Brevet FR2038035A1 — publié le 19701231

- 1 - 2038035 La présente invention se rapporte à un laminoir servant à produire des plaques,des profilés et des tôles effilés longitu-dlnalement. Plus particulièrement, elle se rapporte à des cylindres de travail creux et excentriques utilisés pour obtenir ces produits. 5 II existe et il a existé depuis longtemps une demande pour des tôles et des plaques en métal extrêmement longues et effilées longitudinalement. Des exemples de cette demande sont donnés par l'industrie aérospatiale pour laquelle il faut souvent des produits tubulaires allongés dont une extrémité du tube doit pré-10 senter une caractéristique très différente de celle de l'autre extrémité ,due- à des exigences de support variées. Un autre exemple typique d'un profilé qui est effilé est donné par l'aile d'un avion dans laquelle la partie de l'aile qui est fixée au fuselage doit présenter une section droite plus grande que le bout de l'aile. 15 En plus de la demande qui existe pour des tôles ou des plaques effilées destinées à de telles applications, il existe une demande pour des profilés effilés qui doivent servir d'éléments de support. Tel qu'il est utilisé ici, le terme "profilé" comprend tous les produits de formes standards et de formes géométriques 20 ainsi que d'autres profilés et le terme produit se rapporte à des prcfilés,des tôles et des plaques effilés longitudinalement. Le terme plaque se rapporte de plus à des plaques calibrées, ainsi qu'à des tôles de toutes les épaisseurs. Il existe un certain nombre de procédœ et d'appareils qui 25 sont utilisés actuellement pour obtenir cfe tels produits effilés. Le procédé le plus courant pour les obtenir consiste à les usiner. Par exemple, dans l'industrie aérospatiale, de grosses fraiseuses à têtes multiples, dont la longeur atteint souvent 30 mètres, sont utilisées. Ces fraiseuses usirent réellement le contour effilé 30 voulu d'une aile en partant d'une plaque d'épaisseur uniforme. Ce mode opératoire est très coûteux et dans certains cas, on obtient des rendements qui ne sont que de 10 io à 15 Une autre innovation plus récente pour la fabrication des produits effilés consiste à utiliser des techniques de frai-35 sage chinique à l'aide desquelles des parties différentes d'un produit qui doit être effilé sont exposées pendant des durées différentes à un produit chimique qui enlève d'une façon continue la surface du produit, suivant un taux connu. Ceci peut êxre réalisé, par exemple, en faisant passer le produit à travers un en-40 semble de fraisage chimique à une' vitesse prédéterminés 70 08974 - 2 - 2038035 croissante ou décroissante.Bien que les techniques de fraisage chimique aient permis d'améliorer le rendement par rapport à des opérations de fraisage normales, elles sont encore difficiles et coûteuses. Il reste encore à exécuter des opérations de fabrica-5 tion qui prennent du temps et qui sont coûteuses. Des petits éléments effilés sont produits également en usinant Ifiurforme dans le laminoir, mais ceci n'a pas permis d'obtenir le type de produit effilé envisagé par la présente invention du fait des limitations de longueur que ce procédé im-10 pose. La présente invention permet d'obtenir des produits effilés longitudinalement de longueurs suffisantes pour permettre au fabricant de réaliser des éléments de grandes dimension*» tais que des ailes d'avions avec un fraisage minimal ou même nul. La 15 présente invention peut également servir à produire des éléments effilés dont les longueurs sont comparables aux tôles et plaques effilées utilisées comme éléments de support, etc... De cette manière, l'utilisation de ces produits effilés supprime la plupart des pertes de rendement qui sont associées aux 20 diverses opérations d'usinage exécutées jusqu'à présent et permet de ce fait de réduire d'une façon appréciable le coût de production d'objets de grandes dimensions qui doivent être effilés longitudinalement. Du fait de la possibilité d'obtenir des profilés, des 25 tôles et des plaques effilés de grandes dimensions, des éléments qi auraient pu bénéficier des avantages inhérents de ces dimensions décroissantes, mais dont le prix d'usinage est prohibitif,peuvent être réellement fabriqués maintenant. La présente invention concerne un laminoir servant à la-30 miner des produits effilés lor@.tudinalement dans lequel les cylindres de travail sont constitués par des manchons excentriques creux ou des manchons d'épaisseur uniforme présentant des gorges effilées, lesquels sont entraînés et supportés par des rouleaux d'entraînement et des cylindres fous disposés à l'intérieur et au 35 voisinage des manchons. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront au cours de la description détaiDée qui va suivre, faite en regard des dessins annexés qui donnent à titre explicatif, mais nullement limitatif, plusieurs formes de réaxisa-40 tion conformes à l'invention. 70 08974 - 3 - 2038035 Sur ces dessins, La Fig. 1 est une coupe à travers deux cylindres de travail effilés tournant autour d'un axe horizontal ; La Fig. 2 est une coupe à travers deux cylindres de 5 travail effilés dont la zone de pincement est a]ime ntée en métal en poudre par une trémie ; La Pig. 3 est une coupe à travers deux cylindres de travail, représentant une gorgepourun profilé en forme de T, laquelle est formée sur les cylindres respectifs ; 10 La Pig. 4 est une coupe éclatée à travers les gorges excentriques de deux cyliiik'es de travail servant à produire un profilé effilé ; et La Fig. 5 est une coupe à travers une configuration dite" en Tête de Turc" , représentant des cylindres de travail 15 horizontaux et verticaux destinés à effiler longitudinalement un profilé en forme de T sur sa largeur et sa hauteur. La disposition la plus simple pour laminer une tôle ou une plaque effilée est représentée sur la Fig. 1 et elle est constituée par deux cylindres de travail creux iniLqués' d'une manière 20 générale en 1 et 2, dont les axes de rotation horizontaux sont parallèles. Chaque cylindre, 1 et 2, est constitué par un manchon, 3 et 4, dont la surface extérieure représente la surface de laminage venant en contact avec la tôle ou plaque à laminer. Ces manchons 3 et 4 présentent des surfaces intérieures cylindriques 25 11 et 12. Les cylindres de travail 1, 2 sont entraînés par des rouleaux d'entraînement 5 et 6, respectivement, qui sont disposés au voisinage des surfaces intérieures 11 et 12 des manchons 3 et 4, respgtivement. Les manchons 3 et 4 sont également supportés par des rouleaux de support (rouleaux fous) 7 et 8. Ces rouleaux 30 de support 7 et 8 peuvent être soit fixes soit mobiles afin de recevoir des manchons dont les dimensions sont différentes. Chaque cylindre, par suite, est constitué par un manchon extérieur supporté et entraîné par des rouleaux disposés au voisinage de sa surface intérieure. Comme dans le laminage classique, il peut être 35 avantageux de n'entraîner qu'un seul des cylindres de travail au lieu d'entraîner les deux cylindres. Les épaisseurs a et respectivement, des manchons 3 et 4 diminuent en partant des points 9 et 10, respectivement, autour de la périphérie des cylindres pour aller jusqi' aux points 40 13 et 14. L'épaisseur du manchon est également appelée ci-après 70 08974 - 4 - 2038035 l'épaiisseur de sa paroi . Ce manchon effilé peut être réalisé, par exemple, en usinant la partie effilée sur la longueur de la tôle de départ et ensuite en roulant et en soudant la tôle pour former le manchon extérieur. Bien entendu, comme s'en rendront 5 compte les spécialistes, il existe un certain nombre de façons permettant d'obtenir cette configuration. Le restant de la périphérie du cylindre sert de section de remplissage dans le cas de dépassement. De ce fait, le manchon effilé présent en réalité une surface de laminage excentrique. 10 On voit qu'une plaque ou tôle, passant à travers les cylindres 1 et 2 est effilée longitudinalement d'une manière qui correspond à la diminution d'épaisseur du manchon autour de la périphérie du cylindre. La longueur de la plaque ou de la tôle qui peut être effilée est limitée par la longueur de la circonfé-15 rende du cyliirkre. En d'autres termes, une plaque de départ effilée de 18 mètres de long, lorsqu'elle est roulée et soudée pour former le manchon excentrique du cylindre db travail, permet d'effiler.une tôle ou plaque dont la longueur est à peu près la même. Il serait extrêmement peu pratique de réaliser un cylindre excentrique massif 20 de dimensions suffisantes pour produire une plaque ou tôle effilée de 18 mètres destinée à un élément tel que l'aile d'un avion. Il faudrait en réalité un cylindre massif d'un diamètre supérieur à 5,70 mètres pour obtenir ce résultat. Avant de rouler les manchons, les points de départ 9 et 25 10 cle chaque cylindre 1 et 2, respectivement, doivent etre alignés de façon à se trouver sur une ligne arbitraire reliant les axes de rotation des deux cylindres pour qu'un tour complet de chacun des cylindres 1 et 2 imprime l'effilement des cylindres à une feuille ou tôle d'une longueur pouvant s'élever jusqu'à celle de 30 la circonférence descylindres. Une butée mécanique ou électrique (non représentée) peut être utilisée pour arrêter les cylindres après un tour complet afin de conserver l'alignement approprié des cyliiàres avant de laminer la tôle ou plaque suivante. Bien entendu, il n'est pas absolunent nécessaire de disposer les points de départ 35 comme décrit ci-dessus. Par exemple, lorsque la longueur de la matière de départ est très inférieure à la circonférence des cylindres, les points de départ peuvent être disposés en commun l'un par rapport à l'autre sur leurs cylindres respectifs, mais ils n'ont pas besoin d'être alignés de façon à se trouver sur une ligne arbitraire 40 reliant les axes de rotation. 70 08974 - 5 - 2038035 Le laminage d'une feuille ou tôle peut être effectué par passes multiples ou bien par une seule passe . Par exemple, un profilé relativement court et épais de métal brut peut traverser le laminoir un certain nombre de fois dans le même sens, 5 afin d'obtenir un produit final dont la longueur peut s'élever jusqu'à celle des cylindres de travail et un amincissement qui équivaut à l'amincissement ou éffilement de l'épaisseur de paroi des cylindres autour de leur périphérie . Lorsqu'on utilise des passes multiples, les cylindres peuvent être réversi-10 bles. C'est à dire que l'épaisseur de paroi du cylindre peut augmenter au lieu de diminuer comme représenté sur la Fig. 1. En d'autres termes, 1 ' épaisseur de la paroi du cylindre augmente autour de sa périphérie,depuis son point de départ. Un autre mode de réalisation de l'invention consiste à 15 utiliser le concept du cylindre effilé en liaison avec les techniques connues de la métallurgie des poudres afin d'obtenir une bande tassée et effilée en utilisant comme matière de départ un métal en poudre (voir Fig. 2). Des laminoirs portant des manchons de grand diamètre servant à tasser une poudre de métal 20 pour former une bande tassée sont bien connus des spécialistes et sont décrits dans le brevet britannique n° 896.668. Cependant, en utilisant les cylindres spéciaux selon l'invention, on peut obtenir une bande tassée et effilée. Dans ce mode de réalisation, un jeu de cylindres effi-25 lés 1' et 2', qui sont construits, supportés et entraînés de la même manière que les cylindres 1 et 2 de la Fig. 1 et dont les axes de rotation horizontaux sont parallèles, sont disposés côte à côte suivant des positions relatives légèrement espacées afin de former une zone de pincement 55. La zone de pincement des 30 cylindres est disposée en-dessous d'une trémie 50 contenant un métal en poufre 52. A l'endroit des points de départ alignés 9' et 10 ', respectivement, de chaque cylindre 1' et 2', des volets 53 et 54 maintiennent la poudre dans la zone de pincement 55 avant de commencer la laminage. L'ouvertureÊe la trémie 50 est 35 synchronisée avec la vitesse des cylindres et avec l'espace séparant les cylindres à l'endroit de la zone de pincement 54 afin de régler d'une manière appropriée le taux de débit de la poudre de métal 52. Un tour complet des cylindres 1' et 21 pendant le-40 quel la poudre de métal est introduite dans la zone de pincement 08974 - 6 - 2038035 55 à l'écartement approprié,permet d'obtenir une bande de métal tassée,amincie longitudinalement. Lorsqu'on ]amine une bande amincie en partant d'une poudre de métal, les cylindres sont réversibles de manière à pou-5 voir amener le point de départ soit dans l'alignement de l'épaisseur de paroi la plus grande soit la plus faible des cylindres respectifs et le seul réglage nécessaire est celui du débit de la poudre dans la zone de pincement. De plus, par suite de la facilité de la formation d'une bande tassée en partant d'une 10 poudre, l'amincissement des cylindres peut être augmenté ou diminué librement autour de la périphérie de chacun d'eux afin de produire des amincissements longitudinaux variés. Le même concept de cylindres effilés que celui qui est appliqué à la méiaLlurgie des poudres peut également s'applj.H«.ci. à 15 la coulée continue de métaux liquides. Bien entendu, les cylindres doivent être refroidis par eau et ils doivent être alignés sur un entonnoir de coulée pour recevoir le métal liquide. Un agencement de volet ou de plaque d'appui disposé à l'endroit de la zone de pincement permet d'agir sur la poussée - initiale due au métal 20 fondu juste avant le laminage. Les diverses formes d'oscillation qui sont utilisées avec un moule de coulée peuvent être appliquées aux cylindres eux-mêmes. Comme dans le cas du laminage de produits effilés en partant d'une poudre, les cylindres peuvent être réversibles de sorte que la section la plus épaisse ou la plus 25 mince peut être laminée la première, simplement en réglant le taux d'alimentation du métal liquide. Le même concept de manchons de grands diamètres peut être utilisé pour laminer des profilés amincis longitudinalement. La seule différence réside dans le fait que l'épaisseur du manchon 30 est constante et que les gorges ou cannelures des cylindres sont effilées pour obtenir des profilés amincis longitudinalement voulus. Par exemple, un profilé en forme de T formé à l'aide de ceux cylindres cannelés peut être aminci longitudinalement le long de dimensions diverses ( voir Pig. 3). Sur la Fig. 3, le cylindre 35 supérieur 17 présente une gorge 15 destinée à l'âme du T et le cylindre inférieur 16 présente la gorge destinée à la base 16 du T. En amincissant la profondeur des gorges 15 autoir de la périphérie du cylindre, la hauteur de l'âme résultante, qu'on voit en C diminue sur la longueur du profilé en forme de T tandis que 40 sa largeur représentée par A peut être maintenue constante. 70 08974 - T - 2038035 En même temps, la hauteur, représentée par D, de la base, peut être amincie dans la gorge 16 tout en maintenant constante sa largeur qui est représentée par B. On obtient ainsi un profilé laminé en forme de T dont la base et l'âme sont effilées sur 5 sa longueur et qui présente cependant une épaisseur d'âme et une largeur de base qui sont uniformes. Les cylindres 17 et 18 sont entraînés par des rouleaux 21 et 22, respectivement, disposés au voisinage des surfaces intérieures des manchons (voir Fig. 4). Bien que non représentés, des 10 cylirik*es fous ou cylindres de support sont également utilisés à l'intérieur des manchons creux. L'es cylindres 17 et 18 de la Fig. 4 sont constitués chacun par deux manchons séparés, c'est à dire un manchon intérieur 24 et un manchon extérieur 26 pour le cylinte 17 et un man-15 chon intérieur 25 et un manchon extérieur 27 pour le cylindre 18. Les manchons extérieurs 26 et 27 des cylindres 17 et 18, respectivement, comportent les gorges effilées 15 et 16. Les manchons extérieurs sont montés concentriquement au voisinage des manchons intérieurs et sont maintenus sur ceux-ci par n'importe quel dis-20 positif connu des spécialistes, tel que par des montages à clavettes ou par friction. L'avantage qu'on obtient en utilisant deux manchons concentriques réside dans la facilité de changer des manchons cannelés relativement minces en comparaison d'un manchon d'une seule épaisseur comportant la gorge,dont le poids total 25 accru doit être manipulé chaque fois, ce qui augmente également les dimensions et le volume des cylindres qui doivent être disponibles pour les divers profilés. On voit facilement que les manchons des cylindres comportent un certain nombre de gorges ou de cannelures comme cela 30 est courant pour un grand nombre de cylindres qui sont utilisés pour laminer divers profilés. De plus, un train de cages synchronisées peut être utilisé pour produire les mêmes profilés amincis. Des gorges ou des cannelures effilées peuvent également être utilisées dans un manchon de cylindre suivant une configura-35 tion de "Tête de Turc" afin de laminer divers profilés (voir Fig. 5). Sur la Fig. 5, des cylindres 30 et 31 présentant des axes de rotation horizontaux parallèles et des manchons amincis 38 et 39, respectivement, sont entraînés par des rouleaux d'entraînement 34 et 35. Les cylindres 30 et 31 sont semblables aux cylindres 40 1 et 2 de la Fig. 2 mais ils peuvent bien entendu porter des man 70 08974 - 8 - 2038035 chons concentriques tels que ceux représentés pour les cylindres 17 et 18 de la Fig. 4. Des cylinires 32 et 33 dont les axes verticaux sont parallèles et qui comportent des manchons 40 et 41, respectivement, 5 sont entraînés par des rouleaux 36 et 37* Les manchons 40 et 41 sont cannelés ou évidés chacun de façon à contenir la moitié de l'âme et de la base du profilé 45 en forme de T. Les manchons 40 et 41 présentent des épaisseurs décroissantes, comme indiqué par la dimension M afin de faire diminuer la largeur de l'âme et de 10 la base du profilé 45, Les côtés des manchons 40 et 41 sont également effilés, comme indiqué par la dimension N afin de coopérer avec l'amincissement des rouleaux 30 et 31» respectivement. En d'autres termes, lorsque lp, section la plus épaisse des manchons: 38 et 39 est en contact avec le profilé qui est laminé, la section 15 la plus mince des manchons 40 et 41 est en contact avec ce dernier. Un tour synchronisé complet en partant d'une position de départ des quatre cylindres produit un profilé en forme de T dont la longueur est égale à celle de la circonférence des cylindres, lequel est aminci sur sa longueur à la fois en hauteur et en lar-20 geur de l'âme et de la base. Comme dans le cas du lamina# de plaques effilées, on peut utiliser des passes multiples pour obtenir le profilé aminci voulu. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, 25 et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. 70 08974 - 9 - 2038035 REVENDICATIONS 1. Laminoir destiné à produire des plaques effilées longitudinalement, caractérisé en ce qu'il comprend : deux cy-linlres de travail creux disposa s de telle sorte que leurs axes 5 de rotation soient parallèles, chaque cylindre comportant une surface intérieure cylindrique , une surface de laminage extérieure venant en contact avec la plaque et une paroi d'épaisseur croissante et décroissante en partant d'un premier point de la surface de laminage extérieure ou autour de la périphérie du 10 cylindre et jusqu'à un point espacé du premier mais disposé au voisinage de celui-ci, tous les premiers points des cylindres étant disposés de la même manière les uns par rapport aux autres avant le laminage ; au moins un rouleau d'appui disposé à l'intérieur de chaque cylindre de travail creux, en contact avec ladite 15 surface intérieure et au moins un rouleau d'entraînement disposé à l'intérieur d'au moins l'un des cylindres de travail creux, en contact avec ladite surface intérieure, de telle sorte que la rotation du cylindre de travail applique un amincissement à la plaque, lequel est à peu près égal à l'amincissement de la ;paroi des cy- 20 lindres. 2. Laminoir suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins l'un des cylindres de travail creux est monté concentriquement sur ui>éianchon intermédiaire creux dont l'épaisseur de paroi est constante, ce manchon intermédiaire comportant 25 une surface intérieure venant en contact avec les rouleaux d'entraînement et de support. 3. Laminoir caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs éléments de laminage suivant la revendication 1, dont chacun d'eux est aligné et synchronisé avetyles autres de sorte qu'une matière 30 première de départ d'épaisseur uniforme peut être laminée à travers une série de laminoirs afin d'obtenir une plaque effilée longitudinalement ,de dimensions voulues. 4. Laminoir suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un rouleau d'entraînement est disposé à 1'intrieur de chaque 35 cylindre de travail creux. 5. Laminoir suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les cylindres de travail sont disposés côte à côte de façon à former entre eux une emprise , une trémie contenant un métal en poudre étant disposée au-dessus de cette 40 emprise , la trémie aLimentant d'une manière continue cette 70 08974 - 10 - 2038035 dernière " en poudre de métal à un débit prédéterminé de façon à former une tôle massive tassée présentant un amincissement à peu près égal à celui des parais des cylindres • rotatifs. 5 6. Laminoir suivant la revendication 1 , caractérisé ~n ce qu'une trémie contient un métal liquide, le laminoir coii?:.-citant un dispositif retenant le métal liquide à l'endroit de l'emprise avant de laminer une plaque effilée , un dis positif refroidissant les cylindres de travail, et un dispositif 10 refroidissant la plaque effilée sortant des cylind~;. } de façon à former une plaque effilée en faisant tourner les cylindres de travail. 7. Laminoir destiné à produire des profilés amincis longitudinalement , caractérisé en ce qu'il comprend deux cy- 15 lindres de travail creux disposés de telle sorte que leurs axes de rotation soient parallèles, chacun d'eux comportant une surface intérieure formant un cylindre ayant une épaisseur de paroi uniforme sur laquelle est formée au moins une gorge continue évidée , cette gorge délimitant une paartie du prc-20 filé à laminer et sa profondeur croissant .d'un premier peint, autour de la périphérie du cylindre,.à un point se trouvant: à peu près au voisinage du premier point , chacun desdits preiuier^ points étant disposé de la même manière les uns par rapport aux autres avant le laminage et les gorges des cylindres respectifs 25 étant alignées pour former le profilé complet , au moins ur rouleau de support disposé à l'intérieur de chacun des cylindras de travail creux, en contact avec ladite surface intérieure et &"i moins un rouleau d'entraînement disposé à l'intérieur d'au noins l'un des cylindres de travail creux, en contact avec ladite svr-30 face intérieure, de sorte que les cylindres de travail rotatifs amincissent le profilé d'une manière à peu près égale à l's^ir'.n-cissement de la paroi des cylindres. 8. Appareil suivant la revendication 7, caractérisé >;vi ce qu'au moins l'un des cylindres de travail creux est monté 35 centriquement sur un manchon creux intermédiaire d'épaisseur de paroi constante,ce manchon intermédiaire comportant une surface intérieure venant en contact avec les rouleaux d'entraînement et de support. 9.'Ensemble caractérisé en ce qu'il comprend une séria d: 40 laminoirs suivant la revendication 7, dont chacun d'eux ce. aligné 70 08974 - n - 2038035 est et/synchronisé avec les autres laminoirs^de sorte qu'une matière - première de départ d'épaisseur uniforme peut être laminée à travers une série de laminoirs afin d'obtenir un profilé aminci longitudinalement de dimensions voulues. 5 10. Laminoir servant à produire des profilés amincis longitudinalement, caractérisé en ce qu'il comprend une première paire de cylindres de travail creux espacés dont les axes de rotation horizontaux sont parallèles, chacun d'eux comportant une surface intérieure formant un cylindre , une surface de lami-10 nage extérieure venant en contact avec le profilé à laminer et une paroi effilée dont l'épaisseur diminue autour de la périphérie du cylindre d ' un premier point se trouvant sur la surface de laminage extérieure à un second point se trouvant à peu près au voisinage du premier point , une seconde paire de 15 cylindres de travail creux, dont les axes de rotation verticaux sont parallèles f opérant dans le même plan que la première paire de cylindres de travail, chacun des cylindres de la seconde pare comportant un manchon intérieur annulaire d'épaisseur constante et un manchon extérieur concentrique monté sur 20 le manchon intérieure^ dont les côtés effilés correspondent d'une manière inverse aux parois amincies des cylindres de la première paire et une surface de laminage présentant un évidement délimitant une partie du profilé à laminer et ses dimensions diminuant d'un premier point-.situé autour de la périphérie 25 du manchon à un second point se trouvant à peu près au voisinage du premier, chacun desdits premiers points de chaque paire de laminoirs étant disposé de la même manière par rapport aux autres avant le laminage, les évidements étant alignés pour former un profilé complet, et des dispositifs d'entraîne-30 ment et de support faisant tourner et supportant les cylindres de manière que les cylindres de travail rotatifs appliquent un amincissement au profilé , lequel est à peu près égal aux amincissements respectifs des surfaces de laminage de la première et de la seconde pair® de cylindres.