Brevet FR2312308A1 — publié le 19761224

L'invention a pour objet un cylindre à gorge pour le laminage à froid, à pas de pélerin, de tubes, de préférence à parois minces, du type avec lequel il est possible de créer dans le fond de la gorge et dans un angle d'étendue déterminée un contact, dans une coupe en section droite, entre la paroi de la gorge, un tube et un mandrin. On connaît des gorges de cylindre dont la section a un profil en arc de cercle sur toute la longueur de travail, l'ouverture extrême, c'est-à-dire la dépouille à prévoir pour le dégrossissage ou pour la finition étant obtenue par le décalage de l'axe de l'arc de cercle par rapport à l'axe du tube. La seule condition à observer pour calculer la largeur de la gorge est qu'elle doit être suffisamment forte pour recevoir la section droite du tube qui doit pénétrer dans la section droite de cette gorge. Cette condition est également valable pour un autre profil de gorge dont 1' aie coïncide avec l'axe du tube et où une ouverture tangentielle est taillée à la main dans le profil circulaire de la gorge. Alors que la gorge citée en premier peut être entièrenent usinée sur des machines relativement simples, il faut, pour le deuxième type de gorge, recourir au travail manuel long d'une main-d'oeuvre hautement qualifiée. On connaît également des types de gorge dans lesquels la tangente est remplacée par un deuxième arc de cercle à centre décalé, ce deuxième arc de cercle n'étant pas tangent au premier au fond de la gorge mais le coupant sur les flancs. La ligne d'intersection donne une arête qui doit être égalisée à la main. Tous les types de gorge connus ont été conçus exclusivement en fonction du diamètre de tube à recevoir. Dans de nombreuses opérations de laminages à froid à pas de pélerin, notamment dans celles qui se rapportent aux tubes à parois ninces, la durée de vie du mandrin ést un élément essentiel de la rentabilité du procédé. C'est ainsi que, par exemple, la rupture d'un mandrin peut provoquer la détérioration de cylindres incomparablement plus comateux, ce qui est la cause de pertes de production. Des cylindres détériorés peuvent, entre autres, donner naissance dans les tubes à des défauts qui restent tout d'abord inaperçus et que l'on ne remarque qu'après quelques passes ou bien les cylindres détériorés peuvent obliger à des passes de finition supplémentaires et cafteuses. Des expériences faites sur des mandrins s'étant rompus, ainsi que des considérations théoriques, ont montré que des contraintes de traction s'exerçant à l'intérieur d'un mandrin peuvent provoquer des ruptures ou des strictions (voir, entre autres, Unksows n La déformation des métaux, leurs structures et leurs propriétés mécaniques" et Storochew/ Popow : " Bases de la technique de la déformation des métaux"). Lorsque des efforts de traction sont imposés à une section pleine circulaire, il en résulte des effets qui sont bienconnus des spécialistes; et que l'on retrouve dans le laminage à cylindres obliques où des cylindres exerçant une pression è l'extérieur peuvent produire, de façon voulue, de telles tensions de traction, a' l'intérieur du lingot que le noyau se rompt et que le lingot peut être transformé à l'aide d'un mandrin en un tube à parois épaisses. Naturellement, ce phénomène, c'est-a-dire l'apparition de déchirures de traction à l'intérieur du mandrin est tout à fait indésirable dans le laminage à froid à pas de pèlerin. Le but principal de l'invention est de parvenir un cylindre à gorge pour laminage de tubes à froid et à pas de pélerin qui, dans une large mesure, épargne au mandrin les tensions de traction sur toute la longueur de la gorge sans sacrifier les exigences habituelles imposées à la gorge, et qui entoure la paroi du tube en la soumettant & l'action d'une force sur un arc aussi grand que possible. Ce résultat est obtenu par l'invention grâce au fait que l'angle de contact est de 1400 au moins sur toute la longueur de travail de la gorge. La zone de contact qui résulte de l'angle de contact a en section droite un profil en arc de cercle. La différence entre le prolongement théorique du profil en arc de cercle de la gorge dans une coupe en section droite Jusqu'à l'intervalle entre cylindres et le diamètre du mandrin à cet endroit correspond à l'épaisseur de la paroi du tube qui doit entre reçu au même endroit. Selon l'invention, il peut également être prévu que la transition entre le profil de la gorge dans la zone de l'angle de contact d'une part et la partie élargie de la gorge apte à recevoir le diamètre du tube d'autre part s'effectue par des rayons de raccordement à sens de courbure opposés. Gracie au profil donné par l'invention à la gorge de calibrage, on obtient sur la totalité de la longueur de la déformation une section droite substantiellement circulaire, la largeur théorique de la gorge étant choisie telle que, dans la zone de l'intervalle entre cylindres, on a une largeur de gorge suffisamment grande pour contenir exactement dans cette zone la paroi du tube qui doit être reçue dans la section droite de la gorge.Grâce à des mesures appropriées, par exem gle grâce à une attaque tangentielle, la dépouille en arc de cercle qui résulte des conditions imposées par le fait que la déformation de la paroi s'effectue essentiellement sur la totalité de la périphérie de la gorge et par le contact avec le mandrin, est corrigée sur les flancs de façon que le diamètre du tube puisse être reçu entre les flancs. Cette correction est effectuée de façon à ne perdre qu'un minimum d'arc de contact. Dans une vue à profil enlongaa gorge de l'outil extérieur et l'outil intérieur présentent sur toute la longueur de travail un tracé courbe, par exemple constamment concave, de préférence parabolique. Avec un cylindre à gorge conforme à l'invention, on obtient un grand ang-le de contact qui est particulièrement avantageux non seulement pour le mandrin mais également pour le tube. Avec les gorges à angle de contact relativement petit, il peut arriver que la paroi se déforme par refoulement vers la zone sans pression. Cette déformation doit être corrigée par laminage lors de la passe de travail suivante, après une rotation du tube, ce qui augmente les contraintes imposées à la matière composant le tube et en diminue l'aptitude au laminage, de sorte que, par exemple, on ne peut plus fixer pour l'avance ou l'étirage que des valeurs inférieures à la valeur optimale. De plus, le laminage d'un bourrelet dt à un épaississement de la paroi impose aux outils de laminage des efforts qui se traduisent par une diminution de leur durée de vie. Les différences essentielles entre le cylindre à gorge selon l'invention et tous les cylindres à gorge connus résident dans le fait que la section droite de la gorge est telle sur toute la longueur de cette gorge, que la réduction de l'épaisseur de la paroi est répartie sur presque toute la circonférence du mandrin de façon à aller en diminuant progressivement à partir du fond de la gorge vers les flancs pour arriver à une valeur nulle à l'endroit de l'intervalle entre cylindres; pour qu'elle puisse recevoir le diamètre du tube qui doit être ainsi déformé, la section droite de la gorge présente sur les flancs de cette gorge un élargissement dans un angle tau maximum égal à 200. Avec un cylindre à gorge selon l'invention pour laminage des tubes à froid et à pas de pélerin, les contraintes de traction dans le mandrin et par conséquent le danger de rupture ou de striction sont diminués et même supprimés. Etant donné que la réduction de l'épåisseur de la paroi est répartie sur presque toute la circonférence du mandrin, avec une diminution progressive du fond de la gorge vers les n ancs, les contraintes de traction diminuent également dans le tube dans la zone de l'intervalle entre cylindres.Les déformations par renflement de la paroi vers la zone de la gorge qui est sans contact avec le mandrin sont évitées dans une large mesure de sorte que la répartition des contraintes dans le tube est améliorée, que les tolérances sur l'épaisseur de paroi peuvent être diminuées et que l'usure de l'outil est moins rapide. Le mandrin et la paroi du tube sont entourés et sont soumis à l'action des forces sur un arc aussi grand que possible. On donnera maintenant, uniquement à titre d'exemple, une description d'un cylindre à gorge conforme à l'invention en le comparant à un cylindre classique. On se reportera aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une demi-vue'de la section droite de la gorge habituelle d'un cylindre classique, La figure 1A est une demi-vue de la section droite de la gorge d'un cylindre conforme à l'invention, La figure 2 est une vue en perspective d'un type classique de gorge, La figure 3 est une vue en perspective d'une gorge conforme à l'invention. La figure 1 juxtaposée à la figure 1A montre une gorge 1 connue en comparaison d'une gorge 2 conforme à l'invention celle-ci se trouvant en bas. La zone de contact avec le mandrin est désignée sur la figure i par 6 et sur la figure 1A par Oc' . Le diamètre du mandrin est indiqué par D. La paroi Sx du tube qui doit pénétrer dans la gorge est représentée aussi tandis que le rayon de la gorge est désigné par Rx pour la gorge connue et par Ry pour la gorge du cylindre de l'invention. La largeur K de la gorge de l'invention est la même que la largeur de la gorge connue. L'angle d'ouverture ou d'entrée, dans la zone duquel il n'y a pas de contact possible avec le mandrin est désigné par 8. La gorge de type connu 7 représentée sur la figure 2 - est située entre un plan d'entrée 3 et un plan de sortie 4; la zone 5 de contact avec le mandrin est indiquée en trait interrompu, le plan de coupe à travers un cylindre de forme annulaire étant faite perpendiculairement au milieu du cylindre, ce qui montre la largeur W de la gorge qui est en contact avec le mandrin. La figure 3 est une vue en coupe faite de la même façon d'un cylindre à gorge selon l'invention, avec un plan d'entrée 3' et un plan de sortie 410 La zone 5' de contact avec le mandrin et la largeur i' de contact avec le mandrin sont nettement plus grandes ainsi que la comparaison des figures 2 et 3 le montre clairement. I1 ressort de ces figures 2 et 3 qu'il existe des différences importantes dans la zone de contact entre cylindre et tube selon qu'on opère avec une gorge de type connu à dépouille en arc de cercle ou avec la gorge de 1 'inven- tion. La façon dont se fait dans la zone de l'angle le passage de la gorge en arc de cercle à la partie élargie de la gorge est sans importance. Selon l'invention, la transition entre le profil de la gorge dans la zone de travail définie par 1' angle de contact OC et la partie élargie d'entrée peut se faire par une ou plusieurs tangentes, dans une coupe en section droite, ou par des rayons de raccordement à sens de courbure inversés. D'autre part, la différence entre le prolongement théorique du profil en arc de cercle jusqu'à l'intervalle entre cylindres d'une part et le diamètre D du mandrin à cet endroit, d'autre part, correspond à l'épaisseur Sx de la paroi du tube qui doit, à cet endroit, être reçu dans la gorge. REVENDICATIONS 1 - Cylindre à gorge pour laminage de tubes à froid à pas de pèlerin avec lequel on réalise dans le fond de la gorge, sur un angle d'étendue déterminée, un contact entre les sections droites de la gorge, d'un tube et d'un mandrin, caractérisé en ce que l'angle de contact ( ç ) est de 1400 au moins sur toute la longueur de travail de la gorge. 2 - Cylindre à gorge selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone 5' de contact a, en section droite à l'intérieur de l'angle de contact, un profil en arc de cercle. 3 - Cylindre à gorge selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la différence entre le prolongement théorique du profil en arc de cercle de la gorge dans une coupe en section droite Jusqu'à l'intervalle entre cylindres d'une part, et de diamètre D du mandrin 9 cet endroit, d'autre part, correspond à l'epaisseur Ss de la paroi du tube qui est reçu A cet endroit. 4 - Cylindre à gorge selon la revendication 1, caractérisé en ce que la transition entre le profil de la gorge dans la zone de l'angle -d > de contact et la partie élargie de la gorge à la valeur nécessaire pour permettre l'entrée du tube avec son diamètre s'effectue par au moins une tangente. 5 - Cylindre à gorge selon la revendication 1, caractérisé en ce que la transition entre le profil de la gorge dans la zone de l'angle OC' de contact et la partie élargie de la gorge à la valeur nécessaire pour permettre l'entrée du tube avec son diamètre s'effectue par des rayons à sens de courbure inversés.