Brevet FR2135235A1 — publié le 19721215

-i- 2135235 H existe une demande de dispositifs capables de façonner des lingots ou feuillards coulés avec une très forte réduction à chaque passe pour les ramener à une épaisseur leur permettant d'être enroulés et qui est en général de 6 à 8 mm. Cette demande 5 concerne en particulier les installations de coulée continue de feuillards en épaisseurs supérieures à 12 ma. Il est classique de disposer derrière ces installations de coulée des trains puissants duo ou quarto de laminage destinés à façonner le feuillard coulé pour le ramener à l'épaisseur 10 initiale nécessaire. Alors qu'une cage unique y suffit pour les feuillards relativement étroits et les matériaux mous tels que lraluminium pur (Schweizer Aluminium Rundschau N° 3/1964), il faut plusieurs cages successives pour les feuillards dont la largeur dépasse par exemple 15 500 mm, ainsi que pour le façonnage de matériaux ou feuillards plus durs que des raisons techniques imposent de couler en épaisseur relativement grande (The Engineer, 25 décembre 1964, page 1065). La réalisation et l'entretien de ces installations sont extrêmement coûteux. Leur encombrement au sol esti par ailleurs, important et leur édi-20 fication exige des fondations coûteuses. La rentabilité de ces installations dans le but mentionné estj de plus^ fortement réduite par le fait que les cages ne peuvent être utilisées qu'à une faible fraction de leur capacité réelle de production^ car la vitesse du feuillard, qui est déterminée par l'installation de coulée, est très faible. 25 H a été suggéré d'utiliser des laminoirs dits plané taires (Iight Metals and Industry, janvier 1965j page 60) ou des cages pendulaires (The Engineer, 22 novembre 1963, page 842), afin d'éviter ces inconvénients. Ces dispositifs ont l'avantage,sur celui qui a été mentionné plus haut,de permettre une très forte réduction en une 30 passe, de sorte que le façonnage total nécessaire peut être exécuté dans une seule machine,même lorsque les matériaux sont très durs. Toutefois^ l'expérience a montré que ces dispositifs ne conviennent que pour des feuillards de largeur relativement faible, car les cylindres de travail ont un diamètre relativement faible et donc fléchis-35 sent. L'ouvrage "Handbuch des Stranggiessens" du Dr. B.Hermann décrit aux pages 446 à 453 d'autres dispositifs de façonnage de feuillards et de billettes réalisés par coulée continue et se réfère à la mise à profit de la chaleur de coulée. 40 L'invention a pour objet un dispositif capable de 72 15624 _2_ 2135235 réaliser en une seule passe des réductions d'épaisseur qui n'ont pu être atteintes antérieurement que dans les laminoirs planétaires. La réalisation du dispositif de l'invention est^ par ailleurs, notablement simplifiée et, en conséquence,son coût de fabrication^ ainsi 5 que ses frais d'exploitation sont considérablement réduits sa rentabilité étant donc bien meilleure que celle des installations connues. Ce dispositif permet de plus d'usiner des feuillards en largeur arbitrairement grande, son domaine d'application étant en conséquence élarg i. 10 Le dispositif de l'invention comprend deux cylindres commandés d'avance^ dont le poids est d'environ 80 à 120 kg/cm de largeur de feuillard, ainsi qu'un dispositif de laminage et il est caractérisé en ce que ce dispositif de laminage comporte de chaque •côté du feuillard usiné un système commandé rotatif de cylindres, dont 15 chacun se compose d'un arbre principal dont les deux extrémités sont rotatives dans des paliers mutuellement réglables et d'au moins deux cylindres rotatifs parallèles à cet arbre et auxquels des accouplements à friction font subir un mouvement de révolution au moyen d'une commande particulière i ces cylindres ayant une largeur supérieure à 20 celle du feuillard devant être usiné et étant tous répartis réguliè rement à la périphérie de l'arbre principal avec le même entre-axes, leur masse étant calculée de manière que la force centrifuge produite par leur révolution autour de l'axe principal du système corresponde approximativement à la moitié de la force maximale générée de laminagej 25 les deux arbres principaux ou systèmes de cylindres étant commandés en synchronisme dans les sens opposés de rotation et étant couplés de manière que les cylindres des deux systèmes subissant le mouvement de révolution parvienne simultanément deux à deux sous le même angle de part et d'autre contre le feuillard devant être usiné et amené 30 entre ces deux systèmes de cylindres par les cylindres d'avance, ce feuillard subissant ensuite l'emprise de ces cylindres de laminage qui tournent sur lui et étant façonné sous pression correspondante jusqu'au moment où la distance entre ces cylindres est la plus faible, la rotation des systèmes de cylindres étant telle qu'à chaque révo-35 lution, toutes les paires de cylindres entrent successivement en prise et façonnent successivement le feuillard avancé à l'épaisseur voulue. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés illustrant à titre d'exemple un mode de réalisa-40 tion du dispositif de l'invention et sur lesquels : BÀD ORIGINAL 72 15624 .3- 2135235 la figure I est une élévation.latérale du dispositif proprement dit de laminage ; la figure 2 est une vue en bout avec coupe partielle du dispositif de laminage de la figure 1 ; et la figure 3 est une élévation de la commande du dispositif de laminage. Deux rouleaux pinceurs 1 et 2 d'avance du feuillard B devant être usiné et issu par exemple d'une installation de coulée continue, sont entraînés à vitesse constante et dirigent ce feuillard dans le sens de la flèche sur un laminoir (figures i et 2) monté en aval de l'installation de coulée. L'expérience montre que les trépidations provoquées par le laminage ne doivent pas être retransmises par le feuillard vers l'arrière à l'installation de coulée. H est donc nécessaire de dimensionner les rouleaux 1 et 2 d'avance de manière que leur masse suffise à absorber pratiquement en totalité les vibrations produites. Ces rouleaux doivent donc avoir une masse d'environ 80 à 120 kg/cm de largeur de feuillard selon la résistance à la déformation et le rapport de réduction de la plage d'usinage de ce feuillard. La vitesse de rotation de la commande des rouleaux est réglable en continu afin de permettre l'adaptation exacte de la vitesse du feuillard aux conditions données. Le feuillard est façonné dans le dispositif de laminage entre deux systèmes rotatifs de cylindres commandés en synchronisme en sens inverses et disposés symétriquement par rapport au feuillard (figures 1 et 2)J ces systèmes étant réalisés en principe de la manière suivante : Les cylindres proprement dits 5 et 6 de travail sont disposés parallèlement à des arbres principaux 3 et 4 et leur largeur est supérieure à celle du feuillard le plus large susceptible d'être usiné. Les cylindres sont tous semblables et répartis uniformément à la périphérie des arbres principaux, à la distance R de l'axe de ces derniers, et ils tournent dans des paliers particuliers fixés sur les arbres principaux. IL n'existe aucun contact des cylindres et des arbres principaux, sauf dans ces paliers. La figure 1 représente les deux systèmes dont chacun comprend quatre cylindres 5 et 6. Chacun de ces systèmes peut aussi ne comprendre, en principe,que deux ou trois cylindres ou peut aussi en comprendre plus de quatre. La distance D séparant les axes des deux arbres principaux 3 et 4 est calculée de manière qu'au cours de la rotation des 72 15624 - 4 - 2135235 deux systèmes, les cylindres 5 et 6 s'approchent à la distance a qui correspond à l'épaisseur voulue du feuillard usiné. L'accouplement de la commande doit satisfaire à la condition que les cylindres des deux systèmes parviennent simulta-5 nément deux à deux sous le même angle de part et d'autre sur le feuillard usiné et roulent ensuite ensemble sur le feuillard placé dans l'emprise en le façonnant sous pression correspondante jusqu'au moment où la distance qui les sépare est la plus faible. Le mouvement de rotation des systèmes a pour conséquence que les cylindres 10 s'éloignent ensuite pour revenir ensemble sur le feuillard à chaque révolution. Le feuillard avançant de gauche à droite subit l'emprise de chaque paire de cylindres des systànes correspondants et chacun de ses éléments de volume est façonné successivement à l'épais-15 seur voulue. Les arbres principaux 3 et 4 sont montés dans des paliers,dont la distance qui les sépare est réglable afin de permettre l'ajustage de l'épaisseur du feuillard à la cote voulue a. A la mise en service et avant l'introduction du feuil-20 lard à usiner dans le laminoir^ les systèmes de cylindres sont entraînés en rotation dans le sens au moyen de la commande. De mêmei une commande particulière fait tourner les cylindres 5 et 6 dans le sens de la flèche P^ afin d'éviter que leur accélération angulaire exagérée ne provoque des chocs inadmissibles lors de leur rencon-25 tre avec le feuillard à la mise en service. La vitesse de rotation des cylindres est réglable en continu et ajustée de manière que la composante, dans la direction du feuillard, de la vitesse résultant de la rotation des cylindres individuels et de celle de l'ensemble du système^ à la surface 30 des cylindres, corresponde à la vitesse d'avance du feuillard B au début de l'emprise. Le feuillard subissant un allongement au cours de sa déformationi la vitesse angulaire des cylindres roulant sur lui varie et donc il est nécessaire de prévoir dans la commande de chaque 35 cylindre individuel un élément capable de céder, formé d'un accouplement élastique ou d'un accouplement à friction^ afin que-la paire de cylindres correspondants en prise puisse subir la faible variation de vitesse angulaire indépendamment des autres cylindres. la rotation des systèmes autour de l'axe des arbres 40 principaux 3 et k exerce une notable force centrifuge sur les cylindres 72 15624 _5_ 2135235 5 et 6, car ceux-ci sont disposés excentriquement à la distance R de ces arbres. Le sens de la force centrifuge est opposé à celui de la pression de laminage pendant l'emprise et représente ma avantage qui est mis à profit dans le cas particulier. H est ainsi 5 possible de réduire dans des proportions correspondantes la charge que les tourillons des cylindres subissent dans les paliersj ainsi que les tensions régnant dans ces cylindres et donc leur flexion pendant l'ençjrise, le choix de la vitesse de rotation des systèmes^ ainsi que l'excentricité R des cylindres et finalement leur masse 10 étant adaptés aux conditions particulières. Cette disposition est particulièrement avantageuse pour les machines d'usinage de feuillards larges. Les rapports de forces sont les plus avantageux lorsque la. force d'inertie correspond approximativement à la moitié de la pression maximale attendue de la-15 minage. Les ordres de grandeur des données suivantes satisfont à ces conditions pour les rapports de forces de laminage dans les applications pratiques : vitesse de rotation des systèmes de cylindres n = 200 à 800 par minute 20 nombre des cylindres par système Z = 2 à 8 excentricité des cylindres R = 200 à 600 mm diamètre des cylindres d = 200 à 800 mm Un autre avantage du dispositif selon l'invention sur les laminoirs planétaires est que le moment d'inertie de chaque 25 systàue de cylindres est très élevéJ car la masse en rotation est grande, de sorte que la marche de la machine est uniforme et régulièreJ bien que le processus de travail soit intermittent. La vitesse du feuillard détermine le nombre nécessaire des emprises par unité de temps, ce nombre étant donné par le produit 30 de la vitesse de rotation et du nombre des cylindres par système. La condition des rapports les plus avantageux de façonnage est satisfaite lorsque la vitesse moyenne du feuillard usiné atteint approximativement 0,5 à 2 fois son épaisseur d'usinage à chaque emprise. Lorsque la vitesse de rotation des systèmes est par 35 exemple de 500 tours par minute et que chacun de ces systèmes comprend quatre cylindres, et que l'épaisseur d'usinage est de 7 mm, la vitesse moyenne du feuillard est de 8 à 32 m par minute^ ce qui correspond à la capacité d'une installation de coulée continue da feuillards. Le laminage étant intermittenti le feuillard usiné HO subit une vibration lon^ se superposant à sa vitesse moyenne 15624 2135235 pendant l'emprise. Il suffit de former tuae boucle dans le feuillard pour amortir totalement les vibrations et rétablir l'uniformité de sa vitesse. La cage du laminoiri à l'exception des pieds situés de part et d'autreJ n'est pas représentée sur la figure 2 pour plus de clarté. Des pignons 9 et 10 calés sur les contre-arbres 7 et 8 et engrenant avec des couronnes dentées 11 et 12 vissées latéralement sur les rouleaux 1 et 2 d'avance assurent la commande de ceux-ci^ de la manière représentée sur la figure 1. Les rouleaux 1 et 2 tournent sur des arbres immobiles la et 2a fixés de leur côté dans des coulisseaux 14 et 15 fortement dimensionnés et mobiles dans la cage 13» Deux cylindres hydrauliques 16 à double effet, disposés de part et d'autre et destinés à produire la force de pincement des rouleaux sont dimensionnés de manière que le feuillard puisse être suffisamment serré pour que tout glissement entre ces rouleaux soit exclu pendant le processus suivant de travail. Cette force nécessaire de serrage peut déjà réduireJ dans certains cas, l'épaisseur du feuillard passant entre ces rouleaux. Les cylindres hydrauliques permettent aussi d'augmenter la distance séparant les rouleaux pour l'introduction ou l'enlèvement du feuillard. Les deux systèmes de cylindres assurant le façonnage proprement dit du feuillard et représentés sur les figures 1 et 2 se composent • essentiellement chacun d'un arbre principal 3, 4, des paliers fixée à chacun de ceux-ci, ainsi que des cylindres 5 et 6 montés dans ces derniers excentriquement à la distance R de l'arbre principal et, de plusi des commandes décrites plus bas. Les arbres principaux 3 et 4 tournent dans des paliers 17 et 18 mobiles de chaque côté sur la cage 13, c'est-à-dire capables de coulisser dans des glissières. Un moteur principal 19 (figure 3) fait tourner les deux systèmes de cylindres par l'intermédiaire d'un engrenage réducteur 20 à pignons à chevrons et d'arbres articulés 21 et 22. Une commande séparée fait aussi tourner les cylindres 5 et 6, cette commande étant destinée uniquement à accélérer les cylindres en marche à vide à la vitesse de service et ensuite à compenser les pertes par frottement dues à la rotation. Les cylindres peuvent être commandés d'un côté oui de la manière représentée sur la figure 2, des deux côtés par raison de symétrie. Dans le cas particulierJ un circuit oléo-hydraulique comprend une pompe 23 commandée par le moteur principal BAD ORIGINAL 15624 - 7 - 2135235 et à réglage continu du débit, ainsi que des moteurs hydrauliques 24 et 25 montés en parallèle et alimentés par cette pompe. Un arbra 28 relie les commandes des cylindres par l'intermédiaire de deux engrenages 26 et 27, afin que les cylindres des deux systèmes tournent à la même vitesse, même en marche à vide. Les engrenages 26 et 27' commandent par l'intermédiaire d'arbres articulés 29 et 30 des contre-arbres 33 et 34 montés dans des paliers 31 et 32 et commandant par des courroies crantées 35 et 36 des couronnes dentées 37 montées sur les arbres principaux 3 et' 4. Finalement, les couronnes 37 transmettent la commande à des pignons 38 engrenant avec elles et calés sur les tourillons des cylindres de laminage. Alors que dans l'exemple décrit, le feuillard B passe horizontalement dans le dispositif, ce dernier peut aussi être incliné ou renversé, et, dans ce cas, il est possible de tenir compte de toute orientation ascendante ou descendante du feuillard. Le mode décrit de commande des cylindres ne représente que l'une des différentes possibilités de réalisation. XL est possible, par exemple, d'assurer la commande sans courroie et uniquement à l'aide d'engrenages correspondants. Chacun des pignons 38 renferme un accouplement à friction qui n'est pas représenté pour plus de clarté et dont le couple est réglé de manière à autoriser une variation individuelle de la vitesse angulaire des cylindres pendant l'emprise de laminage, sans que la commande n'ait à subir des efforts exagérés. La distance D entre les axes des arbres principaux détermine l'épaisseur a du feuillard laminé pour des dimensions données des systèmes de cylindres. Ainsi, l'ajustage de la longueur des broches filetées 40 permet de faire varier le taux de réduction dans les limites voulues. H est possible d'obtenir de la même manière une épaisseur uniforme des deux côtés du feuillard. Des cylindres hydrauliques 39 disposés de part et d'autre et au nombre de quatre, au total,dans le cas particulier, serrent les paliers 17 et 18 contre les broches filetées 40 disposées entre ces paliers et dont la longueur est réglable. La force de fermeture produite par les cylindres hydrauliques doit être supérieure à la force de laminage produite par l'emprise de la paire de cylindres correspondants. Une disposition connue permet de limiter la force de fermeture de manière à assurer une sécurité contre les efforts 72 15624 - 8 - 2135235 . exagérés que les systèmes de cylindres pourraient subir. Ainsi, les paliers sont placés sous précontrainte les uns par rapport aux autres et, en conséquence, les défomations élastiques dues à la charge intermittente sont minimales. 5 Le déplacement, c'est-à-dire le réglage de la distan ce séparant les paliers pourrait aussi être réalisé par d'autres moyens utilisés en particulier dans les laminoirs. De l'huile sous pression arrivant par des conduits 44 dans les paliers principaux 41 du système de cylindres assure la 10 lubrification de ces paliers 41, ainsi que des paliers 42. Des tubulures 46 d'évacuation renvoient l'huile consommée vers l'installation non représentée de traitement se composant d'un réfrigérant, d'un filtre et d'un réservoir. La majeure partie de l'huile arrive dans les paliers 42 par des canaux des arbres principaux et des paliers princi-15 paux ou empoises. L'huile consommée, sortant latéralement des paliers 42, est recueillie par une enveloppe 46 et renvoyée également par une tubulure 47 et des conduits non représentés dans l'installation de traitement. Le nuage d'huile régnant dans les chambres correspondantes lubrifient les pignons de la commande des cylindres et leurs paliers 20 qui sont des roulements à billes. Des garnitures et manchons assurent l'étanchéité autour de l'arbre et empêchent l'huile de sortir. Des ajutages 49 disposés de part et d'autre du feuillard pulvérisent en continu une émulsion d'huile de laminage sur les 25 surfaces correspondantes, afin d'éviter que les cylindres ne collent sur le feuillard usiné B. L'installation représentée sur les figures 1 et 2 est destinée à l'usinage de feuillards coulés en continu d'aluminium d'environ A = 60 mm d'épaisseur réduite à a = 7 mm à une vitesse 30 vq = 0,8 à 3,2 m/minute, c'est-à-dire v^ = approximativement 7 à 28 m/mn. La largeur maximale du feuillard que cette installation peut usiner est de 750 mm. Afin de tenir compte des rapports précédemment fixés d'avance, la vitesse adoptée de rotation est de n = 500/mn, c'est-à-dire 35 Où = 52,36/s, chaque système comprenant quatre cylindres de laminage. On obtient ainsi z = 4.500 = 2000 emprises à la minute. L'excentricité des cylindres est de R = 300 mm et leur diamètre est de d = 310 mm. La masse totale d'un cylindre, y compris ses touril-40 Ions, son accouplement et son pignon de commande est de M = 625 kg. 72 15624 - 9 - 2135235 Dans les conditions données, la force de laminage est d'environ 100 000 kg pour l'usinage d'un feuillard en alliage d'aluminium comprenant 1 $ de manganèse et 1 $ de magnésium, la largeur du feuillard étant de 750 mm et sa température, de 350 à 400°C. 5 La force centrifuge K d'un cylindre, lors de la rota tion des systèmes,est donc : K = M . R .O2 = 625 • 0,3 . 52,362 = 51,404 . 10^ N = 52 400 kg 10 En l'absence d'emprise des cylindres, la charge des paliers est égale à la force centrifuge et pendant l'emprise, la charge est donc de : K' = 1000 000 - 52 400 = 47 600 kg ou 15 ^ = 23 800 kg .par palier La diminution de la charge des paliers due à la force centrifuge des cylindres est concommitente avec la diminution de l'effort de flexion de ces cylindres. 20 La rectification des cylindres les allégeant, il est préférable de prévoir initialement une force centrifuge légèrement trop grande, comme dans le cas particulier. H va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du 25 cadre de l'invention. 72 1562A 2135235 - 10 - REVENDICATION Dispositif de laminage de feuillards comprenant deux cylindres commandés d'avance, dont le poids est d'environ 80 à 120kg/cm de largeur de feuillard, ainsi qu'un dispositif de laminage, carac-5 térisé en ce que ce dispositif de laminage comprend, de chaque côté du feuillard à usiner, un système commandé rotatif de cylindres se composant d'un arbre principal, dont les deux extrémités sont rotatives dans des paliers ou empoises réglables les unes par rapport aux autres, ainsi que d'au moins deux cylindres parallèles à cet arbre au-10 tour duquel ils subissent un mouvement de révolution et qu'une commande particulière fait tourner par l'intermédiaire d'accouplements à friction, la largeur de ces cylindres étant supérieure à celles des feuillards susceptibles d'être usinés et ces cylindres étant répartis uniformément à la périphérie de l'arbre principal avec un même entre-15 axes par rapport à ce dernier, leur masse étant calculée de manière que la force centrifuge due à leur révolution autour de l'axe principal du système corresponde approximativement à la moitié de la force maxi-. maie produite de laminage, les deux arbres principaux ou systèmes de cylindres étant commandés en synchronisme en sens opposés et couplés 20 de manière que les cylindres en révolution des deux systèmes parviennent simultanément deux à deux sous le même angle de part et d'autre sur le feuillard à usiner que les cylindres d'avance déplacent entre ces deux systèmes, puis qu'ils roulent ensemble sur le feuillard placé dans l'emprise et le façonnent sous pression correspondante jusqu'à ce 25 qu'ils atteignent la distance la plus faible qui les sépare, la rotation des systèmes ayant pour conséquence qu'à chaque révolution, les mêmes paires de cylindres entrent toutes successivement en prise avec le feuillard subissant le mouvement d'avance et en réduisent successivement l'épaisseur à la valeur voulue.