Brevet FR2124381A1 — publié le 19720922

La présente invention se rapporte à des perfectionnements aux machines utilisées pour fabriquer des bandes métalliques minces et elle a trait plus particulièrement à la fabrication de courroies d'entrainement sans fin en métal mince qui conviennent pour entre utilisées dans des mécanismes de précision à entrainement par friction, par exemple des mécanismes d'entraine- ment d'enregistreur à bande magnétique. Par comparaison à des courroies d'entrainement fabriquées à partir de matières plastiques de synthèse, et ayant habituellement une structure composite ou stratifiée, des courroies d'entraînement métalliques présentent l'avantage d'une plus grande résistance à l'allongement et à l'usure, ce qui permet d'obtenir un coefficient de frottement plus constant en cours de marche et une plus longue durée de service, I1 est d'une pratique courante de former une bande métallique sans fin en laminant et/ou en étirant une virole ou ébauche annulaire en acier ou en un autre métal, comme le décrit par exemple le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 1.618.515.Cependant, lorsqu'il est nécessaire de produire des bandes métalliques sans fin particulièrement étroites, utilisables comme courroies d'entraînement dans des mécanismes de précision, il se pose des problèmes spéciaux et on ne peut pas utiliser les machines connues de fabrication de bandes métalliques0 Le problème principal consiste en ce que le diamètre intérieur de l'anneau ou ébauche annulaire métallique à partir duquel la très petite bande ou courroie doit être formée présente habituellement un diamètre bien inférieur à celui imposé à un cylindre de travail par l'intermédiaire duquel une pression doit être exercée sur la pièce à laminer.En conséquence, les dimensions minimales de bandes et courroies métalliques sans fin fabriquées par laminage d'une virole ou ébauche annulaire métallique ont été limitées par les impératifs de résistance et de dimensions des cylindres de la machine de fabrication de bandes0 Une solution au problème précité a été décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3.208.297. Une ébauche annulaire est découpée dans une mince tôle de métal; elle est préparée puis placée autour de deux mandrins qui sont entraînés en rotation et écartés lentement et progressivement l'un de l'autre afin d'étirer l'ébauche annulaire jusqu'à ce que son diamètre intérieur initial devienne égal à son diamètre extérieur. Un allon gement supplémentaire de la bande résultante entre les mandrins produit une courroie d'entrainement de la dimension requise.Etant donné que la fabrication d'une courroie métallique par ce procédé est réalisée seulement par allongement du métal au-delà de sa limite élastique, on n'est pas assuré d'obtenir une épaisseur uniforme de la courroie métallique sur toute sa longueur et elle peut par conséquent présenter des points faibles Lorsque le but consiste à réaliser une épaisseur de courroie de l'ordre de 0,075 mm, toute fluctuation de l'épaisseur désirée introduit un facteur de limitation important en ce qui concerne la minceur optimale de la courroie0 En conséquence, en évitant les problèmes posés lors de la fabrication de petites courroies métalliques d'entraînement par laminage, le procédé mentionné en dernier diminue l'uniformité d'épaisseur sur la longueur de la courroie et impose une limitation à la minceur de cette courroie0 On connaît, d'après le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3.507.135 un procédé et une machine de fabrication de courroies métalliques minces par laminage d'une ébauche tubulaire à la forme désirée. La technique décrite en référence à la figure 5 dudit brevet nécessite de faire passer l'ébauche tubulaire sur deux cylindres d'allongement de petits diamètres dont l'un agit entre une paire adjacente de cylindres entrainés de grand diamètre afin d'empêcher l'ébauche tubulaire d'être étirée dans un intervalle fixe existant entre la paire de cylindres entrainés par la force qui est exercée par l'autre cylindre d'allongement de petit diamètre.L'ébauche est laminée entre- le premier cylindre d'allongement et chaque gros cylindre entraîné de ladite paire et elle est maintenue en tension sensiblement constante, à mesure que sa longueur augmente, par l'autre cylindre d'allongement qui est monté mobile dans ce but0 La machine de type connu qui a été décrite plus haut utilise une partie des avantages du laminage, par comparaison à une machine utilisant seulement un allongement du métal, afin de produire une bande métallique mince mais elle présente encore un certain nombre d'inconvénients importants0 En premier lieu, la nécessité de faire passer l'ébauche tubulaire autour des deux cylindres d'allongement signifie que le diamètre intérieur de l'ébauche ne peut pas être inférieur à la somme des diamètres des deux cylindres d'allongement dans lesquels l'ébauche doit passer. En second lieu, la pression qui peut être exercée pour déformer le métal de l'ébauche tubulaire par laminage est limitée par le degré de tension auquel la bande peut résister sans se rompre; cette tension diminue à mesure que la bande s'amincit et il se pose par conséquent le problème de régler la tension par l'intermédiaire du rouleau d'allongement, En troisième lieu, le fait de soumettre l'ébauche à un laminage par les deux cylindres entrat- nés de grand diamètre successivement et dans une seule passe autour du cylindre d'allongement de formage crée des contraintes mécaniques opposées dans la bande, ces contraintes pouvant produire dans celle-ci des déformations et éventuellement des endommagements plus sérieux, L'invention permet la fabrication de petites bandes ou courroies métalliques très minces et sans fin, de longueurs et d'épaisseurs prédéterminées, et particulièrement appropriées pour être utilisées comme courroies d'entrainement dans des mécanismes d'entraînement de précision, à l'aide d'une machine qui remédie dans une large mesure aux limitations et inconvénients des machines de type connu, Suivant l'invention, une machine appropriée pour fabriquer une bande ou courroie métallique mince sans fin à partir d'une ébauche métallique tubulaire ou annulaire plus épaisse qui a un diamètre intérieur limité, comprend deux cylindres de travail du type à pincement, dont l'un au moins est un cylindre entralané, et un cylindre d'appui, tous ces cylindres étant montés à rotation de manière que, dans leurs positions dé travail, leurs axes soient parallèles et situés sensiblement dans le même plan, un des cylindres de travail occupant la position intermédiaire et ayant un diamètre plus petit que l'autre cylindre de travail afin que l'ébauche annulaire puisse être engagée sur lui, et le cylindre d'appui présentant une rainure circonférentielle formée dans une position intermédiaire afin d'éviter un contact de roulement avec l'ébauche lorsque, en cours de marche, les surfaces circonférentielles, non rainurées et espacées l'une de l'autre, du cylindre d'appui entrent en contact avec le cylindre de travail intermédiaire et supportent ce dernier de manière à absorber des contraintes de flexion exercées par l'ébauche sous l'effet de la force appliquée pour réduire la distance entre l'autre cylindre de travail et le cylindre d'appuis Grâce à la rainure prévue dans le cylindre d'appui 1'é- bauche est laminée seulement une fois et en une seule passe au tour du cylindre de travail intermédiaire, le cylindre d'appui ne comportant aucune partie de déformation de métal. Une autre fonction importante de la rainure, en particulier lorsque le diamètre intérieur initial de l'ébauche dépasse seulement légèrement le diamètre du cylindre intermédiaire de travail, est d'empêcher 1'ébauche de se déplacer en direction des extrémités des deux cylindres de travail au cours de son laminage.Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, la rainure a une largeur telle qu'elle occupe sensiblement le tiers central de la longueur axiale du cylindre d'appui et elle comporte une section droite de profil rectangulaire. Une fois que l'ébauche tubulaire ou annulaire a été soumise à un allongement et amincissement initial ou bien si son diamètre intérieur initial le permet, la boucle de bande peut 8- tre placée sous tension dans une direction s'éloignant normalement de l'axe du cylindre de travail intermédiaire afin d'absorber le mou mais sans dépasser la limite élastique du métal. Dans le mode préféré de réalisation, la tension requise est exercée par l'intermédiaire d'un quatrième cylindre sur lequel la bande passe, par exemple par un ressort. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non-limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels - Fig. 1 est une vue en élévation d'une machine de formage de bande métallique dans une forme de réalisation préférée, faite perpendiculairement aux axes des cylindres de travail; - Fig. 2 est une vue faite dans la direction des flèches suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1 afin de montrer l'agencement et la configuration des cylindres. La machine représentée comprend un cylindre de travail 1 qui est interposé entre un cylindre de travail 4 de plus grand diamètre et un cylindre d'appui 12, tous les cylindres ayant les mêmes longueurs. Le cylindre d'appui 12 a sensiblement le même diamètre maximal que le cylindre de travail 4 tandis que le cylindre de travail 1 a un diamètre sensiblement égal à la moitié de celui de l'autre cylindre de travail 4o Le diamètre du cylindre de travail 1 dans la position intermédiaire dépend du diamètre intérieur de l'ébauche tubulaire ou annulaire qui doit s'engager sur lui. les cylindres 1, 4 et 12 sont tous montés de manière à tourner autour d'axes parallèles situés dans le même plan, Le cylindre de travail 4 est monté de manière à tourner dans des paliers 6 qui sont fixés sur le piston 8 d'une presse hydraulique 10 pouvant être commandée de façon à faire avancer et reculer le cylindre 4 perpendiculairement à son axe de rotation avec un grand degré de précision0 Une presse hydraulique appropriée utilisable dans ce but a été décrite par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3.003.374. le cylindre de travail 1 est monté à rotation, dans la position intermédiaire, sur un support 3 qui est déplaçable dans le plan des axes de rotation des cylindres afin d'être amené dans une position axiale fixe par rapport au cylindre 12, et écarté d'une telle position, dans laquelle les cylindres 1 et 12 sont verrouillés afin d'être en contact étroit de roulement l'un avec l'autre Le dispositif de verrouillage nta pas été représenté sur les dessins. De préférence, le cylindre 1 peut être sorti de son support 3 afin de permettre l'engagement d'une ébauche tubulaire et il est aisément remis en place lorsque l'ébauche a été positionnée. Dans le mode de réalisation représenté, les deux cylindres de travail 1 et 4 sont des cylindres en traînées ou menés et ils sont accouplés dans ce but à un mécanisme d'entraînement non-représenté.Dans d'autres modes de réalisation, il suffit d'entraîner un des cylindres de travail 1 et 4 ou bien, en prévoyant des accouplements appropriés, le cylindre d'appui 12 peut être le seul cylindre entraîné, Le cylindre d'appui 12 est monté à rotation dans des paliers 14 qui sont fixés sur un support immobile. En conséquence, les cylindres de travail 1 et 4 sont seuls montés de manière à se déplacer dans le plan des axes de rotation des cylindres0 Cependant, dans d'autres modes de réalisation, les positions du cylindre de travail 4 et du cylindre d'appui 12 peuvent être inversées ou bien chacun de ces deux cylindres peut être déplaçable par rapport à l'autre par des presses hydrauliques ou autres presses pouvant être commandées de façon appropriée. Le cylindre d'appui 12 est pourvu sensiblement dans le tiers central de sa longueur d'une rainure circonférentielle 16 de section droite rectangulaire. La profondeur et la largeur de la rainure 16 sont choisies de façon à correspondre-à l'épaisseur radiale et à la largeur de l'ébauche tubulaire, en laissant un espace suffisant pour éviter un contact entre l'ébauche et la cir conférence du cylindre 12 dans la rainure 16 et pour permettre une augmentation de largeur de l'ébauche. Le cylindre d'appui 12 peut, si nécessaire, être remplacé par des cylindres comportant des rainures de dimensions différentes afin de s'adapter à des ébauches de dimensions différentes.Comme le montre la fig. 2, la rainure 16 définit un intervalle entre deux surfaces circonférentielles 7 par lesquelles le cylindre d'appui 12 entre en contact avec la surface du cylindre de travail lo En plus des cylindres 1, 4 et 12, il est prévu un rouleau tendeur 18 monté à rotation sur un support 20 qui peut être écarté du plan des axes de rotation des cylindres 1, 4 et 12 afin que le rouleau exerce une légère tension portante sur l'ébauche en train d'être laminée, comme indiqué sur la Fig. 1. La tension est exercée par un ressort (non-représenté) bien qu'on puisse utiliser d'autres moyens. On va maintenant décrire le fonctionnement du mode préféré de réalisation de la machine suivant l'invention. Une ébauche métallique tubulaire 17, constituée par exemple d'un tronçon de tube d'acier inoxydable soudé de type 304 (SAE 303304, ÂSTM À 269) qui a été initialement traité thermiquement de façon à diminuer de dureté, est engagée sur le cylindre de travail 1 et sur le rouleau tendeur 18. Dans l'exemple considéré, l'ébauche a un diamètre intérieur de 49,5 mm et une épaisseur radiale de 0,010 à 0,012 mm, la matière et ses dimensions étant choisies de façon à former une bande d'une longueur totale de 529,34 mm, d'une largeur d'environ 12,5 mm et d'une épaisseur d'environ 0,03 mm. On peut utiliser en variante des ébauches tubulaires ou annulaires d'autres métaux et d'autres dimensions. Lorsque l'ébauche 17 est placée autour de la partie centrale des cylindres 1 et 18 qui sont adjacents à ce stade de l'o pération, le cylindre 1 est amené en contact étroit avec le cylindre d'appui 12 et il est fixé avec celui-ci dans cette position, comme indiqué sur les dessins. L'ébauche 17 passe dans 1'intervalle délimité par la rainure 16 et le cylindre 1, en étant maintenu sous une tension de 22 kg par exemple entre les cylindres 1 et 18 et en laissant un certain jeu entre elle et le cylindre d'appui 12. En conséquence, le cylindre 12 n'entre pas en contact avec l'ébauche 17, excepté éventuellement sur un bord ou l'autre de l'ébauche et seulement à des fins de guidage.Le cylindre de travail 4 est ensuite appliqué contre l'ébauche 17 et les deux cylindres de travail 1 et 4 sont mis en mouvement de manière à laminer l'ébauche entre eux, Une pression est alors exercée sur l'ébauche par la presse hydraulique 10 agissant par l'intermédiaire du cylindre de travail 4 et le laminage de l'ébauche commence. Lorsque la pression est exercée, la force agissant par l'intermédiaire de l'é- bauche 17 sur la partie centrale du cylindre de travail 1 de petit diamètre a tendance à produire des contraintes de flexion très importantes dans ce cylindre 1.Ces contraintes sont fortement réduites par le soutien assuré par le cylindre d'appui 12 dont les deux surfaces circonférentielles 7 espacées l'une de 1'autre entrent en contact avec le cylindre lo Non seulement le cylindre 1 est supporté sur les bords de l'intervalle 16, ce qui réduit sa longueur axiale soumise à la contrainte de flexion, mais également le cylindre 1 est en fait renforcé le long de son axe du fait de la relation fixe existant entre les axes du cylindre 1 et les cylindres d'appui 12; en d'autres termes, toute tendance de la surface du cylindre 1 à entrer partiellement en contact avec les surfaces 7 du cylindre d'appui 1, en particulier aux extrémités du cylindre sous l'effet des contraintes de flexion, est contrebalancée par une réaction exercée entre les supports axiaux des cylindres 1 et 12. A mesure que le laminage se poursuit, l'ébauche 17 est amincie uniformément sur sa longueur qui augmente en correspondance, cette augmentation étant absorbée par le cylindre 18 dans la direction de la flèche indiquée sur la fig. 1 et jusqu'à ce que la longueur désirée soit atteinte, L'ébauche mince en acier inoxydable de l'exemple décrit plus haut, qui présente une limite élastique initiale de 21 kg/mm2 dans sa condition de recuit présente après laminage une limite élastique considérablement aug kg/mm2 mentée, à savoir de l'ordre de 130 kg/mm2 lorsqu'elle se trouve sous forme d'une bande mince produite par laminage par la machine suivant l'invention. I1 n'est pas nécessaire de soumettre la bande finale ainsi obtenue à un traitement thermique tel qu'un recuit ou un traitement de détensionnement. REVENDICATIONSo 1. Machine destinée à la fabrication d'une bande métallique mince à partir d'une ébauche annulaire plus épaisse qui présente un diamètre intérieur limité, comprenant trois cylindres dont au moins un est entraîne, caractérisée en ce que tous les cylindres (1, 4, 12) sont montés à rotation de manière que, dans leurs positions de travail, leurs axes soient parallèles et situés sensiblement dans le même plan, en ce que le cylindre de travail (1) occupant la position intermédiaire possède un diamètre tel que l'ébauche annulaire peut entre engagée sur lui et en ce que le troisième cylindre est un cylindre d'appui (12) comportant une rainure circonférentielle (16) formée dans une zone intermédiaire de sa longueur afin d'éviter un contact de roulement avec l'ébauche lorsque, en cours de marche, les surfaces circonférentielles non rainurées et espacées l'une de l'autre (7) du cylindre d'appui (12) entrent en contact avec le cylindre de travail (1) intermédiaire et supportent ce dernier de manière à absorber des contraintes de flexion exercées par l'ébauche sous effet d'une force appliquée pour réduire la distance entre l'autre cylindre de travail (4) et le cylindre d'appui (12). 2. Machine suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'il est prévu un dispositif (3) pour régler le cylindre intermédiaire de travail et le cylindre d'appui dans des positions fixes et axialement espacées où les cylindres sont en contact de roulement étroit l'un avec l'autre. 3. Machine suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la-rainure 16 a une largeur occupant sensiblement le tiers central de la longueur axiale du cylindre d'appui. 4. Machine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la rainure 16 a une forme annulaire et une section droite rectangulaire0 5. Machine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le diamètre du cylindre intermédiaire (1) de travail est sensiblement égal à la moitié du diamètre de l'autre cylindre de travail (4)0 6. Machine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le grand diamètre du cylindre d'appui 12 est sensiblement égal au diamètre de l'autre cylindre de travail (4). 70 Machine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend un quatrième cylindre (18) monté de manière à tourner autour d'un axe qui est parallèle aux axes des autres cylindres et qui est déplaçable perpendiculairement au plan des dits axes pour exercer une tension sur l'ébauche. 8. Bande métallique mince sans fin présentant une épaisseur inférieure à 0,05 mm et fabriquée en utilisant une machine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7o