Brevet FR2207773A1 — publié le 19740621

~La présente invention concerne un procédé et un appareil pour la fabrication de pièces métalliques courtes à utiliser comme éléments de renforcement. Il est connu d'incorporer des pièces courtes en fil d'acier dans le béton et le mortier pour améliorer leurs caractéristiques mécaniques, en particulier leur résistance à la traction (voir brevet australien n0 290 468). Ces fibres peuvent aussi être incorporées dans d'autres matériaux fragiles tels que les matières plastiques, le verre et les matières céramiques pour réaliser un renforcement de fibres. Les fibres de renforcement sous forme de fils courts sont actuellement produites en utilisant un procédé d'étirage continu de fils dans lequel le fil est coupé en courts tronçons après plusieurs opérations d'étirage pour produire des fibres de renforcement. Etant donné la complexité et le nombre des opérations intervenant lors de la production de fils de petit diamètre, le prix des fibres de renforcement limite leur utilisation économique dans le béton et d'autres matériaux. La vitesse de production des fibres de renforcement à partir d'un procédé d'étirage de fils d'acier est par ailleurs limitée par la vitesse de la dernière opération d'étirage qui peut être de l'ordre de 1200 à 1800 m/mn. La présente invention a pour objet un procédé qui (a) réduit considérablement le cott de fabrication des fibres d'acier de renforcement et des fibres d'autres métaux ou de matières plastiques; (b) augmente considérablement les vitesses de production par rapport au procédé classique de production de fibres de renforcement de la technique antérieure; (c) réduit considérablement les investissements pour les machines destinées à la production, par comparaison avec l'équipement classique de production de fibres de la technique antérieure. Selon un de ses aspects, l'invention concerne un procédé de fabrication de courtes pièces de métal ou d'un autre matériau approprié à utiliser comme éléments de renforcement, procédé comprenant l'avance d'une étroite bande de métal ayant une largeur correspondant à la longueur de l'élément nécessaire jusqu a un découpoir, et le découpage transversal de ladite bande en éléments ayant la largeur désirée. Selon un aspect plus intéressant, l'invention concerne un procédé de fabrication de courtes pièces de métal ou d'autres matériaux appropriés à utiliser comme éléments de renforcement, comprenant le découpage d'une bande en plusieurs bandes étroites dont les largeurs correspondent aux longueurs des éléments à produire, et ensuite le découpage transversal desdites bandes étroites en fibres ayant les largeurs désirées. La bande de métal peut avoir jusqu'à environ 0,75 mm d'épaisseur et est de préférence en acier bien que le procédé selon l'invention soit également applicable à des matières plastiques telles que le chlorure de polyvinyle, une bande ou une feuille d'un alliage ou une bande ou une feuille de métal non ferreux. La bande ou les bandes ont en général une largeur comprise entre 12,5 et 50 mm et les éléments produits peuvent avoir une largeur comprise entre environ 0,25 et 1,5 mm. Ces valeurs sont données uniquement à titre d'exemple et ne sont aucunement essentielles, étant donné que des valeurs en dehors des intervalles indiqués peuvent être acceptables, suivant le renforcement nécessaire. Selon un troisième aspect, l'invention concerne un appareil pour la fabrication de courtes pièces de métal -à utiliser comme éléments de renforcement qui comprend des moyens d'avance d'une bande de métal et des moyens pour découper transversalement la bande en éléments ayant la largeur désirée. Le cisaillement transversal des bandes est de préférence mis en oeuvre à l'aide d'un découpoir rotatif tournant avec un léger jeu contre une lame ou une enclume fixe et la bande ou les bandes avancent de préférence en direction du découpoir à vitesse constante, la largeur de chaque élément étant déterminée par la vitesse de la bande par rapport à la vitesse des dents du découpoir rotatif et l'espacement des dents. Les figures du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue schématique en élévation latérale d'un appareil destiné à mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. La figure 2 est une vue en plan de l'appareil de la figure 1. La figure 3 est une vue en élévation latérale plus détaillée de l'appareil à fendre et à découper les bandes. La figure 4 est une vue en plan correspondant à la figure 3. La figure 5 est une coupe en bout d'un découpoir tournant La figure 6 est une coupe partielle en élévation latérale d'une extrémité du découpoir de la figure 5. La figure 7 est une coupe partielle en élévation latérale d'une autre réalisation de découpoir. En se référant aux figures 1 et 2, l'appareil selon l'invention comprend un support 1 de rouleau destiné à supporter un rouleau débiteur 2 de bande d'acier 3. Un bain de traitement 4 d'une bande peut être incorporé,bien qu'on ait observé qu'une bande d'acier enduite d'une huile protectrice, telle qu'elle est en général achetée chez un fournisseur d'acier, est très satisfaisante, sans traitement complémentaire. Les fibres produites par le procédé décrit ci-après ne rouillent pas de façon appréciable, si bien que tout traitement ultérieur peut être considéré comme inutile. La bande 3 passe sur des rouleaux-guides 5 et 6 entre des guides 7 et à travers des fendoirs 8 et 9 de bandes où la bande 3 est fendue en sept bandes 10 d'égales largeurs. Les bandes fendues 10 passent entre le prolongement 11 des guides 7 et sont amenées à un découpoir rotatif 12 tournant avec un luger Jeu contre une lame ou une enclume fixe 13. Une goulotte 14, de préférence en acier inoxydable, est placée de manière à recueillir les fibres découpées dans les bandes 10 par le découpoir 12. En se référant aux figures 3 et 4, les fendoirs 8 et 9 comprennent chacun plusieurs cylindres fendeurs 15 maintenus sur leurs arbres 16, avec la distance latérale nécessaire par des pièces d'espacement 17. Les cylindres fendeurs 15 du fendoir inférieur 9 sont placés au-dessous des pièces d'espacement 17 du fendoir supérieur 8 (figure 4) et les groupes respectifs de cylindres 15 sont séparés par un léger jeu destiné à faciliter le chevauchement radial qui facilite à son tour le fendage. Les cylindres 15 et les pièces d'espacement 17 sont maintenus dans une position fixe ou variable sur leurs arbres 16 par des paliers appropriés (non représentés).Ces pièces d'espacement sont rainées sur leurs bords pour recevoir des bagues toriques en caoutchouc 18 qui sont destinées à augmenter l'effort d'entratnement appliqué par les fendoirs 8 et 9 à la feuille 3, En variante, des revêtements en caoutchouc ou analogues peuvent être placés sur les pièces d'espacement. Si on le désire, des rouleaux d'avance séparés peuvent être utilisés pour faire avancer la bande à la place, ou en plus, de l'avance communiquée par les fendoirs. Des rouleaux de guidage 19 supérieur et inférieur sont placés à l'avant des cylindres 8 et 9 pour ajuster l'avance de la bande et être certain que cette bande arrive tangentiellement au contact des cylindres 8 et 9. Là ou les guides 7 passent entre les cylindres fendeurs 8 et 9, ils sont eux-mêmes fendus pour former des doigts qui passent entre le cylindre fendeur 15 sur un fendoir et la pièce d'espacement 17 sur l'autre fendoir. Les fendoirs 8 et 9 sont entraînés par un dispositif approprié quelconque, par exemple par un accouplement convenable raccordé à l'un des arbres 16 et à une botte d'engrenages dont l'arbre d'entrée est entratné indirectement ou directement. Cette botte d'engrenages peut être réglable de manière à modifier la vitesse communiquée aux fendoirs. L'autre arbre 16 peut être entraîné par le premier arbre par l'intermédiaire d'engrenages droits. Comme on l'a expliqué ci-dessus, le découpoir rotatif 12 tourne avec un faible jeu contre une enclume fixe 13 qui est fixée de manière ajustable à une pièce support 20 par des vis de blocage 21 traversant des trous aménagés dans cette pièce, L'ajustement de l'enclume est effectivement réalisé à l'aide d'une genouillère de réglage appropriée (non représentée) fixée à l'enclume 13 et à la pièce 20 de manière a pouvoir rapprocher ou éloigner l'enclume du découpoir 12. L'enclume 13 comporte une pièce rapportée amovible 22 en carbure de tunsgtène qui définit son bord actif. Comme l'indiquent les figures 5 et 6, le découpoir rotatif 12 comprend un manchon cylindrique 23 en acier à outils rapide, en carbure de tungstène ou analogue fixé à un arbre 24, tournant dans des paliers de précision (non représentés) logés dans un support monté sur le bâti de l'appareil. Le manchon 23 comprend des dents 25 qui se déplacent longitudinalement le long de ce manchon avec un angle d 'hélice faible. Dans la forme de réalisation préférée décrite, le découpoir a 20,5 cm de Bcge 8cm de diamètre et l'angle d'hélice des dents est de 10 50'. Cet angle est choisi de manière à maintenir constant le couple de coupe avec un point d'une dent en contact avec la bande à tout instant donné. L'espacement des dents est de 9 et la hauteur des dents est de 2,3 mm en vue de l'adaptation à des vitesses d'avance de la bande comprises entre 6 et 9 m/mn. L'espacement et la hauteur des dents sont choisis en fonction de la largeur de fibre désirée. Alors que chaque bande est cisaillée, les fendoirs 8 et 9 font avancer la bande, provoquant ainsi une légère flexion de celle-ci. Toutefois, quand les dents du coupoir arrivent à la bande suivante, la bande découpée antérieurement avance vers l'avant. Il va de soi que les dimensions des dents, leur espacement et l'angle d'hélice sont indiqués simplement à titre d'exemple. Par exemple, deux coupes simultanées peuvent etre réalisées en doublant l'angle d'hélice des dents, ou bien trois coupes simultanées peuvent être réalisées en triplant cet angle d'hélice. D'autres variantes faisant intervenir la vitesse du découpoir et l'espacement des dents peuvent être effectuées de manière à obtenir des résultats semblables. Cependant, le critère d'un couple de coupe constant doit être maintenu pour toutes ces variantes. Un autre manchon 26de découpoir est représenté sur la figure 7 et comprend des pièces rapportées de dents amovibles 27 en carbure de tungstène ou analogue. Ces pièces rapportées ont de préférence une longueur qui correspond à la largeur des bandes en cours de cisaillement, si bien que les petits intervalles entre les extrémités des pièces rapportées sont alignés avec les petits intervalles entre les bandes dans la position de cisaillement. Les fendoirs et les découpoirs sont de préférence entralnés par un moteur unique, si bien qu'il y a une relation fixe entre les vitesses de ces dispositifs. Les découpoirs sont entratnés d'une manière invariable ou réglable appropriée quelconque. L'arbre 24 du découpoir 12 est conique et le manchon 23 a une conicité intérieure complémentaire. Cet arbre comporte par ailleurs un filetage hélicoïdal 28 de grand pas extérieur (par exemple 12,5 mm) avec des sommets plats et des bases courbes et l'arbre est scellé de manière étanche aux liquides au manchon 23 par des joints toriques 29. A chaque extrémité, l'arbre 24 comprend des alésages longitudinal 30 et radial 31 qui se coupent et les extrémités de l'arbre sont reliées à des distributeurs tournants (non représentés) qui répartissent un réfrigéant à travers les alésages 30 et 31 en direction du filetage 28 et l'extraient de ceux-ci pour maintenir un courant de réfrigérant le long du filetage. Ce réfrigérant est envoyé par une pompe à l'un des distributeurs à partir d'un carter (non représenté). Cette pompe est de préférence entraînée par le moteur d'entratnement commun. L'enclume fixe 13 est par ailleurs refroidie de préférence au moyen d'un passage (non représenté) destiné au réfrigérant et placé au-dessous du logement pour la pièce rapportée 22. Le réfrigérant est mis en circulation à travers ce passage par la pompe destinée au découpoir. Un autre dispositif de refroidissement peut comporter des soufflantes pour l'air ou un autre gaz orientées en direction du découpoir 12 et de l'enclume 13. On pense que le procédé de découpage par bandes décrit ci-dessus réduira considérablement le prix de revient des fibres de renforcement. Par exemple, en 1972 en Australie, le prix de revient des fibres produites à partir d'une bande d'acier doux de 0,25 mm est de plus de 30% inférieur, suivant le prix des bandes d'acier, à celui d'une fibre en fil de dimension équivalente produite par des procédés d'étirage de fils. La vitesse de production des fibres par le procédé de découpage par bandes est limitée par la vitesse cireonférentielle et le nombre et la largeur des dents du déccupoir. Par conséquent, la production réelle est fonction de la dimension du découpoir, la largeur des fibres découpées dans les bandes étant commandée par les relations entre la vitesse r#'avance de la bande, le nombre de dents du découpoir et la vitesse de ce découpoir. Toutefois, pour un découpoir du type décrit ci-dessus, on peut obtenir une vitesse de production équivalent à peu près à une vitesse d'étirage de fils de 3 600 m/mn. Les dimensions réelles du découpoir ne sont pas imposées mais dépendent des applications de la fibre , de la disponibilité et de la nature de la matière première, de la production demandée, etc.Par conséquent, les dimensions indiquées ci-dessus ne le sont uniquement qu'à titre d'exemples du procédé préféré de découpage continu de bande d'acier. Etant donnée la simplicité du procédé de découpage ou de cisaillement par bandes, le rendement de ce procédé est, dans ltensemble, supérieur à celui par étirage de fils. Un rendement global atteignant jusqu'à 90% pourrait être atteint. Les investissements pour le procédé de découpage par bandes sont considérablement réduits pour une production équivalente. Par exemple, une machine d'étirage fin peut coûter de tordre de 50 000 à 100 000 $ australiens, alors qu'une machine de découpage par bandes et son équipement auxi- liaire du type décrit coûterait nettement moins que dans les conditions régnant en Australie en 1972. REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication de courtes pièces de métal ou d'un autre matériau approprié à utiliser comme éléments de renforcementss caractérisé en ce qu'il comprend l'avance d'une étroite bande de métal ayant une largeur correspondant à la longueur de l'élément nécessaire jusqu'à un découpoir, et le découpage transversal de ladite bande en éléments ayant la largeur désirée. 2,- Procédé de fabrication de courtes pièces de métal ou en d'autres matériaux appropriés à utiliser comme éléments de renforcement, caractérisé en ce qu'il comprend le découpage d'une bande en plusieurs bandes étroites dont les largeurs correspondent aux longueurs des éléments à produire, et ensuite le découpage transversal desdites bandes étroites en fibres ayant les largeurs désirées. 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le découpage transversal est réalisé en faisant avancer à une vitesse constante la bande ou toutes les bandes dans un découpoir rotatif fonctionnant, avec un léger Jeu, contre une lame ou une enclume fixe, la largeur de l'élément de renforcement étant déterminée par le rapport de la vitesse d'avance à la vitesse des dents du découpoir rotatif et à ltespacement de ses dents. 4.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on fait avancer la bande au moyen de l'appareil de découpage de cette bande. 5.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les bandes découpées avancent de manière à fléchir légèrement lorsque le découpoir les coupe, après quoi la bande découpée se déplace brusquement dans l'intervalle entre les dents du découpoir après l'opération de découpage par les dents, 6.- Appareil pour la fabrication de courtes pièces de métal à utiliser comme éléments de renforcement, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'avance d'une bande de métal et des moyens pour découper transversalement la bande en éléments ayant la largeur désirée. 7.- Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de découpage de bande ccmprennent un découpoir rotatif fonctionnant, avec un léger jeu, contre uno lame ou une enclume. 8.- Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour fendre la bande en bandes étroites ayant la longueur choisie avant l'opération de découpage. 9. - Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens fendeurs comprennent plusieurs cylondres fendeurs supérieurs et inférieurs disposés de manière à se chevaucher radialement, lesdits cylindres étant espacés radialement grâce à des cylindres d'espacement qui sont en contact avec la bande à faire avancer à travers le fendeur et en direction du découpoir rotatif. 10.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que ledit découpoir rotatif comprend un manchon cylindrique dans lequel sont formées des dents disposées longitudinalement le long de ce manchon avec un petit angle S'hélice, ledit manchon étant monté de manière amovible sur un arbre entratné pour le découpoir. 11.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que ledit découpoir rotatif comprend un manchon cylindrique supportant des dents amovibles disposées dans le sens de la longueur dudit manchon aveo un petit angle d'hélice, ledit manchon étant monté de manière amovible sur un arbre entratné pour le découpoir. 12.- Appareil selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que ledit arbre comporte un filetage extérieur en hélice de grand pas, délimitant un passage pour un réfrigé- rant entre lesdits manchon et arbre, ledit filetage communiquant avec des alésages radiaux débouchant dans des alésages longitudinaux dans les extrémités de l'arbre et des distributeurs tournants de réfrigérant raccordés aux extrémités de l'arbre pour entretenir une circulation de réfrigérant à travers le découpoir. 13.- Fibres de renforcement, caractérisées en ce qu'elles sont produites par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.