Brevet FR2340146A1 — publié le 19770902

La présente invention, due aux travaux de Monsieur Jacques VALLANCE, concerne un perfectionnement aux trafileusesprofileuses à galets pour l'obten- tion de fils ronds et de profilés et, plus particulièrement, de fils et profiles en métaux et alliages à haute ténacité. On connaît essentiellement deux procédés pour obtenir un profilé à partir d'une ébauche Le premier, qui est le plus utilisé pour obtenir des fils ronds, consiste à tirer un fil de métal d'un diamètre donné au travers d'un trou plus petit d'où sort un fil de diamètre plus faible. Le trou est percé dans une filière dont la section longitudinale est déterminée selon la nature du métal tréfilé. Ces filières sont généralement en acier à haute résistance, ou en carbure de tungstène, parfois même en diamant, et sont de fabrication délicate et de prix élevé. Le métal tréfilé doit être lubrifié, sous peine de grippage instantané dans la filière. Le lubrifiant peut être apporté sous forme sotidg^(poudtes de savon) ou liquide (huiles, graisses) ou sous forme de revêtement du fil. Les métaux et alliages sont plus ou moins aptes au tréfilage selon leurs caraetéristiques mécaniques et leur aptitude au frottement sans grippage. L'acier doute, le cuivre, l'aluminium et leurs alliages ductiles peuvent être tréfilés dans de bonnes conditions de productivité, sans problèmes techniques difficiles. Il en va autrement pour les aciers allies à haute ténacité, particu lièrement pour les aciers inoxydables, pour le titane, le zirconium et leurs alliages et, de façon générale, pour les métaux peu ductiles et à forte tendance au grippage. On utilise généralement, dans ce cas, des filières en diamant,dont le coût peut représenter plus de la moitié du prix de revient du fil obtenu, et on fait appel à des cycles de traitements complexes constitués par des traitements thermiques de recuit précédés par des décapages indispensables pour éliminer la couche de lubrifiant, très adhérente, qui se décomposerait lors du recuit. La productivité est faible et les frais de transformation très élevés par rapport aux métaux courants. Le deuxième procédé, dit "tréfilage à galets" se rapproche plus du laminage que du tréfilage. On substitue au frottement de glissement un frottement de roulement. L'ébauche dont on veut réduire la section est écrasée entre deux ou plusieurs paires de galets munis de gorges généralement demi-rondes. Les galets peuvent être motorisés comme dans un laminoir, ou libres et, dans ce cas, on tire sur le fil comme dans le cas du tréfilage à filière. Ce procédé, qui est susceptible de nombreuses variantes est couramment utilisé pour la fabrication a chaud du "fil machine" à partir de billettes ou d'ébauches sortant d'un dispositif de coulée continue. Il permet egalement d'obtenir des profilés de sections très variées selon la forme des gorges taillées dans les galets. Mis en oeuvre au moyen de deux paires de galets, dont les axes sont perpendiculaires, il constitue le système universellement désigné sous le nom de "Tête de Turc" dont l'emploi est très répandu, et qui est connu et utilisé sous différentes formes, depuis la fin du XIXe siècle. Une description complète en a été donnée, en particulier, dans l'article de L.S. SARKOZY "The Turks Eead in shaped wire production", publié dans "WIRE and WIEE PRODUCTS", avril 1955, pages 423 à 426. Le tréfilage à galets permet, avec les métaux à haute ténacité, une vitesse à peu pres identique à celle employée pour les métaux facilement tréfilables. Des lubrifiants beaucoup moins performants peuvent être utilisés, tels que des hudles solubles, qui, avec l'eau, constituent un mélange évacuant bien les calories résultant du travail de déformation. On obtient des profilés avec un état de surface nettement plus brillant que celui fourni par le tréfilage à filière. Le tréfilage à galets présente, cependant, plusieurs inconvénients - il ne permet pas d'obtenir des fils parfaitement ronds. Mais cet in convénient n'existe pas si l'on vise des formes autres que rondes méplats, carrés, triangles, hexagones, ovales, profils en U, etc... - l'échange des galets, soit en raison de leur usure, soit en raison d'un changement de fabrication, est une opération longue et fastidi euse, nécessitant démontage, remontage et nouveaux réglages. - l'effort de séparation, c'est-à-dire la force qui tend à écarter les galets lorsque l'ébauche pénètre entre eux, est d'autant plus grande que le diametre des galets est plus grand, en raison de la plus gran de longueur de l'arc de contact entre l'ébauche et les galets. On est donc tenté d'utiliser des galets de petits diamètres, mais ce sont alors les paliers supportant ces galets qui deviennent mécaniquement incapables, du fait de leur dimension réduite, de supporter ces ef forts de séparation. L'utilisation de petits galets, surtout lors qu'ils sont construits en carbure de tungstène ou analogues, serait également avantageuse, car leur prix de revient augmente rapidement avec leur dimension, et les tréfileurs doivent en posséder un stock important correspondant à tous les types et à toutes les dimensions de profilés réclamés par la clientèle. On sait, par ailleurs que, pour le laminage de tôles, notamment de tô- les d'aciers alliés, on a également trouvé qu'il était préférable d'utiliser des cylindres de travail de petite dimension faciles à échanger, dont la flée xion est empêchée par un certain nombre de rouleaux satellites; de diamètres croissants, qui servent, en outre, à mettre en mouvement et à fournir l'éner- gie de laminage aux deux cylindres de travail. De tels laminoirs sont décrits notamffent dans les brevets français 829.223, 856.965, 967.229, 978.708, les brevets américains 2.187.250, 2.169.711, 2.776.786, au nom de Tadeusz SENDZIMIR et dont les plus anciens ont été déposés dès 1938. La présente invention, qui est basée sur le principe du tréfilage i galets, permet de remédier aux inconvénients des procédés connus ; elle résoud le double problème de l'échange ou du remplacement rapide et facile des galets, et de la compensation des efforts de séparation et permet d'utiliser des galets de dimensions très réduites, donc de prix modére, quel que soit le matériau qui les constitue.Elle consiste en un perfectionnement des tréfileuses-profi- leuses à galets, dans lesquelles on fait passer une ébauche entre au moins deux galets de travail en rotation, pratiquement indéformables, en vue de réduire sa section at/ou de lui conférer un profil donné, caractérisé en ce que, dans le but de compenser effort de séparation provoqué par le passage de l'ébauche lesdits galets de travail sont maintenus entre au moins deux groupes ou paires de galets d'appui en rotation, d'écartement réglable, et solidaires du bâti de ladite tréfileuse-profileuse. Les galets d'appui peuvent être en rotation libre et, dans ce cas, ils sont entraînés par le frottement des galets de travail, mis en rotation euxmemes par le passage de l'ébauche qui est tirée par l'aval au travers de la tete de trafilage-profilage. Les galets d'appui peuvent être entrainés en rotation par un dispositif moteur. Dans ce cas, ils entraînent eux-mêmes en rotation les galets de travail, ce qui assure, de ce fait, l'avance de l'ébauche, il suffit alors d'enrouler le produit sortant de la tête de tréfilage-profilage sans exercer de traction. Les galets d'appui peuvent être, en variante d'exécution, constitués par une chenille sans fin à rouleaux, circulant sur une piste de roulement solidaire du bati de la tréfileuse-profileuse. Les galets de travail peuvent être guidés latéralement par deux épaulements disposés sur les galets d'appui avec lesquels lesdits galets de travail coopèrent en rotation. Les galets de travail peuvent également être guidés latéralement par des vis-butées, réglables, solidaires du bâti de la tréfileusa-profileuse. L'invention s'applique également aux tréfileusas-profileuses du type "Tête de Turc" ; on dispose, dans ce cas, deux galets de travail principaux, et les deux groupes de galets d'appui selon l'invention, et, deux galets de travail latéraux, qui sont le plus souvent orthogonaux par rapport aux galets principaux, sans que cette disposition soit obligatoire - et qui sont : soit du type classique, soit maintenus eux-mêmes entre deux groupes de galets d'appui en rotation, d'écartement réglable, solidaires du bati de la tréfileuseprofileuse, conformement à l'invention. Dans tout ce qui précède et ce qui suit, on désigne par "galets de travail" les galets qui sont en contact avec le produit à mettre en forme par tréfilage ou profilage, par galets d'appui les galets qui exercent une pression sur les galets de travail de façon à compenser l'effort de séparation qui résulte de la réduction de section du produit à mettre en forme, et par "ébauche" tout produit pénétrant dans une tête de tréfilage-profilage, même s'il a déjà subi un premier passage dans une tête située en amont.Il faut également noter que le terme de tréfileuse-profileuse s'applique à des machines permettant, in différemment, en fonction du profil des galets, de tréfiler une ébauche, c'està-dire d'obtenir un fil de section-plus petite, et sensiblement circulaire, ou de profiler une ébauche, c'est-à-dire de lui conférer profil quelconque avec ou sans réduction de section. Les figures et l'exemple qui suivent permettront Ude mieux comprendre la mise en oeuvre de l'invention Les figures 1 et 2, qui se rapportent à l'art antérieur, rappellent le principe du tréfilage à galet et du profilage par le système "tête de Turc". La figure 3 représente une coupe itatérale et la figure 4 une coupe transversale selon aa' de la figure 3 d'une tréfileuse à galets selon l'invention, dans le mode de mise en oeuvre le plus simple. La figure 5 représente un mode de mise en oeuvre de 1 invention dans laquelle les galets de tréfilage-profilage sont maintenus en position par des vis de butée. La figure 6 représente un mode de mise en oeuvre de 1 invention dans laquelle les galets d'appui sont motorisés. La figure 7 représente un mode de mise en oeuvre de 1 invention dans laquelle l'ébauche passe successivement dans quatre têtes au travers desquelles elle est tirée par des cabestans. Les figures 8 et 9représentent un mode de mise en oeuvre de 1 'inven- tion sur une "tête de Turc", en vue du formage d'un profilé en U. Les figures 10 et 11 représentent un mode de mise en oeuvre de l'invention dans laquelle les rouleaux d'appui, de petit diamètre, constituent une chenille sans fin. Sur ces différentes figures, les mêmes organes sont désignés par les mêmes repères numériques. Sur la figure 3, les galets de travail 1 et 2 sont libres. Ils sont disposés entre deux paires de galets d'appui 3 et 4 dont les axes sont guidés par les paliers 5. La paire de galets d'appui 3 est montée dans un berceau fixe 6, solidaire du bâti de la tête de tréfilage 7. La paire de galets d'appui 4 est montéedans le berceau 8 mobile suivant l'axe vertical aa' de la figure et dont la hauteur peut être réglée de façon très précise au moyen de tout dispositif connu tel qu'un système à vis 9. Les galets d'appui 3 et 4 comportent une piste de roulement centrale 10, limitée par deux épaulements 1 1 assurant le positionnement transversal des galets de travail 1 et 2. L'ébauche à tréfiler 12 entre à gauche de la figure 3 avec une épaisseur a1 et sort à droite de la figure 3 avec une épaisseur e2, inférieure à e1. Dans le cas des figures 3 et 4, les galets de travail comportent une gorge semi circulaire 13 de telle sorte que le fil 12 ait un profil sensiblement ovale ou elliptique dont la section est réduite d'au moins 40 % par rapport à sa section à l'entrée. Le fil 14, sortant de la tête de tréfilage, est tiré par un dispositif non représenté, de type connu, par exemple un cabestan simple ou doubla. fréquemment utilise sur les machines à tréfiler. Les avantages de cette disposition sont les suivants - l'échange des galets de travail est facile et rapide, car, en raison de leur petite dimension et de l'absence d'axe et de palier, il suffit de soulever de quelques centimètres le berceau 8, de retirer lesdits galets, de les remplacer par deux autres et de ramener le berceau 8 en position de travail, ce qui ne demande que quelques instants. En outre, lieffort de séparation des galets de laminage est transmis aux quatre galets d'appui 3 et 4 largement dimensionnés, dont les paliers qu'ils soient du type lissa, à billes ou à rouleaux - transmettent l'effort au bâti de la tête du tréfilage sans subir de flexion sensible. La petite dimension des galets de tréfilage permet de les réaliser en un matériau relativement onéreux (tel que des carbures métalliques frittés) pour un prix de revient individuel modéré. Enfin, cette petite dimension, qui a pour corrolaire un effort de séparation plus faible, comme on l'a expliqué précbdemment, autorise des taux de réduction par passe plus élevée que pour des galets de diamètre supérieur, sans qu'un recuit d'adoucissement entre passes soit nécessaire. La figure 5 montra un autre mode de mise en oeuvre de l'invention dans lequel le centrage des galets de travail 1 et 2 est assuré par des vis de bu té 35 dont le réglage permet le positionnement exact d'un galet de travail par rapport à l'autre ainsi queVe maintien du jeu minimum nécessaire à la rotation desdits galets. Le changement rapide d'un:galet de travail nécessite, dans ce cas, un déplacement vertical du berceau 8 un peu plus important que lorsqu'on utilise des galets d'appui à êpaùlement. Mais, en contre-partie, cette disposition per mëe le réglage et le rattrapage du jeu latéral occasionné par l'usure. Bien entendu, le mode de guidage latéral des galets de travail ne constitue pas une limitation de l'invention, et il peut être assuré par tout autre moyen. La figure 6 montre une tête de tréfilage-profilage à galets, selon l'invention, présentant une structure analogue à celle de la figure 3, mais dans laquelle les galets d'appui 3 et 4 sont entraînés par l'intermédiaire des allonges à cardan 16 et 17. Le couple moteur sur les deux paires de galets d'appui 3 et 4 est fourni par un moto-réducteur claveté sur l'arbre 18 d'un moteur électrique non représenté. Un pignon à chevrons 19 entralne les deux paires de pignons 20 dont les dentures coopèrent avec celles du pignon 19. Les galets de travail 1 et 2 sont entraînés par frottement, de sorte qu'il n'est plus nécessaire d'exercer une traction sur le profilé et qu'il suffit de l'enrouler au fur et à mesure qu'il sort de la tréfileuse-profileuse. Cette disposition est particulièrement avantageuse lorsqu'on cherche à obtenir des profilés de faible section ou en un métal ou alliage à ténacité moyenne ou faible, pour lesquels il y aurait lieu de craindre que l'effort de traction soit supérieur à la limite élastique du profilé sortant de ladite tréfileuseprofileuse. Les têtes de tréfilage-profilage à galets d'appui non motorisés ou à galets d'appui moteurs peuvent être utilisées en séries consécutives de deux ou plusieurs têtes. Elles peuvent être disposées dans un même plan ou dans des plans différents formant des angles généralement de 900 quand deux têtes se suivent - et c'est le cas de la figure 7 - ou de 600, s'il y a trois têtes en série. Il est possible d'avoir un nombre de têtes quelconque, inclinées les unes par rapport aux autres, selon les nécessités imposées par la fabrication d'un fil rond ou d'un profil donné. La figure 7 montre la mise en oeuvre du procédé sur une tréfileuseprofileuse à galets à têtes multiples. Le fil brut 21, dit "fil machine" entre dans la première tête 22 qui exécute une première réduction de section puis dans la deuxième tête 23, perpendiculaire à la tête 22 qui reprend en largeur le profilé sortant qui est tiré par le cabestan double 25. L'ensemble des deux têtes 22 et 23 et du cabestan 25 constituent une passe de la machina. Le fil 24 peut entrer dans un deuxième bloc identique composé lui aassi de deux têtes 26 et 27 et du cabestan 28. Une tréfileuse-profileuse à galets peut comporter ainsi de 1 à N passes, en général 3 à 4, correspondant àl'ecroMi - sage maximum admissible pour le métal transformé. Les cabestans sont motorisés et asservis entre eux pour assurer des vitesses d'enroulement correspondant aux différentes sections obtenues, comme sur une machine à tréfiler classique. Si les galets d'appui sont motoris5s, selon le principe de la figure 6, on peut avoir le même nontage sur la figure 7, mais, dans ce cas, les cabestans sont suppriméset ce sont les moteurs d'entraînement des galets d'appui qui sont asservis entre eux en vitesse pour obtenir un défilement du profité sans effort anormal ni boucles d'une passe à l'autre. Pendant le fonctionnement, un fluide tel qu'une solution aqueuse dthui- le soluble, circule en permanence dans la tréfleuse-profileuse où il assure i la fois l'évacuation des calories produites par le travail de déformation de l'ébauche et la lubrification des galets. L'invention s'applique parfaitement à la fabrication des profils selon le principe de la "tête de Turc", schématisé sur la figure 2. La figure 8 représente une vue de face côté sortie du profilé et la figure 9 une vue en plan de la même tête suivant aa' de la figure 8. Seules les parties utiles à la conr préhension de l'invention ont été figurées pour simplifier la représentation. L'outillage en place dans le cas représenté est destiné à fabriquer un profil en U, 29 à partir d'un profil- méplat, 30. N'importe quel type de profil compatible avec l'outillage pourrait être fabriqué de la même façon. Les galets de profilage verticaux, 31 et 32, sont libres et disposés entre deux paires de galets d'appui, 33 et 34, dont les axes tourillonnant dans les paliers 35. Ces galets peuvent être libres et, dans ce cas, le profil produit est tiré par un cabestan, comme on l'a déjà décrit précédemment. Ils peuvent également êtreH > torisés, et c'est le cas représenté sur les figures 8 et 9. Le couple est transmis aux quatre galets d'appui par l'intermédiaire des carrés d'entraînement 36 et 37. La paire de galets appui 33 est montée sur un berceau 38 fixe ou mobile transversalement grâce à un système connu de l'homme de l'art tel que les vis 39, ce degré de liberté transversal ayant pour but de parfaire le centrage et, éventuellement, de décapiter les galets de profilage salon la forme du profil. Laraire de galets d'appui 34 est montée dans un berceau 40 dont la hauteur est réglée avec précision grâce à la vis-vérin 4i. Les galets d'appui comportent des pistes de roulement latérales 42 qui transmettent le couple et la force d'écrasement aux pistes de roulement correspondantes 43 des galets de profilage. Les diamètres respectifs sont déterminés de telle façon que les pistes de formage du profil 44 et 45 ne portent en aucun cas dans les gorges correspondantes des galets d'appui 46 et 47. De la même façon, les galets de profilage horizontaux 48 et 49 pren nent place entre les deux paires de galets d'appui 50 et 51. Ces galets d'appui sont, le plus généralement libres, et sont entre nés par le roulement des galets verticaux 33 et 34 et par le profilé lui-meme. Ils peuvent également être motorisés gracie à l'espace rendu disponible entre les galets d'appui verticaux 33 et 34 qui permet de loger un dispositif d'entraînement tel que celui de la figure 6. En effet, si n compare le montage représenté par les figures 8 et 9 aux principes adoptés habituellement parles laminoirs classiques et les "têtes de Turc, on constate que ltencombrenent des paliers fortement dimensionnés exclut ou limite toute possibilité de travail latéral des produits laminés ou profilés, à moins de travailler avec des cylindres ou galets principaux de très grande dimension. Le montage, objet de l'invention, outre qu'il possède tous les avantages décrits précédemment, peut être utilisé en profilage à froid, en arrosant abondamment le produit fabriqué, mais également à chaud en disposant sur les galets de travail 31, 32, 48 et 49 des circulations de fluide réfrigérant. Les figures 10 et 11 représentent une variante de mise en oeuvre de l'invention, dans laquelle les galets d'appui sont constitués par une chenille sans fin constituée par un enchaînement de rouleaux 52, de petit diamètre, qui assurent une bonne répartition de l'effort de séparation des galets de travail 3 et 4 et ne nécessite plus de paliers surle berceau fixe 6 et le berceau mobile 8. Les chenilles a rouleaux 52 roulent sur la piste 53, par l'intermediai- re de laquelle l'effort de séparation des galets de travail 3 et 4 est transmis au bâti de la tréfileuse-profileuse. Une butée latérale 54, amovible, pour permettre un démontage éventuel de la chenille à rouleau, en assure le guidage latéral. Dans les différentes variantes d'exécution qui viennent d'être décrites, l'invention est applicable au tréfilage et au profilage de tous métaux et alliages, et notamment de ceux dont la haute ténacité s'accomodait mal des dispositifs connus jusqu a présent. REVENDICATIONS L - Perfectionnement aux tréfileuses-profileusss à galets, dans lesquelles on fait passer une ébauche entre au moins deux galets de travail en rotation, pratiquement indéformables, en vue de réduire sa section et/ou de lui conférer un profil donné, caractérisé en ce que, dans le but da compenser l'effort de séparation provoqué par le passage de l'ébaucha, lesdits galets de travail sont maintenus entre au moins deux groupes de galets d'appui en rotation d'écartement réglable, et solidaires du bâti de ladite tréfilause-profileusa. 2/ - Perfectionnement aux t réf ileuses-p rofileuses à galets selon revendication 1, caractérisé en ce que les galets d'appui sont en rotation libre. 3/ - Perfectionnement aux tréfileuses-profileuses à galets selon revendication 1, caractérisé en ce que au moins un groupe de galets d'appui est entrains en rotation par un dispositif moteur. 4/ - Perfectionnement aux tréfileusas-profilauses à galets selon revendication 2, , caractérisé en ce que les galets d'appui sont constitués par une chenille sans fin à rouleaux circulant sur une piste de roulement solidaire du bâti de ladite tréfileuse-profileuse. 5/ - Perfectionnement aux tréfileuses-profileuses à galets selon revendication , 3 ou 4, caractérisé en ce que les galets de travail sont guidés latéralement par deux épaulements disposés sur les galets d'appui avec lesquels lesdits galets de travail coopèrent en rotation. 6/ - Perfectionnement aux tréfileuses-profileuses à galets selon revendication 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que les galets de travail sont guidés latéralement par des vis-butées, réglables, solidaires du bâti de ladite tréfileuse-profileuse. 7/ - Perfectionnement aux tréfileuses-profileuses à galets selon l1une quelconque-des revendications précédentes, comportant deux galets de travail principaux et les deux groupes de galets d'appui correspondants, caractérisé par deux galets de travail latéraux p-renant appui sur l'ébauche en vue de lui conférer une forme donnée. 8/ - Perfectionnement aux tréfileuses-profileuses à galets selon revendication 7, caractérisé en ce que les galets de travail latéraux sont maintenus entre deux groupes de galets d'appui en rotation, d'écartement réglable, solidaires du bâti de ladite tréfileusa-profileuse.