour exécuter les profils des autres portions, les portions telles que BC du tube, dont le diamètre se trouve réduit, passe ront à travers les matrices sans aucun changement,
et sans qu'il y ait lieu de déplacer le tube pour l'amener d'une machine dans une autre.
Le tube est ensuite cintré comme on le voit sur la fig. 16, dans le cas d'un cintrage à 1800, de telle manière que l'ailette longitudinale r se trouve dans la région externe du cintre.
Lors du cintrage la paroi interne située dans l'intrados du tube a et qui peut être chauffée, surépaissit en o, tandis que la présence de l'ailette extérieure r raidit la région de l'extrados du cintre et empêche une diminution d'épaisseur de paroi en s dans cette région, qui peut être également chauffée pendant le cintrage pour réduire les ten sions internes.
Lorsque l'on se sert, dans les parties destinées à être cintrées, d'un tube dont le profil circulaire est de diamètre extérieur réduit, et qui présente une surépaisseur de paroi dissymétrique comme on l'a envisagé ci-dessus, la plus grande épaisseur de paroi est placée dans la région qui deviendra la région externe du cintre.
Dans le cas où les dernières couples de demi- matrices, entre lesquelles passe le tube, ont pour objet de former sur la surface du tube des ailettes, rainures ou stries, il est prévu qu'on peut chauffer spécialement la surface extérieure des tubes juste avant l'opération, par exemple dans l'intervalle situé entre l'avant-dernier et le dernier couple,de demi-matrices. Simultanément,
on peut refroidir à l'intérieur la sur face du tube, par de l'eau pulvérisée ou de l'air pro venant par exemple de l'olive fou d'un dispositif spécial approprié, ce qui a pour objet de rendre plus rigide la surface intérieure du tube et de la faire agir comme une sorte d'enclume plus résistante située sous la surface extérieure du tube et permet finalement de faire saillir davantage, ou de conformer avec plus de précision, les ailettes.
L'olive utilisée en combinaison avec ce procédé peut présenter un profil fuyant dans le sens de la progression du tube, de manière que, lors de la poussée exercée sur le tube qui progresse, le décro chement soit plus facile entre le métal et la sur face de l'olive.
En outre, l'olive utilisée présente de préférence un profil légèrement inférieur au profil interne du tube, en particulier dans la direction perpendiculaire au mouvement de rapprochement des demi-matrices. Et il est prévu que, pendant le mouvement d'écar tement des demi-matrices qui assurent le forgeage, une autre couple de demi-matrices animées d'un mouvement alternatif dans une direction d'environ 901, de la direction du mouvement des premières,
vient s'appliquer sur les côtés du tube situé à 900 environ de ceux qui viennent d'être forgés, de manière à provoquer un gonflement dudit tube et, par consé quent, un détachement de la paroi de ce tube qui se trouvait fretté sur l'olive pendant l'opération de forgeage précédente.
Le mouvement alternatif périodique de la machine à forger se compose donc alors de trois temps pendant un premier temps, il y a frappe des demi- matrices de forgeage pour provoquer l'impression des ailettes sur le tube ; pendant un second temps où les premières matrices précédentes se soulèvent, il y a rapprochement des matrices situées à 90 environ pour provoquer le gonflement nécessaire du tube pour le détacher de l'olive ;
et, enfin, pendant un troisième temps, le tube progresse d'une nouvelle quantité, et l'opération recommence.
Les dispositions qui viennent d'être indiquées s'appliquent également au cas où l'olive centrale a un travail d'impression à effectuer à l'intérieur du tube, puisque la pression de gonflement décroche, dans ce cas également, le tube de l'olive.
L'olive, qui est supportée par une tige à l'inté rieur du tube, peut recevoir par un canal une injec tion de graphite, ou de pâte à forger, qui facilite le travail de forgeage et de décrochage.
Le mouvement des demi-matrices de forgeage, ainsi que le mouvement des demi-matrices de décro chage, et enfin le mouvement d'avance du tube, sont synchronisés par tout moyen mécanique convenable, et bien connu, tel que pignons, excentriques synchro nisés, par exemple.
Dans une variante, tout en partant également d'un tube de diamètre supérieur au diamètre du tube final, on commence au cours d'une première opéra tion, conduite de préférence à froid, à ovaliser le tube de manière à lui donner une section telle que, en bout du grand axe de l'ovale, le rayon des por tions cylindriques du tube soit égal ou sensiblement égal au rayon du tube final.
Après quoi, le tube, chauffé le long des deux régions situées aux extré mités du petit axe de l'ovale, passe entre les matrices de la machine à mouvement alternatif rapide qui créent par martelage des surépaisseurs, ou embryons d'ailettes, dans les portions chauffées.
Ces dispositions sont représentées sur les fig. 17 à 19.
La première opération consiste à ovaliser un tube ordinaire dont la section circulaire est de rayon légèrement supérieur au rayon du tube final. Cette ovalisation est conduite de préférence à froid.<B>Elle</B> peut être obtenue extérieurement à la machine à mouvement alternatif rapide, ou même dans la machine, par passage d'un tube initial, de section circulaire, dans des matrices conformées pour lui donner la forme ovale. Cette forme ovale est repré sentée sur les fig. 17.
Elle est telle que les deux portions de tube qui sont situées au bout du grand axe de l'ovale sont respectivement des portions cylin driques d'axe<B>01</B> et d'axe O , dont le rayon est égal au rayon du tube final. Cela étant, le tube est chauffé dans les régions d, d2, situées aux extrémités du petit axe du tube ovale, et est conduit entre les matrices b et c de la machine, comme on le voit sur la fig. 18, cette fig. 18 étant analogue à la fig. 3.
Sous l'effet du rapprochement des deux matrices animées d'un mouvement alternatif rapide, les régions chauffées dl, d2 se transforment progressivement en surépaisseurs, et l'on obtient finalement le tube pourvu des embryons d'ailettes g1, g représenté sur la fig. 19, tube dont l'axe O est réalisé par rap prochement progressif des axes<B>01,</B> O= du tube ovale initial.
A l'intérieur du tube a on peut disposer pendant le passage dans la machine un mandrin cylindrique t, qui calibre l'intérieur du tube final, et empêche, dans les régions chauffées dl, d2, le métal de la paroi de gonfler vers l'intérieur du tube sous l'effet du martelage des matrices.
L'avantage du procédé qui vient d'être décrit réside en ce que le tassement du métal de la paroi du tube, pour provoquer les surépaisseurs ou embryons d'ailettes, est effectué beaucoup plus méthodique ment, et de façon plus régulière, lorsque les fonds des matrices b, c, s'emboîtent dès le début de l'opé ration de forgeage, sur des régions du tube traité dont le rayon est celui du tube final.
Le tube initial peut être ovalisé dans une machine distincte par le moyen de galets par exemple. Dans ce cas, lorsque le tube ovalisé va pénétrer dans la machine à mouvement alternatif rapide, qui va trans former le :tube ovalisé en tube à embryons d'ailettes, on peut lui faire traverser un calibre, ou une lunette, quia pour effet d'interdire toute rotation ou torsion du tube autour de son axe pendant le mouvement de martelage des matrices.
Ce même effet de guidage peut être produit par les galets d'ovalisation eux- mêmes, si la machine à mouvement alternatif rapide est placée immédiatement à la suite des galets qui peuvent également assurer, ou au moins aider, la propulsion du tube.
Comme on. le voit sur la fig. 19, les deux embryons d'ailettes g1, g2 ne sont pas chanfreinés dans le même sens, c'est-à-dire que, pour l'embryon d'ailette g1, le chanfrein u1 est dirigé vers le bas de la fig. 19, tandis que, pour l'embryon d'ailette g', le chanfrein u-' est dirigé vers le haut.
De la sorte, la soudure entre eux des embryons d'ailettes de deux tubes contigus disposés parallèlement, pour consti tuer par exemple un mur d'eau, se trouve facilitée, même si, lors de la fabrication du tube, les ailettes obtenues n'ont pas, sur toute la longueur du tube, une hauteur, ou relief rigoureusement constant. En effet, le chanfrein d'une ailette sur un tube étant soudé avec le chanfrein dirigé en sens inverse de l'ailette du tube voisin, il peut y avoir un léger recouvrement des extrémités des ailettes, qui remédie aux variations de hauteur ou relief desdites ailettes.
Bien entendu, on peut aussi réaliser des tubes à embryons d'ailettes avec des chanfreins dirigés dans le même sens. Dans ce cas, si l'on veut obtenir un recouvrement des embryons, il suffira de disposer tête bêche deux tubes contigus.
Method of forging a metal tube The present invention relates to a process for forging a metal tube in order to modify its section with local reinforcement of its thickness.
This process is characterized in that the tube is forged by moving it in the direction of its axis between pairs of half-dies animated by a rapid reciprocating movement in the direction perpendicular to the axis of the tube, the halves - Matrices of the downstream couple at least having on their faces coming into contact with the tube, a shape corresponding to the shape to be given to the tube.
The appended drawing represents, by way of example, various embodiments of the method according to the invention.
Fig. 1 schematically shows in cross section two half-dies for implementing the method and the tube engaged in them.
Fig. 2 is a section through II-II of the tube as it enters the machine.
Fig. 3 is a section through III-III of FIG. 1. FIG. 4 is a section through IV-IV of the same FIG. 1.
Fig. 5 is a cut by V-V, at the exit of the machine. Fig. 6 is a section through a tube of circular section which can be processed in the machine, so as to obtain the tube profiles shown in FIGS. 7 and 8.
Fig. 9 shows a longitudinal section of a tube, the outer surface of which comprises transverse fins formed on the tube.
Fig. 10 shows in longitudinal section a tube, the outer surface of which bears rafters. Fig. 11 shows a tube seen laterally, in elevation, at the outlet of the machine, and comprising oblique grooves. Fig. 12 shows one of the boiler tubes, first profiled as a water wall tube, and then as a superheater tube.
Figs. 13, 14, 15 are respective necks weighed by VI-VI, VII-VII and VIII-VIII of FIG. 12. FIG. 16 shows a sectional view of a tube hanger with a one-sided fin in the upper surface.
Fig. 17 shows, in section, an oval tube that will be treated to obtain a tube having extra thicknesses.
The fi-. 18 and 19 show, in section, the tube of FIG. 17 during its passage between the dies of the fast reciprocating machine. In fig. 19 the tube is finished.
In the example which will be described with reference to FIGS. 1 to 5, it is proposed to transform an ordinary tube of circular section into a tube of circular section, of smaller radius, having two diametrically opposed longitudinal fins,
short and thick. During its passage between the half-dies, the grooves of which are cut accordingly, the tube successively takes the following shapes in a single operation:
at the start the tube, previously heated along two diametrically opposed generatrices and situated in the junction plane of the half-dies, is transformed into a tube of slightly lower radius which ensures the settlement of the metal in the hot part and constitutes a swelling of the tube wall in diametrically opposed regions; then, the forging of the grooves accentuates the reduction in the diameter of the tube, causing the formation of embryos of fins extending beyond the wall of the tube on either side;
finally, in the last part of the half-die, the tube takes on a circular shape, with a diameter smaller than the diameter of the initial tube, while the two fins are para-pegged and chamfered.
The tube to be treated a of circular section is engaged in the direction of the arrow F between the half-dies b and c of the fast reciprocating forging machine. In the example chosen, the lower half-matrix b is a dormant matrix and it is the upper half-matrix c which is animated by a rapid reciprocating movement in the direction of the double arrow G. This movement is for example ten round trips per second.
As can be seen more precisely in FIGS. 3, 4, 5, the grooves of the half-dies b, c are cut so as to present from the inlet to the outlet of the half-dies a progressively variable cross-section, to give the tube a the successive profiles shown on said fi -. 3 to 5. It will be noted that, preferably, the half-die c has faces cut in the form of wedges c ', c' which engage on inclined parts of the dormant die b, so as to ensure, at each fallout, the exact centering of the moving half-die in relation to the dormant half-die.
The tube a is heated before entering the dies along the two opposite generatrices dl, d'- ', following the hatched regions in FIG. 2, which will be subjected to the transformations indicated below.
Heating takes place either externally on either side of the tube, or even internally, by means of a supporting rod e of an internal mandrel terminated by an olive f, which calibrates the inside of the tube at its exit. of the machine. The heating fluid will exit for example through the orifices k which are provided in the rod e before the entry of the tube a between the dies. These orifices k can be provided on the rod e in regions situated inside the tube a engaged in the dies, to heat, if necessary from the inside, certain regions of the tube a subjected to a more intense transformation during the passage of the tube inside the dies.
The progression of the tube, in the direction of arrow F, is ensured either by pushing, or by pulling, or <I> by these </I> two combined means. This progression can be continuous or discontinuous. In the mechanical device which ensures the advance of the tube a, provision is made to interpose one or more elastic buffers, for example in the form of springs or of rubber plates, which, particularly in the case of continuous progress of the tube. tube, leave the device for advancing the tube a certain elasticity during the moments when the percussion of the dies takes place.
The force and the speed with which the tube is pulled or pushed between the dies are linked to the progressivity of the variation in section of the grooves provided in the dies, for example so that one passes continuously or discontinuously from 'one form of section of the tube to another shape of section without causing metal wrinkles in the wall of the tube. The progressiveness of the variation in section of the grooves provided in the dies is rapid in the regions where it is desired to increase the thickness of the wall of the tube.
On the contrary, where it is desired to maintain the initial thickness of the tube, while modifying its section, this progressiveness is slow, that is to say that the profile: of the groove in the longitudinal direction of the matri ces is very gently sloping.
The initial tube has a circular section, when it has reached in its progression between the dies the line of section III-III of fig. 1, has on its upper and lower faces a radius of curvature slightly smaller than that of the initial tube, while the lateral regions located in the median plane AA are thickened as seen in FIG. 3.
Between the lines of section III-III and IV-IV of fig. 1, the progressiveness of the grooves of the dies means that two embryos of fins g1, g- 'form from the extra thicknesses on the diametrically opposed generatrices of the tube, while the radius of curvature of the tube at its lower part and at its part upper is still slightly decreased.
Between these section lines IV-IV and V-V of fig. 1 the shape of the fins g ', g' has been completed and has been chamfered, while the radius of the tube, smaller than its original radius, has not changed from line IV-IV of fig. 1.
It is also possible, with a machine of this kind, and starting from a tube of circular section, as shown fi-. 6, obtain at the output of the half-dies a tube h, of elliptical section, the wall thickness of which is reinforced at the ends of the major axis as shown in FIG. 7. It is also possible to obtain, at the exit of the suitably sized half-dies, a tube of general lenticular shape i, with an asymmetrical profile, one of the faces of which is more convex than the other, the tube being simultaneously reinforced at the ends of its. major axis.
Instead of a dormant half-die and a fast-moving half-die, two fast-oscillating mobile half-dies can be used.
It is also expected that, instead of having only two long half-dies, as shown in FIG. 1, the machine comprises a series of pairs of half-dies, separated by free intervals, in which the periphery of the tube, in whole or in certain regions, can be heated or cooled from the outside, as the case may be.
On leaving the pair of half-dies, or in the last pair of half-dies (if a machine comprising several pairs of half-dies is used), the grooves provided inside the half-dies have grooves , ribs or asperities, which can print and forge, on the outside face of the tube, any hollow or relief of the desired profile.
Thus one can obtain a tube having small transverse fins as shown in FIG. 10; or else oblique fins, directed for example in one direction for the upper half-die, and in another direction for the lower half-die, which finally gives the surface of the tube the appearance shown in fig. 11.
When a man drin such as e is placed inside the tube, the olive f of this mandrel can receive any desired contour, and it is possibly cooled by a circulation of water, or of air, of which the arrival is schematically represented by pipe j. The olive f then calibrates the inside of the final tube, removing all traces of inequalities or folds. The olive f may also have asperities which leave streaks in the internal wall of the tube.
The advantages of the method described are in particular the following a) the hammering of the tube between the dies, for example at the rate of ten hammering movements per second, has the advantage of less cooling dir the tube than a normal die-stamping, because the tube is heated under the effect of repeated shocks and a very reduced cooling effect by contact, which facilitates forging. On the other hand, between two hammering blows, the heat has time to spread again in the tube, and the transformation of the shape of the tube wall takes place at a more homogeneous temperature in each section, which avoids the folds.
Finally, as in its passage between the dies, the tube passes progressively through several contours and possibly several different wall thicknesses, the fact that the operation continues as the tube advances, that each section which comes from hearth brought to a new shape, supports the section which follows it while this one is subjected to the deformation operation, which avoids wall collapses, therefore also folds;
b) the length of the passage of the tube between the half-dies b and c means that, when one wants to forge tubes having longitudinal fins such as g1, g ', it is impossible for the tube to twist during the operation forging, so that we finally obtain a perfectly straight tube at the exit of the dies.
The guiding of the tube at the inlet and at the outlet of the forging machine can be provided by any desired means; rollers, slides, etc.
It is also intended that, instead of processing only one tube, the half-dies are designed so as to simultaneously forge a series of parallel tubes which enter the apparatus side by side, and exit it likewise, this which ensures faster and more economical manufacturing.
The rectilinear tube of circular section, as seen in FIG. 12, is treated in its portion AB using the method described above, so as to take a tube profile such as that shown in FIG. 13, provided with small diametrically opposed longitudinal fins g1, g2. In the portion BC which must be bent, it is possible, for example, to leave the tube its circular section, or else to treat it so that it has only a single fin r (fig. 14).
Finally, in the CD portion which corresponds to one of the branches of the superheater located above the hearth, the tube is treated, still using the method described above, so as to take a lenticular profile i, as is see fig. 15.
To make the tube of fig. 12, for example the portion AB will be engaged in the rapid reciprocating machine provided with the dies described above, and intended to give the tube the profile that is desired, then either by a change of dies, or by switching to another machine, we will process the BC portion, then the CD portion, and so on.
It is particularly provided, for the execution of the process, that the portions of the tube which must be bent, can be treated before the other portions of the initial tube of circular section, and this in such a way that the circular section of the tube in these portions either slightly reduced in diameter, and extra thick, ie, either also over the entire perimeter, or only in certain areas.
The latter result is obtained by virtue of heating the tube itself asymmetrically before or during its passage through the matrices described above. In this way, when the tube thus treated is passed through the fast reciprocating forging machine to perform the profiles of the other portions, the portions such as BC of the tube, the diameter of which is reduced, will pass through the dies without any change,
and without having to move the tube to bring it from one machine to another.
The tube is then bent as seen in fig. 16, in the case of a 1800 bend, such that the longitudinal fin r is in the outer region of the hanger.
During bending, the internal wall located in the lower surface of tube a and which can be heated, thickens at o, while the presence of the outer fin stiffens the upper surface region of the hanger and prevents a reduction in thickness. s wall in this region, which can also be heated during bending to reduce internal stresses.
When using, in the parts intended to be bent, a tube whose circular profile is of reduced outside diameter, and which has an asymmetrical wall allowance as envisaged above, the greater wall thickness is placed in the region which will become the outer region of the hanger.
In the event that the last pairs of half-dies, between which the tube passes, are intended to form fins, grooves or ridges on the surface of the tube, it is provided that the outer surface of the tubes can be specially heated just before the operation, for example in the interval between the penultimate and the last couple, of half-dies. Simultaneously,
the surface of the tube can be cooled inside, with sprayed water or air coming, for example, from the olive, using an appropriate special device, which aims to make the tube more rigid. inner surface of the tube and cause it to act as a kind of stronger anvil located below the outer surface of the tube and ultimately allows the fins to protrude more, or more precisely conform.
The olive used in combination with this process may have a receding profile in the direction of the progression of the tube, so that, during the thrust exerted on the advancing tube, the detachment is easier between the metal and the surge. face of the olive.
In addition, the olive used preferably has a profile slightly lower than the internal profile of the tube, in particular in the direction perpendicular to the movement of the half-dies closer together. And it is expected that, during the separation movement of the half-dies which ensure the forging, another pair of half-dies moved by a reciprocating movement in a direction of approximately 901, of the direction of movement of the first ,
is applied to the sides of the tube located approximately 900 from those which have just been forged, so as to cause swelling of said tube and, consequently, detachment of the wall of this tube which was hooped on the 'olive during the previous forging operation.
The periodic reciprocating movement of the forging machine is therefore composed of three times during a first stage, there is striking of the forging half-dies to cause the printing of the fins on the tube; during a second step when the first previous dies rise, the dies located at approximately 90 come together to cause the necessary swelling of the tube to detach it from the olive;
and, finally, during a third step, the tube advances a new quantity, and the operation begins again.
The provisions which have just been indicated also apply in the case where the central olive has a printing job to be carried out inside the tube, since the inflation pressure releases, in this case also, the tube from the tube. 'olive.
The olive, which is supported by a rod inside the tube, can receive through a channel an injection of graphite, or forging paste, which facilitates the forging and unhooking work.
The movement of the forging half-dies, as well as the movement of the drop-out half-dies, and finally the advance movement of the tube, are synchronized by any suitable mechanical means, and well known, such as pinions, synchronized eccentrics. , for example.
In a variant, while also starting from a tube with a diameter greater than the diameter of the final tube, one begins during a first operation, carried out preferably cold, to ovalize the tube so as to give it such a section. that, at the end of the long axis of the oval, the radius of the cylindrical portions of the tube is equal or substantially equal to the radius of the final tube.
After that, the tube, heated along the two regions located at the ends of the short axis of the oval, passes between the dies of the fast reciprocating machine which, by hammering, create extra thicknesses, or embryos of fins, in the dies. heated portions.
These arrangements are shown in FIGS. 17 to 19.
The first operation consists in ovalizing an ordinary tube whose circular section has a radius slightly greater than the radius of the final tube. This ovalization is preferably carried out cold. <B> It </B> can be obtained externally on the machine with rapid reciprocating motion, or even in the machine, by passing an initial tube, of circular section, through dies shaped to give it the oval shape. This oval shape is shown in figs. 17.
It is such that the two tube portions which are located at the end of the long axis of the oval are respectively cylindrical portions with axis <B> 01 </B> and axis O, the radius of which is equal to the radius of the final tube. This being the case, the tube is heated in regions d, d2, located at the ends of the short axis of the oval tube, and is led between the dies b and c of the machine, as seen in fig. 18, this fig. 18 being similar to FIG. 3.
Under the effect of the bringing together of the two matrices animated by a rapid reciprocating movement, the heated regions dl, d2 are gradually transformed into excess thicknesses, and we finally obtain the tube provided with the embryos of fins g1, g shown in fig. . 19, tube whose axis O is produced by progressive approximation of axes <B> 01, </B> O = of the initial oval tube.
Inside the tube a, during the passage through the machine, a cylindrical mandrel t can be placed, which calibrates the inside of the final tube, and prevents, in the heated regions d1, d2, the metal of the wall from swelling towards the end. 'inside the tube under the effect of the hammering of the dies.
The advantage of the process which has just been described resides in that the packing of the metal of the wall of the tube, to cause the extra thicknesses or embryos of fins, is carried out much more methodically, and more regularly, when the bases of the dies b, c, fit together from the start of the forging operation, on regions of the treated tube whose radius is that of the final tube.
The initial tube can be ovalized in a separate machine by means of rollers for example. In this case, when the oval tube enters the fast reciprocating machine, which will transform the: oval tube into a tube with fin embryos, it can be passed through a caliber, or a telescope, which has the effect of 'prohibit any rotation or torsion of the tube around its axis during the hammering movement of the dies.
This same guiding effect can be produced by the oval rollers themselves, if the fast reciprocating machine is placed immediately following the rollers which can also provide, or at least assist, the propulsion of the tube.
As we. seen in fig. 19, the two fin embryos g1, g2 are not chamfered in the same direction, that is, for the fin embryo g1, the chamfer u1 is directed downwards in fig. 19, while for the g 'fin embryo the muzzle u-' is directed upwards.
In this way, the welding together of the embryos of fins of two contiguous tubes arranged in parallel, to constitute for example a wall of water, is facilitated, even if, during the manufacture of the tube, the fins obtained do not have no rigorously constant height or relief over the entire length of the tube. Indeed, the chamfer of a fin on a tube being welded with the chamfer directed in the opposite direction to the fin of the neighboring tube, there may be a slight overlap of the ends of the fins, which remedies the variations in height or relief of said fins.
Of course, it is also possible to produce finned embryo tubes with chamfers directed in the same direction. In this case, if we want to obtain coverage of the embryos, it will suffice to place two contiguous tubes head to tail.